Vario à energie Totale : Vector Vario

[ptitkiki]

Hello,

Vu sur PGF, alors que c'est une belle réalisation française, donc çà mérite un post ici.

https://vectorvario.com/

Le premier Vario parapente à Énergie totale (qui prends en compte la vitesse air dans son algo, pour filtrer les oscillations liées au tangage par exemple)

A tester, mais en tout cas c'est un belle pièce d’ingénierie, bravo !

[air]

Top ! C’est pas de la même personne qui bosse à
L’Onera et qui avait fabriqué sa sonde perso ?

[Man's]

Oui, Quentin alias Colombo sur le fofo.

[tesseract]

Je suis pas sur de bien comprendre l'avantage supplementaire de la vitesse air par rapport a la fusion baro-accelero deja presente dans certains varios.

[piwaille]

alors j'avoue que je suis devenu complétement déconnecté de ce genre de joujous, donc j'imagine
* tu zérotes
   -> tu es sur une confluence qui te permet d'avancer plein badin
vs
    -> tu es debout sur les freins pour faire une repose au sommet

dans les deux cas, tu n'a pas forcément ni roulis ni tangage ni quoi que ce soit qui permet d'allumer ton accéléromètre
pourtant l'analayse est sensiblement différente dans les deux cas.

[Quentin - Vector Vario]

Bonjour,

Merci pour l'ouverture de ce fil.

Oui, c’est bien moi (Colombo sur le forum, j'ai changé mon pseudo) qui, avec un ami, avons conçu ce tout nouveau vario.

Il est largement basé sur ma sonde de mesure de finesse (Vector Probe), toujours utilisée par des constructeurs de parapentes pour développer leurs prototypes. On avait une demande des pilotes de compétition qui voulaient un vario compensé (énergie totale) sans aucun retard. On savait comment procéder et on s’est lancés à fond dans l’aventure.

La mesure de la vitesse air permet d’évaluer l’énergie cinétique, essentielle dans le calcul du vario à énergie totale. Le principe n’a rien de nouveau : il vient du vol en planeur, où il est indispensable pour filtrer la ressource considérable générée lorsqu’on tire sur le manche.

En parapente, la problématique est un peu différente. Notre vario compense bien une ressource lorsque l’on relâche le barreau, mais cela reste un cas « marginal ». L’intérêt du Vector Vario est que ce principe de compensation fonctionne sur toutes les oscillations en tangage induites par les thermiques et les turbulences, que l’on soit en thermique ou en transition.
Ces oscillations sont toujours présentes et non négligeables sur toutes les catégories d'ailes. La compensation du vector vario apporte un vario instantané qui ne réagit qu’aux véritables déplacements de la masse d’air.

Un exemple plus concret : lors d’une entrée franche dans un thermique étroit de +2 m/s, la nature pendulaire du parapente provoque une ressource : l’accélération crée un effet de fronde qui peut donner disons +4 m/s au pilote. Cette ressource dure environ trois secondes, ce qui peut suffire à masquer la sortie du thermique. Résultat : avec un vario classique, on surestime la taille et la puissance du thermique, et on engage le virage trop tard. Un vario à énergie totale corrige ces effets et fournit une mesure fidèle de la véritable ascendance.

Un petit schéma qui illustre cet exemple :


N’hésitez pas si vous avez des questions.

Quentin

[tesseract]

Mais l'accelerometre devrait pouvoir permettre d'isoler ces mouvement pendulaires, non ?
C'est ce que fait le CXtracer mini, il me semble. Et ils pretendent faire exactement la meme chose.
L'energie cinetique, ca n'est que le carre de la vitesse ... qui est l'integrale de l'acceleration (disponible grace a l'accelerometre).

Et c'est quoi cette "Energie totale" ? C'est un concept physique precis ?

[plumocum]

J'ai un tracer mini2 et il n'amortit rien. Perso le réglage d'usine ne me convenait pas et j'ai augmenté manuellement la valeur d'amortissement. Même avec cette correction il bipe les ressources d'entrée de thermique.

[fb73]

Personnellement, sur mon Syride XL, j'ai mis sensibilité au maxi, aucun amortissement et accéléromètre activé. (non recommandé par Syride)
Je préfère avoir les infos immédiatement et sans filtres. Après, c'est une question d'habitude, il faut savoir si on est dans une ressource ou en basse vitesse et agir en conséquence, doucement ou nerveusement.
Comme ça, je trouve que je suis plutôt performant quand c'est haché et très étroit.

[SebDuSud]

Et c'est quoi cette "Energie totale" ? C'est un concept physique precis ?

https://fr.wikipedia.org/wiki/Variom%C3%A8tre#:~:text=Le%20variom%C3%A8tre%20%C3%A0%20%C3%A9nergie%20totale,la%20vitesse%20verticale%20soit%20nulle.

Si tu veux plus de détail, les cours théoriques de la FFVP expliquent ça très bien ! https://formations.ffvp.fr/

et oui ça ressemble à la théorie du complot de l'énergie libre, mais ça va bien se passer !

[Eric]

Et c'est quoi cette "Energie totale" ? C'est un concept physique precis ?

Salut

Oui c'est la somme de toutes les énergies mécaniques: Energie cinétique plus Energie potentielle (ou de position maintenant).

Effectivement si ça permet de filtrer nos erreurs de pilotages avec nos petites ressources que je prend parfois pour un thermique ça doit nous rendre plus efficace.

[Quentin - Vector Vario]

Personnellement, sur mon Syride XL, j'ai mis sensibilité au maxi, aucun amortissement et accéléromètre activé. (non recommandé par Syride)
Je préfère avoir les infos immédiatement et sans filtres. Après, c'est une question d'habitude, il faut savoir si on est dans une ressource ou en basse vitesse et agir en conséquence, doucement ou nerveusement.
Comme ça, je trouve que je suis plutôt performant quand c'est haché et très étroit.

La difficulté réside dans le fait de distinguer ce qui provient de la ressource et ce qui est dû à la masse d’air. Lors d’une sortie en chandelle, la distinction est assez claire, mais lors des entrées ou sorties de thermique, ou même simplement à la sortie d’un virage, il devient beaucoup plus difficile de faire la part des choses.

Nous allons préparer une illustration à partir de données de vol, montrant le fonctionnement du vario compensé en thermique.

[Quentin - Vector Vario]

J'ai un tracer mini2 et il n'amortit rien. Perso le réglage d'usine ne me convenait pas et j'ai augmenté manuellement la valeur d'amortissement. Même avec cette correction il bipe les ressources d'entrée de thermique.

La compensation permet d’obtenir un vario beaucoup plus calme tout en conservant sa réactivité.
L’amortissement calme également les variations mais au prix d’un certain retard...

Pour ma part, étant facilement stressé par le vario lorsque les conditions sont fortes, c’est l’un des grands avantages que je trouve à la compensation : elle évite les montées stridentes dans les aigus lors de moments pas toujours agréables.

[fb73]

Personnellement, sur mon Syride XL, j'ai mis sensibilité au maxi, aucun amortissement et accéléromètre activé. (non recommandé par Syride)
Je préfère avoir les infos immédiatement et sans filtres. Après, c'est une question d'habitude, il faut savoir si on est dans une ressource ou en basse vitesse et agir en conséquence, doucement ou nerveusement.
Comme ça, je trouve que je suis plutôt performant quand c'est haché et très étroit.

La difficulté réside dans le fait de distinguer ce qui provient de la ressource et ce qui est dû à la masse d’air. Lors d’une sortie en chandelle, la distinction est assez claire, mais lors des entrées ou sorties de thermique, ou même simplement à la sortie d’un virage, il devient beaucoup plus difficile de faire la part des choses.

Nous allons préparer une illustration à partir de données de vol, montrant le fonctionnement du vario compensé en thermique.

Oui, ce type de vario à énergie totale est une solution rationnelle pour être performant. Je parlais d'un vario conventionnel, si on le règle avec un fort amortissement et si en plus on a un casque intégral à visière qui prive l'information du vent relatif, c'est normal d'être à contre-temps dans les thermiques et les cheminements mouvementés.

[tesseract]

Et c'est quoi cette "Energie totale" ? C'est un concept physique precis ?

https://fr.wikipedia.org/wiki/Variom%C3%A8tre#:~:text=Le%20variom%C3%A8tre%20%C3%A0%20%C3%A9nergie%20totale,la%20vitesse%20verticale%20soit%20nulle.

Si tu veux plus de détail, les cours théoriques de la FFVP expliquent ça très bien ! https://formations.ffvp.fr/

et oui ça ressemble à la théorie du complot de l'énergie libre, mais ça va bien se passer !

Merci !! 

[SebDuSud]

J'ai tout de même une question Quentin : est-ce que tu as fait des tests en mettant une sonde proche de l'aéronef plutôt que pendue 6m dessous ?

C'est sur que ça serait vraiment pas pratique de mettre une vraie sonde pitot au vent du BA hors de la zone d'influence du profil du parapente. Tu ne peux pas non plus la mettre collée au profil tout en haut du suspentage car tu es bien trop sous le vent du BA.
Mais au moins pour des tests : une sonde sur les A à 1 m sous le BA devrait donner quelque chose moins soumis aux ressources j'imagine non ?

[Quentin - Vector Vario]

J'ai tout de même une question Quentin : est-ce que tu as fait des tests en mettant une sonde proche de l'aéronef plutôt que pendue 6m dessous ?

C'est sur que ça serait vraiment pas pratique de mettre une vraie sonde pitot au vent du BA hors de la zone d'influence du profil du parapente. Tu ne peux pas non plus la mettre collée au profil tout en haut du suspentage car tu es bien trop sous le vent du BA.
Mais au moins pour des tests : une sonde sur les A à 1 m sous le BA devrait donner quelque chose moins soumis aux ressources j'imagine non ?

Oui, tout à fait. C’est d’ailleurs exactement la position de ma sonde de finesse actuelle, qui totalise désormais plusieurs centaines de vols. Elle est placée au centre du suspentage.
Pour mesurer la finesse et la vitesse, c’est idéal car on est bien dégagé du pilote.

En revanche, pour réaliser un vario compensé qui fonctionne en dynamique, cette position est un peu trop éloignée du centre de gravité du couple pilote/parapente : les ressources, il faut pouvoir bien les mesurer pour les soustraire.  Mais surtout, il serait impensable de commercialiser un produit grand public destiné à être placé dans le suspentage…

Suspendre un capteur sous la sellette n’est pas non plus une bonne idée, que ce soit pour la mesure de finesse ou pour un vario compensé. Même en air calme, on observe déjà de nombreuses oscillations parasites de la sonde. En turbulence thermique, c’est totalement inexploitable pour une analyse en temps réel sans retard excessif. Sans parler des problèmes de sécurité en cas de vrac…

La qualité du flux d’air au niveau de l’élévateur est en revanche très correcte. L’objectif reste d’obtenir une vitesse air suffisamment précise pour assurer la compensation, le calcul du vent et l’exploitation de la polaire pour le Netto. Si le besoin est de comparer des ailes avec une précision de l’ordre de 0,1 km/h, il faut alors utiliser la sonde, qui reste plus précise.

[Quentin - Vector Vario]

Voici un exemple que j’ai posté sur PGF.
Il s’agit d’un vol de Luc Armant lors d’une manche de PWC. J’ai isolé deux situations illustrant la différence entre un vario classique (courbe noire) et un vario à énergie totale (courbe rouge) :



En haut : un lâcher rapide de l’accélérateur. La ressource de +2 m/s est entièrement effacée grâce à la compensation.

En bas : une entrée franche dans un thermique faible. L’entrée se fait en vol bras hauts, et la turbulence en bordure suffit à provoquer une oscillation (environ 15° en tangage, donc pas énorme).
Dans ce cas précis, pas de chance : l’entrée en thermique correspond à la phase descendante de l’oscillation, ce qui fait perdre 1,5 s avant le premier bip sur un vario classique. Sur un thermique étroit, on peut ainsi passer complètement à côté ou surestimer sa force (par exemple ici, mesurer une pointe à +3 m/s alors qu’il s’agit en réalité d’un +1 m/s).
Lorsqu’il commence à enrouler (après la double barre), on perçoit encore un effet de la compensation, probablement lié aux relances et sorties de virage.

[cuiv]

Super intéressant! J'ai pu créer une appli variometre pour montres Garmin que j'avais basée sur une appli pour planeurs, GliderSK.

GliderSK fait une approximation de l’énergie totale en utilisant la vitesse GPS puisque la montre n'a forcement pas acces a une sonde Pitot (bien que j'ai pu voir que le capteur de pression peut se comporter comme une sonde Pitot si mis face au vent). Cette application utilisait un paramètre supplémentaire: le ratio d’énergie cinétique qui peut être converti en énergie potentielle/altitude, qui je l'imagine peut dépendre du planeur (code ici: https://github.com/cedric-dufour/connectiq-app-glidersk/blob/d050287eaab06e47ae7f2137258deb5bca598ede/source/MyProcessing.mc#L349 ).

C'est quelque chose dont je me suis débarrassé lors de l'adaptation pour le parapente (aussi adoption d'un filtre Kalman, etc.) parce que j'aime bien le vario qui crie en sortie chandelle; mais ce paramètre "energy efficiency" est-il nécessaire pour Vector Vario?

[Quentin - Vector Vario]

L’utilisation du GPS pour déterminer l’énergie cinétique est effectivement possible, mais cela reste bien plus simple en planeur, où le vent est souvent plus négligeable.
De plus, en parapente, lors des mouvements pendulaires, le vecteur vitesse comporte une composante verticale qui n’est pas négligeable.
Il faut alors soustraire également un vent vertical au vario pour obtenir la véritable composante verticale de la vitesse…
C’est quand même plus simple avec un Pitot !

Nous n’avons pas implémenté le calcul du ratio d’énergie, mais si la demande existe, cela reste relativement facile à faire.
Cependant, un petit exemple numérique montre un potentiel d’environ 10 m de gain pour une CCC. L’intérêt me paraît donc limité… C'est peut-être interessant pour faire des loopings ?

Pour ceux qui aiment le vario qui s’emballe, nous avons bien sûr également programmé un vario instantané classique. La mesure de la vitesse air reste intéressante pour les autres fonctions.

[airsinge]

Énorme merci pour toutes ces excellentes idées, cesrecherches, ce développement, cette pédagogie scientifique et... cet aboutissement bien concret avec abondantes mesures à la clé !

Ce vario "filtré" est évidemment mon prochain vario, pour tout bientôt, car les emballements inutiles et trompeurs de varios "directs" sont à coup sûr une plaie pour un pilotage propriocepteur plus fin et efficace, plus serein aussi dans mon cas (je suis trop sensible et réactif  aux ambiances sonores peut-être, mais je doute que le fait de s'habituer et d'apprécier des emballements de varios aide qui-que-ce-soit à mieux ressentir la dynamique réelle d'une configuration de vol, fut-ce une bonne grosse chandelle).

[tesseract]

L’utilisation du GPS pour déterminer l’énergie cinétique est effectivement possible, mais cela reste bien plus simple en planeur, où le vent est souvent plus négligeable.
De plus, en parapente, lors des mouvements pendulaires, le vecteur vitesse comporte une composante verticale qui n’est pas négligeable.

A priori, elle est egalement accessible a partir de l'integration de la mesure d'acceleration de l'accelerometre du vario, non ?
Je trouve toutes ces idees de compensation absolument geniales.

Dans mon esprit (mais c'est juste un "gut feeling", j'ai pas pris le temps comme vous de bosser dessus), les informations que vous derivez de la sonde pitot sont toutes accessibles (plus ou moins facilement) a partir de l'accelerometre. Mais je me trompe peut etre.
Ensuite (si mon point precedent est correct), j'arrive pas a me representer si c'est plus facile de passer par une mesure de vitesse air que de faire des calculs a partir de mesures d acceleration. La je pense que vous avez de toute facon bcp plus bosse dessus.

En toute cas, c'est un super projet !!

[Quentin - Vector Vario]

Merci pour vos messages !

En théorie, on pourrait retrouver la vitesse GPS et le vario baro rien qu’en intégrant les mesures de l’accéléromètre, puisqu’on est dans le repère de la Terre. En pratique :
Pour la vitesse horizontale : ça n’apporte pas grand-chose quand on a déjà un GPS rapide, et c’est compliqué à mettre en place, car l’accéléromètre capte surtout la gravité et les forces liées aux virages.
Pour la vitesse verticale : là c’est beaucoup plus intéressant (c’est le principe du vario instantané classique). L'intégration de l’accéléromètre donne une réaction rapide, et le baro corrige la dérive (liée à l'intégration) au fil du temps. Mais il reste difficile de bien isoler les effets de la gravité et des virages si on veut être précis.

Par contre, l’énergie cinétique à compenser n’est pas par rapport au sol, mais par rapport à l’air. Si on combine GPS et baro, il faut donc retirer l’effet du vent. Sans capteur Pitot, ça devient compliqué :
En horizontal :dans un thermique, on peut estimer le vent en regardant la dérive. Mais en transition, on suppose souvent qu’il est constant, ce qui est rarement vrai.
En vertical : c’est encore plus difficile, car il faudrait savoir où l’on se situe sur la polaire et connaître l’angle de tangage pendant les oscillations.

Le vario compensé prend en compte la variation d’énergie cinétique. Concrètement, cela revient à calculer comment la vitesse change au carré , ce qui implique à la fois la vitesse et l’accélération (dV²/dt ~ V*dV/dt).

[thanjuzo]

Et pour ma culture, le IGC+ ajoute quoi au IGC ?

[Quentin - Vector Vario]

L’idée est d’enrichir l’analyse du vol avec des données supplémentaires.
Ces informations sont ajoutées dans le fichier IGC, entre les enregistrements classiques de type « B ». On y trouve généralement l’accélération totale (en g).

Pour l’instant, nous ajoutons aussi la vitesse air ainsi que les conditions aérologiques locales : vent, température et humidité.

Les données sont encore assez brutes, mais nous travaillons déjà sur des formats plus faciles à exploiter : KML (pour une visualisation directe dans Google Earth) et CSV (pour ceux qui veulent bidouiller ou faire leurs propres analyses).
Nous avançons également vers une solution permettant d’afficher ces informations directement, sans passer par une conversion intermédiaire.