Les sellettes pressurisées révolutionnent le vol libre
Introduction
Cela fait maintenant un an que nous avons développé la sellette Zian, une sellette pressurisée de marche et vol. Elle se décline aujourd’hui en deux versions : l’enveloppe courte, victorieuse de la dernière X-Alps, et la longue, pensée pour obtenir un maximum de performances.
Afin de mieux comprendre l’intérêt de ce genre de sellettes, nous avons réalisé des simulations aérodynamiques. L’objectif étant de quantifier la traînée de forme de chacune des versions de la Zian et de la comparer à un cocon profilé. Nous avons ensuite cherché à comprendre quel était l’impact d’un mauvais réglage en comparant différentes incidences de vol, ainsi que l’impact de divers accessoires comme une casquette.
Pour cela, nous sommes repartis des modèles 3D de la Zian et avons scanné un cocon profilé. Ces géométries nous ont permis de lancer des analyses et de comparer les trainées.
Avant d’aller plus loin dans l’étude, nous précisons que le modèle du cocon profilé (3) a été conçu en réalisant un scan 3D. Nous sommes donc conscients que des écarts vont se créer entre le scan d’une sellette classique et le modèle théorique de la Zian.
Cependant, la Zian en vol représente presque parfaitement son modèle 3D car l’enveloppe est pressurisée. La forme réelle est très proche de la géométrie théorique.
Nous notons également que les modèles 3D des cocons classiques ne représentent pas fidèlement leur forme en vol. Celles-ci n’étant pas pressurisées, des formes parasites vont se créer à cause des tensions, de la morphologie du pilote ou encore du matériel emporté en vol.
Ainsi, le modèle théorique d’une sellette classique est assez éloigné de la forme réelle en l’air. Au contraire, une sellette pressurisée observe un modèle fidèle à sa géométrie en vol.
Types de trainée en parapente
L’étude se base donc sur la comparaison des trainées de forme de chacune des sellettes. Pour bien situer cette démarche, nous rappelons qu’en parapente, il existe trois grands types de traînée :
• La traînée aérodynamique, qui résulte directement de la génération de la portance (force qui nous permet de voler). Celle-ci est liée à l’angle d’incidence de la voile, comme le montre le schéma ci-dessous :
• La traînée induite provient des différences de pressions entre l’extrados et l’intrados. Lorsque les filets d’air se rejoignent au bord de fuite, l’écart de pression engendre des turbulences.
• La traînée de forme est liée à tout ce qui perturbe l’écoulement de l’air : les suspentes, le pilote, et bien sûr, la géométrie de la sellette. C’est précisément sur ce point que nous concentrons nos efforts pour améliorer les performances en vol. Une sellette aérodynamique et bien réglée permet de limiter grandement la traînée de forme et ainsi, gagner en performance sur tous les segments du vol. Cette différence se fait principalement lors des sections de vol droit lors d’un cheminement ou d’une transition par exemple.
Chacune de ces types de traînée n’évolue pas de manière uniforme. Plus la vitesse augmente, plus la traînée de forme prend de l’importance face aux trainées aérodynamiques et induites. On comprend donc qu’à haute vitesse, avoir une sellette plus aérodynamique permet de gagner en performance.
Cas d’étude
Afin de représenter toutes les configurations dans laquelle la Zian va évoluer, nous avons déterminé plusieurs cas d’étude. Pour se rapprocher au maximum des conditions réelles de vol plusieurs vitesses, et plusieurs incidences ont étés testées.
Nous avons défini plusieurs cas d’étude pour balayer tous les régimes de vol utilisés en parapente avec n’importe quelle aile. L’étude se porte donc sur des vitesses de 10 ; 12 ; 15 et 18 m/s :
• 36 km/h (10 m/s) correspond à la vitesse d’un parapente bras haut.
• 43,2 km/h (12 m/s) correspond à la vitesse d’une voile légèrement accélérée.
• 54 km/h (15 m/s) correspond à la vitesse maximale d’un parapente de marche vol.
• 64,8 km/h (18 m/s) correspond à la vitesse maximale d’une aile de type EN CCC.
En plus des vitesses de vol, le réglage de l’incidence des sellettes influe énormément sur la performance. C’est pourquoi nous avons étudié divers angles du flux d’air entre +10° et -10°.
Toutes les vitesses et réglages atteignables en parapente sont donc étudié.
Présentation des vitesses et incidences d’études
Il est important de noter que les angles décrits sont des angles d’incidence. Il représente l’écart entre l’axe de la sellette et le flux d’air.
Un parapente chute continuellement dans l’air, ainsi un angle d’incidence nul correspond à un angle d’assiette (angle entre l’horizontale et l’axe de la sellette) compris entre -6,3° et -4,4° (pour des finesse air comprise entre 9 :1 et 13 :1).
Résultats
Performances des différents types de sellette
Tout d’abord, nous avons comparé la trainée de forme d’un cocon classique avec avec la Zian version enveloppe longue. L’angle d’incidence choisi est de 0° (parfaitement aligné dans le flux) pour plusieurs vitesses de 36 à 65km/h.
Les résultats obtenus sont présentés dans l’histogramme suivant :
La ZIAN observe un gain de performance par rapport à un cocon classique compris entre 68% et 124%. La trainée de forme du pilote est donc presque divisée par 2 entre une sellette classique et une sellette pressurisée.
Gagner en performance sans changer de voile
Pour le pilotes souhaitant changer de matériel pour gagner en performance, il y a aujourd’hui deux possibilités:
• Une première option consiste à changer de voile pour une autre plus performante. Cette solution n’est envisageable que si l’on maîtrise complètement son matériel et nécessite d’augmenter son niveau de pilotage et sa prise de risque.
• La seconde possibilité est de changer de sellette pour limiter la trainée de forme du pilote. Cette option permet de gagner en performance sans diminuer la marge de sécurité induite par le changement de catégorie de voile. C’est donc une solution plus sûre que le changement de voile.
Influence de la taille du carénage
Nous avons également comparé les deux enveloppes de la Zian (courte en longue) entre elles afin de déterminer laquelle des deux offre les meilleures performances. Les trainées de forme de chacune des version de la Zian sont représentées dans les histogrammes suivants :
L’enveloppe longue est plus performante que l’enveloppe courte dans toutes les configurations testées. la différence se fait entre 2 et 10% en fonction de l’incidence et de la vitesse de vol.
Ce résultat était attendu, une enveloppe plus longue permet plusieurs choses :
- Les filets d’air ont une distance plus importante pour recoller sur le profil et se réordonner après avoir étés déplacés par l’avant de la sellette et le pilote. Ainsi, moins de turbulences sont générées à l’arrière du foil.
- Plus un profil est long, moins la trajectoire de l’air sera perturbée car les angles du foil sont plus doux. Le flux est donc moins dévié et génère moins de turbulences et donc de trainée.
De même, plus la sellette est alignée dans le flux d’air (angle d’incidence faible), plus la différence de performance est importante. En effet, plus l’incidence est importante, plus la surface projetée de la sellette sur l’axe du flux devient prépondérante dans la trainée de forme. Cette surface étant plus grande pour l’enveloppe longue, l’écart de performances se réduit.
Comparaison des surfaces projetées – Zian
Nous observons également que plus la vitesse d’écoulement est importante, plus la différence de performance augmente entre les deux sellettes. En effet, plus la vitesse est grande, plus les turbulences générées sont fortes et alors les filets d’air recolleront mieux sur le profil long que sur le profil court.
Influence de l’incidence et de la vitesse
Pour comprendre l’influence de l’incidence et de la vitesse air de la sellette dans la traînée de forme nous avons déterminé l’évolution de la trainée en fonction de ces paramètres. Nous avons comparé dans cette partie les résultats de l’enveloppe longue de la Zian.
Influence de la vitesse
Ces histogrammes mettent en évidence que la trainée de forme augmente de manière exponentielle avec la vitesse. Nous observons un écarte de 40% entre 36 et 43 km/h et de 120% entre 36 et 65 km/h.
Cette analyse permet de comprendre pourquoi à haute vitesse, on dégrade la finesse air d’une aile. En plus de rendre son aile plus piqueuse, la trainée de forme de l’ensemble sellette pilote augmente drastiquement ce qui diminue les performances en vol.
Influence de l’incidence
Les résultats mettent en évidence que que plus la sellette est alignée dans le flux (incidence nulle), plus la trainée de forme est réduite.
L’écart de performance semble proportionnel à l’incidence avec un écart de 106% entre une 0° et 2,5°, et de 470% entre 0° et 10°.
Pour exploiter toute la performance qu’offre une sellette pressurisée, il est impératif de prendre le temps de régler parfaitement son incidence. Nous avons donc cherché à comprendre quel était le réglage idéal.
Les voiles modernes observent des finesses air comprises entre 9 :1 et 13 :1 soit des angles de plané (angle entre l’horizontale et la trajectoire suivie) compris entre -6,3° et -4,4°. L’objectif étant d’avoir une incidence de 0, il faut adapter le réglage sur portique pour être légèrement piqueur (entre -6,3° et -4,4°).
Il est donc très important d’affiner son réglage sur portique pour se sentir à l’aise dans sa sellette mais aussi pour profiter pleinement des performances de sa sellette. Il faut tester plusieurs réglages en vol pour s’assurer d’être parfaitement aligné dans le flux d’air.
Accessoires en vol
Dans le monde du parapente, beaucoup de pilotes utilisent une casquette ou une caméra embarquée en vol. Afin de comprendre l’impact aérodynamique de ces éléments. Nous avons lancé des simulations avec ces accessoires pour chiffrer la perte de performance de ces éléments non essentiels.
| Traînée supplémentaire | |
|---|---|
|
Casquette |
8% |
|
Caméra |
7% |
|
Casquette + Caméra |
13% |
| Casquette | Caméra | Casquette + Caméra | |
|---|---|---|---|
|
Traînée supplémentaire |
8% |
7% |
13% |
La différence de performance liée à l’ajout d’une casquette ou d’une caméra est sensiblement la même que de passer d’une enveloppe longue à une enveloppe courte de la Zian (soit environ 8 %). L’ajout d’une caméra embarquée et d’une casquette augmente la trainée cette fois-ci de 13 %.
Ainsi, dans une situation où le moindre mètre sera important, il devient impératif d’être le plus aérodynamique possible et de voler sans accessoires inutiles à la performance.
Conclusion
Pour nous rapprocher des conditions de vol en parapente, nous avons fait le choix d’étudier plusieurs incidences entre -10° à +10°, et différentes vitesses de 36 à 65 km/h. Nous pourrons ainsi décrire le comportement en vol avec n’importe quelle voile de parapente et pour divers réglages de l’incidence .
Nous rappelons que notre étude n’observe que la trainée de forme de la sellette, qui ne constitue qu’une part de la trainée totale en parapente. Il faut en effet ajouter la trainée induite, aérodynamique, et de la forme du cône de suspentage pour réaliser une étude complète du matériel de vol libre.
Ainsi, les sellettes pressurisées limitent grandement la trainée par rapport à un cocon classique. La différence est notable avec des gains de performance situés entre 68 et 124% en fonction de la vitesse et de l’incidence.
L’enveloppe longue de la ZIAN est plus performante que la courte de 2 à 10% en fonction du réglage de l’incidence et de la vitesse de vol.
Plus l’incidence de la sellette s’éloigne de zéro, moins la différence de performance se fait sentir entre les modèles. Au contraire, plus la vitesse augmente, plus la différence de performance entre l’enveloppe courte et l’enveloppe longue est importante (de même pour le cocon avec profilage).
En comparant les performances d’une même enveloppe dans différentes configurations, nous sommes arrivés à la conclusion suivante. Plus la vitesse augmente, plus la traînée de forme de l’ensemble est importante (environ multipliée par 2 entre 36 et 55 km/h).
De même, nous observons que plus l’angle d’incidence s’éloigne de 0, plus la traînée de forme augmente (environ multipliée par 5,7 entre une incidence parfaite de 0° et mauvaise de ±10°).
Nous avons donc cherché à comprendre quel était le réglage parfait pour voler une sellette pressurisée. En parapente, nous chutons constamment au cours du vol par rapport à l’air. Les finesses air des voiles actuelles sont comprises entre 9 :1 et 13 :1 soit des angles de plané compris entre -6° et -4°. L’objectif étant d’aligner la sellette avec le flux d’air, on chercher donc à se régler sur cet angle (légèrement piqueur).
Résumé de l’article
