Les dérives (ailerons) de surf et la technologie ADAC System™ dynamique
FYN ailerons dynamiques ADAC systeme: une réelle avancée technologique dans le domaine de la glisse et des dérives (ailerons) qui équipent les planches de surf.
"Cette évolution du principe actif de l'aileron de surf, marque une réelle révolution dans l' hydrodynamique des dérives en apportant une fluidité exeptionnelle et la sensation d'une planche qui colle aux pieds en répondant instinctivement au moindre mouvement !."
"Cette technologie biomecanique de profils à geometrie variable fait entrer la manoeuvrabilité et l'accélération procurée par les ailerons et derives dans une nouvelle ère !"
Beaucoup de préjugés circulent dans le surf. Affûtons un peu notre intuition de la glisse d'un zest d'argumentation technique et scientifique...
Etayons donc la description de cette technologie d'aileron biomecanique , en laissant les arguments précis et quantifiés des concepteurs, spécialistes de l'hydrodynamique, établir l'utilité et la caractère innovant des brevets ADAC. (Adaptive Dynamics Attack & Camber US patent14859193/ 2015 & FR 1402226/2014 appliqué au surf par Fyn http://fynsurf.com/)
Aileron de surf FYN, une dérive à géométrie variable équipé de l'ADAC SYSTEM: (Adaptive & Dynamics Attack & Camber)
La notion de poids statique et dynamique est essentielle pour aborder objectivement la qualité d'un aileron de surf:
- Le poids statique est facile à jauger, avec une balance par exemple. Ce poids présente un argument largement utilisé mais il impacte faiblement les performances du surf: un verre d'eau bu avant (ou pendant) la session, est plus lourd que la différence maximum constatable entre 2 ailerons de technologie carbone ou classique!
- Le "poids dynamique" est visible dans l'action: il represente la resistance à l'avancement qui freine la planche. Ainsi un aileron qui présente un angle inadapté, ou bien qui génére un décrochage, provoque une trainée et donc un poids dynamique bien plus genant et sensible que son poids statique:
Nous verrons plus loin en détail, comment le poids dynamique d'un aileron peut passer de 70 grammes à 900 grammes, dans les mêmes phases de vagues, si son cambre et son incidence ne s'adaptent pas correctement à la direction du fluide! Une planche équipée de 3 ailerons peut donc passer de 0.2 à 2.7 kilogrammes de poids dynamique ! Pour ne pas arranger les choses, cette augmentation de poids dynamique s'accompagne souvent d'une perte de performances d'accroche. La variation de poids statique entre 2 types d'ailerons, dont l'ordre de grandeur depasse rarement 0.1 kg, semble donc secondaire car elles represente environs 30 fois moins que les variations de poids dynamique. C'est ce type d'analyse hydrodynamique qui a initié le systeme ADAC .
Cette technologie d'ailerons de surf résulte de 3 axes de recherches & développement que nous allons résumer ici:
- Etude historique de l'évolution de l'aileron dans la pratique du surf : les gènes à conserver.
-
Etude théorique de l' hydrodynamique, cinématique et mécanique du problème de la dérive.
- Avantages de l'ADAC system.
- Analogie avec les types de virage en Ski ou Snowboard.
- Influences des paramètres de cambrure et incidence des profils hydrodynamiques.
- Influence ADAC sur la trainée de résistance à l'avancement des ailerons de surf.
- Influence ADAC sur la portance des derives de surf.
- Influence ADAC sur la plage d'efficacité et le décrochage.
- Influence ADAC sur l'accélération du surf.
- Influence ADAC sur l'accroche du rail par limitation de l'effet de dévers.
- Influence ADAC sur la réduction des pertes tourbillonnaires(effet winglet).
- Influence ADAC sur la sécurité (ailerons anti coupures)
- Expérience intuitive des prototypes, et recherche de sensations naturelles.
1 - Etude de l'évolution des ailerons dans l'histoire surf
Les 11 gènes de base:
Avant d'aller plus loin dans la description du système de dérives et ailerons ADAC, et démontrer l'apport réel qu'il offre à l'état de technique, vérifions que ce système intègre le meilleur de ce qui a été fait dans ses gènes.
Depuis 1934 (Tom Blake), les concepteurs d'ailerons ont fait apparaitre des formes diverses avec des objectifs variés. Nous citerons ici uniquement 11 "gènes" de base dans la généalogie de l'aileron, car des dizaines de modèles mériteraient d'être mentionnés pour leur participation dans cette évolution. Nous avons mis de coté le facteur purement esthétique, qui reste cependant un argument important dans un milieu ou l'effet de mode a de solides ancrages. Pour une étude plus approfondie de l'histoire de l'aileron, je vous invite a consulter la page :
www.surfresearch.com.au
Au commencement , il y avait... les vagues et l'instinct.
Gène n°1
Le besoin crée la fonction de l'aileron instinctivement, en faisant varier les formes de nos mains pour nous diriger dans la vague.
Pas de trace historique de l'inventeur, il faudrait chercher au niveau préhistorique et certainement au delà dans notre mémoire génétique... ou plus près de nous, dans la sensation du moment présent.Gène n°2
La variations de l'incidence de l'aileron suivant le besoin
Dans l'histoire, chaque civilisation de pécheurs a développé sa propre expérience des vagues et une manière de glisser dessus. Nous ne débattrons donc pas ici de l'antériorité de la découverte car l'instinct de la glisse est universel. Des récits de voyages en Afrique de l'ouest (1600) relatent l'agilité des piroguiers dans les vagues, dans ce cas, la rame sert de dérive que l'on oriente pour diriger la pirogue dans la vague.
La rame sert de dérive que l'on oriente pour diriger la pirogue dans la vague
Les planches de surf resteront longtemps sans aileron, la prise de quart étant la seule manière d'accrocher dans la vague.
Gène n°3
Ici nous nous rappellerons qu' accroché sur le rail en prise de vitesse, ligne droite, sans dérapage transversal, notre dérive ne devra pas nous freiner et seulement se faire oublier
Les premières planches de surf observées lors des voyages de Cook (1769) aux iles sandwich décrivent des longues planches sans ailerons, et les premières photographies de surfer (1890) surfeurs iles sandwich surf type alaia sans derive nous montrent un Shape Alaia sans dérives. Les planches de surf resteront longtemps sans aileron, la prise de quart étant la seule manière d' accrocher dans la vague.Gène n°4
Le point d'appui et le pivot permettant le virage , mais nous retiendrons aussi qu'un avancée technologique doit comporter de la sécurité et de la facilité d'intégration pour être partagée
Mais le besoin de prendre appui pour modifier la trajectoire sans déraper (Slide) est bien réel, et pour diriger leurs longboards sans dérives, les surfeurs de l'époque (1930-1940) plongent brièvement le pied dans l'eau pour faire virer la planche...On peut attribuer l'invention de la dérive de surf à Tom Blake en 1934, Saluons ce surfeur de génie qui incarne l'esprit créatif du shaper / surfer. L'implantation de cet aileron révolutionne le surf en autorisant des figures impossibles auparavant, il permet de stabiliser la trajectoire et de prendre appui sur un pivot arrière pour virer et changer de direction. Mais malgré son indiscutable efficacité, cette innovation proposée par Blake en 1934, prend du temps a être adoptée du fait de sa relative difficulté d'implantation et le danger qu'elle constitue au yeux des surfeurs de l'époque.
Photo et légende écrite à la main par Tom Blake. Surfer Magazine, March 1981
De 1935 à 1960 la hauteur de l'aileron ne cesse d'augmenter
Gène n°5
L'importance de la surface d'appui dans les années 60
De 1935 à 1960 la hauteur de l'aileron ne cesse d'augmenter, le point d'appui est de plus en plus efficace et permet des virages de plus en plus serrés , la radicalité du cut back et du bottom turn sont liées à cette évolution.Gène n°6
Penser à la sécurité
Dans les années 60, L 'évolution des matériaux nouveaux permettent des allongements plus importants, et la sécurité commence à devenir un argument, nous noterons en 1960 le POPOUT qui est prévu pour s'enlever lors d'un choc.
1960 le POPOUT qui est prévu pour s'enlever lors d'un choc
Un bon aileron vaut mieux que deux qui se contredisent
Gène n°7
Un bon aileron vaut mieux que deux qui se contredisent
Autour 1964 alors que le Twin (2 ailerons) se répand, Greenought test des dérives en Twin et les rapproches systématiquement, tant qu'il obtient du gain d'efficacité, il fini par tellement les resserrer qu'il constate qu'une seule dérive bien dimensionnée est plus efficace! Non le twin n'est pas mort et le multi fin à encore de beaux jours devant lui, mais retenons que plus n'est pas forcement mieux!Gène n°8
La géométrie variable suivant l'effort!
Dans les années 70, Greenought développe des ailerons singles, de fort allongement: pour permettre une manœuvrabilité accrue il diminue la largeur (corde du profil) qui induit un effet de rail, et il augmente la longueur (diminution des pertes tourbillonnaires) pour conserver la surface et donc l'appui qui se trouve centré plus en avant de la planche. il introduit en même temps le Rake (angle vers l'arrière) et la flexibilité dont la combinaison permet une déformation de la géométrie sous la contrainte.Le principe de Greenought : on allonge et aminci et donne du rake pour faire plier le bout de l'aileron dans le sens du flux. Une sensation de souplesse et de fluidité dans les manœuvres est ainsi introduite. Cet effet de drive est proportionnel à la longueur de l'aileron, son rake et sa souplesse.
Attention, l'éxagération de ce principe génere:
- Des long sabres fins coupants augmentant les risques de coupures.
- Des centres de portance déportés de la planche, produisant des effets de devers et renversement, diminuant l'accroche du rail.
- Une inversion de courbure de l'extrados pouvant induire le décrochage du bord d'attaque.
La géométrie variable suivant l'effort
Aileron de Cundith en 1977
Gène n°9
Travail de la structure
En 1977, Cundith travail sur la structure qui , combinée au matériel utilisé permet de gérer la souplesse de l'aileron.Gène n°10
L'importance de l'incidence et de son adaptation aux conditions
En 1998 Swivel Fin introduit un concept d'incidence réglable qui est certainement le fruit d'un approche hydrodynamique plus scientifique sur les performances des foils en fonction de leur incidence.
Aileron de Swivel Fin en 1998
Winglets en bout d'aileron inspirés de l'aéronautique
Gène n°11
Limiter les pertes tourbillonnaires lorsque la concentration de portance est élevée
Autour de 1984-86 apparaissent les winglets en bout d'aileron, inspirés de l'aéronautique, ils permettent de diminuer les pertes tourbillonnaires en bout d'aileron, le winglet apporte un gain pour le ailerons à faibles allongement dont le centre de portance proche du bord génère beaucoup de pertes tourbillonnaires, pour les grands ailerons, l'efficacité est moindre et il faut se méfier de ne pas augmenter inutilement la surface trainée...2 - Approche théorique hydrodynamique, cinématique et mécanique du problème de l'aileron (derive) de surf
Le cahier des charges d'un aileron de surf est particulièrement complexe car il varie en fonction, du surfeur, de la planche et de la vague en constante transformation.Les conditions rencontrées dans la trajectoire d'une seule vague: prise de vitesse, accroche, virages dynamiques, courbes, relance, pompage...sont autant d'instants spécifiques, ou les fonctions de la derive de surf varient et s'opposent même parfois.
Nous allons voir par exemple, que le poids dynamique (trainée de resistance à l'avancement) d'un seul aileron peu passer, de 70 grammes pour un aileron correctement orienté, à 900 grammes si son cambre et son incidence ne s'adaptent pas à la direction du fluide !
Cette dynamique évolutive du cahier des charges de la derive de surf, met en évidence la nécéssité et l'atout majeur du système dynamique à structure biomecanique réactive de L'ADAC.
L' analyse théorique et l'expérimentation minutieuse, combinées à une stratégie de conception sans compromis, ont permis d'aboutir aux résultats exceptionnels que voici:
- Variation automatique de l'incidence conjointement à la cambrure générant une constante optimisation de la finesse (rapport portance/trainée) et de la diminution du "poids dynamique".
- Parallélisme dynamique des ailerons limitant la trainée et le "poids dynamique" en procurant une synchronisation permanente des performances de chaque ailerons.
- Montée en portance ultra rapide dés les faibles angles d'attaque (120 newtons dés 10 degrés pour une vitesse 14m/s).
- Accroche maximum uniquement à la demande grâce à une cambrure variable pilotée en fonction de la force d'appui générée par le surfeur (variation progressive négative et positive de la cambrure allant de 0 à 35%).
- Relance par pompe horizontale, et prise de vitesse maximum grâce à une projection des composantes de déplacement transversal en accélération (Orientation bilatérale de 45° de la projection de portance transformant toutes composantes latérales en force propulsive).
- Production de poussée grace àl'utilisation du mouvement ondulatoire des phases de rame.
- Position haute des centres de portance des ailerons favorisant l'accroche du rail par limitation de l'effet de dévers.
- Effacement total du cambre et de l'incidence dans les trajectoires rectilignes des phases d'accélérations offrant une trainée résiduelle ( "poids dynamique") quasi nulle (0,7 newtons a 4m/s)
- Structure biomécanique multi-matériaux assurant la solidité, l'élasticité et notamment la sécurité grâce à la souplesse des parties effilées rendant les coupures impossibles
- Une piece "fusible" calculée pour se déformer lorsque une force 2 fois superieure à celle que peut produire l'eau dans les manoeuvres les plus radicales, est appliquée au systeme. Ce fusible protege des chocs assomants et des ruptures de boitiers.
- 5 matériaux différents combinés dans une structure à technologie aéronautique forment une chaine cinématique articulée permettent une déformation élastique contrôlée et la formation d'une lèvre à effet winglet.
- Avancée de l'axe de rotation au niveau de la colonne vertebrale generée par la variation d'incidence automatique. Ce positionnement de l'axe fictif de rotation permet une position de surf plus équilibrée et engagée dans les manoeuvres, induisant une glisse de planche plus horizontale favorisant la conservation de vitesse.
- Une sensation inédite et instinctive de l'action des ailerons grâce à leur réponse dynamique aux impulsions et l'alignement du centre de rotation sur la colonne vertebrale qui procure une réelle expérience de trajectoires intuitives et naturelles.
Analogie avec les types de virage en Ski ou Snowboard.
On peut comparer les virages avec aileron statique et ailerons de surf équipés du systeme ADAC, aux virages de ski dérapés ou coupés :
-
A un niveau technique supérieur, le virage en dérapage présente des inconvénients majeurs :
- Il n'est pas adapté aux virages à vitesses élevées. En effet, la force centrifuge est telle que le surfeur ne peut pas rester dans sa trajectoire.
- Il ne permet pas un contrôle suffisamment précis de la planche.
- Il ne permet pas de tourner dans un espace restreint.
- Il est une source importante de déperdition de vitesse.
- Il positionne le corps trop en arriere pour effectuer une relance rapide.
- Le virage coupé permet une conduite précise en courbe à vitesses élevées. La déperdition de vitesse est très faible. De plus, l'appui reste centré pendant toute la phase de conduite du virage et le contrôle peut être très efficace et intuitif. La position du corps restant centrée la relance est immédiate
Soyons plus précis encore dans la description, et entrons dans le cœur du problème hydrodynamique des derives de surf:
Influences des paramètres de cambrure et incidence des profils hydrodynamiques
Les performances théoriques des meilleurs profils hydrodynamiques sont connues et répertoriées par les spécialistes dans des bases de données (Voir base données Heliciel), et l'on sait comment les performances de trainées et portances varient suivant les incidences, cambrures, et vitesses .
(fig 1)
(fig 2.1)
Profils de dérives (ailerons) de surf symétriques
Il existe des profils efficaces aux faibles angles d'incidence, mais qui décrochent brutalement au plus grand angles et ceci produit par exemple une perte d'appui en virage (décrochage ou spin out) du fait de l'augmentation d'incidence provoquée par la trajectoire courbe. Nous prendrons pour exemple ici (fig 2.1) un profil symétrique le NACA 0008.
(fig 2.2)
(fig 2.3)
Profils de dérives (ailerons) de surf cambrées
Il existe des profils efficaces aux grand angles d'incidence, mais qui génèrent une trainée importante même lorsqu'ils ont une incidence nulle, ceci est dommageable pour les phases d'accélération. Nous prendrons pour exemple ici (fig 2.3) un profil cambré le NACA 9505.
(fig 2.4)
Dont voici (fig 2.4) la courbe de portance trainée et finesse en fonction de la variation d'incidence a une vitesse donnée pour un aileron ayant ce profil.
Influence du système ADAC sur la trainée de résistance à l'avancement des ailerons de surf
La comparaison des courbes de ces 2 profils (fig 2.1 et 2.3) montrent une force trainée (courbes vertes) très faible (0,7 newtons) à incidence nulle pour le profil symétrique (fig 2.2 ). Alors qu'un profil cambré (courbe fig 2.4) génère 8 newtons de résistance à l'avancement.
En trajectoire droite il existe donc un intérêt évident à utiliser un profil symétrique. Pour avoir un élément de jugement, prenons les 2 ailerons opposé d'un twin, avec un angle de 4 degrés d'incidence fixé par le shaper : 9+9=18 newtons de résistance, soit presque 2 kilos à pousser en bout de jambes:
L' ADAC SYSTEM aligne les ailerons en incidence nulle et supprime le cambre lorsque la trajectoire est parallèle à l'axe de la planche (il conserve aussi le parallélisme des ailerons quelque soit l'angle), donc un delta de 18 -1,4 = 16,6 newtons de trainée supprimée:
Influence du système ADAC sur la portance
Un profil cambré génère donc une force de portance significative même aux faibles angles d'incidence (fig 2.4). Le moindre dérapage, ou composante latérale de déplacement transforme le profil de L' ADAC SYSTEM en profil cambré qui génère, plus de portance, donc plus de cambre, donc plus de portance...
L'effet feedback de cette boucle d'accroche génère un rétablissement de la trajectoire quasi immédiat, ce qui rend le système très réactif et réduit le temps passé en ajustement de direction.
Dans notre exemple un aileron symétrique (courbe fig 2.2 ) doit être placé à 40 degrés d'incidence pour générer 120 newtons de portance alors que l'aileron à cambrure variable de L' ADAC SYSTEM offre déjà 120 newtons a 10 degrés (courbe fig 2.4) et monte à 160 newton à 15 degrés soit une amplitude de glissement involontaire de l'arrière de la planche 4 fois moins grande pour L' ADAC SYSTEM .
La variation de cambrure de L' ADAC SYSTEM permet donc de combiner les performances d'un profil symétrique, qui sont optimums lors des trajectoires rectilignes ou à très faible incidence, avec les performances de divers profils dont la cambrure évolue pour générer des portances maximales à partir de 5 degrés d'incidence relative jusqu'a 25 degrés sans décrochage brutal.
Influence de L' ADAC SYSTEM sur la plage d'efficacité et le décrochage
Au delà de 30 degrés d'incidence environ, quelque soit la forme du profil, un phénomène de décrochage hydrodynamique dégrade plus ou moins subitement la portance d'un aileron classique (voir courbes fig 2.2 et 2.4).
L'adaptabilité de l'angle d'incidence du système ADAC ( fig 1) permet de conserver un angle d'incidence optimal par un pivotement du profil en fonction de la trajectoire du fluide, permettant ainsi de conserver des incidences relatives efficaces repoussant l'effet de décrochage même dans les courbes les plus serrées.
Influence de L' ADAC SYSTEM sur l'accélération
La variation de l'incidence et du cambre est programmée "mécaniquement" par une déformation élastique contrôlée dans une structure (technologie aéronautique brevetée par les concepteurs de L' ADAC SYSTEM ) formant une boucle cinématique articulée : la chaine cinématique de L' ADAC SYSTEM réagit aux contrainte latérales lorsque le trajectoire intègre une composante de dérive. La cinématique de L' ADAC SYSTEM provoque le basculement de la direction de la portance de l'aileron vers l'avant, générant une composante propulsive produisant l'accélération. Cette projection de portance générée par L' ADAC SYSTEM apporte deux avantages majeurs:
- Création d' une aptitude naturelle de production de vitesse lors de mouvements latéraux alternatifs particulièrement instinctifs (pompage) comparable à un mouvement de queue de dauphin ou poisson.
- Production d'accélérations lors des virages procurant une dynamique de trajectoire ouvrant des perspectives de figures irréalisables sans cette relance.
Influence de L' ADAC SYSTEM sur l'accroche du rail par limitation de l'effet de dévers
Un centre de poussée proche de la planche limite son dévers et l’effort à fournir pour accrocher le quart dans la vague. Les longues dérives augmentent malheureusement l’effet de devers qui tend à renverser la planche lorsque l’appui est important. Le système ADAC permet d’obtenir du drive et 70% de poussée supplémentaire grâce à son bord d’attaque et son cambre dynamiques, tout en gardant un centre de poussée très proche de la planche afin de réduire le devers.
Influence de L' ADAC SYSTEM sur la réduction des pertes tourbillonnaires(effet winglet)
Les ailes courtes à forte portance émettent des tourbillons marginaux pouvant dégrader les performances de portance (pertes tourbillonnaires) . Certains oiseaux , comme les aigles, disposent en bout d'ailes, de plumes formant une lèvre inclinée exploitant et limitant ces tourbillons .
Ces lèvres souples et profilées sont intégrées aux extrémités de la structure ADAC pour se déformer naturellement sous l'effort de la portance en respectant ce principe.
Influence de L' ADAC SYSTEM sur la sécurité(ailerons anti coupure)
Un des atouts majeurs du systeme ADAC, est qu'il associe l'augmentation de performances à l'augmentation de sécurité. Le constat de l'analyse de l'hydrodynamique de l'aileron est que la haute performance n'est pas indissociable du danger des structures rigides et tranchantes. Les profils d'ailerons de dauphins ou de baleines en sont la preuve: Leurs structures souples générent des formes hydrodynamique optimales s'adaptant aux diverses phases propulsives:
La biomimetique (technologie inspirée de l'étude biologique) du systeme ADAC resulte d'une analyse détaillée de ces nageoires ultra-performantes qui ne presentent aucun danger dans les jeux et ébats que les surfeurs envient aux dauphins.
L'élasticité des matériaux formants les parties effilées de la structure de L' ADAC SYSTEM, ont été exposées à des "crash-tests" montrant l'avantage des zones souples combinées à la torsion des structures pour protéger le corps du surfeur en cas de chocs avec l'aileron. les concepteurs de l'ADAC systeme ont opté pour une rupture controlée, abimant l' aileron plustot que le surfeur ou sa planche .
- Anticoupure grace à la souplesse des parties effilées.
- Protection contre le choc assommant et les ruptures de boitiers: Une piece "fusible" se déforme en cas d'impact violent avec des corps solides.
3 - Expérimentation intuitive des prototypes: La recherche de sensations instinctives naturelles
- La structure biomécanique de L' ADAC SYSTEM génère une expérience hydrodynamique intuitive grâce à ses impulsions en phase avec la logique organique.
- De nombreuses sessions de tests ont alimenté l'optimisation des pulsations d' accélérations rythmant les enchainements de trajectoires. La réactivité addictive obtenue, résulte de la cinématique structurelle brevetée de L' ADAC SYSTEM.
- La fluidité des mouvements instinctifs du corps dans les courbes génère l'expression de l'instinct marin naturel.
Afin de partager avec les surfeurs qui s'interessent à l'approche hydrodynamique et ses arguments, je vous invite à envoyer vos commentaires à _contact@fynsurf.com_
JF Iglesias,
Responsable recherche et développement FYN surf.
Contacts juridiques licences & Brevets ADAC:
Europe patent attorney :
Cabinet Gasquet 74000 Annecy France
USA patent attorney:
CIONCA Law Group P.C. Irvine, CALIFORNIE 92614
Pour obtenir des licences "ADAC system" dans diverses branches hydrodynamique / aerodynamique, vous pouvez contacter les proprietaires des Brevets via _contact@fynsurf.com_
