Didacticiel : concevoir un hydrofoil de surf-foil avec Heliciel

Un pratiquant de surf-foil veut dessiner sa propre aile avant porteuse, imprimée-moulée en carbone. Ses données :

• Masse à porter : 85 kg (rider + planche + foil) → portance cible 834 N ;
• Vitesse de vol visée : 6 m/s (~21 km/h) — l'allure à laquelle le foil doit porter tout le système ;
• eau douce (plan d'eau intérieur), aile immergée sous ~80 cm de mât.

Comme pour l'aile d'avion RC, il n'y a pas d'optimiseur sur une aile : on règle, on lit la portance, on itère. Mais dans l'eau, chaque décimètre carré porte 800 fois plus que dans l'air — les surfaces deviennent minuscules et chaque degré d'incidence pèse des dizaines de newtons.

• Organisation et phases de conception :

1. Partir du modèle hydrofoil
2. Trop petit ? Agrandir l'aile plutôt que forcer l'incidence
3. Encadrer le point de vol : 4° et 5°
4. Portance et traînée selon la vitesse : le décollage
5. Bilan et modèle à télécharger

1 : Partir du modèle hydrofoil : le modèle « hydrofoil » d'Heliciel est déjà dans l'eau douce (le fluide fait partie du modèle — attention : si vous partez d'un projet d'aile AIR déjà ouvert, changez bien le fluide !). Sa loi de cordes n'est pas linéaire : large à l'emplanture, resserrée au milieu, ré-élargie au saumon — c'est la forme du modèle, que nous gardons.

2 : Trop petit ? Agrandir : premier essai avec une envergure de 750 mm : à 5 m/s, l'aile ne porte que 227 N aux incidences de finesse maximale, et même poussée à 8° d'incidence elle plafonne à 415 N — avec une finesse qui s'écroule. La leçon vaut pour tous les foils : quand la portance manque de plus de moitié, ce n'est pas l'incidence qu'il faut forcer, c'est la surface qu'il faut agrandir. Nous passons l'envergure à 1 120 mm (Heliciel remet la voilure à l'échelle) et le décollage à 6 m/s.

3 : Encadrer le point de vol : avec une incidence uniforme imposée sur les 10 éléments de l'aile :

Nos 834 N de cible tombent entre les deux lignes : le point de vol réel se situe entre 4 et 5° d'assiette, exactement ce que le rider ajuste en permanence par l'appui de ses pieds. Retenons le calage géométrique correspondant à 4° comme référence de construction. La traînée de l'aile seule (~35 N au vol) donne l'ordre de grandeur de la traction nécessaire — mât et stabilisateur s'y ajoutent : c'est pourquoi une aile de wing-foil demande ~50-60 N de traction totale.

4 : Portance selon la vitesse — le décollage : à calage figé (4°), l'analyse multi-points balaie la vitesse de 3 à 9 m/s. Valeurs de la demi-aile (l'aile complète porte le double) :

Lecture : la portance croît comme le carré de la vitesse : le foil « décolle » vers 6 m/s à 4° d'assiette (l'aile complète atteint les ~830 N), plus tôt si le rider cabre à 5°. À 7 m/s, il faudrait voler à une incidence plus faible (l'aile porterait 1 100 N à 4° : le rider réduit l'assiette, la finesse reste excellente). La dépression maximale sur l'extrados reste modérée (26,6 kPa à 9 m/s) : pas de risque de cavitation à ces allures — le vrai danger du foil est la ventilation (l'aspiration d'air depuis la surface), affaire de design du mât et de profondeur de vol.

5 : Bilan et modèle à télécharger

• Aile avant de surf-foil : envergure 1 120 mm, cordes 239/134 mm (loi du modèle), allongement 9,9, eau douce ;
• vol : 834 N portés entre 4 et 5° d'assiette à 6 m/s ; traînée d'aile ~35 N ; finesse ~25 ;
• décollage vers 6 m/s (4°), plus tôt en cabrant ;
• leçon centrale : dans l'eau, la surface se calcule au décimètre carré près — agrandir l'aile vaut toujours mieux que forcer l'incidence.

Le projet complet est téléchargeable ici : hydrofoil_surf_1120mm.hlc (à ouvrir avec Heliciel). Il est également intégré aux modèles livrés avec le logiciel. L'export STL/STEP vous donnera le moule ou le master d'usinage.

Je reste à votre disposition pour toutes remarques ou compléments d'information via contact@heliciel.com

• JF Iglesias développeur Heliciel.