Mise en œuvre
Fondamental : Principe de fonctionnement
Ces profils utilisent l'effet Magnus afin de créer une force de portance aérodynamique.
Description
Il s'agit d'un cylindre vertical en composite et possédant une plaque à son extrémité supérieure, l'ensemble reposant sur une couronne permettant la mise en rotation via un moteur.
Les plaques d'extrémités
Il est possible de créer un obstacle au passage des flux d'air depuis l'intrados vers l'extrados en installant des plaques d'extrémité (End Plates). Pour de faibles valeur du rapport de vitesse, noté SR, il semble plus intéressant de prévoir de petites plaques, de manière à minimiser l'impact sur la trainée.
Lorsque SR est compris entre 1 et 3, la taille des plaques pourra augmenter car plusieurs expériences ont démontré que dans cette plage de fonctionnement, les plaques pouvaient largement augmenter le coefficient de portance.
En revanche, si le SR dépasse 3, la trainée induite par la plaque devient très importante et il est plus efficace d'opter pour des tailles plus petites.
On voit sur l'illustration de droite, qu'à SR constant, le sillage est très perturbé en l'absence de plaque d'extrémité.
Le choix de l'installation ou non de plaques ainsi que leur dimensionnement dépend donc en grande partie du SR. D'une manière générale le rapport du diamètre des plaques sur celui du rotor est compris entre 1,1 et 3.
Volet de bord de fuite
Une piste d'amélioration sérieuse pour les années à venir consiste à améliorer la qualité de l'écoulement grâce à la mise en lace d'un volet de bord de fuite sur les rotors.
En effet cela permet de modifier l'emplacement du point de séparation ce qui a pour effet de diminuer \(C_D\) mais également \(C_L\), mais de manière moins importante.
In fine cela permet d'améliorer considérablement le coefficient de finesse, et la capacité de remontée au vent avec un rotor.
Le moteur d'entraînement
Les rotors constituant un système actif il est nécessaire de lui fournir une certaine quantité d'énergie afin de pouvoir fonctionner.
A la puissance propulsive fournie au navire, on soustrait donc la puissance utilisée pour mettre le rotor en mouvement, ou puissance de résistance aérodynamique\(P_{r_{aéro}}\) afin d'obtenir la puissance nette du système.
Cette \(P_{r_{aéro}}\) est composée de la résistance aérodynamique du rotor ainsi que de celle de la plaque d'extrémité dont les expressions sont données à titre indicatif ici[3].
On peut retenir que globalement :
\(P_{r_{aéro}}\approx K\cdot N^3\).
Dans le cas où \(N\) est directement lié au \(V_{WR}\) par le rapport de vitesse (Speed Ratio), on peut même écrire que :
\(P_{r_{aéro}}\approx K\cdot V_{WR}^3\).
L'allure des courbes de puissance propulsive (en orange) et de puissance de résistance aérodynamique (en bleu) montrent bien que pour de faibles valeurs de vent, il est préférable de désactiver le système, voire de le rabattre sur le pont si possible, car le gain obtenu sur la propulsion sera quasi intégralement absorbé par la consommation du rotor.
Remarque : Thom disks
Des disques intermédiaire (Thom disks) peuvent également s'insérer tout au long du profil.
Plusieurs expériences menées par Thom en 1934, suggèrent que pour des SR supérieurs à 4, l'insertion de disques intermédiaires permet d'augmenter de manière significative le coefficient de portance, bien que cela soit au prix d'une augmentation importante de la consommation.
C'est pourquoi les rotors développés actuellement sont lisses bien qu'une certaine rugosité soit nécessaire afin d'induire une circulation périphérique.