V mechaniky tekutin , je fólie je křídlo umístěné a tvarované tak, aby se vytvářely, svým pohybem ve vodě, je zvedací síla , která působí na jeho rychlost a stabilitu.
Slovo fólie se používá v běžném jazyce plavby lodí (plachetnice s fóliemi, katamarán s fóliemi, můra s fólií). Tento název je zjednodušením slova křídlová křídla ; anglické slovo „ fólie “ pocházející z folie , odvozené ze staré francouzské foille ou feuille, pocházející z latinského folia , list. K dosedací plochy na křídlové se Larousse nepoužívá výraz „ rovinou, “ ale „ložiska křídlo“.
Různá jména existují fólií: Dog of the Sea , Seaglider , Hapa , Paravane , křídlo , potápění jelenů nebo vodní křídlo ,
Fólie nebyly vynalezeny k určitému datu, ale jsou výsledkem práce mnoha vynálezců a dokonce i dnes jsou středem mnoha výzkumů. První fólie, jak jsou známy, se objevily v 80. letech. Popularizoval je Eric Tabarly a jeho fóliový trimaran: Paul Ricard . Fólie se skutečně staly populární v roce 2000 s výskytem křídlových fólií; tyto multihulls s fóliemi jsou schopné dosáhnout extrémně vysokých rychlostí díky svým fóliím: více než 100 km / h . Rekord rychlosti plavby vytvořil v roce 2012 fóliový stroj Sailrocket 2 . Bylo dosaženo maximální rychlosti 65,45 uzlů ( 121 km / h ).
Fólie se poprvé objevily ve Vendée Globe během vydání v roce 2016, kde velitelé měli na výběr, zda se budou nebo nebudou připevňovat k jejich trupům.
Rychlost posunutí generuje na fólii (fóliích) hydrodynamický výtah schopný částečně nebo úplně zvednout trup (y) lodi z vody . Účelem tohoto přenosu výtahu je snížit odpor trupu (tření a vlny) a snížit požadovaný výkon při cestovní rychlosti.
Fólie se dělí do dvou skupin:
V případě fólií přecházejících přes hladinu, čím rychleji loď jede, tím více stoupá a tím méně je důležitá ponořená plocha. Rychlost kompenzuje ztrátu profilu křídla, přičemž zdvih zůstává konstantní.
Pro danou rychlost loď stoupá, dokud se zdvih nevyrovná hmotnosti. O výtahu se říká, že je samoregulační, protože (teoreticky) člun neriskuje stoupání do bodu vytažení fólie z vody. Tyto fólie mají obecně pevný úhel stoupání, ale mohou být také nastavitelné (proměnlivé stoupání).
Ponořením fólie přizpůsobené úrovni hladiny loď sleduje profil vln (nepohodlí na rozbouřeném moři).
Fólie zcela ponořenéU zcela ponořených fólií je nosná plocha zcela a neustále ponořena.
Výhodou této konfigurace je schopnost izolovat loď od účinků vln, jakmile je její rychlost dostatečná, aby loď vzlétla a aby vlna nebyla příliš silná. Podpěry nebo sloupky nebo „nohy“, které spojují fólie s trupem, obecně ke zvedání nepřispívají. Tato konfigurace ponořené fólie může mít vyšší účinnost (zvedání / tažení), ale není přirozeně stabilní ve stoupání a házení . Na druhé straně je nosná plocha konstantní bez ohledu na rychlost a výšku letu. Bez regulačního systému nic nestabilizuje hloubku ponoření: fólie se může dostat na rozhraní vzduch / voda. Z těchto dvou důvodů musí být plavidlo vybaveno aktivním stabilizačním systémem ovládaným výškovými senzory (jako na fóliovém můru) nebo řídící jednotkou (výškové senzory, akcelerometry).
Aby bylo možné měnit podélný a příčný zdvih v závislosti na rychlosti , požadovaném poloměru otáčení a hmotnosti lodi, musí být fólie vybaveny systémem pro změnu výšky zdvihu, který působí na nastavení nebo odklon profilu nebo na místní tok.
V této rodině často najdeme obrácené „T“ fólie, ale také „U“ nebo „L“ fólie.
Regulaci výtahu lze provést:
Systém je řízen senzory ( gyroskopy , akcelerometry a senzory výšky letu); z válců řídí zdvih fólií.
Systém je často mechanicky řízen čidly umístěnými před člunem nebo čidlem výšky (nejčastěji plovákem, který se vznáší na hladině vody), srov. „Moth à fólie“ nebo „Moth Foiler“.
Strojní zařízení poháněné lidskou silou (poháněné člověkem):
Plachetnici vzduchu nebo plachetnici „bez hmoty“ je námořní mobilní jednotka složená z námořní prvku a větrného elementu
Tento způsob dopravy využívá sílu větru, energii větru , aby se pohyboval jako plachetnice .
Cílem vzduchové plachetnice je potlačit hydrodynamický odpor trupu ve vodě, přičemž hustota ponořených částí je velmi nízká. Jejich masy jsou v zásadě podporovány vzdušnou částí, což z nich dělá hlavní rozdíl u plachetnic typu křídlového typu, jejichž hmotnost je podporována křídlovými křídly, odtud název plachetnice bez hmoty (s odkazem na hustotu velmi slabé ponořené části).
Sestava může být složena pro vzdušnou část balónu, křídlo draka nebo jakoukoli jinou leteckou formu umožňující generovat aerodynamickou sílu a pro námořní část křídlového křídla. Tyto dvě části jsou spojeny jedním nebo více kabely.
Obálka balónu přizpůsobeného plachtě spojená se stabilizovanou středovou deskou na 3 osách (vodní křídlo nebo fólie) umožňuje plachetnici létat ve větru. Kabel spojující křídlové křídlo s balónem slouží jako stožár a balón plachty. Aerosail používá křídlový profil se symetrickým profilem umožňující drakovi jít oběma směry.
V níže uvedených konfiguracích je zmínka o „malé nebo velké nosné ploše“, tyto povrchy mohou být jednodílné nebo oddělené, a proto tvořené několika fóliemi. Mít několik samostatných nosných povrchů poskytuje páku a momenty potřebné pro podélnou (rozteč) a boční (rolovací) stabilitu .
Nosná plocha se vyznačuje:
Volba tvaru půdorysu souvisí s požadovaným rozložením výtahu pole:
Kvůli viskozitě média sleduje hmota pohybujícího se vzduchu, který naráží na klenutý profil, povrch tohoto profilu; vzduchová hmota je odkloněna, to je Coanda efekt . V reakci na hybnost vzdušné hmoty vychýlené v jednom směru (dolů pro nosný profil) je křídlo zataženo v opačném směru (nahoru), podle třetího Newtonova zákona
Asymetrie vyklenutého profilu má za následek vyšší rychlosti na horním povrchu a nižší na spodním povrchu. Předpoklad nestlačitelnosti studované tekutiny to umožňuje vysvětlit. Tato hypotéza ve skutečnosti umožňuje ukázat zachování objemového průtoku. Na horní ploše se proudové linie utahují, povrch proto snižuje zachování rychlosti zachováním objemového toku a na spodní ploše dochází k obrácení. Podle Bernoulliho věty , kterou lze použít pouze za určitých hypotéz, které mají být ověřeny, když fólie funguje (homogenní, nestlačitelný a statický tok), tlak klesá, když se zvyšuje rychlost a naopak. Vytvoří se tak přetlak na intradosu a deprese na extradosu, což má za následek zvedací sílu nahoru a umožňuje fólii stoupat.
Toto vysvětlení neplatí dobře pro únosnost tenkých symetrických profilů a plochých desek bez tloušťky.
Profil je podélný řez (rovnoběžně s rychlostí) zvedacího křídla.
Profily jsou obecně definovány jejich hlavními geometrickými charakteristikami a jejich hydrodynamickými charakteristikami (koeficienty zdvihu, odpor, moment stoupání). Nejznámější profily ( NACA ) jsou geometricky klasifikovány podle rodin (rozdělení tloušťky, prohnutí, tloušťka).
Geometrie profilu je definována následujícími prvky:
Profil je vybrán na základě následujících hlavních kritérií:
Cz nebo koeficient zdvihu závisí na hmotnosti, dosedací ploše a rychlosti. Častá hodnota: 0,4 až 0,7 při cestovní rychlosti. Zdvih je F = q S Cz s q = dynamický tlak = 1/2 rho V² a rho = hustota kapaliny.
Koeficient Cx nebo odporu fólie závisí na:
Načasování (anglický výskyt nebo sklon) je úhel mezi profilovou strunou (přímka spojující náběžnou hranu s odtokovou hranou ) a referenční polohou (obvykle základna pro nominální provoz, rychlostní plavba). Nastavení lze upravit a upravit výtah. Všimněte si, že výskyt v angličtině neznamená výskyt ve francouzštině. Všimněte si také, že anglický výraz rake označuje v letectví, například pro vrtule, místní sklon okraje lodi. 'útok (tvar plánu, úhel šipky) a ne klínový úhel.
Úhel dopadu (v angličtině AoA, úhel náběhu ) fólie je úhel mezi profilovým akordem (přímka spojující náběžnou hranu s odtokovou hranou ) a tokem (vektorem lokální rychlosti). Se stoupáním hřiště se zvyšuje úhel náběhu a zdvihu.
Úhel dopadu kormidla , což je svislá plocha se symetrickým profilem, se rovná nule, když je kormidlo ve středové linii lodi, za předpokladu, že loď není driftována (nepohybuje se krabem).
Vlek zvyšuje s úhlem náběhu ( výtahové svahu ). Z určitého úhlu, jehož hodnota se mění v závislosti na profilu a prodloužení nosné plochy, dochází k oddělení toku, které se říká zablokování a ztráta zdvihu.
U symetrického profilu , jako je kormidlo, je nulový úhel zdvihu roven nule: kormidlo musí být v ose proudů, aby se boční zdvih zrušil.
U asymetrického profilu musí být rovina umístěna v negativním dopadu, aby se dosáhlo nulového zdvihu; právě tomuto úhlu se říká „úhel nulového zdvihu“. Pořadí tohoto úhlu je dáno hodnotou odklonu (poměr vychýlení / tětivy) profilu: profil vyklenutý při 4% má nulový úhel zdvihu přibližně -4 °.
Únosnost ponořených profilů je omezena ventilací a kavitací.
Větrání je jev spojený s blízkostí nosné roviny k povrchu. Silná deprese na horním povrchu fólií může vytvořit nasávání vzduchu, který bude sestupovat podél svislé (fóliové nohy) nebo samotné fólie („V“ fólie procházející povrchem). V tomto případě již profil nepostupuje ve vodě, ale ve směsi vzduchu a vody a výtah náhle klesá (rozdíl v hustotě média). Řešením je použití přepážek nebo zábran (v angličtině „ ploty “), které zabraňují sestupu vzduchu podél fólie.
V důsledku vytvoření vztlaku tlak na horním povrchu klesá a místně dosahuje hodnoty rovné nebo menší než tlak nasycených par , což se projevuje výskytem bublin vodní páry, což je jev nazývaný „kavitace“. To způsobí pokles výtahu a imploze bublin způsobí erozi fólií, jakož i vibrace a hluk.