Innover dans les Ailerons de Surf : Impression 3D, Onyx, Design Axé Performance

Note de l'auteur : Je travaille chez Markforged en tant qu'étudiant ingénieur électrique. En examinant des ailerons de surf de test au bureau avant un voyage en Australie, j'ai été inspiré pour créer des ailerons de surf imprimés en 3D avec l'imprimante Markforged Mark Two. Ce billet détaille la conception, l'impression et les tests en conditions réelles de ces ailerons personnalisés.

À Propos des Ailerons de Surf

Avant les années 1930, les planches de surf s'appuyaient sur des carènes fortement convexes ou sur l'acte rudimentaire de traîner les pieds dans l'eau pour contrôler la direction. L'ajout d'ailerons a révolutionné le surf en stabilisant le lacet, amortissant le roulis et générant de la portance dans les virages — des fonctions analogues à une aile ou une queue d'avion. La plupart des ailerons présentent une section transversale en profil aérodynamique, qui maximise la portance tout en minimisant la traînée par rapport à une simple forme rectangulaire.

Coupe transversale d'un aileron de surf en titane.

Comme on peut le voir, la forme d'un aileron de surf typique est étonnamment similaire à une aile d'avion symétrique.

Malgré l'optimisation des profils aérodynamiques, de nombreux ailerons commerciaux adoptent encore une forme classique « dauphin » — esthétique, mais pas idéale pour la portance. La théorie aérodynamique montre que la forme d'aile la plus efficace est une ellipse car la portance se distribue selon un motif elliptique. Une aile longue et étroite offre un meilleur rendement d'envergure, c'est-à-dire plus de portance pour moins de traînée. Le Rutan Voyager, un avion qui a fait le tour du monde sans ravitaillement, illustre ce principe avec ses ailes ultra-longues et étroites.

Pourquoi, alors, la plupart des ailerons de surf présentent-ils un design à balayage arrière ? En pratique, le balayage réduit la probabilité qu'un aileron s'emmêle dans les algues — il n'y a pas d'écoulement supersonique à optimiser, contrairement aux chasseurs ou aux avions de ligne.

Ajout de Winglets

L'un des plus grands contributeurs à la traînée sur un aileron est le tourbillon qui se forme au bord inférieur. En ajoutant de petits winglets sous l'aileron, on peut supprimer ces tourbillons, améliorant significativement l'efficacité de la traînée. Les avions de ligne modernes emploient des winglets similaires avec grand effet.

Les winglets servent un double objectif : réduire la traînée et fournir une stabilité de tangage supplémentaire. Lorsque le surfeur place ses pieds trop en avant, la planche pique du nez ; les winglets génèrent une force descendante pour contrer cela. Inversement, si le surfeur se tient trop en arrière, les winglets produisent de la portance, aidant à maintenir l'équilibre. Bien que le placement correct des pieds reste essentiel, les winglets agissent comme un filet de sécurité précieux.

Rendu CAO de l'aileron personnalisé ; les blocs supérieurs servent de points de fixation pour la planche.

Le jeu de test consistait en trois ailerons imprimés en Onyx pur — sans renforcement de fibre — pour imiter la flexibilité des ailerons en acrylique coulé. Malgré leur finesse (épaisseur max 4 mm, bord de fuite de deux couches d'épaisseur), les impressions étaient robustes. L'épaisseur de deux couches des winglets a bien tenu pendant l'expédition et les tests.

Ailerons de surf hydrodynamiques imprimés en Onyx.

Les ailerons ont été expédiés en Australie pour évaluation en conditions réelles. J'ai utilisé une planche de 7 pieds 3 pouces équipée d'ailerons de 120 mm de profondeur pour la comparaison.

Ailerons standard transparents en forme de dauphin.

Comparaison aileron Onyx vs aileron standard forme dauphin.

Les ailerons de surf sont interchangeables via un système à clé hexagonale ; des boîtiers en plastique sont moulés dans la planche en fibre de verre. Un boîtier sur ma planche était fissuré, affectant le cambrure.

Utilisation d'une clé d'aileron pour changer les ailerons ; la base noire est le boîtier d'aileron.

Les ailerons imprimés en 3D s'ajustaient parfaitement aux spécifications, démontrant la haute résolution de l'imprimante Mark Two. Avec les nouveaux ailerons installés, il était temps d'affronter les vagues.

Planche avec ailerons Onyx installés.

Surfer avec les Ailerons

Les ailerons ont été testés dans environ 1 m de houle — petit par la plupart des standards. Même dès la première vague, les ailerons ont permis des virages nets et offert une stabilité de tangage notablement supérieure au jeu standard. Bien que je ne sois pas un surfeur professionnel chevronné, j'ai trouvé le ressenti des nouveaux ailerons très satisfaisant.

Après la première session, les ailerons restaient largement intacts, malgré certaines caractéristiques de 2 couches d'épaisseur. De légères marques sont apparues là où les vis de fixation contactaient les plots d'attache de l'aileron.

Aileron après surf, encore entièrement intact.

Marque de la vis de fixation sur le dessus de l'aileron.

Le deuxième jour, l'aileron dans le boîtier fissuré a cédé en torsion. Causes probables : un couple soudain lors d'une chute et un serrage insuffisant des vis. Grossièrement, une vague à 10 km/h peut exercer environ 3 kg de force sur un aileron, se traduisant par une charge substantielle sur les plots de fixation. Bien que la rupture d'aileron soit courante, un aileron renforcé de fibre pourrait améliorer la durabilité et permettre une rigidité ajustable — un paramètre de conception clé pour les ailerons de surf.

Dans l'ensemble, les ailerons Onyx imprimés en 3D ont performé de manière impressionnante, démontrant à la fois résistance et précision.

Note de l'éditeur : Les fichiers .stl de ces ailerons sont disponibles en téléchargement — essayez-les ! Si vous êtes intéressé pour collaborer sur de tels projets, envoyez-nous un email à social@markforged.com.