Force Vélique

Force Vélique

Cette force est grossièrement orientée suivant une perpendiculaire au plan formé par les trois angles de la voile. Plus la voile est «ouverte» et plus la force vélique agit dans le sens de la marche. Mais nous verrons que cette force varie avec l’angle d’incidence du vent, ce qui corrige sensiblement ce raisonnement.

Si le fluide était parfait, seule cette force serait à retenir. Malheureusement, la traînée demeure.

La force vélique se décompose en force de traînée dans le sens de l’écoulement général et force de portance perpendiculaire à celui-ci.

Pour nos explications, nous utiliserons parfois une autre décomposition de la force vélique : force propulsive dans le sens de la marche du voilier et force de dérive perpendiculairement à cet axe.

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Le terme de «portance» ne s’applique pas parfaitement aux voiles. Le plus souvent, il ne s’agit pas, en effet, de «porter» un voilier, mais de le «déplacer horizontalement». Toutefois, le poids de la recherche aéronautique est tel que nous le garderons. De même, il nous arrivera d’utiliser le terme «plan porteur» pour parler des ailes du dessus (les voiles) ou du dessous (la quille, le safran, etc.). Au portant, la traînée est un élément favorable pour «descendre» dans le vent. En revanche, pour «remonter» contre le vent, il s’agit bien d’un frein. Au près, la traînée s’oppose à la marche en avant – et nous chercherons à nous rapprocher du meilleur rapport portance/traînée.

(Texte inspiré du livre “Les voiles, comprendre, régler, optimiser de Bertrand Chéret)
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Force Antidérive

Sauf au plein vent arrière, la force vélique ne s’exerce pas dans le sens de la marche. Aux autres allures, pour que le bateau ne parte pas en crabe, il nous faut donc un plan antidérive. Le plus souvent, nous disposons d’une dérive et d’un safran, dont les dessins sont symétriques suivant l’axe longitudinal du bateau.

Antiderive

La dérive agit à l’opposé de la voile : basse pression «au vent», surpression «sous le vent», la portance qui se manifeste sur la dérive s’oppose à la force latérale de dérapage des voiles et cale le 470 sur son axe.

Pour que le voilier avance, il suffit que la force vélique soit orientée en avant de la perpendiculaire à l’axe longitudinal de la coque.

Par ses plans porteurs aériens, le voilier «récupère» l’énergie du vent, mais c’est grâce à sa carène et ses appendices sous-marins qu’il se cale sur sa route, qu’il peut gagner au vent, bord sur bord.

La force développée par la dérive est liée à différents facteurs :

  • La surface : elle doit être à la limite de tolérance de dérapage. En effet, plus on se rapproche du vent arrière, moins nous avons besoin de force antidérive. Autant, donc, diminuer la traînée de friction au maximum (c’est pourquoi on remonte la dérive).
  • La vitesse du voilier : plus il va vite, plus le plan antidérive devient efficace
  • L’incidence.

Nous retrouverons tout ça au travers de l’étude des voiles.

Agissant de part et d’autre de la flottaison, les forces vélique et antidérive créent des couples (gîte, enfournement, aulofée, abattée…) dont on verra l’importance sur les grands équilibres du 470.

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Bien qu’on pense à la dérive, le safran participe aussi au plan antidérive. Suivant la charge qu’on veut lui affecter, pour l’équilibre de route recherché, il peut être plus ou moins grand et son angle d’incidence dans le flux plus ou moins important.

Les angles variables – et parfois importants – nécessaires pour gouverner le voilier obligent à lui donner des profils très tolérants, sensiblement différents de ceux de la quille qui, elle, travaille à faible incidence.

Observons une dérive travaillant à la gîte: La force antidérive qui s’applique sur elle ne s’exerce plus uniquement à l’horizontale, mais suivant un angle d’inclinaison ayant la valeur de cette gîte. Il en résulte une composante verticale qui la pousse vers le haut. Cette composante «porte» le voilier.

(Texte inspiré du livre “Les voiles, comprendre, régler, optimiser de Bertrand Chéret)

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La relance

La relance

Faire démarrer le voilier ou le relancer après une manœuvre (virement ou empannage) sont deux situations fréquentes en régate. C’est souvent par la maîtrise de ces prises de vitesse qu’on marque sa supériorité.

Par vent faible : relance au près

Par vent faible, il faut parfois plusieurs secondes pour se remettre du passage d’une mauvaise vague ou d’un virement raté.

1. La première priorité est de retrouver la vitesse cible correspondant au vent
réel du moment.

Pour acquérir la vitesse cible, on abat d’abord sous la route normale (donc sous le cap cible) pour le vent régnant. Si le plan antidérive est faible comme le 470, il nous faut un minimum de vitesse pour être calé sur la route. On parle de «relance basse» si on est contraint de «plonger» nettement pour retrouver cette vitesse

2. Ensuite, la valeur du cap suit l’amélioration du vent apparent au travers du gain de vitesse. L’état de la mer et les qualités du 470 (ainsi que le voisinage d’autres bateaux) sont à prendre en compte.

3. La valeur du braquage des voiles est très importante en relance. Sur un 470, le foc un rôle primordial. C’est elle qui «accroche» le vent

Avec un 470 est en effet possible de «tricher» pour gagner plus vite les nouvelles cibles. Après l’avoir laissé gîter le et choqué l’écou­te, on redresse le bateau tout en bordant et en donnant au besoin un petit coup de lof

Ces actions favorisent l’accélération de l’écoule­ment sur la voile et mettent la vitesse et le cap du voilier plus rapidement fil du vent. Au près, par vent faible et instable, nous pouvons ainsi adopter une route légèrement sinueuse : route abattue, bateau légèrement gîté et voiles «lâches» dans les calmes ; route relofée, bateau redressé et voiles rebordées dans un vent plus fort.

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Par vent faible : relance au portant

Au vent arrière par vent faible, les angles de descente ne sont pas très favorables. Pour autant, il est possible qu’on ait à lofer et à border encore d’avantage pour lancer le voilier. C’est notamment le cas lors de l’arrivée imminente d’une légère risée. Ce faisant, on acquiert la vitesse permettant de profiter au mieux de ce vent plus frais dès qu’il touche le voilier. Si le vent est particulièrement faible, il peut être nécessaire de monter jusqu’au vent de travers pour ensuite, bien lancé et redescendre. Il faut bien appréhen­der la progression de la risée pour se dérouter au bon moment : ni trop tôt (ça allonge la route), ni trop tard (la vitesse acquise demeure insuffisante au moment de l’impact de la risée.

Par vent fort : relance au près

1. Par vent fort, la priorité en relance est de maintenir le bateau parfaitement dans ses lignes  et ceci, quelle que soit l’allure . Le 470 demande de rester bien à plat. Il est même souvent favorable de partir avec une excédent de rappel (donc une légère contre-gîte) pour absorber la survente.

2.  La seconde préoccupation concerne le juste dosage de puissance vélique compatible avec la gîte. Pour ne pas risquer de se trouver en surpuissance, les voiles sont d’abord placées à faible incidence, en bas de leurs plages fines. Levoilier étant orienté au dessous du cap cible, les voiles sont débordées à la limite du faseyement pour ensuite être reprises, en fonction des gains de vitesse ou de cap. Si nous sommes au-dessus du cap cible, les voiles sont normalement bor­dées et on abat avec précaution pour ne pas dépasser l’incidence de surcharge.

(Texte inspiré du livre “Les voiles, comprendre, régler, optimiser de Bertrand Chéret)

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Empanage

L’empannage

Suivant la force du vent, l’empannage de la grand-voile peut accompagner celui du spi en ramenant en même temps les deux voiles vers l’axe de route du voilier, on maintient le centre de poussée au-des­sus du centre de carène et on évite les coups de lof.

Les priorités.

nous avons deux priorités :

Le respect de l’assiette.

  • L’orientation de la carène suivant la direction de la force vélique. On ne peut correctement empanner que si le bateau est bien dans ses lignes. Comme nous l’avons vu, le déséquilibre peut venir d’un couple de lof, d’une force vélique mal orientée ou des vagues.

La procédure.

  • Donner un léger coup de lof pour stabiliser le 470 et, éventuellement, lui procurer un surcroît de vitesse.
  • Brasser largement le spi, ce qui fait abattre le 470 et l’amène vers la fausse-panne.
  • Mollir le bras, juste assez pour supprimer la pression sur le tangon
  • Décrocher alors le tangon.
  • Le spi, maintenant libre, porte.
  • Empanner la grand-voile.
  • Placer le tangon sur la nouvelle amure.
  • Compte tenu de la force du vent, le changement d’angle d’une allure sur l’autre est faible. Le barreur garde toute sa concentration pour orienter sa carène par rapport à la force vélique.

La bonne trajectoire est celle qui suit l’orientation de la force vélique. L’équipier chargé du tangon doit être plus habile que physique. Il ne peut à lui seul lutter contre les éléments. La responsabilité d’un empannage réussi vient du barreur. Le réglage des écoutes doit se faire au bon rythme et suivant de justes dosages.

  • Si le bateau gîte, il faut abattre.
  • Si le bateau contre-gîte, il faut lofer.
  • En bref, poussez le bateau du côté où veut aller le mât !

La relance.

Le barreur doit se concentrer à placer le bateau pour qu’il offre le moins de résistan­ce possible à la première poussée de la voile qui succédera à la manœuvre. Ainsi, en sortie d’empannage, on se retrouve normalement proche de la fausse panne, dans une situation instable. Pour retrouver une allure plus paisible, le barreur peut lofer très légèrement et avec précaution.

Sur un dériveur en double, par fort vent, le barreur se concentre principalement sur la conduite du voilier, dont il doit préserver l’assiette et la trajectoire.

(Texte inspiré du livre “Les voiles, comprendre, régler, optimiser de Bertrand Chéret)

Virement Bascule

Le virement bascule

Sur un 470, on améliore nettement le changement d’amure par un «virement bascule». A l’approche du virement, on favorise d’abord la gîte du voilier, tout en abattant légèrement voiles ouvertes. En basculant sèchement le voilier vers l’intérieur du virage, on augmente et on fait adonner artificiellement le vent apparent (gain de puissance des voiles).

En même temps, on borde la grand-voile : le bateau devient ardent et monte de lui-même dans le vent. La rotation augmente l’adonnante et la survitesse d’écoulement autour du foc, déjà engagée par la bascule.

Cette bascule aide aussi la carène à virer, à glisser sur l’eau. Elle peut être telle que le 470 se retrouve à la contre-gîte alors qu’il passe le lit du vent – donc déjà gîté sur la nouvelle amure. On sort un peu bas, avec les voiles légèrement débordées. La relance se fait en redressant le voilier, en lofant et en bordant les voiles.

Le safran, lors de la montée dans le vent, accompagne simplement la rotation, sans la forcer. On donne juste un petit coup de barre au moment de passer le lit du vent, et un autre pour limiter la rotation. Le braquage du safran pour faire abattre le voilier vers sa nouvelle amure est fonction de la rotation souhaitée. Sur un dériveur léger, lors du passage du lit du vent, le braquage du safran n’est pas négligeable : en le ramenant vivement dans l’axe, on contribue à la propulsion et à la relance.

La bascule est toujours un apport favorable au virement. Bien exécutée, cette manœuvre peut vous faire progresser au vent sur le parcours d’où l’interdiction de sa répétition systématique).

(Texte inspiré du livre “Les voiles, comprendre, régler, optimiser de Bertrand Chéret)

Ralentir

Ralentir avec la carène

En augmentant la traînée de carène, on ralentit le voilier.

  • En plaçant le 470 hors de ses lignes les plus favorables : en travers de la route, en provoquant une dérive ou  en donnant une gîte excessive. Une rotation brutale place la carène par le travers de la route. Sur un 470, dérive relevée, le problème est moindre, mais le dérapage devient plus important.

Ralentir avec les voiles

  1. Au près
  • En jouant sur le volume. Donner du volume augmente la puissance, mais génère aussi de la tramée. Inversement, diminuer la puissance peut, en d’autres circonstances réduire la force propulsive. La réduction d’incidence est obtenue soit en lofant, soit en choquant la voile. Les deux actions conjuguées donnent le résultat le plus efficace.Si on mollit l’écoute la voile vrille et déverse. Le haut de la voile est  à la fois plus ouvert et affiné.

  • Mettre le foc à contre. L’incidence est telle que, non seulement l’écoulement se trouve entièrement décollé de l’extrados, mais en plus, la force vélique se trouve orientée en latéral arrière. Le foc freine et fait abattre. Pour corriger l’abattée, on lofe fortement, ce qui augmente encore le frein.

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2.AU LARGUE

Nous naviguons toujours en finesse. Pour freiner, nous avons à notre disposition les même recettes qu’au près, avec quelques nuances toutefois.

  • En lofant, vous provoquez dans un premier temps une adonnante favorisant la puissance du foc. Au lieu d’un ralentissement, vous obtenez d’abord un surcroît de vitesse.
  • En choquant de l’écoute, il faut aussi se méfier. En réduisant l’incidence par l’ouverture de la voile, on affaiblit sa force vélique mais, dans le même temps, on l’oriente plus favorablement vers l’avant.
  • Donc, au vent de travers, il faut arriver au faseyement de la voile pour vraiment ralentir
  • Une autre solution consiste à border la voile pour rompre l’écoulement
(Texte inspiré du livre « Les voiles, comprendre, régler, optimiser de Bertrand Chéret)

Aérohydrodynamisme

1. Petites notions de physique:

L’eau et l’air sont 2 fluides bien différents:

Plus un fluide est visqueux, plus ses molécules sont sérrées, plus il est dense, plus il résiste au déplacement. il en va ainsi de l’eau par rapport à l’air.

la densité moléculaire de l’eau , 1000kg/mètre cube, est nettement supérieure à celle de l’air qui ne pèse que 1,2kg/mètre cube (à 20° au niveau de la mer).

Vu l’écart de densité entre les deux fluides, pour obtenir des forces équivalentes au dessus et en dessous de la surface de l’eau, il faut que l’aile aérienne soit 28 fois plus longue est mesure 800 fois la surface de l’aile marine, ainsi si la quille mesure 2m² carrés, la voile devra couvrir 1600m²

à titre d’exemple, pour un Class América, nous obtenons à peu près 3m² de quille (sous l’eau) pour 340m² de voile (dans l’air) grossierement 1/100, ce qui est exelent, ces chiffres sont à corriger en fonction du caré de la vitesse d’écoulement (c’est une des raisons qui conduisent à remonter de la dérive dans la brise sur les dériveurs).

hydroen théorie, vu la différence de densité en l’air et l’eau,
la voile devrait être 800 fois plus grande que la quille
pour générer la même force dynamique

(Texte issue les voiles comprendre, régler, optimiser de Bertrand Chéret)