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Rubrique voile et catamaran :

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25 Restaurer une plateforme26 Documentation HC1727 Bears, mises à l'eau
28 Barre de redressement29 Construire des wings

Forces de translation

Présentation générale

On s'intéressera ici aux forces représentées sur un plan horizontal.

Représentation schématique des forces (double trait) et de leurs composantes selon les axes longitudinal et transversal (trait simple).
La somme vectorielle des forces est proportionnelle à l'accélération et non à la vitesse. C'est pourquoi il ne faut pas s'étonner, sur le schémas d'un bateau à vitesse constante, de constater que la somme des forces est nulle !

Force aérodynamique / Poussée vélique

Définition

  • Elle résulte de la déviation de l'air par la voile.
  • Elle est proportionnelle à la surface de voile et au carré de la vitesse du vent apparent.
  • Elle s'applique au tiers avant de la voile, approximativement à mi-hauteur de la voile.
  • Elle est perpendiculaire à la tangente en ce point et orientée vers le bord sous le vent.

Composantes

La composante longitudinale est appelée force propulsive.

La composante transversale est appelée force de dérive.

Remarque importante

Soit un bateau avançant au travers. Si on choque la grand'voile, l'intensité de la force aérodynamique diminue, mais son orientation change : ainsi la force de dérive diminue-t-elle fortement alors que la force propulsive est relativement peu affectée. Cela explique qu'en choquant la GV, la sensation de gîte disparaisse mais que le bateau ralentisse assez peu.

Force hydrodynamique

Définition

  • Elle résulte du frottement de l'eau sur la carène et la dérive.
  • Elle est proportionnelle au carré de la vitesse du bateau et en rapport avec la surface et la forme de la dérive et de la carène.
  • Elle s'applique au centre de carène, qui est le centre de gravité de la partie immergée du bateau.
  • Sa direction dépend de la force aérodynamique à laquelle elle s'oppose.

Composantes

La composante longitudinale est appelée traînée.

La composante transversale est appelée portance de la dérive ou force anti-dérive.

Effet des forces : forces et réactions, translation et rotation

Point théorique Le présent chapitre est optionnel. Il a pour but de vous permettre d'avoir une compréhension plus intuitive du chapitre suivant. Un phénomène "palpable" sera mieux mémorisé.
Ainsi les explications suivantes résultent-elles d'un parti pris plus didactique que rigoureux.

Point de vue statique

  1. Afin de bien percevoir les phénomènes, imaginez-vous en train de pousser latéralement une coque de dériveur sans dérive. Tout votre pression est convertie en mouvement de translation.
  2. A présent, imaginez la même situation mais avec une dérive plantée dans le sable. La coque ne peut pas bouger, elle va en revanche tourner. Votre pression est convertie en mouvement de rotation.
  3. Dans la réalité, il existe une part de chaque. Toute force appliquée au bateau pourra avoir pour effet une rotation et une translation. Elles pourront varier, mais leur somme restera constante. Dans le cas de la force de dérive que nous avons ici simulée, il se créera une composante de rotation en fonction de la force anti-dérive générée par la dérive. Le reste de la force de dérive sera converti en mouvement de translation, qui fait dériver le bateau.

Si on relève un peu la dérive, la force anti-dérive diminue, donc la composante rotatoire de la force de dérive diminue (le bateau est plus plat) au profit de la composante de translation (le bateau dérive plus).

Point de vue dynamique

Lorsque vous appliquez une force aérodynamique au bateau (appliquée au centre de poussée vélique), il se crée une force opposée , c'est la force hydrodynamique (appliquée au centre de carène).

  • Lorsque le bateau a une vitesse constante, c'est-à-dire une accélération nulle et donc une somme vectorielle des forces nulle, les forces aérodynamique et hydrodynamique sont strictement égales et opposées, elles formeront un couple de rotation, ce couple sera responsable de la gîte et de l'enfournement. Ce couple existe car les points d'application des deux forces sont distincts : en particulier, le point d'application de la force aérodynamique est nettement plus élevé que celui de la force hydrodynamique.
  • Pendant la phase d'accélération, la force hydrodynamique est inférieure à la force aérodynamique. La "partie" de force aérodynamique qui ne participe pas au couple de rotation est responsable de l'accélération. Le couple est ainsi toujours formé de deux forces égales et opposées : toute la force hydrodynamique et une partie seulement de la force aérodynamique.
    Par la suite, en raison d'une vitesse supérieure, la force hydrodynamique augmentera jusqu'à l'équilibre.
  • Pendant la phase de décélération, la force hydrodynamique est supérieure à la force aérodynamique. La "partie" de force hydrodynamique qui ne participe pas au couple de rotation est responsable de la décélération. Le couple est ainsi toujours formé de deux forces égales et opposées : toute la force aérodynamique et une partie seulement de la force hydrodynamique.
    Par la suite, en raison d'une vitesse inférieure, la force hydrodynamique diminuera jusqu'à l'équilibre.

Ce raisonnement peut être décomposé sur deux plans, ce que nous ferons au chapitre suivant.

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