Des hydrofoils a la portee de tous claude tisserand véliplane IV sous voilure rigide Juillet 2005





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L'expérience pratique donne un coefficient k de l'ordre de 3 à 5 -


- pour une incidence de l'ordre de 3°,

-
P

pour une surface S exprimée en m2,

- pour une vitesse V exprimée en nœuds .



P

R

Si l'aile est horizontale, la portance P est sensiblement égale à la résultante R. Par contre, si l'aile est inclinée d'un angle α par rapport à l'horizontale, on aura :
P = R x cos α

ou R = P x 1/cos α

Soit un bateau pesant au total 230 kg, dont les charges sont réparties ainsi : 25 %, soit 57 kg sur une aile arrière horizontale, 75 %, soit 173 kg sur les ailes avant inclinées à 40°.
Pour obtenir un décollage à 10 nœuds, la surface devra être la suivante :

2

- à l'arrière: S = P/ k V = 57 / 5x100 = 0,11 m2

avec k = 5 (aile entièrement immergée)

2

- à l'avant: S' = R / k’ V = 0,65 m2

avec R = P x 1 / cos 40° = 226 kg

et k' = 3,5 (aile perçant la surface)
A 20 nœuds, ce bateau aura besoin des surfaces suivantes :
S = 57 / 5 x 400 = 0,03 m2
S'= 226 / 3,5 x 400 = 0,16 m2
On comprendra aisément la nécessité de réduire rapidement la surface au fur et à mesure que l’engin accélère. On peut aussi réduire progressivement l’incidence et donc le coefficient k.

CHAPITRE III

La stabilité



La stabilité en matière de bateau à voile est toujours un problème clef. Les voiliers à hydrofoils n'y échappent pas et offrent toute une gamme de problèmes propres et de solutions qui ont de quoi occuper bien des chercheurs pendant de nombreuses années.
D'une façon générale, la stabilité d'un bateau à ailes marines ne peut être obtenue que de 3 façons (ou par une combinaison d'entre elles).
- En utilisant des ailes inclinées perçant la surface, dont les variations de surface immergée permettent de faire varier la portance.

Nous verrons plus loin qu'en fait ces ailes inclinées perçant la surface peuvent assurer la stabilité latérale d'un voilier sans variation de surface immergée, du fait de l'autocompensation.

- En utilisant des ailes « en persiennes » dont l'émersion d'un ou plusieurs plans permet de faire varier la portance du système.

- En utilisant des ailes entièrement immergées à incidence contrôlée, dont les variations d'incidence permettent de faire varier la portance.
1°- LA STABILITE LATERALE
Ce problème est fondamental pour un voilier, étant donné le couple basculant de la voile.

Cette stabilité peut être obtenue par l'un ou l'autre des procédés évoqués ci-dessus, ou par une combinaison de ceux-ci (par exemple Monitor qui utilise des ailes inclinées, en persiennes, à incidence variable !).
1.1.- Ailes inclinées et placées symétriquement de part et d'autre du bateau -


Poussée vélique

Poussée des hydrofoils

Ce système oblige pratiquement à utiliser des ailes perçant la surface. Ces ailes ont alors à la fois un rôle porteur et un rôle de contre dérive: ce double rôle a pour conséquence un phénomène extrêmement important dénommé AUTO-COMPENSATION.

E
Voilier sous-compensé

Poussée vélique

Poussée des hydrofoils
n effet, l'angle de dérive du bateau (2 à 3°) a pour effet d'augmenter l'incidence (et donc la portance) de l'aile "sous le vent" et de diminuer l'incidence (et donc la portance) de l'aile "au vent". Il s'en suit un effet de contre-gîte très important, qui se produit même si le bateau reste parfaitement horizontal : tout se passe comme si un merveilleux dispositif automatique avait modifié l'incidence des ailes de façon à compenser le couple basculant de la voile.


Voilier auto-compensé


Bien entendu, dans le cas où cette auto-stabilité n'est pas suffisante il s'en suit une légère gîte du bateau, avec augmentation de la surface portante sous le vent et diminution de la surface portante au vent, ce qui a pour effet de rétablir l'équilibre.


dérive

Il faut noter que le phénomène d' auto-compensation est d'autant plus fort que l'inclinaison des ailes est plus faible. Il n'est malheureusement pas possible de réduire considérablement cette inclinaison, si l'on veut conserver une contre-dérive suffisante. Les très nombreuses expériences poursuivies par l'auteur et d'autres chercheurs ont montré que cet angle devait être compris entre 35° et 45° par rapport à l'horizontale. Il faut noter aussi que cette auto-stabilité n'est obtenue que si on supprime tout plan de « dérive » vertical .


vent



O
vent

dérive
n remarque aussi sur la figure que la composante horizontale de la résultante de l'aile au vent, qui a un effet parasite, est très faible. En ce qui concerne la traînée de cette aile, il faut cependant noter qu'elle n'est pas aussi faible que l'on pourrait l'espérer, du fait de la résistance de frottement, de la turbulence marginale et des organes parasites.

Bien entendu, ce système peut parfaitement se combiner avec des ailes "en persiennes" (cas de Monitor) ou « en escalier » (type Véliplane IV).


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