GV a corne sur 18

Au dela de la puissance, mais jusqu'a un certain point seulement, si ton réglage est bon et la chute bien tendue (ah la tension de la chute sur la yole OK!) la latte forcée en haut doit pouvoir faire basculer doucement toute la chute sous le vent.
Il n'y a même plus à toucher l'écoute, la surface arrière de la voile s'éfface toute seule

Cher messieurs,
Suite a votre discution intérêssante sur les voiles je me permet d'intervenir sur les points suivants:
1. Pourquoi des voiles elliptiques?
La théorie dit en effet que dans un milieu stable (une souflerie) il est intéressant d'avoir une ''variation de portance elliptique'' de bas en haut. Ceci permet de diminuer notament le tourbillon de Boudel (variation de portance trop importante sur la tête des voile). Une approche (pas forcement bonne) pour obtenir cette variation de portance est d'avoir une voile dont le contour a une forme de demi ellipse a condition de respecter la bonne répartion ou distribution de volume verticale et le bon vrillage!!
2. Le vrillage ?
Le vrillage dépend des gradients de vents (variation de vitesse vent réel en fonction de la hauteur donc variation de l'angle du vent apparent). Sur une voile de 18 cette variation est quasiment proportionelle à la hauteur et depend de la vitesse du bateau.
Le vrillage depend aussi du sillage tourbillonnaire (trainée induite de la voile)`
Puis le vrillage dépend de la difference d'orientation du vent en fonction des strates (hemisphere nord/ hemisphere sud) Une voile ne devrait pas avoir le meme vrillage d'un bord a l'autre et d'un hemisphere à l'autre.
Pourquoi une corne?
Cette tête de voile large permet d'avoir un vrillage dynamique beaucoup plus progressif qu'un voile elliptique grace à sa géométrie. En effet une voile à corne vrille de la tête et non du milieu comme une voile classique. Elle repecte donc mieux les gradients de vent et a des angles d'incidences adaquates. Ces voiles peuvent pafaitement respecter la fameuse variation de portance elipitque à condition d'avoir des hauts plus plats.
En conclusion ces voiles à corne devrait être très intérêssante grace leur bon comportement dynamique dans un environement qui n'est pas stable!! Elle sont également très sensibles au reglage notament dans le petit temps il ne faut pas hésiter à prendre du cunningham pour ne pas avoir la tête qui ferme trop.
Après, tout depend de la forme et notament des lattes (les latte du haut doivent être plus raides)
Voila ma position de voilier sur le sujet
J'espere ne pas avoir été trop chiant.

ALEX

Chiant? Surement pas!! Plutôt passionnant en fait......

Merci de nous éclairer!!! N'hésite pas à continuer!!

Tout au contraire tout juste passionnant...

Actualiser mes vieilles connaissances en matière de gréement me semble plus que valable!

Merci beaucoup.

Très intéressant, mais je me permets d'apporter quelques précisions :

1. Ce qu'il faut bien intégrer, c'est que l'on cherche à avoir un profil de portance qui soit elliptique, et non une voile elliptique. Pour un safran par exemple, l'eau en amont a la même vitesse relative qu'elle soit en haut ou en bas du plan porteur. Pour diminuer la traînée quand on est en incidence, on favorisera don un profil de portance elliptique, que l’on peut obtenir en ayant une forme d’ellipse dans la géométrie du safran, mais aussi en faisant varier l’épaisseur et la position de l’épaisseur maximale. En général, on fait varier les deux (la forme du profil comme la longueur de corde). Pour une voile, c'est beaucoup plus complexe, et la voile elliptique est à mon sens une vision extrêmement simpliste qui vient de l’aéronautique, où les avions volent dans un air qui a globalement une vitesse uniforme.

2. Le tourbillon de "bout d'aile" n'est pas la seule explication des profils elliptiques, car sinon, on pourrait avoir des profils triangulaires, paraboliques ou hyperboliques qui auraient les mêmes propriétés, c’est à dire une portance qui tend vers zéro quand on approche du bout de l'aile. C'est la nappe tourbillonnaire et la théorie de Prandtl qui conduisent à une solution elliptique, qui n'est valable que dans un ECOULEMENT UNIFORME.

3. L'écoulement du vent autour d'une voile de bateau est très loin d'être uniforme, géométriquement (vrillage, gradient) comme temporellement (dynamique). La solution elliptique n’a pas de fondement pour une voile.

4. Le gradient de vent : Le gradient de vent est un phénomène qui est du au frottement de l'air sur la surface. En théorie de la couche limite, le vent est nul à la surface. Empiriquement, on observe une évolution de la force du vent avec la hauteur avec un profil en puissance (1/6). Cette loi empirique varie avec la force du vent, la température de l'eau par rapport à l'air, l'hygrométrie, l'instabilité de l'air, etc. Comme la Terre tourne, on a aussi un vrillage vertical du vent réel (spirale d'Eckman), les nuages sont soumis à un vent réel qui est plus à droite que le vent de surface (dans l'hémisphère nord). A l'échelle de bateau, ce vrillage est en général très faible, sauf lorsqu'il y a cisaillement important. Le cisaillement étant souvent lié aux phénomènes de brise, le vrillage du vent réel peut alors être aussi bien à droite qu'à gauche, en fonction de l'orientation de la cote plus que de l’hémisphère.

5. Vrillage du vent apparent : Le gradient de vent réel génère, quand on somme le vent bateau et le vent réel, un vrillage du vent apparent auquel est soumis le bateau sans voile. La présence d'une voile sur le bateau génère un écoulement induit qui influe sur l'écoulement perçu par le plan de voilure, ce qui accentue le vrillage. Ce second vrillage est indissociable du plan de voilure et de son réglage.

6. Comparaison : il est très difficile de considérer les phénomènes auxquels est soumis un plan de voilure en découplant les choses. En d’autres termes, la formulation « toutes choses égales par ailleurs » n’est pas valable. Si je change le vrillage de la voile, je change l’écoulement auquel elle est soumise.

7. Corne : On peut dire qu’un corne permet de mieux contrôler un vrillage de voile, tout en augmentant la traînée. Il arrive certainement un moment où le gain apporté par le contrôle du vrillage ne compense plus la perte en traînée. Reste à connaître ce moment. Les designers empiriques ont encore de beaux jours devant eux.

8. Mon avis : A. Il faut essayer et essayer encore. B. Vous en connaissez maintenant plus que celui qui vous dit qu'une orientation est forcément bonne ou mauvaise .

Bref, ce n’est ni simple ni immédiat.

A mon tour d'apporter quelques précisions bien ch...
La première partie est plus théorique, et vous pouvez la sauter joyeusement si la physique vous donne des petits boutons.

A. CE QUI INTERESSE LE THEORICIEN
1. Il est absolument exact que les théories et observations valables en aéronautique ne le sont PAS pour les voiles, et ce pour deux raisons principales:
a) la vitesse d'écoulement du fluide autour de l'aile de l'avion est plusieures centaines de fois supérieure à ce qu'elle est pour une voile (sauf pour les avions très lent tels que ceux du début du 20ème siècle, ou pour les engins utilisés en aéromodélisme).
b) les caractéristiques géométriques d'une aile d'avion sont également très différentes (par exemple l'allongement).
Il est donc faux de dire qu'une voile fonctionne comme une aile d'avion, tant les conditions sont différentes.
Par contre, et partant justement de ce constat, on a réalisé de nombreux essais en souflerie en reproduisant les conditions pertinentes pour le voilier et non pas pour l'avion (principalement en travailant avec des nombres de Reynolds petits, compris entre 10000 et 100000, et en incluant le mât dans le système testé); ces essais ont établi plusieures choses, dont celles-ci:
a) le profil d'un mât classique a un effet pertubateur énorme (dominant) sur l'écoulement; on est très loin des polaires NACA ou Eppler.
b) certains profils de mât aile améliorent très sensiblement les choses (mais on est encore très loin des rendements aéronautiques).
c) les coefficients de portance et de traînée mesurés évoluent bien d'une manière globalement conforme à la théorie, mais s'avèrent extrêmement sensibles aux variations du nombre de Reynolds.
Bref, on commence à avoir une base de données expérimentales importante couvrant le domaine d'application qui nous intéresse. Ces données permettent de "rétrofitter" les résultats théoriques - base d'une approche phénoménologique saine. L'aérodynamique est une science expérimentale, mais ça reste une science.

2. On ne dispose pas, aujourd'hui, d'une théorie complète de la turbulence; les ingénieurs utilisent donc avec circonspection des théories partielles et des approximations.
On sait pourtant (théorème de Kutta-Zukhovsky) que la portance d'un profil est intrinsèquement liée à la turbulence, en ce sens qu'on ne peut pas avoir l'une sans l'autre. En fait, la portance est proportionnelle à la circulation de l'air autour du profil. C'est valable aussi pour une voile.
A l'extrémité du profil, cette circulation (utile) se "transforme" en tourbillon(s) énergétiquement déperditif(s) (donc "inutiles"). Ca aussi, c'est vrai pour une voile.
Calculer la ligne de portance optimale, revient en fait à se demander comment répartir cette portance de manière à en bénéficier là où elle est la plus utile; et les calculs montrent en effet que la répartition optimale est elliptique.
Il est donc TOUJOURS utile d'essayer de s'en rapprocher le plus possible (c'est la définition d'un optimum) et je ne vois pas pourquoi ce calcul n'aurait "aucun fondement pour une voile" (étant entendu qu'y parvenir en pratique est une toute autre histoire, et que la validité des calculs dépend toujours de la
validité des hypothèses).

3. La valeur de la force de portance Rp peut s'exprimer par:
Rp = 1/2 m S Cz V**2
On ne peut jouer que sur deux paramètres: S (surface) et Cz (coeff. de portance), puisqu'il n'y a évidemment aucun moyen d'agir sur V (vitesse du vent) ni sur m (masse volumique de l'air).
Admettons (c'est beaucoup demander) que m, et surtout V soient raisonablement constants.
Pour autant que Cz soit maintenu constant lui-aussi, on obient de fait une répartition elliptique de la portance en donnant à S la forme géométrique d'une ellipse. C'est une première approche possible, et dans ce cas, on cherche donc bien "une voile de forme elliptique" (sachant, encore une fois, que Cz n'est pas réellement constant, ni m, ni surtout V).
On peut également obtenir cette répartition en faisant au contraire varier Cz de manière elliptique, et cela se fait en vrillant le plan de voilure. En effet, le coeficient Cz varie avec l'angle d'incidence des filets d'air, et si on fait varier cet angle, on fait varier Cz.
En pratique, ce n'est pas une mince affaire (essayez donc, pour voir, de faire varier le dévers de la GV de manière elliptique...)
La forme (grossièrement) elliptique de la voile reste donc (la plus) logique.
Notez au passage que pour les voiles triangulaires classiques (cas extrême de la forme trapézoïdale), la répartition de la portance est généralement défavorable (plus élevée en haut du mât qu'en bas).

B. CE QUI INTERESSE LE MARIN
4. La question est de savoir quand il est judicieux de favoriser le creux et le vrillage (en subissant une traînée importante), et quand il faut au contraire favoriser la finesse.
Il convient de distinguer deux régimes d'écoulement du vent de surface: le régime laminaire (jusqu'à 5 noeuds) et le régime turbulent (à partir de 6 noeuds). Attention: il s'agit ici de l'écoulement du vent par rapport au sol, et pas l'écoulement du fluide sur la voile.
Cette limite de 6 noeuds peut être légèrement influencée (plus ou moins un noeud) par l'environnement: terrain rugeux, immeubles, etc.) et n'est donc pas absolument immuable, mais elle constitue néanmoins un excellent repère.
Le vrillage du plan de voilure n'a de sens et n'est utile qu'en régime laminaire, parce que le gradient de vitesse à ce régime est important (càd que la vitesse du vent à hauteur de bôme est BEAUCOUP plus faible qu'en tête de mât). Or, la force aérodynamique est proportionnelle au carré de cette vitesse.
A cause du gradient, un m2 de toile au niveau de la bôme produit donc une force aérodynamique nettement moindre qu'en tête de mât.
Autre conséquence du gradient de vitesse important: le vent apparent n'est pas non plus orienté de la même manière en tête de mât qu'au niveau de la bôme (il adonne en tête).
On est donc amené à donner du creux pour augmenter la portance (quitte à subir une traînée importante), et à vriller la voile pour tenir compte de la variation de direction du vent apparent. C'est la recherche de puissance qui est prioritaire.
(A noter: les essais ont montré que l'augmentation du creux n'a qu'un effet minime sur le coefficient de portance dans le cas d'un gréement à mât traditionnel; autant le savoir...).
En régime turbulent (brise), la vitesse du vent au niveau de la bôme est pratiquement la même qu'en tête de mât (et elle est forcément plus élevée en valeur absolue qu'n régime laminaire); le vrillage et l'excès de creux deviennent néfaste à ce régime, et on a donc intérêt à réduire les deux (recherche de finesse maximale).

Je viens d'avoir un mail de Greg Paterson, une légende du 18 Pieds selon notre ami Patrick. Bien qu'il ne parle pas français, il a réussi à comprendre quelques petites choses sur ce sujet et il aimerait bien avoir un résumé en anglais de ce que les théoriciens ont dit ici... Si ca intéresse quelqu'un de faire un résumé en Anglais... Contactez moi !

Cher Jeanmi,

Tout d'abord merci pour tes compléments d'informations qui sont très intérêssants.

Quelques questions:

1. Une voiles de forme éliptique.

- Ne serait-ce pas plutôt un plan de voilure (foc, mat et grand voile) avec une variation de portance éliptique dans l'absolut ?

- La voile d'avant ne possède en général pas de mat, n'as t'elle pas d'influance sur la grand voile notament racrochement des filets d'air sur une partie de l'extrados ?

2. Un régime turbulent.

- Ni as-t'il pas de gradients sur le vent moyen dans cette zone de turbulence ?

- Comment reproduit-on ce régime turbulent en souflerie?

- Pourquoi fait-on des twist flow en souflerie si ça ne marche que dans moins de 6 noeuds de vent ?

Merci d'avance

ALEX

Bah merci pour tes questions! Je vais essayer de répondre en moins de 100 lignes

A. A priori, on considère que la GV est le moteur principal, et que le foc fonctionne comme un volet d'attaque, dont le but est de retarder le décollement de la couche limite sur la GV.
On optimise donc le plan de voilure pour ces deux fonctions.
Des essais en souflerie ont montré que:
1. Au près (serré) la GV et le foc interagissent de manière importante; il est possible de régler les deux voiles de manière à augmenter la portance sans augmentation significative de la traînée.
2. A mesure qu'on abat, les deux voiles fonctionnent de plus en plus de manière indépendante: on peut augmenter la portance, mais on subit aussi une traînée importante.
C'est encore une autre manière de comprendre pourquoi les 18footer sont si efficaces: en pratique, ils ne naviguent qu'au bon plein, quelle que soit l'allure réelle!

B. Je reprécise, parce que j'ai l'impression qu'il y confusion: La limite de 6 noeuds concerne l'apparition de la turbulence dans la couche limite atmosphérique; l'écoulement le long de la voile possède également une couche limite (forcément beaucoup plus
mince!!). Dans cette couche limite-là, l'écoulement peut être nul, laminaire ou turbulent; ça dépend évidemment de la vitesse du vent, mais pas que de ça.

Pour réaliser un écoulement turbulent, on augmente la vitesse d'écoulement; on peut aussi placer sur les profils étudiés des "agitateurs" qui aident au déclenchement du régime turbulent.
La turbulence en couche limite n'est pas forcément négative; au contraire, elle est parfois recherchée (twist flows) car:
- elle permet d'éviter les phénomènes de décollement qui sont, eux, néfastes.
- elle "énergise" le fluide, et aide à éviter les inversion de gradient de pression le long du profil.

L'étude du comportement d'un fluide dans la couche limite est compliquée (aéro-hydrodynamique moléculaire), et on a encore pas mal de boulot avant de dégager une théorie complète et cohérente.

Mon cher Jean mi,

Tes réponses nous sont très utiles, mais je me permets de revenir sur certains points essentiels.

- N'est-ce pas parce que les 18 footers sont rapides qui'ils naviguent au bon plein par rapport au vent réel ? Et non pas parce ce qu'ils naviguent au bon plein qu'ils sont rapides ?

- Ces bateaux n'ont-ils pas un vent apparent proche de leur axe longitudinal (sauf exeption du vent arrière) ?

- Par concequent ne devrait il pas y avoir interaction entre le foc et la Grand-voile dans la plupart des allures ?

- Pourquoi cette voile ''éliptique'' s''il y a des gradients de vent et que l'on prend en compte plan de voilure complet ?

- Même si l'on désire une voile avec une variation de portance éliptique, n'est-elle pas obtenable avec une voile à corne en variant les profondeurs de creux ?

- Le vrillage dynamique d'une voile à corne n'est-il pas meilleur qu'une voile éliptique ?

Theories are nets; Only he who casts will catch.
NOVALIS

ALEX

je sais pas les autres, mais je dois humblement reconnaitre que je suis un peu largue la

Tout pareil surtout après la mine que je viens de me mettre !
Bon je vais aller me coucher !

Euh..... Même le matin à jeun ça fait le même effet.... :o

J'ai aussi l'impression qu'on commence à tourner un peu en rond...

- N'est-ce pas parce que les 18 footers sont rapides qui'ils naviguent au bon plein par rapport au vent réel ? Et non pas parce ce qu'ils naviguent au bon plein qu'ils sont rapides ?

Si. Ces bateaux construisent leur vent apparent avec leur vitesse. Mais s'ils sont capables d'atteindre ces vitesses, c'est parce qu'ils sont particulièrement efficients.

- Ces bateaux n'ont-ils pas un vent apparent proche de leur axe longitudinal (sauf exeption du vent arrière) ?

Si. Typiquement, de l'ordre de 40 degrés au grand largue.

- Par concequent ne devrait il pas y avoir interaction entre le foc et la Grand-voile dans la plupart des allures ?

Si. En tout cas pour un 18footer. C'est ce que j'ai dit dans mon post précédent.

- Pourquoi cette voile ''éliptique'' s''il y a des gradients de vent et que l'on prend en compte plan de voilure complet ?

Parce que la GV est conçue pour propulser (plan elliptique), et que le foc est conçu pour améliorer le rendement (volet d'attaque).
D'autre part, dans la brise, il n'y a PAS de gradient de vent (un gradient de vent, c'est une variation de la vitesse du vent en fonction de l'altitude). Dans la brise, il y a des rafales, ce qui est très différent.

- Même si l'on désire une voile avec une variation de portance éliptique, n'est-elle pas obtenable avec une voile à corne en variant les profondeurs de creux ?
- Le vrillage dynamique d'une voile à corne n'est-il pas meilleur qu'une voile éliptique ?

Non. J'ai déjà essayé d'expliquer que le vrillage est utile par petit temps (quand IL Y A un gradient de vent), mais très néfaste dans la brise. Or, la voile à corne ne peut travailler QUE sur le vrillage, puisque que son plan n'est justement PAS elliptique.

Dans "Aerodynamics of Sails", Manfred Curry (1925) explique qu'au portant le gréement d'une voile à corne est responsable de l'apparition d'un tourbillon très utile pcq il retarde le décollement de la couche limite, et permet d'atteindre des valeurs de portance énormes (mais au prix d'une traînée tout aussi énorme).
Dans "High Performance Sailing", Frank Bethwaite (1993) explique que le foc asymétrique d'un skiff fonctionne un peu de la même manière: le même tourbillon existe, il a le même effet stabilisateur sur l'écoulement, et permet au skiff de conserver son vent apparent malgré les variations brutales de vent vrai. Ca mériterait d'être développé un peu, mais je manque de place.

...quand on jette un filet de pêche, il vaut mieux ne pas le lâcher, sinon, on n'attrape pas beaucoup de poisson.

Et le pire c'est que quand tu as lu tout çà, une fois à bord, ben tu te débrouilles comme tu peux, t'es pas bien sur d'avancer comme il faut, mais bon on peut toujours se dire que c'est parce qu'on a bien bien lu le livre.....

Ca, c'est sûr
Mais les bouquins, c'est pour l'hiver seulement. Le fun, c'est quand on est sur le bateau.

Remarque, moi, les bouquins, ça m'a quand même un peu aidé à comprendre. Quand on est le seul crétin de tout le club à envoyer un spi asymétrique, y a pas beaucoup d'aide à espérer des copains

Cher Jean mi,

Je souhaite quand même faire les remarques suivantes:

1. Pourqoi ne veux-tu pas accepter qu'il y a forcément des variations d'angle de vent apparent en fonction de la hauteur et que par consequent la voile elliptique n'est pas un solution ?

- la trainée induite génère des angles induits qui sont de plus en plus importants quand le vent monte.

- En pratique comment peux-tu expliquer que les derniers records de vitesse en windsurfs (46 Knts) soit réalisés avec des voiles avec un vrillage de l'ordre de 15° en tête alors qu'ils n'ont qu'un tirant d'air de 4,3m et qu'ils naviguent dans 40 knts de vent réel ?

- Pouquoi fait-on des twists flow en souflerie si çà ne marche que dans moins de 6 knts de vents ?

2. Pourquoi le foc améliorerait-il le rendement de la GV ?

- La GV génère de l'ado sur le foc et le foc génère du refus dans la GV, par conséquent la GV améliore le rendement du foc et non l'inverse. L'effet venturi entre le foc et la GV décrit par Manfred Curry est une absurdité, ça ne peut marché que dans un milieu clôt. ( Bertrand Cheret à écrit un bouquin très intérêssant)

- En pratique sur la plupart de ces bateaux rapides (catas de sports, 18 footer) on a tendance à décentrer le chariot de foc avant celui de la GV afin de ne pas réduire le cone entre les 2.

Toutes les théories sont inérêssantes mais n'ont un sens que lorsqu'elles confirment les faits.

ALEX

!Marrant cette distibution elliptique, je cherche moi même à retouver ce type de ditrbution par simulation (rien a
voir avec la meca flotte).
Ceci dit, l'affirmation suivante de Jean Mi me rappelle une lecture de "quand j'étais petit".

La turbulence en couche limite n'est pas forcément négative; au contraire, elle est parfois recherchée (twist flows) car:
- elle permet d'éviter les phénomènes de décollement qui sont, eux, néfastes.
- elle "énergise" le fluide, et aide à éviter les inversion de gradient de pression le long du profil.

L'article en question disait (dans mon souvenir) que la peau du requin était non pas parfaitement lisse mais rugeuse. Ce qui
avait pour effet de créer des "micro tourbillons" et de limiter la traînée. Si bien qu'un revetement adhésif avait été développé
pour être appliquer sur le fuselage d'avion. De récentes images de nageur en piscine portant des combinaisons m'incitère a penser (a tort peut être) que le même phénomène était à l'origine de leur existence.
Est ce que cela correspond au twist Flow dont tu parles ? Sinon qu'est ce un twist flow ?

et merci aux différents intervenants de ce sujet pour leur éclaircissement.

Exact ce que tu dis sur la peau de requin et les combinaisons des nageurs...
Je crois d'ailleurs que Dennis Conner avait développé avec 3M un revetement de ce type pour son Class America... Interdit par la suite?? Ou pas efficace?? Je sais plus...

Mais bon je sais pas si c'est transposable pour les voiles.. L'eau et l'air ça doit pas être tout à fait pareil...

Je crois d'ailleurs que Dennis Conner avait développé avec 3M un revetement de ce type pour son Class America... Interdit par la suite?? Ou pas efficace?? Je sais plus...

Le problème, c'est d'atteindre la vitesse a laquelle la peau sera efficace: la peau des dauphins (je crois) n'a pas la meme tout le temps, ce "revetement" varie en fonction de la vitesse du dauphin. Lorsque la vitesse n'est pas assez importante, ce revetement freine plus qu'autre chose.