Quelle est la limite théorique de la VMG ?

LE VMG n'a de limite theorique . ( Si tu considere que ton bateau n'as pas de vitesse limite ).
Facteurs limitants ? : ta vitesse et ton angle de remontee .
Pour ce qui est de l'angle voile/vent , je crois bien que Manfred Curry avait calcule comme optimum 27 degrees . ( avec une voile trad, pas aile ou double ) .
Maintenant, tout ca est trompeur sans frottements .
Parce que si c'est le cas, il suffit d'un coup de botte a ton bateau a Paimpol pour qu'il traverse la Manche tout seul , et sans voiles...

Presque une question de cours... Je me lance.
Les programmes de CFD démontrent qu'il est raisonnable d'assimiler la GV et le génois à une aile unique au prés serré. Il a bien quelques fuites dans la fente entre la voile et le génois mais beaucoup moins que l'air qui passe par dehors.
Pour que cette aile donne une poussée il faut qu'elle attaque le vent (apparent) avec un angle d'incidence qui a un optimum. Comme cette aile se déplace finalement très lentement dans le vent (apparent) cet angle est très ouvert (19deg) ce qui génère d'ailleurs pas mal de trainée et a un optimum assez mou. Une aile d'avion rapide c'est moins de 1deg en vol, volets rentrés.
Ce vent apparent est composé essentiellement du vent réel (force et direction) et du déplacement du voilier (vitesse et cap y compris la dérive et le courant). Mais le vent réel varie selon l'altitude en force et en direction. D'oú le nécessaire vrillage des voiles car le 19deg doit être respecté sur toute la hauteur de la voile.
En simplifiant un peu, la force (poussée) générée par la voile est perpendiculaire à sa corde (la ligne pt d'amure - pt d'écoute) et peut se décomposer en une force transversale qui fait dériver le voilier et une force vers l'avant qui fait avancer le voilier. Ceci se calcule pour chaque tranche de voile en hauteur.
Plus on monte au vent, plus la composante de poussée vers l'avant diminue, plus le voilier ralenti, plus le vent (apparent) adonne, plus on peut monter au vent. A la fin le voilier s'arrête. Les voiliers lents font toujours plus de cap que les voiliers rapides mais ce n'est pas pour autant qu'ils sont les premiers à la bouée au vent. C'est la vitesse du voilier dans l'axe du vent qui nous intéresse au près. C'est le VMG.
Il existe un optimum d'angle de remonté au vent qui intègre dans la vie réelle: le freinage visqueux de la coque, la résistance de vague de la coque, le freinage dynamique du aux vagues et à la houle, la perte de poussée des voiles due à la gîte et au tangage, le freinage aérodynamique des superstructures, les tourbillons (vortex) de la tête de mât et de la chute, l'efficacité du plan anti-dérive selon la vitesse, l'âge du capitaine, la qualité du pilote ou du barreur, la taille de l'hélice, etc...
En général sur eau plate le meilleur angle de remonté est difficilement en dessous de 10 deg, ce qui avec les 19deg d'incidence des voiles donne environ 29-30deg par rapport au vent (apparent). Quand la mer s'en mêle il faut ouvrir l'angle pour donner plus de puissance au voilier et vaincre les vagues. On se retrouve vite entre 32deg à 35deg du vent (apparent). C'est le fameux près océanique.
La donnée qui visualise cet optimum est le VMG. Il est calculé avec une trigonométrie simple mais basée sur des vecteurs souvent mal mesurés. Les trois vecteurs de base qui mènent au VMG sont la vitesse vent apparent (AWS), l'angle vent apparent (AWA), la vitesse voilier sur l'eau (STW). De là on en déduit l'angle du vent réel (TWA), accessoirement la force du vent réel (TWS) et in fine la composante dans l'axe du vent de la vitesse voilier (VMG).
Les vecteurs parasites que sont la dérive et le courant sont noyés dans les trois vecteurs principaux. ce qui peut donner des VMG bizarres dans les zones à fort courant.

la limite c'est le vent de face ..
sauf que il existe un système qui permet de remonter face au vent
avec une hélice aérienne qui transmet sa puissance à une hélice immergée comme l'eau est 800fois plus dense que l'air ça avance en plus, plus ça va vite plus le vent apparent augmente ,s'il n'y avait pas la trainée il n'y aurait pas de limite ...
alain

Le concept de VMG est également applicable au portant.
Il n'y a pas vraiment de limite, il suffit de regarder les bateaux de la coupe de l'America.

D’ailleurs, sans frottement, est-ce que la force d’Archimède fonctionne encore? ;-)

Pour Gradient6 plus haut ,pour les 40 noeuds de VMG :

La VMG dependant de chaque bateau et des conditions de vent et de mer, je n'ai toujours pas compris la question.

Schéma

Non non, situation idéale donc derive zéro. La vitesse u est bien la vitesse de déplacement de la voile (et du bateau) perpendiculaire au vent. (donc La projection orthogonale de la vitesse du bateau en fait)

Bon si l'angle de dérive est nul, (situation dite idéale), cela donne un schéma simple :
et VMG/u = cos(b)/sin(b).
Mais la voile et le bateau se déplacent à la même vitesse, pourquoi la voile aurait une composante différente (V+VMG ?) sur l'axe du vent ?

VPP ?!? C'est quoi ?
Je prenais juste un exemple chiffré qui laisse rêveur et comme rêver c'est planer et qu'on plane déjà..
Soyons foils😊

L'angle d'incidence de la voile definit l'angle entre la corde de la voile et le vent apparent, ni plus ni moins.
Pour nos voiles sur des voiliers lents il est de l'ordre de 19 degres.
Cela veut dire que le voilier ne peut pas remonter a plus de 19 degres du vent apparent. En fait c'est faux car a cet angle il n'y a plus de composante propulsive. Les voiliers dit tres fins doivent ajouter 10 degres pour avoir un peu de composante propulsive qui devient vite insuffisante des qu'il y a du clapot. Les autres voiliers ont besoin de 12 a 15 degres pour avancer et vaincre toutes les resistances.
A la fin l'angle minimum au vent apparent du voilier est de l'ordre de 30 a 35 degres selon l'etat de la mer.
En general 9-10 degres est l'angle choisit par l'architecte pour positionner en lateral le point de tire des focs.

Comprendre la mecanique des fluides qui nous gouverne est pour certains une jouissance intellectuelle... Le bonheur de la voile est que chacun y trouve midi a sa porte, les polairiens du VMG comme les zigzagodromiens hedonistes.

Rappel de quelques formules de base pour ceux qui veulent monter leurs polaires:
Les trois donnees mesurables sur un voilier sont: AWS (vitesse vent apparent), AWA (angle du vent apparent) et STW (vitesse sur l'eau).
Sur un voilier on a aussi SOG (vitesse sur le fond) grace au GPS. Aucune de ces deux vitesses (STW ou SOG) n'integre correctement la derive et/ou le courant. Avec des Atlas courant et en combinant STW et SOG ou peut en deduire la derive et reintegrer tout cela dans les calculs.
Dans les formules qui suivent SOG n'est pas considere, le courant et la derive sont noyes dans les trois vecteurs.
Les formulations indiquees ci-dessous ne sont pas uniques. Celles indiquees fonctionnent parfaitement.
Calcul de la vitesse vent vrai : TWS2 = AWS2 + STW2 - (2 x AWS x STW x cos(AWA))
XZY2 veut dire XZY au carre.
Calcul de la VMG : VMG = (AWS2 - TWS2 - STW2)/(2x TWS)
Calcul de l'angle du vent reel : TWA = Arcos (VMG/STW)
Bonnes polaires...

La limite théorique de la VMG doit exister et pouvoir se calculer mathématiquement du fait de la trainée aérodynamique qui augmente dans l'air au cube de la vitesse de déplacement; à cela il faut rajouter la résistance de l'eau qui même si on utilise des foils ferait plafonner le bateau à 50 noeuds le rendement des foils se dégradant passé une certaine vitesse.
Pour l'instant les "machines à voile" les plus rapides dans des conditions favorables de vent et de mer ont des VMG au près aux alentours des 20 noeuds! Il s'agit des AC75 dans le cadre de l'America Cup, on peut penser que l'on doit pas être très loin du maximum pratique et à moins d'une rupture technologique cette valeur évoluera peu. A comparer avec les performances de quelques noeuds de nos voiliers de croisière les plus pointus fussent-ils typés régate.

j’ai regardé la video explicative ,2 posts plus haut redigé par scotland,des 2 profils:
le profil d’aile (aileron de planche dans la video,qu’elle tient a l’envers par rapport au dessin du profil qui apparait en dessous,mais bon si t’es ingenieur t’as compris) ,puis le profil qui ventile .
je ne sais pas si c’est moi,( ca doit etre moi..)mais je n’ai pas compris dans quel sens se deplacait le profil triangulaire.
la pointe en avant? ou dans l’autre sens..?

Pour tenter de repondre a la question initiale de ce long fil, je pense que nous devons d'abord eviter de parler de valeurs absolues toujours tres impressionnantes quand on parle de grands objets a vent. Il vaut mieux parler en valeur relative et tout comparer a la vitesse du vent reel (TWS) donc en donnant la VMG et la STW en pourcentage de TWS.
En triturant les vecteurs, on voit qu'une donnee a un role majeur dans la limite du VMG c'est le minimum de l'angle du vent apparent (AWA).
Le AWA minimum pour un voilier moderne avec des voiles bien dessinees est la somme de l'angle minimum au vent qui permet de recuperer un peu de force propulsive (10 degres soit 10% de la force des voiles est admis) et l'angle d'incidence des voiles soit environ 19 degres pour les voiliers qui vont moins vite que le vent. Ce qui donne 29 degres AWA.
Sur un lac on peut faire 28 degres AWA, avec du clapot c'est plutot 30 degres AWA, avec de la mer c'est 32 degres AWA. On prend un AWA de 30 degres moyens.
Etude 1 faite avec: AWA=30deg fixe, TWS=10nd fixe et on fait varier STW de 0% a 150% de TWS
Le resultat donne une VMG maximum quand STW = 100% de TWS, avec une VMG a 50% de TWS et un TWA a 60 degres.
Etude 2 faite avec: AWA=25deg fixe, TWS=10nd fixe et on fait varier STW de 0% a 150% de TWS.
Le resulat donne une VMG maximum quand STW = 128% de TWS avec une VMG a 68.4% de TWS et un TWA a 58 degres.
Enfin une autre etude faite avec: AWA=20deg fixe, TWS=10nd fixe et on fait varier STW de 150% a 200% de TWS
Le resultat donne une VMG maximum quand STW = 168% de TWS avec une VMG a 96.3% de TWS et un TWA a 55 degres
Le cas 1 est un cas optimiste pour les voiliers classiques mais tres voiles et par petit temps c'est a dire avant qu'ils n'atteignent leur resistance de vague.
Le cas 2 est intermediaire et s'applique aux engins de sport pas trop extremes et voiliers sur foils
Le cas 3 correspond aux catamarans de sport extremes ou aux grands ULTIM et foilers capable de remonte au pres a la vitesse du vent ou presque.
En poussant le jeu a fond et en utilisant une aile a 1 degre d'incidence donc AWA = 11 degres, la VMG est "limitee" a 212% de TWS avec un STW a 330% de TWS et un TWA de 50 degres
Donc il y a bien une limite a la VMG qui semble etre vers 3 a 4 fois la vitesse du vent reel, elle depend directement des voiles (ailes) utilisees et d'un support capable d'avancer tres vite sans resistance (char a voile ou a glace).
Bon a ces vitesses le freinage aerodynamique commence a beaucoup compter et devrait etre integre.
Bonnes cogitations...

Merci Monsieur Eiffel d'avoir systématisé l'analyse des plaques dans un flux d'air et d'avoir établi les premières règles de calcul de portance.

Merci à tous !
Je n'ai pas tout compris mais c'était intéressant.
Voilà j'ai mal au crâne, vous êtes contents ?
Quand ça n'avance pas, j'abats !!!

Des fois, il faut savoir faire simple :
Un Zeppelin bien en altitude, avec un fil de pêche qui traîne ( du fil pour le thon, on n'est pas des tafioles) et un bateau Playmobil au bout.
Tout ça en l'air au large de la Bretagne, pendant une bonne dépression d'automne bien creuse, le bateau Playmobil vous pète un 150 ou peut être bien un 200 noeuds de vitesse ( réelle et VMG )
💪
😁

les technocrates tu leurs donnes le sahara,
après 2 ans il faudra qu’ils aillent acheter du sable ailleurs...coluche.

Bonjour,
Si on suppose que la longueur du bateau est fixée, la limite physique sera imposée par l'énergie de la mer du vent.
On peut envisager des bateaux dont les voiles auront des profils à finesse ajustable, ce qui permet d'optimiser la trainée en fonction du vent apparent, et donc des vmg très grand.
JF

Merci Altair. Si tu peux me donner le lien sur le site qui fait les calculs et également le lien sur les sites où il y a des voiles variables. Connais tu ceci :

Bonjour,
Au fur et à mesure que le bateau ou char progresse le vent apparent augmente et le profil de la voile n'est plus adapté, la trainée augmente la finesse diminue. il faut donc adapter le profil en augmentant son allongement.
En théorie la limite sera déterminée dès lors que l'on n'aura plus de solution pour trouver un profil donnant de la portance pour l'incidence donnée qui va aller aussi en diminuant.

Je rebondis sur le com d'Altair. Effectivement les courbes de portance des voiles traditionnelles dites à faible allongement (rapport hauteur largeur) comparées avec les voiles actuelles, ont une tolérance d'angle d'incidence plus large que le 15-20 ° des voiliers de régate. Il est fort probable qu'une aile verticale encore plus fine aura une tolérance très fine pour atteindre sa portance maximale qui sera très grande. (Sur ce graphe c'est 15° +-5)
source :
file:///tmp/mozillatreb0/SymmetryofWingsand_Sails.pdf