Shape des bords d'attaque des quilles

Grand merci Phytheas , je dois regarder tout ça de plus pres.
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Pour l'angle d'incidence de ta quille c'est Facile :
-Tu te mets au pres, avec une ligne de traine, il suffit de regarder l'angle du fil à l'axe du bateau. (C'est la methode la plus rapide et à toutes les vitesses.)
-Tu fais du pres à 90° compas bord sur bord, tu regarde ta trace GPS.
le diferenciel te donne l'angle d'incidence. Je dirais environ 10° pour mon canot.
Cordialement

Tout à fait d'accord
Et cela est vrai pour les quilles aussi
Voir sur ce graphique le coefficient de portance (Cz, noté ici Cl) en fonction de l'épaisseur pour 3 séries classiques (4 chiffres, 63 et 65). L'angle (incidence) de décrochage (Stall angle) est donné en fonction de l'épaisseur
Le nombre de Reynolds est de 3E+06, valeur totalement réaliste...
Par exemple, pour une épaisseur de 12%, l'angle de décrochage est de 12, 14 et 16° pour les séries 65, 63 et 4 chiffres respectivement.

Oui et non...
On ne peut pas prendre comme sur un planeur le critère de la finesse max, c'est à dire le rapport Cz/Cx maxi. Il ne s'agit pas d'allonger la distance de vol.
Il faut à la fois un Cz fort en valeur absolue pour éviter le dérapage au près (dérive) et lors des virements et un Cx faible en valeur absolu pour gagner en vitesse.
Comme ces deux critères sont incompatibles, un architecte peut privilégier l'un ou l'autre de ces aspects: vitesse (au portant par exemple) ou cap au près, ou tenter de trouver un compromis...
Dans leur yacht modèle (YD-40), Larsson et Eliasson combinent un profil 63010,5 à l'arrière et un profil 65017,5 à l'avant.
Car il faut aussi songer au fait que plus une quille est fine, moins elle est lourde, ce qui peut compromettre la stabilité (à moins d'augmenter le tirant d'eau !!!)

J'ai constaté sur mon canot que l'angle d'incidence depend de l'allure.
Au bon plein je serais vers les 5 ou 6° et au plus pres (moins de vitesse et + d'effort lateral) 12% voir 15° au pire.
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Connaissez vous ce site , où on trouve d'exellentes explications sur des theories differentes voir contradictoires(attention c sur 3 chapitres ):
foils.wordpress.com[...]nce-13/
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On y trouve un chapitre pour passer au dessus de 50nds : Le bord d'attaque doit etre en pointe.
Cordialement

Les détails des tourbillons sont difficilement modélisables quel que soit le domaine de la physique (météo, océanographie, astrophysique...) ! :heu:

Il demeure un peu de mystère et de poésie dans cet univers, et c'est tant mieux!

Oui et non
Oui: La stabilité de route dépend de la distance entre le centre de poussée des voiles et le centre de 'résistance" (latéral) (= portance) de la quille qui amplifie plus ou moins (selon cette distance) les variations de cette poussée et de cette résistance à la suite d'une rafale ou d'une vague 'poussant' latéralement sur la coque...
Non: une modification du seul profil du bord d'attaque modifie trop légèrement la portance pour que l'effet soit sensible

La réponse est non. Les seuls bateaux stables au portant sont les bateaux à quille longue (exemple au hasard les Colin Archer, en fait tous les voiliers jusqu'aux années 50 au moins). Le centre de résistance hydrodynamique était au niveau ou même DEVANT le centre de poussée vélique, à l'inverse des voiliers 'modernes'. Le Spray de Joshua par exemple n'avait pas de pilote automatique et avançait droit à toutes les allures. Mais il était très peu manoeuvrant, à l'inverse de nos bateaux modernes qui virent et empannent très facilement, car instables par construction (centre de poussée vélique DEVANT le centre de résistance, surtout que le centre de poussée vélique est décalé sur un côté au portant)
Changer l'épaisseur de la quille ne changera pas vraiment la position du centre de résistance.
Un architecte dessine une quille pour satisfaire des tas de contraintes
- poids (= volume * densité du matériau (acier / plomb)), position du centre de gravité le plus bas possible (dont torpille) pour assurer la stabilité contre le chavirage,
- tirant d'eau voulu (hauteur de la quille)
- position longitudinale, mais aussi longueur de la quille pour assurer une distance raisonnable entre les deux centres de forces pour l'instabilité de route (voulue)
puis seulement à la fin, éventuellement
- épaisseur pour assurer le meilleur près possible (quille = dispositif anti-dérive) et la moindre trainée (vitesse maximale). Mais comme le volume, la hauteur et un peu la longueur sont déjà contraintes, il n'a pas grande liberté de le faire...

PS
1 - Position du centre de résistance hydrodynamique dans Larsson et Eliasson.
On l'ESTIME à l'intersection d'une ligne à 25% du bord d'attaque en haut et en bas de la quille, et d'une ligne horizontale à 45% du tirant d'eau.
2 - Position relative des deux centre de forces (CLR (quille) et CE (voiles)
Distance (lead) en % de la longueur à la flottaison; de 5 à 9% pour les gréements en tête, 3 à 7% pour les gréements fractionnés
3 - Pour les architectes qui utilisent la différence entre le centre GEOMETRIQUE de la coque immergée-quille-safran (geometric CLR ou CD) et la centre de poussée vélique (CE ou CV), la distance est de 18% en moyenne de la longueur à la flottaison. Mes stats à partir des essais de la revue 'Bateaux'

Merci pour ce post très intéressant, et le schéma de Claughton, dont j'avais oublié l'existence
Voir
www.hiswasymposium.com[...]013.pdf
Mais cette affirmation est trop forte:
"Pour la stabilité de route, ce n'est pas la position du CLR qui joue, mais ses variations en fonction de la gite ou dérive"
La position du CLR joue bien un rôle
On remarque d'abord que pour les quilles longues, le CLR hydrodynamique (celui qui compte !) est très en avant du CLR géométrique selon les travaux expérimentaux de Nomoto, alors que ces deux positions sont beaucoup plus proches pour les bateaux à quille étroite et profonde.
Si j'interprète correctement le graphique de Claughton (qui concerne d'ailleurs un bateau à quille mi-longue placée très en arrière, différent de celui de Nomoto), le CLR est estimé très en avant. Le CLR serait à seulement 15% (en terme de LWL) de la proue pour une force latérale de 10 kN (1 tonne)
The shallow draft yacht... has lift divided more evenly
between hull and keel, and the greater contribution from the hull and it’s associated “Munk” moment holds the CLR forward"
C'est bien selon moi parce que le CLR reste devant le CE (voile) malgré son recul avec l'augmentation de la force latérale que ce type de voilier a une bonne stabilité de route
Si une quille longue à des avantages (dont la stabilité de route), elle a des inconvénients:
Tu cites l'absence d'auloffée. Mais il y a aussi le manque général de manoeuvrabilité, qui peut induire des manques à virer, et le poids bien plus élevé pour assurer une position basse du centre de gravité (comparer avec les dériveurs intégraux à lourde semelle)

Y a un truc qui m'échappe là.

Mettre le CLR trop en avant par rapport au CE a toujours créé un bateau ardent, quelque soit l'époque et la quille.

En conditions dynamiques, CE et CLR réels sont alignés avec les vecteurs forces sinon, ça crée un moment, et le voilier finira toujours par changer de cap.

"C'est bien selon moi parce que le CLR reste devant le CE (voile) malgré son recul avec l'augmentation de la force latérale que ce type de voilier a une bonne stabilité de route".

Non. Je ne crois pas.
Déjà, les CE CLR géométriques ne sont que des conventions faciles à calculer destinées à comparer des bateaux en eux. Seuls comptent pour de vrai les points hydro/aérodynamiques.

Et pour le voilier aille droit, il n'y a qu'une seule possibilité : les CE aérodynamique et CLR hydrodynamique sont alignés sur les vecteurs.
Et ça, c'est vrai quille aile ou quille longue.

Pour la stabilité de route, s'il y a une risée, le voilier va giter. Le CE (sur les voiles) va reculer. Si le CLR ne recule pas lui aussi, il va y avoir un moment qui va s’exercer sur le voilier et il va tourner (lofer).
Dans le cas d'une quille aile, le CLR réel va se déplacer mais très peu. Il va falloir tirer sur la barre pour faire reculer le CLR réel pour que le voilier aille droit.
Dans le cas d'une quille longue, sous l'effet de la gite, le CLR réel va reculer tout seul sans qu'on lui demande rien, et le voilier va aller tout droit sans qu'on touche à la barre.

Le problème est trouver le dessin de carène ET plan de voilure qui fait que la perturbation qui bouge le CE fasse AUSSI bouger le CLR dans le mêmes conditions.

"une quille est beaucoup plus souvent en décrochage qu'une aile d'avion....virement de bord"
Tout à fait vrai... Donc, il faut une bonne portance, ce qui exclut (ou devrait exclure !) les "tôles" d'acier...

J'avoue que je ne sais pas répondre à tes questions
pour la première, il faut sans doute une forme arrondie du bord d'attaque pour que le flux d'eau ne se décole pas trop vite de l'extrados (début de la turbulence): plus le décollement est retardé, meilleure est la portance, mais plus la trainée augmente.
Si tu cherche la plus faible trainée, alors il faut que la turbulence démarre près du bord d'attaque, c'est le rle des aspérités des balles de golf pour augmenter la portée en diminuant la trainée.

La dernière trouvaille, imiter les nageoires de la baleine à bosse (pour l'explication voir le V&V de juin)
Kouyoujian (orthographe approximative) s'en est inspiré et, d'après l'article, ça marche : il faut mettre des bosses sur le bord d'attaque

Perturbateurs: sur les maquettes de bateaux destinées au essais en bassin, on utilise du sable collé sur la coque et la quille. Sinon, le nombre de Reynolds faible en raison de la petite taille indique que la viscosité de l'eau (ou de l'air) joue un grand rôle et provoque une trop forte trainée. Rendre l'eau (ou l'air) plus turbulent réduit la trainée.
C'est le contraire qui se produit quand les dimensions sont plus grandes. Il faut la surface la plus lisse possible (demander aux régatiers)

La trainée augmente car elle dépend de la surface sur laquelle l'écoulement est laminaire. Un écoulement turbulent génère moins de résistance par unité de surface.
Ne pas confondre turbulence au dessus d'une surface et tourbillons (vortex) se détachant du bord de fuite. Ces tourbillons sont minimes (sauf à l'extrémité inférieure de la quille), car le bord de fuite a une très faible épaisseur...

En outre, cette discussion sur la trainée de la quille me semble un peu irréaliste.
Voici (image 1) le graphique des diverses sources de résistance PAR FRICTION à l'avancement (pas la résistance totale qui inclut la résistance de vague) pour mon Sunshine (9,4 m à la flottaison) (attention unité en N, à diviser par 10 (en fait 9,81) pour avoir des kg)
A 7 N par exemple, la résistance de la quille est de l'ordre de 100 N, par rapport à 400 N pour celle de la coque. En supposant même que l'on puisse la réduire de 10%, ce qui n'est pas négligeable, on gagnerait 10 N sur un total de 550 N, moins de 2%.
Pour information (image 2), voici la résistance totale (avec donc résistance de vague et résistance aérodynamique par vent nul, sans inclure l'effet éventuel de la gite et du clapot) en N. A 7 N la résistance totale est de 1440 N.
La résistance par friction de la quille n'est que de 7% du total, et une réduction de 10% correspondrait à 0,7 %

Oups : erreur dans la légende de la figure 1 (N et pas kg), corrigé image 3

"Le déplacement"
Oui, c'est tellement évident que je l'avais oublié !!! :-(

"Nulle part dans toutes les séries Delft on ne tient compte du profil de quille"
Ca n'est normal: Ces coeff servent à calculer la résistance de vague.
La quille intervient dans le calcul de la résistance de friction (à partir d'une longueur 'significative', par défaut 14,5 % de la longueur à la flottaison et du nombre de Reynolds correspondant (qui dépend aussi de la vitesse), d'un coefficient de friction qui dépend du nombre de Reynolds, de l'estimation de la surface de la quille et de la densité de l'eau de mer... ouf )

Même en double cliquant sur la figure pour l'agrandir et l'ouvrir dans une nouvelle fenêtre ?
Figure 1 (= Figure 3 où j'ai simplement corrigé une erreur de la légende de l'ordonnée à la figure 1: force en Newton et non pas en kg)
de haut en bas:
- total (en rouge) (y compris 10% de plus pour tenir compte de de la rugosité), - coque (gris),
- quille (noir),
- safran (bleu)
C'est évidemment la surface mouillée importante de la coque qui crée la plus forte résistance de friction
Figure 2: c'est le résultat d'un calcul qui ne tient pas compte de ce facteur, mais je ne pars pas au planning avec un bateau de plus de 6 t à 8,5 N !!!!. (la soi-disante vitesse de carène est de 7,5 N)

Sur un bateau de plus de 6 t (et en solitaire), je n'ai pas grand contrôle sur l'assiette longitudinale... :heu:

PS D'après la polaire ORC, je dois atteindre 8,75 N sous spi avec 20 N de vent réel à 120° du vent réel
C'est pourquoi j'ai poursuivi le calcul jusqu'à 8,5 N...

Mais pourquoi la tranée augmenterait elle si on est d'autant plus laminaire ?
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Bizarre !
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Serait ce simplement un pb de conservation de l'energie ?
Si je regarde un profil comme un transformateur d'energie , une boite noire à 1 entrée et 2 sorties: Une puissance entrante ( force * vitesse) , Une puissance de sortie, et une sortie de puissance verticale .
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Car la portance , il faut bien l'alimenter, disons qu'elle doit manger des watts à un moment ou un autre, quoi qu il puisse se passer dans la boite noire.
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. Ce n'est peut etre plus du tout un pb de turbulence, mais juste un bilan de transformation d'energie.
Cordialement

Il y a des dizaines de facteurs qui peuvent expliquer pourquoi des voiliers de même longueur à la flottaison et même voilure n'ont pas exactement la même vitesse.
Mais cela dépend évidemment d'abord des conditions: il y a des bateaux rapides dans le petit temps (coque asse circulaire minimisant la surface mouillée), et d'autres dans la brise (coque plus aplatie avec l'équivalent d'un bouchain pour diminuer la gîte)
Donc, à longueur à la flottaison et à surface vélique égales, la surface mouillée, la forme même de la coque, la forme de la voute et du tableau arrière qui 'tire' plus ou moins d'eau, la possibilité de descendre le point d'amure du génois pour diminuer la fente entre le génois et le pont, la hauteur du mât qui détermine l'élancement des voiles, la souplesse du mât et/ou le réglage de la quête qui va influer sur la stabilité de route et des dizaines d'autres facteurs. La forme exacte de la quille ne me semble pas un facteur particulièrement important (et c'est l'un des plus difficiles à modifier !!!)

Si vous voulez VRAIMENT savoir comment on calcule la friction de la quille, jetez un oeil sur la doc du VPP du l'ORC à partir de la page 55...
www.orc.org[...]015.pdf
Bon courage ....

Phyteas
Figure 1 je n'arrive pas à discriminer visuellent les points de courbe. Je perçois que la quille serait le 2eme contributeur à la trainée.
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Ou bien mes yeux me jouent des tours, mais je lis sur la figure 3 que c'est bien la quille qui bouffe toute la puissance.
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Sur la fig 2 Je m'etonne qu'apres 8nds tu ne soit pas au planning, ayant ainsi une chute brutale de la trainée de la coque.
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Pour la trainée de la coque, l'assiette longitudinale c'est (sur mon canot) tres sensible.
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Est ce moi qui lit mal ces courbes tres instructives ?
Cordialement

On utilise des turbulateurs sur les maquettes de bassins de carène pour avoir une similitude : pour avoir le même écoulement à l'échelle qu'en réel, alors que dans les 2 cas, on utilise le même fluide avec la même viscosité.

PS: je crois qu'il y a eu des bassins de carène avec de l'éther plutôt que de l'eau...

Et ouais, entre les 2, y a la trajectoire! ;-)
L'incidence de décrochage varie considérablement entre les différents types de profils et leur optimisation.
Polo

Le coefficient de portance est pratiquement le même pour TOUS les profils minces. Voir le post de pytheas54 tout au début, point 1.

On choisi plutôt entre un angle de décrochage et une trainée. En gros, plus le profil est épais, plus il décroche tard, mais plus il a de trainée ...

Moi je choisi la trainée faible: Si je vais plus vite par un profil moins porteur, le surplus de vitesse augmente ma portance (au carré de la vitesse?).
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En consequence pour la portance finale c'est presque pareil sauf que je vais plus vite.

Pour l'instant c'est ma theorie..............
cordialement

Ben dans le document ORC VPP (lien donné par Pytheas54), dans quel calcul utilise t on le profil naca de la quille ???

J'ai pas trouvé.

mdr devant cette idée fixe .... mais celle-ci n'est pas plus grave qu'une autre...
Il s'agissait de la quille à ailettes de d'Australia II (plus de 30 ans déjà, snif...)
Cette forme n'a pas eu beaucoup de suite en raison des défauts qui accompagnaient ses qualités: excellente portance, OK au près, mais trainée importante au portant... Il n' y a pas de miracle...

1 - Le foil sous la quille sert à limiter le vortex sous la quille, qui diminue son efficacité énergétique. Beaucoup d'avions récents en ont au bout des ailes...
2 - Pour le reste, sachant qu'il a fallu le génie de Joukowski (la circulation, 1906), de Prandtl (la couche limite 1912) puis de von Karman (vortex) pour enfin donner une explication satisfaisante de la portance et de la trainée d'une aile, je crois que réinventer l'aérodynamique dans son coin n'est pas possible.

Jusque quelques remarques.
La fameux ligne de stagnation est une ligne microscopique sans conséquence.
Une chose est certaine: pour les faibles incidences (avant le décrochage), toute augmentation de la portance implique une augmentation de la trainée, mais l'origine de la portance et de la trainée est différente
La portance est donnée par l'accélération du flux sur l'extrados et sa décélération sur l'intrados, qui provoque une différence de pression. Cela touche un très grand volume d'air sous et sur l'aile.
L'argument heuristique est bien décrit dans
en.wikipedia.org[...]theorem
(la version anglaise est meilleure que la version française)
Rien à voir donc avec la couche limite, sur quelques mm, qui peut être laminaire ou turbulente et qui permet de calculer la trainée (on confond souvent la turbulence de la couche limite (sur quelques mm) avec les énormes tourbillons provoqués par la décrochage: rien à voir.

Bonjour à tous,
Je n'ais pas envie de modifier le profile de ma quille mais je me demande depuis un petit moment si l'ajout d'une plaque anti-vortex en dessous aurait un intérêt. Je ne veux pas réinventer les ailettes mais la pose d'une simple plaque d'inox n'est techniquement pas difficile.
Quel gain peut on espérer selon vous et quelles dimensions?
A vous lire.
Jean-Charles

@Pytheas54, merci.
Dans ce cas d'étude il est effectivement bien difficile de différencier la part liée au phénomène anti-vortex de l'amélioration de la stabilité.
Attendons les autres retours.
Jean-Charles

Phyteas : On sait qu'il ne doit jamais y avoir de parties plattes pour l'hydrodynamisme : Les 2 premiers bulbes on le dessous tout plat : Ca ne peut pas super bien marcher, pas besoin de faire des mesures.
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Cetjcl : Tant qu'a faire autant mettre un foil dessous, avec 3ou 4 degrés d'incidence. D'apres Phyteas (si ma memoire est bonne,) ces angles d'incidence ne genereraient pas de trainée.
Ainsi tu allegerais le canot tout en limitant les vortex de bout de quille, le depart au planning devrait etre amelioré : Faudrait essayer sur un petit canot....
Cordialement

Les plaques d'extremités, faut essayer, mais... faut il aussi une plaque d'extremité sur les plaques d'extremités ???
Le mieux AMHA est faire les extremités comme les ailerons de planche....Ce que l'on fait pour les derives mais pour la quille c'est dur.
Si mon canot etait en situation "transportable" c'est à dire souvent hors d'eau, j'aurais dejà essayé comme plaque d'extremité un petit foil sous la quille (aux dimensions de la corde quille , plaque d'acier soudée pour la solidité, et stratifiée pour la mise en forme) et un petit sous le nez (proue) du canot pour delester legerement l'avant avec la vitesse (plus dur à mettre en oeuvre )
Pour l'instant je passe à l'arriere toute les masses qui appuient sur le nez (mouillage etc..)
Helas je suis condamné à ne faire les modifs qu'à chaque carenage.
La quille se modifie facile au synto et ça a l'air de bien tenir.
.Le bord d'attaque rond est prevu pour la prochaine sortie de l'eau en haut d 2cm et en bas presque pointu 5mm, donc portance plus forte en haut qu'en bas cela cree un petit couple de redressement.
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Cordialement