Dérive profil Hydrodynamique aérodynamique

Exemple de calcul d'une Dérive pour un bateau avec le logicielMecaflux :

Quelles sont les forces en jeu?

Le vent dans les voiles (exemple calcul voile), génère une composante propulsive (c'est celle qui fait avancer le bateau) et une composante de dérive. (c'est celle qui fait déraper le bateau sur le coté). Nous admettrons pour ce calcul que la composante de dérive est 1000 Newtons et qu'elle s'applique sur un profil que nous appelons :Dérive.

Le rôle de cette Dérive est de créer une force anti-dérive équilibrant 1000N grâce à la Portance de son profil.

La vitesse du fluide est la vitesse du bateau.

l'incidence du profil par rapport à la direction du fluide est l'angle de dérapage ou (de dérive du bateau) . Vous disposez dans le convertisseur mecaflux d'un triangle trigonometrique, qui vous donnera rapidement l'angle d'incidence si vous entrez la distance parcourue comme coté adjacent et la dérive (supposée ou recherchée) comme coté opposé.

En réalité la portance est perpendiculaire au déplacement du fluide mais pour notre exemple simplifions un peu

Nous cherchons -une force de portance qui équilibre les 1000 Newtons

Pour realiser cela nous pouvons jouer sur:

-la vitesse du bateau (une vitesse moyenne pour un bateau: 6 noeuds)(utiliser le convertisseur)

-l'angle de dérive du bateau (c'est l'angle que forme l'axe du bateau avec sa trajectoire réelle)

-la longueur de la dérive

-la corde ou largeur de la dérive

et bien jouons

calcul de dérive avec le logiciel Mecaflux

- Sélectionnez un profil avec traînée et portance pour votre aileron, si c'est une Dérive de planche à voile ou de bateau il vaut mieux qu'il soit symétrique (lorsque vous entrez la corde du profil son cambre s'affiche, si il reste nul c'est que c'est un profil symétrique).

Deux profils symétriques testés en soufflerie sont exploitables : le NACA0009 et le J5012 (les polaires des profils sont déjà paramétrées dans MECAFLUX mais vous pouvez modifier le Cx et le Cz , ici nous avons choisi le NACA0009 .

- Entrez les paramètres du fluide (vitesse :6 noeuds, température:20ºC, densité:1000Kg/m3)

- Entrez la corde du profil (la largeur de la dérive, prenons 1 mètre)

- Entrez la longueur de la dérive (disons 1.5 mètres)

- Entrez l'incidence du profil (l'angle que forme sa corde avec la direction du flux) essayons 10.5º. Les valeurs d'incidence proposées sont celles étudiées en souffleries elles se limitent aux angles intéressants, au delà les profils décrochent et ne sont pratiquement plus portants)

-Cliquez sur calculer

La fiche de résultats est pratique pour imprimer ou enregistrer les calculs, mais pour notre cas regardons plutôt le schéma , fermez la fiche de résultats:

Le schéma du profil indique la valeur de la portance mais aussi de la traînée...

nous voyons que la portance est de 5588 Newtons ( 570 Kg.f ) c'est largement plus qu'il nous en faut on peut donc dire que notre Dérive, lorsque le bateau dérive de 10.5º, rattrape largement le dérapage. Nous pouvons donc supposer qu'à cette vitesse(6 noeuds) il n'atteindra jamais cet angle de dérive. Ajustons donc l'angle de dérive jusqu'à ce qu'il génére une portance équilibrant 1000 Newtons...

-Avec 3º d'incidence :portance=1748 Newtons ( 178 Kg.f ) traînée:5,1 Newtons

-Avec 1.5º d'incidence :portance=911 Newtons ( 92 1 Kg.f ) traînée:4,4 Newtons

Nous pouvons donc dire que notre super-Dérive nous donnera un super bateau qui ne dérivera que de 1.5º à 2º.De quoi faire pâlir les concurrents de l'América-cup. Malheureusement la traînée de notre super-profil est une super- trainée et elle super-ralenti notre bateau (il faudra environ 1m² de voile supplémentaire par force 5 pour compenser cette traînée...)

Cherchons une traînée plus faible en diminuant la surface de frottement de ce profil:

- avec une incidence de 6º ,une corde de 0.5 et une longueur de 1 (surface :environ 0.5m²)nous obtenons :

la force de portance pour naca0009 est 1044 Newtons ( 106 Kg.f )

la force de traînée pour naca0009 est 4,2 Newtons

A vous de chercher le meilleur compromis entre vitesse, incidence, traînée, portance, encombrement, solidité... de votre futur bateau...

MECAFLUX donne des résultats d'une finesse suffisantes pour réfléchir et s'approcher d'un bon compromis , pour affiner les calculs d'ailes ou de derives de formes plus complexes en integrant les pertes en bouts, vous pouvez aussi utiliser Heliciel..Voir calcul ailes avec Heliciel:

Mecaflux à participé au developpement de derives et ailerons dynamiques , un article traitant de cette nouvelle technologie d' ailerons de surf est visible sur la page : Dérives et ailerons de surf