Equilibre au vent arrière
Rappel : Degrés de liberté d'un navire
On peut définir l'ensemble des mouvements d'un navire suivant trois axes :
l'axe longitudinal
l'axe transversal
l'axe vertical
Autour de chacun des axes, le navire peut avoir un mouvement de translation et de rotation, ce qui donne donc 6 mouvements possibles :
Bilan des forces en présence
Le navire est soumis à son poids \(\overrightarrow{P}\) ainsi qu’à la poussée hydrostatique \(\overrightarrow{\Phi}\).
Également, il est impacté par la force aérodynamique \(\overrightarrow{F_ {aero}}\), dont le centre d'application est le centre de voilure, et la force de résistance hydrodynamique \(\overrightarrow{R_h}\), dont le point d'application est le centre de dérive.
La vitesse restera constante dès que la résistance \(\overrightarrow{R_h}\) sera devenue égale à la force aérodynamique \(\overrightarrow{F_{ aero}}\).
Remarque : \(h\)= 100%
Dans un soucis de clarté, nous admettrons que le navire est propulsé par la seule force du vent.
Décalage vertical de \(F_{aero}\) et \(R_h\)
Cependant il existe entre les forces \(\overrightarrow{F_ {aero}}\) et \(\overrightarrow{R_h}\) un décalage vertical important, noté \(Z\).
Ces deux forces vont donc constituer un couple tendant à incliner le bateau vers l'avant. Cette inclinaison provoquera à son tour un avancement du centre de carène jusqu'à ce que le couple constitué par le poids et la poussée hydrostatique compense ce couple inclinant.
Remarque : Conséquences souvent négligeables
Décalage horizontal de \(F_{aero}\) et \(R_h\)
Si l’on se place dans un plan horizontal, et que l’on projette \(R_h\) verticalement, on peut constater un décalage horizontal entre les forces \(\overrightarrow{F_ {aero}}\) et \(\overrightarrow{R_h}\) qui est à l’origine d’un couple dit, de lacet.
Si l’on souhaite malgré cela maintenir un cap constant, il faudra créer un autre couple horizontal égal et de sens contraire notamment par l'action du gouvernail.
Action du safran
En orientant le safran celui-ci développera une force hydrodynamique, que nous pourrons décomposer en une force transversale et une force longitudinale.
Définition : Composante longitudinale = résistance de gouvernail induite
Si la composante transversale permet d'équilibrer le couple de rotation créé par le décalage entre \(\overrightarrow{F_ {aero}}\) et \(\overrightarrow{R_h}\), la composante axiale va quant à elle induire une traînée supplémentaire \(R_{gouv_{induite}}\).
A force propulsive constante, \(R_{gouv_{induite}}\) impactera directement la vitesse de déplacement du navire en la diminuant parfois de manière sensible. Cet effet est notamment recherché lors de crash-stop.
Action du roulis
Lorsque le navire roulera fortement, ce qui est souvent le cas au vent arrière, la carène sera soumise alternativement à des couples d’abattée et d’auloffée, pouvant rendre la gouverne très délicate, d’autant plus si l’action du pilote vient s’ajouter en déphasage à cet effet d’oscillation.
Il pourra alors être judicieux d’adopter une allure moins arrivée, i-e, moins abattue afin de limiter ce roulis.