Etude sur un voilier
Arvel Gentry
Mode opératoire
Dans les publications de Gentry, le yacht considéré avait un foc à recouvrement (la chute du foc était posée à la moitié de la longueur de corde de la grand-voile).
Le navire était considéré comme naviguant au près (les voiles étaient réglées à un angle d'attaque relativement faible) de sorte que la séparation pouvait être négligée.
Observations sur le foc
Les lignes en pointillés correspondent aux lignes de courant de la GV seule (à gauche).
Les lignes pleines sont celles de l'ensemble GV+foc ;
Le bord de fuite du foc (la chute) se trouve dans une zone de vitesse d'écoulement élevée, autrement dit où la condition de Kutta doit être remplie à une vitesse plus importante, ce qui augmente l'efficacité de la voile dans son ensemble.
Observations sur la GV
Du point de vue de la grand-voile, le flux généré par le foc réduit fortement les vitesses de succion maximales du côté sous le vent de la grand-voile.
Le gradient de pression réduit permet à la grand-voile de fonctionner à des angles d'attaque plus élevés sans décrocher.
On peut expliquer ceci par le fait que les circulations périphériques des deux voiles se contrarient dans la zone où elles se rencontrent.
Le foc permet en quelque sorte de "réattacher" l'écoulement sur l'extrados de la grand-voile.
Effet d'amorçage
Si les voiles sont correctement positionnées et réglées, un effet d'amorçage peut donc se produire : la grand-voile augmente l'efficacité du foc qui, à son tour, augmente l'efficacité du foc.
Théoriquement, cet effet pourrait également se produire lorsqu'un nombre beaucoup plus important de voiles est utilisé.
Remarque : Effet variable en fonction de la force de vent
Si l’augmentation du recouvrement est favorable par vent faible en permettant d’éviter de décrocher, elle peut devenir défavorable par vent soutenu par la déformation qu’il occasionne sur la grand voile.
En effet, dans la zone de recouvrement, la surpression sur l’extrados du profil aval (liée à la restriction) et la dépression sur son intrados (liée à un flux important) peuvent provoquer une inversion des forces de pression.
Ce phénomène peut être atténué en affinant le profil aval, surtout dans sa partie avant.
Attention : Mauvais réglage
En cas de mauvais réglage des voiles, l'avantage d'ajouter une surface de voile supplémentaire serait gâché par la perte d'efficacité de l'ensemble du plan de voilure.
Conclusion de l'expérience
Les deux voiles ensembles peuvent être plus efficaces sur le plan aérodynamique que la somme des deux voiles individuelles dans la mesure où leur association permet d’obtenir un profil plus cambré (donc plus d’accélération du flux et plus de portance).
En effet, le biplan permet de repousser le seuil de décrochage grâce à la présence du couloir entre les deux profils qui se comporte comme une restriction permettant un apport de flux venant combler une trop grande dépression sur l’extrados.
Le profil équivalent peut donc être plus tolérant puisqu’on peut, dans une certaine mesure, contrôler le décrochage.
Fondamental : Position relatives des profils
Le résultat le plus pertinent concernant le comportement aérodynamique d'un arrangement à plusieurs voiles est que l'existence d'une interaction positive ou négative dépend fortement de la position relative des voiles et de leur réglage.