Répartition de la force antidérive
Oeuvres-vives vs appendices
De manière générale, les œuvres vives d'un cargo conventionnel sont assimilables à des profils avec des allongements faibles, et donc mal adaptées à la production d'une force latérale efficace.
A ce titre, une résistance induite significative est à prévoir, d'autant plus si le seul appendice consiste en un gouvernail généralement sous-dimensionné.
On comprend donc facilement que pour une force antidérive créée relativement faible, il en résultera une augmentation importante de la résistance à l'avancement.
Exemple : Résistance induite par la dérive
La dérive du navire modifie l'écoulement de l'eau sur la carène, ce qui amène à la séparation de la couche limite, notamment au niveau des bouchains, et génère des tourbillons qui, en se propageant dans le sillage, induisent une augmentation de la résistance à l'avancement.
On peut voir ici que la résistance induite par une propulsion exclusivement éolienne (taux d'hybridation de 100%) amène un surcroit de résistance à l'avancement de 15%.
Une répartition inégale de la force anti-dérive
On peut voir que sur un navire de charge conventionnel, la plus grande partie de la force anti-dérive est générée par la proue et que le reste de la carène a une action plus modérée.
Les bouchains ont également un rôle importants dans la génération de la force anti-dérive, mais seulement lorsque l'angle de dérive est important, au détriment de l'avancement du navire donc.
Finalement, du fait de la marche oblique, il se crée un couple de rotation, dit moment de Munk, qui tend à faire pivoter le navire perpendiculairement à l'écoulement.
Centre de pression
Ces efforts ont donc tendance à faire évoluer le navire autour d'un point: le centre de pression ou centre de résistance latéral[3].
L'angle bêta, à droite de l'image, correspond à l'angle de dérive de la carène.
On peut voir que sur un navire de charge conventionnel soumis à une action de dérive et conservant la barre à zéro (1), ce centre est positionné très en avant, bien au delà d'un l'emplacement possible du centre de voilure. Le navire a donc tendance à lofer.
Afin de garder un cap constant, il sera nécessaire de créer un couple de rotation égal et opposé, par action sur la barre notamment.
Il est également possible de limiter le couple de rotation en reculant le centre de pression, en ajoutant des quilles anti-roulis par exemple, comme on peut le constater en (2) et (3).
Il semblerait en effet que la présence de tels appendices favorisent la séparation de la couche limite au niveau des bouchains leur permettant ainsi de générer une force anti-dérive à des angles de dérive relativement faibles.
Exemple : Dynarig au près
On note ici la nécessité de conserver un angle de barre important, car la coque est peu adaptée à la propulsion éolienne. En ajustant l'incidence des voiles, il est néanmoins possible de réduire cet angle sans trop impacter les performances.
Fondamental : Carènes des navires conventionnels peu adaptées
On retiendra qu'une carène de navire de charge conventionnel est peu adaptée à la génération d'une force anti-dérive efficace et qu'il est indispensable de mettre en place des appendices profilés qui permettent d'optimiser la réponse hydrodynamique du navire.
De quoi dépend le rendement d'un aileron ?
Le rendement de ces ailerons est lié essentiellement à 3 caractéristiques :
La surface latérale
La forme
Le profil des sections