Quelle est la limite théorique de la VMG ?
Quels sont les facteurs limitants la VMG si on supprime tous les frottements ?
On ne considére que la VMG qui est la vitesse de remontée au vent.
On ne considére que l'angle de la voile par rapport au vent et
l'angle du bateau (plan anti derive parfait) par rapport au vent, on arrive à quelles formules et donc à quelles limites ?
LE VMG n'a de limite theorique . ( Si tu considere que ton bateau n'as pas de vitesse limite ).
Facteurs limitants ? : ta vitesse et ton angle de remontee .
Pour ce qui est de l'angle voile/vent , je crois bien que Manfred Curry avait calcule comme optimum 27 degrees . ( avec une voile trad, pas aile ou double ) .
Maintenant, tout ca est trompeur sans frottements .
Parce que si c'est le cas, il suffit d'un coup de botte a ton bateau a Paimpol pour qu'il traverse la Manche tout seul , et sans voiles...
La VMG c'est V x cos(TWA), pour le reste pas compris la question 🙃
Presque une question de cours... Je me lance.
Les programmes de CFD démontrent qu'il est raisonnable d'assimiler la GV et le génois à une aile unique au prés serré. Il a bien quelques fuites dans la fente entre la voile et le génois mais beaucoup moins que l'air qui passe par dehors.
Pour que cette aile donne une poussée il faut qu'elle attaque le vent (apparent) avec un angle d'incidence qui a un optimum. Comme cette aile se déplace finalement très lentement dans le vent (apparent) cet angle est très ouvert (19deg) ce qui génère d'ailleurs pas mal de trainée et a un optimum assez mou. Une aile d'avion rapide c'est moins de 1deg en vol, volets rentrés.
Ce vent apparent est composé essentiellement du vent réel (force et direction) et du déplacement du voilier (vitesse et cap y compris la dérive et le courant). Mais le vent réel varie selon l'altitude en force et en direction. D'oú le nécessaire vrillage des voiles car le 19deg doit être respecté sur toute la hauteur de la voile.
En simplifiant un peu, la force (poussée) générée par la voile est perpendiculaire à sa corde (la ligne pt d'amure - pt d'écoute) et peut se décomposer en une force transversale qui fait dériver le voilier et une force vers l'avant qui fait avancer le voilier. Ceci se calcule pour chaque tranche de voile en hauteur.
Plus on monte au vent, plus la composante de poussée vers l'avant diminue, plus le voilier ralenti, plus le vent (apparent) adonne, plus on peut monter au vent. A la fin le voilier s'arrête. Les voiliers lents font toujours plus de cap que les voiliers rapides mais ce n'est pas pour autant qu'ils sont les premiers à la bouée au vent. C'est la vitesse du voilier dans l'axe du vent qui nous intéresse au près. C'est le VMG.
Il existe un optimum d'angle de remonté au vent qui intègre dans la vie réelle: le freinage visqueux de la coque, la résistance de vague de la coque, le freinage dynamique du aux vagues et à la houle, la perte de poussée des voiles due à la gîte et au tangage, le freinage aérodynamique des superstructures, les tourbillons (vortex) de la tête de mât et de la chute, l'efficacité du plan anti-dérive selon la vitesse, l'âge du capitaine, la qualité du pilote ou du barreur, la taille de l'hélice, etc...
En général sur eau plate le meilleur angle de remonté est difficilement en dessous de 10 deg, ce qui avec les 19deg d'incidence des voiles donne environ 29-30deg par rapport au vent (apparent). Quand la mer s'en mêle il faut ouvrir l'angle pour donner plus de puissance au voilier et vaincre les vagues. On se retrouve vite entre 32deg à 35deg du vent (apparent). C'est le fameux près océanique.
La donnée qui visualise cet optimum est le VMG. Il est calculé avec une trigonométrie simple mais basée sur des vecteurs souvent mal mesurés. Les trois vecteurs de base qui mènent au VMG sont la vitesse vent apparent (AWS), l'angle vent apparent (AWA), la vitesse voilier sur l'eau (STW). De là on en déduit l'angle du vent réel (TWA), accessoirement la force du vent réel (TWS) et in fine la composante dans l'axe du vent de la vitesse voilier (VMG).
Les vecteurs parasites que sont la dérive et le courant sont noyés dans les trois vecteurs principaux. ce qui peut donner des VMG bizarres dans les zones à fort courant.
Au plan strictement physique, je ne pense pas qu'il y ait de limite. Plus on serre le vent, plus la composante propulsive devient petite (tend vers zéro). Mais la composante de dérive augmente au fur et à mesure, ce qui va faire que le bateau va se déplacer latéralement. Mais on ne peut négliger par exemple la composante de trainée sur le mat, ce qui fait que la bateau va, à partir d'un certain angle, se mettre à reculer tout en partant latéralement. Une analyse strictement physique donne donc un résultat peu sensé. Il est donc difficile (impossible ?) de négliger les frottements, et il faut faire une analyse d'ingénierie et non une analyse strictement physique avec l'intervention de facteurs expérimentaux, avec les incertitudes et approximations qui vont avec... Voir le message d'Altaïr2
la limite c'est le vent de face ..
sauf que il existe un système qui permet de remonter face au vent
avec une hélice aérienne qui transmet sa puissance à une hélice immergée comme l'eau est 800fois plus dense que l'air ça avance en plus, plus ça va vite plus le vent apparent augmente ,s'il n'y avait pas la trainée il n'y aurait pas de limite ...
alain
le prés serré, serré, ne donne pas grand chose, on gite et on avance pas des masse, mieux vaut "ouvrir" un peu et re donner de la puissance dans les voiles quitte à perdre 10° ...c'est mon avis pour un voilier de croisière type 32 pieds...!!
Le concept de VMG est également applicable au portant.
Il n'y a pas vraiment de limite, il suffit de regarder les bateaux de la coupe de l'America.
A mon avis, sans frottements d’aucune sorte, le vent n’exerce plus aucune force sur quoi que ce soit. Sans coup de botte pour lancer le bateau à partir du ponton, la VMG maximale est donc de zéro.
;-)
D’ailleurs, sans frottement, est-ce que la force d’Archimède fonctionne encore? ;-)
A noter que directement au contact du profil développant une portance, se trouve une couche limite d'air où les molécules d'air assurent la transition entre le profil et l'air vraiment circulant (celui de l'extrados légèrement plus rapide que celui de l'intrados) ne bougent pas. On peut fictivement épaissir le profil en créant des tourbillons entre 7 à 10% de la corde (vortex) en zône portante de l'extrados (le centre de portance évoluant de 25 à 33% de la corde). L'incidence du profil par rapport au vent relatif joue un rôle capital dans la portance (cf Polaire) et pour un profil donné évolue avec sa vitesse.
Pour Gradient6 plus haut ,pour les 40 noeuds de VMG :
le meilleur vmg c'est que la vitesse du bato est égale à celle du vmg ,c'est à dire quand il avance le vent de face .
La VMG dependant de chaque bateau et des conditions de vent et de mer, je n'ai toujours pas compris la question.
En évitant le kobaien de Magma ;)
Pour un vent v avec un angle de voile a par rapport au vent on a une vitesse de déplacement lateral (ou de derive) u = (v + VMG) x tgte(a)
Si le plan anti derive est parfait avec un angle b (plus grand que a si on veut que le bateau avance) alors la vitesse VMG = u x cotangente(b).
Sur le papier ça donne des redultats impressionnant si... y a pas d'erreurs. ;)
Ok, alors précisons bien les termes, si je comprends bien tu parles de la vitesse du bateau et de ses composantes. U est la composante de la vitesse réelle du bateau sur l'orthogonale à l'axe du vent ou à l'axe du bateau ? VMG est logiquement la composante de la vitesse réelle du bateau sur l'axe du vent.
La vitesse réelle du bateau est orientée sous le vent en formant un angle de dérive avec l'axe du bateau, est-on ok ?
b est l'angle de remontée au vent avec ou sans dérive ?
Maintenant je comprends moins comment joue l'angle d'incidence du plan de voilure, car il intervient pour générer la force vélique en intensité et orientation.
Perso ca me donne cette construction, est-ce qu'on parle de la même chose ?
Non non, situation idéale donc derive zéro. La vitesse u est bien la vitesse de déplacement de la voile (et du bateau) perpendiculaire au vent. (donc La projection orthogonale de la vitesse du bateau en fait)
Le vecteur vitesse du bateau comprend bien sûr la dérive, et c'est la projection de ce vecteur sur l'axe du vent qui donne la VMG.
De toute façon, si on cherche une VMG élevée, il faut une vitesse relativement élevée et à ces vitesses la dérive est faible, car la portance du plan antidérive varie avec le carré de la vitesse du bateau. Pour faire du cap sur le fond il faut d'abord prendre de la vitesse.
Bon si l'angle de dérive est nul, (situation dite idéale), cela donne un schéma simple :
et VMG/u = cos(b)/sin(b).
Mais la voile et le bateau se déplacent à la même vitesse, pourquoi la voile aurait une composante différente (V+VMG ?) sur l'axe du vent ?
La voile peut faire l'angle d'incidence qu'elle veut, elle se déplacera toujours à la vitesse du bateau.
L'efficacité du réglage va influencer la performance d'avancement de l'ensemble.
Ce que je comprends dans ton propos, c'est la projection de vitesse de l'ensemble (voile+bateau)sur un autre axe qui est celui du profil de voile, et tu définis une nouvelle composante propulsive sur cet axe pour faire intervenir l'angle d'incidence ....
On peut exprimer toutes les relations vectorielles possibles sur une multitude d'axes ... mais je n'en vois pas la finalité. Si tu as des sources théoriques ou références biblio sur cette approche, je suis preneur, car je n'avais jamais encore vu cette décomposition vectorielle dans la littérature dont je dispose (mais je n'ai que les ouvrages courants type cours Glénan)
VPP ?!? C'est quoi ?
Je prenais juste un exemple chiffré qui laisse rêveur et comme rêver c'est planer et qu'on plane déjà..
Soyons foils😊
Bonne idée, c'est vrai que les sujets sur Testing at Real and Open Links for Liquids reviennent parfois sur les forums, mais jamais dans la littérature technique.
L'angle d'incidence de la voile definit l'angle entre la corde de la voile et le vent apparent, ni plus ni moins.
Pour nos voiles sur des voiliers lents il est de l'ordre de 19 degres.
Cela veut dire que le voilier ne peut pas remonter a plus de 19 degres du vent apparent. En fait c'est faux car a cet angle il n'y a plus de composante propulsive. Les voiliers dit tres fins doivent ajouter 10 degres pour avoir un peu de composante propulsive qui devient vite insuffisante des qu'il y a du clapot. Les autres voiliers ont besoin de 12 a 15 degres pour avancer et vaincre toutes les resistances.
A la fin l'angle minimum au vent apparent du voilier est de l'ordre de 30 a 35 degres selon l'etat de la mer.
En general 9-10 degres est l'angle choisit par l'architecte pour positionner en lateral le point de tire des focs.
bonsoir
si j'ai bien compris ,toute cette diatribe .
c'est que vous naviguez tous au près serré et que vous avez tous des marques de parcours à passer
dans vos croisières avec des vents constants et sans courants ?
ça c'est comme les polaires ,perso j'en mets quand il fait froid ,les autres je m'en fous du tiers comme du quart (à fond)
alain
Comprendre la mecanique des fluides qui nous gouverne est pour certains une jouissance intellectuelle... Le bonheur de la voile est que chacun y trouve midi a sa porte, les polairiens du VMG comme les zigzagodromiens hedonistes.
Gradient6 = troll ! un troll gentil mais troll quand même ... 😉
Rappel de quelques formules de base pour ceux qui veulent monter leurs polaires:
Les trois donnees mesurables sur un voilier sont: AWS (vitesse vent apparent), AWA (angle du vent apparent) et STW (vitesse sur l'eau).
Sur un voilier on a aussi SOG (vitesse sur le fond) grace au GPS. Aucune de ces deux vitesses (STW ou SOG) n'integre correctement la derive et/ou le courant. Avec des Atlas courant et en combinant STW et SOG ou peut en deduire la derive et reintegrer tout cela dans les calculs.
Dans les formules qui suivent SOG n'est pas considere, le courant et la derive sont noyes dans les trois vecteurs.
Les formulations indiquees ci-dessous ne sont pas uniques. Celles indiquees fonctionnent parfaitement.
Calcul de la vitesse vent vrai : TWS2 = AWS2 + STW2 - (2 x AWS x STW x cos(AWA))
XZY2 veut dire XZY au carre.
Calcul de la VMG : VMG = (AWS2 - TWS2 - STW2)/(2x TWS)
Calcul de l'angle du vent reel : TWA = Arcos (VMG/STW)
Bonnes polaires...
🥸, je vais passer a la masturbation intellectuelle,ca a l’air jouissif.
et essayer de trouver le point g de ma remontee au vent.
La limite théorique de la VMG doit exister et pouvoir se calculer mathématiquement du fait de la trainée aérodynamique qui augmente dans l'air au cube de la vitesse de déplacement; à cela il faut rajouter la résistance de l'eau qui même si on utilise des foils ferait plafonner le bateau à 50 noeuds le rendement des foils se dégradant passé une certaine vitesse.
Pour l'instant les "machines à voile" les plus rapides dans des conditions favorables de vent et de mer ont des VMG au près aux alentours des 20 noeuds! Il s'agit des AC75 dans le cadre de l'America Cup, on peut penser que l'on doit pas être très loin du maximum pratique et à moins d'une rupture technologique cette valeur évoluera peu. A comparer avec les performances de quelques noeuds de nos voiliers de croisière les plus pointus fussent-ils typés régate.
j’ai regardé la video explicative ,2 posts plus haut redigé par scotland,des 2 profils:
le profil d’aile (aileron de planche dans la video,qu’elle tient a l’envers par rapport au dessin du profil qui apparait en dessous,mais bon si t’es ingenieur t’as compris) ,puis le profil qui ventile .
je ne sais pas si c’est moi,( ca doit etre moi..)mais je n’ai pas compris dans quel sens se deplacait le profil triangulaire.
la pointe en avant? ou dans l’autre sens..?
ayéééé!!! j’ai compris en allant chercher des infos sur le oueb.
le profil dans son sens de marche ainsi que l’ecoulement.
la superposition des 2 profils
là,je comprends
l’article s’intitule :
La ventilation : Un peu d’air dans ce monde de fluide
Pour tenter de repondre a la question initiale de ce long fil, je pense que nous devons d'abord eviter de parler de valeurs absolues toujours tres impressionnantes quand on parle de grands objets a vent. Il vaut mieux parler en valeur relative et tout comparer a la vitesse du vent reel (TWS) donc en donnant la VMG et la STW en pourcentage de TWS.
En triturant les vecteurs, on voit qu'une donnee a un role majeur dans la limite du VMG c'est le minimum de l'angle du vent apparent (AWA).
Le AWA minimum pour un voilier moderne avec des voiles bien dessinees est la somme de l'angle minimum au vent qui permet de recuperer un peu de force propulsive (10 degres soit 10% de la force des voiles est admis) et l'angle d'incidence des voiles soit environ 19 degres pour les voiliers qui vont moins vite que le vent. Ce qui donne 29 degres AWA.
Sur un lac on peut faire 28 degres AWA, avec du clapot c'est plutot 30 degres AWA, avec de la mer c'est 32 degres AWA. On prend un AWA de 30 degres moyens.
Etude 1 faite avec: AWA=30deg fixe, TWS=10nd fixe et on fait varier STW de 0% a 150% de TWS
Le resultat donne une VMG maximum quand STW = 100% de TWS, avec une VMG a 50% de TWS et un TWA a 60 degres.
Etude 2 faite avec: AWA=25deg fixe, TWS=10nd fixe et on fait varier STW de 0% a 150% de TWS.
Le resulat donne une VMG maximum quand STW = 128% de TWS avec une VMG a 68.4% de TWS et un TWA a 58 degres.
Enfin une autre etude faite avec: AWA=20deg fixe, TWS=10nd fixe et on fait varier STW de 150% a 200% de TWS
Le resultat donne une VMG maximum quand STW = 168% de TWS avec une VMG a 96.3% de TWS et un TWA a 55 degres
Le cas 1 est un cas optimiste pour les voiliers classiques mais tres voiles et par petit temps c'est a dire avant qu'ils n'atteignent leur resistance de vague.
Le cas 2 est intermediaire et s'applique aux engins de sport pas trop extremes et voiliers sur foils
Le cas 3 correspond aux catamarans de sport extremes ou aux grands ULTIM et foilers capable de remonte au pres a la vitesse du vent ou presque.
En poussant le jeu a fond et en utilisant une aile a 1 degre d'incidence donc AWA = 11 degres, la VMG est "limitee" a 212% de TWS avec un STW a 330% de TWS et un TWA de 50 degres
Donc il y a bien une limite a la VMG qui semble etre vers 3 a 4 fois la vitesse du vent reel, elle depend directement des voiles (ailes) utilisees et d'un support capable d'avancer tres vite sans resistance (char a voile ou a glace).
Bon a ces vitesses le freinage aerodynamique commence a beaucoup compter et devrait etre integre.
Bonnes cogitations...
Pour rebondir sur le message de Mitch58 et ma remarque, voici une tentative désespérée en image
A gauche, les filets d'air proche d'une aile dans un fluide parfait , donc pas de portance, car l'écartement des filets et la vitesse des particules restent (quasi) constants, donc pression constante au dessus et en dessous de l'aile (ou de la voile)
Au milieu, le différentiel de vitesse (la circulation !) des particules des filets dans un fluide réel , d'où des différences de pression (théorème de Bernoulli dans l'argument heuristique de Wikipédia: plus la vitesse est grande, plus la pression est faible, car la somme de l'énergie cinétique (vitesse) et de l'énergie potentielle (pression) est obligatoirement constante, sinon le mouvement perpétuel serait possible)
A droite, la superposition: le tracé des filets d'air et leur "épaisseur" variable (représentant en fait les différences de vitesse, donc de pression) conduisant à la portance (différence de pression)
Je sais, cette présentation est désespérée...
PS Il a fallu attendre le début du 20è siècle pour comprendre (modéliser) ces phénomènes. La preuve qu'ils ne sont PAS simples... (La gravitation de Newton, c'est la fin du 17ème !!!)
Merci Monsieur Eiffel d'avoir systématisé l'analyse des plaques dans un flux d'air et d'avoir établi les premières règles de calcul de portance.
Quand on voit qu'un planeur pese 500 kilos avec une envergure de 20 m, une incidence TRÈS faible et une vitesse de 150 ou 250 km/h, on se demande ce que donnerait une simple aile de planeur en guise de mat sur un engin à foil. 🤔
On amplifie énormément le vent réel au final.
Merci à tous !
Je n'ai pas tout compris mais c'était intéressant.
Voilà j'ai mal au crâne, vous êtes contents ?
Quand ça n'avance pas, j'abats !!!
Pourquoi une seule aile de planeur en guise de mat? Je propose deux ailes de planeurs, ce qui donnerait peut-être ceci ;-)
Des fois, il faut savoir faire simple :
Un Zeppelin bien en altitude, avec un fil de pêche qui traîne ( du fil pour le thon, on n'est pas des tafioles) et un bateau Playmobil au bout.
Tout ça en l'air au large de la Bretagne, pendant une bonne dépression d'automne bien creuse, le bateau Playmobil vous pète un 150 ou peut être bien un 200 noeuds de vitesse ( réelle et VMG )
💪
😁
les technocrates tu leurs donnes le sahara,
après 2 ans il faudra qu’ils aillent acheter du sable ailleurs...coluche.
Avec le Vestas Sailrocket 2 et tous ses congénères on sort du sujet. Le fil n'est pas comment on va le plus vite possible à la voile mais comment on obtient le meilleur VMG au près et quelle est sa limite. Ce n'est pas la même cogitation.
La remarque de "fransoi" sur les AC75 est très judicieuse car ces engins approchent de la limite calculée plus haut: VMG environ 2.1 x TWS et la STW environ 3.3 x TWS. Il serait intéressant de savoir à quelle incidence ils font travailler leurs voiles. probablement pas plus de quelques degrés.
Bonjour,
Si on suppose que la longueur du bateau est fixée, la limite physique sera imposée par l'énergie de la mer du vent.
On peut envisager des bateaux dont les voiles auront des profils à finesse ajustable, ce qui permet d'optimiser la trainée en fonction du vent apparent, et donc des vmg très grand.
JF
Les voiles à profil ajustable existent.
Pour nos voiles de basse vitesse, le cunningham, la bordure, la drisse, les nerfs de chute, la barre d'écoute, l'écoute, le pataras, les bastaques permettent de travailler peu ou prou le profil des voiles et donc de les ajuster dans certaines limites à la force du vent.
Dans la gamme au dessus en terme de vitesse, il existe les voiles en laminé hyper stables en profil et encore au dessus des voiles rigides à volets (ou non) qui sont de vraies oeuvres d'art.
Dans la quête du meilleur VMG, il faut un support qui freine le moins possible et une voile qui pousse le plus possible (merci on savait). Si l'on réunit ces deux conditions le voilier accélère et c'est le profil qui doit commencer à s'adapter. Son incidence doit diminuer pour continuer à être efficace (diminution de la traînée et diminution de l'angle AWA minimum) à haute vitesse.
Même en admettant que tout soit résolu avec des foils magiques pour le support et des voiles ailes non moins magiques, les angles minimum sont toujours là (AWA n'est pas nul) et les mathématiques des vecteurs montrent que la VMG est limitée à un peu plus de 2 fois la vitesse du vent réel (TWS) avec un AWA à 11 degres. Angle qu'auncun voilier normal ne peut atteindre d'ailleurs.
Merci Altair. Si tu peux me donner le lien sur le site qui fait les calculs et également le lien sur les sites où il y a des voiles variables. Connais tu ceci :
C'est le genre d'infos qui n'est pas disponibles librement pour raison de confidentialité technologiques.·le 01 mars 2021 08:46
A Gradient 6 : tu pourrais t'interesser aux chars à voile sur glace. Les vitesses atteintes sont supérieures,avec des angles au près plus pointus que sur l'eau. C'est juste une idée comme ça, qui pourrait peut être t'apporter des réponses.
Bonjour,
Au fur et à mesure que le bateau ou char progresse le vent apparent augmente et le profil de la voile n'est plus adapté, la trainée augmente la finesse diminue. il faut donc adapter le profil en augmentant son allongement.
En théorie la limite sera déterminée dès lors que l'on n'aura plus de solution pour trouver un profil donnant de la portance pour l'incidence donnée qui va aller aussi en diminuant.
Ce qui m'intrigue, en revanche, c'est le fait que des voiles en tissu donc souples comme les focs des AC75 et les voiles de certains chars à glace, semblent pouvoir fonctionner à grande vitesse, donc avec des incidences très faibles sans pour autant avoir l'air de déventer sur l'attaque, comme si la déviation du flux d'air à l'attaque du profil était suffisamment importante pour éviter le faseyement.·le 02 mars 2021 16:50
Je rebondis sur le com d'Altair. Effectivement les courbes de portance des voiles traditionnelles dites à faible allongement (rapport hauteur largeur) comparées avec les voiles actuelles, ont une tolérance d'angle d'incidence plus large que le 15-20 ° des voiliers de régate. Il est fort probable qu'une aile verticale encore plus fine aura une tolérance très fine pour atteindre sa portance maximale qui sera très grande. (Sur ce graphe c'est 15° +-5)
source :
file:///tmp/mozillatreb0/SymmetryofWingsand_Sails.pdf
