Calcul des forces

[Luc]

Je pose la question ici. Cela fait des mois que je la pose à mes enfants matheux mais silence (qu'est-ce qu'ils fichent à l'école...).
- Abstraction faite de la forme de la carène (variable selon la gîte) et de la porosité du tissu des voiles (c'est énorme mais c'est de la théorie), que se passe-t-il si j'ajoute un kilo au sommet d'un mât de 7,5 m qui a comme base une masse de 4000 kgs pour un poussée d'air de 10 km/h sur 50 m2 de toile ?
Comment calculer ce genre de détail ?
Le fond de la question est : le poids d'un palan en tête de mât pour un bateau comme le mien a-t-il une importance... importante ?
- Question subsidiaire: est-il possible de déterminer, à priori, une surface de voile adéquate selon la forme d'une carène(position du lest, profondeur de dérive, etc) et la puissance du vent ?
Ou est-ce comme le reste: il faut essayer

[Padélis-Célakélos]

A mon petit niveau,je suis toujours parti du principe que :
en gréement traditionnel, 1 kg de plus en haut du mat, c'est 5 kgs de lest en moins.
Pour les gréement bermudien c'est 7,5 Kgs de lest par Kg rajouté dans les hauts.
Pour le reste, c'est dommage que Ronanm n'intervienne plus sur le site, il t'aurait expliqué tout ça en long et en large.
Je ne sais pas si quelqu'un a ces notions ?

[SVS]

C'est juste un calcul de moments. Le moment, c'est la force multipliée par la distance à l'axe de rotation. Sur un bateau, pour simplifier, l'axe de rotation, c'est la longitudinale qui passe par le centre de gravité. Il est, normalement, proche de la flottaison et idéalement un peu en-dessous. Si tu hisses un palan de masse 1kg à 7,5m de cet axe, tu crées un moment de 0 tant que le bateau est strictement à la verticale, puis croissant (courbe sinusoïdale) jusqu'à 7,5kgf.m (kgf = kilogramme-force, soit environ 10N) lorsqu'il est couché à l'horizontale. Pour le redresser, il faut appliquer un moment équivalent mais de sens contraire. Par exemple, 7,5kg de lest à 1m de l'axe de rotation. D'où la règle de Padélis.
Notons au passage que pour rétablir la raideur à la toile d'un bateau qui prend 1kg dans les hauts, il faut l'alourdir de plusieurs fois ce poids dans les fonds. Il est bien plus rentable de retirer du poids dans les hauts !

Concernant ta dernière question, il existe des tas de formules pour estimer la force du vent en fonction de la forme et de la surface des voiles, qu'il faut ensuite mettre en relation avec les calculs de stabilité de la coque. Tout est dans le Gutelle. Dans la pratique, on regarde surtout les caractéristiques des bateaux équivalents...

A+

SVS

[Padélis-Célakélos]

Dans la pratique, on regarde surtout les caractéristiques des bateaux équivalents...

C'est un peu ce qui a régit ma vie de bricoleur, j'ai toujours essayer de faire à l'identique de ce qui existe déjà.
Pourquoi refaire le monde a tout instant et vouloir critiquer, changer des règles établies de longue date ?
Ce qui fonctionne, je le garde et je tente de le reproduire, à la manière des Japonais dans les années 60-70 et les Chinois à l'heure actuelle.
D'accord, c'est la théorie du fénéantisme, le refus de la démarche intellectuelle, mais bon, c' est bien de se reposer aussi sur l'acquit de nos pères.
Pourquoi je raconte tout ça, moi, c'est complètement hors sujet
Il faut que j'arrête le Muscadet du matin, moi

[wedell]

On ne peut pas faire abstraction de la forme de la carène, ni de son poids ni de celui du lest et de son emplacement car ce sont de ces caractéristiques qui vont déterminer le moment de redressement. C'est pour ça qu'ils sèchent, tes enfants.
Mais l'analogie avec le poids du gréément/poids du lest est valable pour comprendre.
Avec le bras de levier que constitue la demie largeur+ le poids du lest + sa distance du centre de gravité, on peut déterminer la pression du vent sur une surface donnée pour une vitesse donnée ou encore quelle gite prendra tel bateau avec telle surface de voilure dont le centre de voilure est à x distance du centre de gravité ou même quelle surface de voilure fera giter le bateau de 20 degrés avec un vent de 10m/seconde;
Mais c'est prise de tête et effectivement, on se tient à des coefs grossiers. D'ailleurs modernes ou pas, quand le vent se lève, il n'y a pas un bateau sur le plan d'eau qui prend un ris ou change de foc au même moment.

[alien]

Pour le poids dans les hauts, il y a deux aspects à considérer :
1) la stabilité déjà évoqué
2) l'inertie
toute masse suplémentaire augmente le moment d'inertie de m x d² (d étant la distance au centre de gravité)
Cette augmentation a pour effet d'augmenter la période et l'amplitude du roulis et du tangage.
Le problème est de savoir dans quelle proportion

On apprécie la surface de voilure d'un bateau au moyens de coefficients sans dimension.
1) par petit temps (ou plutôt à petite vitesse)
SV/SM (surface de voile divisée par la surface mouillée totale)
une valeur comprise entre 2 et 3 est fréquente
2) par moins petit temps on dispose d'autres indicateurs permettant de comparer :
- la surface de voile par rapport au déplacement SV/D^2/3 (entre 15 et 20) ou SV^1/2 /D^1/3 (variable suivant la culture)
- la surface de voile par rapport à celle du maitre couple immergé SV/B²
etc...
Ces coefficientts ne prennent pas en compte la "raideur à la toile". Ils permettent de comparer des bateaux de tailles différentes.
Encore faut-il avoir des éléments de comparaison.
Les architectes et les chantiers sont assez avares de ce genre d'information.

Un article assez intéressant :
http://www.kastenmarine.com/_pdf/sail_area_ratios.pdf

voir aussi :
Gutelle
http://www.amazon.com/Principles-Yacht- ... 0071487697
(se trouve aussi dans toutes les bonnes écuries)

[Luc]

J'ai un peu de temps (épaule en vrac) donc je suis revenu sur la question. La lecture de l'article proposé par Alien confirme la nécessité de connaître les périodes par test (ce qui je crois est réalisé lorsque les bateaux passent entre les mains des bureaux genre Véritas). Ce qu'il sera donc utile de faire (sans oublier de fermer les capots...)
Toutefois, après lecture du manuel des Glénans (ceci rejoint la bibliothèque de bord) et relecture à tête reposé de vos réponses (toutes claires, pour peu que la lecture soit attentive, exercice difficile pour un lettreux dés que le niveau depasse 2x2...), j'ai un peu essayer de comprendre.
J'ai posé des chiffres et je tombe sur un résultat qui me semble réaliste (j'ai utilisé la formule proposé qui prend en compte la masse volumique et la vitesse de l'air ainsi que la surface de voilure puis j'ai calculé la hauteur du centre vélique moyen par rapport au centre de gravité du bateau pour prendre en contre le bras de levier)
à 27 noeuds de vent pour la totalité de la toile (46 m2) le vent applique une force de 4 tonnes et des brouettes (voile au prés serré) alors que si seul le tourmentin est hissé (4,5 m2) cette force descend à environ 400 kgs.
Toujours avec la totalité de la voile, la force de gite équilibrée par le lest est atteinte entre 12 et 13 noeuds de vent latéral.
Est-ce que cela vous semble cohérent ?

[sly]

12 13 nœuds, c'est tôt...

De toute façon, si je regarde la courbe calculée par mon architecte pour mon bateau, c'est très éloigné de la réalité.

pour lui, la surface de voilure d'origine (14 m²) avec 100 kg de ballast ne permettait que d'envisager la catégorie D : trop instable. Aujourd’hui, j'ai augmenté la surface (19 m²) et surtout la hauteur du centre vélique (+ 110 cm) sans que le bateau soit spécialement casse figure : cet été j'ai naviguer avec un ballast dans 15 nœuds de vent tout seul avec les enfants (2 x 25 kg + 75 kg) assis à l'intérieur, au près, sans soucis. Entre trop de gite (le plus petit des enfants flippait...) et le bateau quasi à plat, il y avait juste 15 cm d'écoute de GV choqué. Alors, les calculs...

Je te conseil de faire la chose suivante : sortir graduellement avec des forces de vent de plus en plus fort ( 3 nœuds, 7, 12...) en commençant avec un ris... En effet, il est moins ridicule de faire sa première sortie avec un ris que de prendre le mat sur la figure (ou pire, de finir à l'envers). Quoiqu'il arrive, tu dois toujours chercher à alléger au maximum dans les hauts, en restant dans des échantillonnages suffisants (surtout la vergue, sur un gréement aurique). c'est pour ça que je t'avais fait réduire l’échantillonnage de ta charpente de rouf.

[Padélis-Célakélos]

Salut Luc.
Ben, oui et non .
Comme quoi, si on se lance dans les calculs, il y a de nombreux facteurs que l'on ne prend pas en compte ou que l'on ignore.
Par exemple, dans ta simulation, tu considères le bateau au près.
Dans cette configuration, il est primordial de tenir compte de la forme des voiles.
Par exemple, au près, une voile creuse a la même surface de face qu'une bien plate.
Et c'est la qu'est le paradoxe, le résultat ne sera pas du tout le même.
Dans ton cas de figure à 27 Nds de vent,ce qui est déjà plus que pas mal.
Ta voile plate, de surface identique sera beaucoup plus évolutive et propulsive par la différence de pression et vitesse du vent entre l'intra et l'extra dos.
La même voile, bien creuse, emprisonnera le vent, peu de différence entre intra et extra dos, le voilier gite mais n'avance pas.
Cette gite peu même devenir rapidement excessive voir dangereuse.
Cas inverse, les même voiles, mais dans 5 à 8 Nds de vent.
Dans ce cas, c'est ta voile creuse qui donnera le meilleur résultat, car elle emprisonne le vent et conserve de la puissance.
La voile plate laisse échapper le vent et n'a pas un bon rendement.
D'où l'importance des réglages, et non seulement la surface projetée d'une voilure.

Bon, je ne sais pas si j'ai été clair, ce que je sais c'est que je suis au max pour un Dimanche soir.
Je me relis demain et je corrige, éventuellement.
Et soigne toi bien pour ton épaule

[sly]

Pour la puissance des voiles, tu as 1000 x raison. C'est là que les matériaux "traditionnel" atteingnent leur limite : ils s'étirent quand le vent monte, les voiles se creusent, et c'est exactement l'inverse dont on a besoin (je crois que sur les voiles en lin, les marins les mouillaient pour qu'elle ne se creusent pas trop quand le vent montait). Pour ma prochaine GV, j'abandonne le tissus couleur tan (tout mou) pour un dacron bien bloqué : ça n'est pas qu'une question de performance, mais aussi de sécurité.

[wedell]

Faute d'avoir les connaissances pour un calcul fiable, je me contente souvent d'approximations qui proviennent soit de l'expérience soit d'un examen attentif de ce qui se fait.
Pour ton bateau, (9mx3m, 4,2T,35% de lest, de mémoire), 46m2 ne me semblent pas excessif. D'autant plus que le centre de voilure sera placé assez bas.
De toute façon, il ne va pas cabaner à la première risée, à moins d'oublier le lest à terre.

[Padélis-Célakélos]

C'est pour tout cet ensemble de choses que je ne fabrique pas mes propres voiles.
Malgré le fait que j'en répare, améliore, réduit,augmente, sauve, rénove, adapte, blinde au moins une quinzaine par an pour les copains.
J'aime trop les voiles aux réglages parfait pour risquer de me fabriquer un sac à patates, du moins pour le moment.
Je n'estime pas mes connaissances suffisantes en tracé des voiles pour entamer une construction intégrale.
Il faut dire que je suis du genre à descendre de mon bateau pour lui filer des grands coups de pompe dans la Poupe quand il n'avance pas assez vite.
Et de toute façon, je suis aussi le genre de bonhomme qui ne perd une régate que parce que le bateau ou les voiles ne sont pas au point.
Vous imaginez ou va se nicher ma mauvaise foi

[wedell]

Quelles que soient mes voiles, je n'ai jamais perdu une régate de ma vie, sauf contre une bouée, par calme plat, une fois.
Depuis, je me méfie des bouées.

[alien]

Il y a aussi le coefficient STIX qui lui a valeur quasi règlementaire puisque défini dans la norme ISO 12217 qui s'impose à nous tous pauvres constructeurs.

[Luc]

Je connaissais le Styx sur lequel navigue Achéron mais pas son co-éfficient, le STIX.
Pourrais-tu éclairer ma lanterne, je te prie.