b) Une aile se comporte-t-elle de la même façon dans l’air que dans l’eau ?
- Lorsque l’hydroptère se déplace à la surface de l’eau, le foil dans l’eau subit un effort qui génére une différence de pression entre son intrados et son extrados, et la pression étant plus forte en dessous de l’aile, une force est exercée vers le haut. C’est le théorème de Bernouilli et l’effet Venturi. ( cf partie I : e).
( sens de l'écoulement de gauche à droite)
Schéma illustrant le comportement de l’aile dans l’eau. La couleur bleue indique la pression, plus elle est foncée, plus la pression augmente. Inversement, plus elle est claire, moins il y a de pression. Donc Bernouilli et Venturi sont deux lois s’appliquant pour nos deux fluides : l’air et l’eau.
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L’eau en mouvement, du fait de la viscosité du milieu, va suivre le profil bombé du foil. C’est l’effet Coanda (cf partie l : e) exactement comme pour l’aile d’avion.
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La troisième loi de Newton (cf partie l : e) peut aussi s’appliquer dans l’eau et créer une portance.
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De plus, la viscosité de l’air n’est pas non plus la même que celle de l’eau. La viscosité est la résistance interne ou le frottement qui s’oppose au mouvement d’un objet immergé dans un fluide. L’eau est un fluide ayant une viscosité beaucoup plus élevée que l’air, le foil va donc avoir besoin de plus de force pour traverser l’eau.
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L’ effort des foils se traduit par une portance et une traînée.
Calcul théorique de la portance : portance/trainée dans l'eau=(½).S.r.V².(Cz/Cx)
sachant que : r = densité de l’eau (1000kg/m3)
V = vitesse en m/s
Cl = coefficient de portance tenant compte des effets d'extrémité
S = surface du foil en m²
Nous pouvons donc en déduire que la formule théorique de la portance est en partie la même dans l’eau et dans l’air sauf pour la masse volumique (densité) qui change entre les différents fluides. Cette différence de densité nous dirige vers une autre issue : si l’eau a une plus grande densité, les foils seront plus petits et les foils auront besoin de beaucoup moins de vitesse qu'une aile d'avion pour créer de la portance.
Cependant, la masse volumique étant plus grande, la résitance (traînée) exercée par l'eau augmente similairement, exigeant une force beaucoup plus grande pour atteindre la vitesse nécessaire pour soulever le bateau.
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Comme pour l’aile d’avion il est possible d’optimiser la portance en ajustant l’angle d’incidence.
Malgré les mêmes origines pour la création de la portance, dans l’eau il existe des effets “secondaires” limitant la portance...