Engineering

Naviguer à travers le vent

Régler la voile et le gouvernail pendant que le vent apparent, la pression de la voile et la quille se combinent pour déplacer un voilier.

Par Mykhailo Makarov

Image réelle de l’application

À essayer

Comparez la propulsion du vent apparent avec la résistance de la quille, puis dirigez avec le gouvernail.

Le modèle et ses limites

Modèle planaire de pression de voile plate avec résistance latérale de la quille. La scène suit le bateau. Aucune simulation validée de polars de yacht, d'inclinaison ou d'état de la mer.

Équations du module

Équations
F_n = 0.5 rho A C_n v_n |v_n|
m dv/dt = F_sail + F_keel + F_drag

Autres expériences

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Aéroglisseur

Lancez le ventilateur de sustentation et regardez l’engin quitter sa jupe jusqu’à ce que le coussin porte son poids et que l’air s’échappe par un jeu de quelques centimètres, exactement là où la courbe du ventilateur rencontre la fuite. Mettez les gaz sur la mer : les propres vagues de l’engin freinent le plus à la bosse près de sqrt(gL/pi), où le sillage fait une longueur d’engin - une hélice faible reste coincée en dessous à la vitesse de la formule fermée, une forte passe et court jusqu’à sa vitesse maximale. Essayez la plage, sans vagues ; ralentissez le ventilateur jusqu’à ce que le coussin ne décolle plus l’engin de sa jupe.

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Planeur sous-marin

Lancez depuis un navire de recherche un planeur sous-marin jaune à travers trois kilomètres d’océan ouvert, sans la moindre hélice : une vessie d’huile dans son nez gonfle et dégonfle d’un quart de litre, la batterie glisse d’un centimètre vers l’avant ou l’arrière, et les ailes en flèche transforment la légère descente ou montée en un long plané. Il vole en dents de scie à travers l’eau ensoleillée et la thermocline jusque dans l’obscurité, où le plancton scintille dans son sillage, et chaque plongée et chaque remontée stationnaire concorde avec sa formule fermée - tan γ = CD/CL, la vitesse d’après la flottabilité nette, l’assiette d’après l’équilibre des moments. Pomper l’huile vers l’extérieur à 150 m coûte 2ΔV·p ; comparez des cycles peu profonds et profonds, réglez l’assiette avec la batterie, donnez-lui une vessie trop petite et regardez la plongée se bloquer à la profondeur neutre dans la thermocline, assouplissez la coque, ou volez contre un courant ; l’autonomie sur une batterie est estimée à chaque cycle et chaque joule est suivi jusque dans l’eau.

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Bogie ferroviaire

Faites rouler un essieu à tables coniques sur une voie d’essai et regardez sa trajectoire tracée sur le ballast, agrandie trente fois. Un essieu libre décrit la sinusoïde de Klingel, longue de 2 pi sqrt(b r0/lambda) ; lié à son bogie par des ressorts latéral et de lacet, il est stable jusqu’à la vitesse critique que donne le critère de Routh-Hurwitz, et une impulsion s’amortit - dix pour cent plus vite et la même impulsion grandit en lacet d’un boudin à l’autre. Usez les tables vers une conicité plus forte et la vitesse critique baisse, raidissez le ressort de lacet et elle monte ; mettez la voie en courbe et l’essieu se cale au décalage où pseudo-glissement et suspension s’équilibrent.