Etat actuel des recherches dur la giration au bassin d'essais des carenes de Paris

1TAT ACTUEL

DES RECIIERCHES StIR LA GIRATION

4IJ BASSIN D'ESS&IS

ETAT ACTUEL

DES RECHERCHES

SUB LA GIRATION

AU BASSIN D'ESSAIS

DES CARENES DE PARIS

PAR Roger BRARD, Ingénieur en Chef du Genie Maritime Chef du Bassin d'Essais des Carenes de Ia Marine

Professeur ii l'Ecole Polytechnique

ET Jean BLEUZEN,

Ingénieur du Genie Maritime, en service au Bassin d'Essais des Carênes de Ia Marine.

SOM MA IRE. Introduction.

1. _{Caractéristiques du rnodèle e.xpérimenté.}

Ii.

Renseignements sur la trajectoire.

Eets con/u gués de l'angle de barre et de la i'itessestir le diamètre

de giration permanente.

Apparition de deux regimes de giration.

Diamètre tactique et distance de transfert.

Point giratoire.

Déric'e et incidence cinématique.

III. - La loi dii mouc'ement sur la trajectoire.

Vitesse d'approclze et pitesse de giration permanente. Diérenciation des hélices.

Bande dii nacire en giration.

- 272

IV. - EUorts pendant la giration.

Eflort normal aa sat ran en giration permanente. EUorts sur la carêne en giration permanente. V. - Étude des regimes successifs.

1. Position du problème. 2. Plan de l'étude.

3. Resultats des mesures de forces.

1° Gouc'ernail isolé en ligne droite et en giration.

2° Gouc'ernail derriCre plan mince (cas. A).

Essais en ligne droite. Essais en giration.

3° Goucernail derriere plan mince (cas B et C) 4° Goucernail derriere carène.

4. Utilisation de l'angle dincidence cinematique comme paramètre. 5. fe rOle de la partie arrière du plan mince d'aprCsles relec'és

dyna-miques.

6. Étude de la configuration de l'Ccoulement autour dii goucernail

Gouc'ernail isolé en courant rectiligne.

Gouyernail derriere plan mince (ou derriCre cros.se) orienté

dans le lit du courant.

Explication des courbes d'efjorts relecés en giration. Goucernail derriere crosse, cette dernière étant attaquée

sous une incidence négatic'e de 13°.

Lignes de courant sur gouvernail derriere carCne en

giration.

7. L'écouiement de l'eau d'un bord a l'autre de la coque. 8. Remarques sur les formules de JoCssel.

VI. - Conclusions.

IN TB 0 DV CTIO N.

Des essais entrepris en vue de mettre enparallèle Jes qualités Cvolutives

d'un navire reel et celles d'un modCle géométriquement semblable ont mis en evidence Ia possibilité d'existence sur le modèle de deux regimes de giration

différents.

Le phénomène ainsi observe ressemble, par certains de ses effets, a un autre phénomène connu sous le nom de cavitation du gouvernail. Ii en est cependant nettement distinct. La cavitation du gouvernail ne se manifeste, en effet, que sur le reel, et seulement pour les très grandes vitesses.

Le changement de régime, dent nous avons ainsi reconnu Ia possibilité, n'est sans doute pas partiduhier au modèle étudié. Mais nous ne l'avions pas

273

-observe sur les modèles antérieurement expérirnentés dans notre nouveau Bassin de Giration. D'un navire a l'autre, son intensité peut clonc varier dans de fortes proportions.

Pour formuler des règles permettant de passer du modèle au reel, ii

faut connaItre les circonstances dans lesquelles le phénomène survient et se développe.

Des etudes portant a la lois sur le reel et sur le modèle sont donc nécessaires. Pour l'instant. nous ne disposons que de résultats d'études entreprises sur modèle. Nous ne sommes donc pas en mesure d'énoncer des conclusions completes. Cependant les conclusions partielles obtenues ne sont pas dénuées d'intérêt. Elles permettent, en outre, de se rendre compte de l'état de nos recherches sur la giration.

I

CARACTERISTIQUES PU MOPELE.

Coque 1 en acajou. Poids a vide : 58,900 kg. Longueur = 5,6434 m.

Largeur

= 0,556 m.

Profondeur = 0,1917 m.

Poids du modèle en charge = 294,600 kg. Coefficient de remplissage prismatique = 0,631. Coefficient de remplissage du maître couple = 0,776.

Remplissage de Ia flottaison = 0,769.

Surface du plan de derive _{= 0 969} Surface du gouvernail

0 0293 Longueur x profondeur ' Surface du plan de derive

-Surface du safranl

0 0144 Surface de l'aileron 0 0150 Surface du plan de derive - Surface du plan de derive

-Surface de l'aileron2

0 5097 Surface totale du gouvernail

-Surface de la portion d'aileron en avant de Ia mèche Surface totale du gouvernail

Diamètre des hélices

= 0,168 m.

Immersion du moyeu de l'hélice = 0,158 m. Distance du moyeu au longitudinal = 0,162 m.

Réalisée par les Chantiers Navals Jouet. de Sartrouville.

L'aileron est ici I'ensemble de Ia partie du gouvernail située en avant de Ia mèche et de Ia portion de Ia partie située en arrière de Ia mèche qui se trouve au même niveau. Le safran est Ia partie du gouvernail qui est située en arrière de Ia mèehe et au-dessus

do I'aileron.

= 0,2208.

I

-

274

-Pente de la ligne d'arbres Bâbord 4019' Pente de la ligne d'arbres Tribord 2027' Divergence de la ligne d'arbres Bâbord 2031' Divergence de la ligne d'arbres Tribord 1°16'

Distance entre la mèche du gouvernail et le couple 10 = 2.723 m.

Distance entre Ia mèche du gouvernail et

le couple contenant les

hélices = 0,175 m.

Appareil moteur du modèle : moteur a essence SIMCA 5 CV, un différen-tiel est intercalé entre les hélices et le moteur.

Les essais en giration ont été effectués selon les deux méthodes que l'un

de nous a exposées dans une communication présentée en 1946 l'Association

Technique Maritime et Aeronautique. Presque tous les appareils de mesure utilisés ont été décrits dans cette communicaon.

II

REr.SEIGNEMENTS SUR LA TRAJECTOiRE.

1. - EFFETS CONJUGUES DE

L'ANGLE DE BARRE

ET DE LA VITESSE

SUR LE DIAMETRE DE GIRATION

PERMANENTE

Ce sont les essais modèle 1i a la plate-forme, le modèle tant réglé de

façon que les dynamomètres n'exercent aucun effort, qui fournissent le plus rapidement l'allure generale des courbes representant, pour une eitesse sur le

cercie constante (mais variable d'une courbea l'autre), la variation du diamètre

de giration en fonction de l'angle de barre.

Les courbes obtenues font l'objet des planches I et II. Le points relatifs au modèle sont indiqués par desronds. Les points relatifs au reel par des .

La planche I rend compte des essais effectués pourdegrossir le problème en vue de determiner les conditions dans lesquelles seraient effectués les essais en giration libre.

L'angle de barre est en abscisses,le rayon en ordonnées.I1 existe 3 courbes

correspondant a 3 vitesses différentes sur le cercie de giration. On note qu'il n'y a pas impossibilité a tracer des courbes continues, du moms eu egard au

nombre d'expériences effectuées.

Pour le modèle comme pourl3 reel, le rayon de giration croit Si Ia vitesse augmente. Ii y a là un phénomène general déjà signalé par maints auteurs. On note sur la planche II que sur lemodèle et sur le reel, le rayon de gira-tion sur Bd est plus petit que le rayon de giragira-tion sur Td. Cet écart est dü a

25

20

15

-

275

-1ode zous Ia passerelle

VariaUons de P en de 1 Girai.ion a gauche 0

_droite

g.authedureI1 drdte

j re1

PL. I.

1. A chaque point relatif an reel est associó un point relatif au modèle, représenté_par un cercie de diamCtre plus faible. Les 2 points ainsi associés correspondentau ménies valeurs de x et de V. Le point relatif au modèle est obtenu_{par une interpolation} por-tant sur V; les 3 courbes tracCes servent de base1à cette interpolation.

2.7t4rn.i-0

U 0

V.,344n--V..

nec

I V. T iWW-3m..cc

.I.

₀

ic

9C

2S

rs

40 0(0

I

10 a 15 %; elle a tendance a décroitre si Ia vitesse croit. L'écart entre les Le modèle tourne moms bien que le reel. La difTérence est de l'ordre de deux bords parait s'atténuer, quand Ia vitesse croit, plus sensiblemerit sur le

modèle que sur le reel.

Vq2.657,,gc

p

en rnètr

276

-2. - APPARITION DE DEUX REGiMES DE GIRATION Les essais de giration modèle lie a la plate-forme dont ii vient d'être rendu compte avaient surtout pour objet d'apprécier les paramètres dont Ia

RI

en mtrfes

30

25

2

0

Modil

Ou3 passereIlt Versa tion de R en foncLion de Vg

Girato.,

a

3aucJe du modalt

o droie 4umqc4de

4

auche urteI

$

aroie du reel

PL. II.

connaissance était nécessaire pour le reglage des essais de giration libre. Notre principal effort devait porter sur cette dernière catégorie d'expériences qui, d'un seW coup, fournit tous les éléments de Ia trajectoire, y compris l'en-tree en giration et la sortie de giration.

en ec

3000

.cr

/130-

32G

31°D \

32°D \\

?J#i

31°D

:D.

v

32°G 1 1

2

3

4

5

MESURE DU

COUPLE SUR

LA MECHE

V

0

0

'4-S S E

277

-Nous n'avons pas tardé a constater une dispersion anormale des résutats relevés au cours des girations libres. Les points se placaient mal sur des courbes regulieres.

Nous primes toutes sortes de precautions pour aceroltre Ia precision

PL. III.

des mesures, empCcher, en particulier, toute erreur dans la miset l'angle,

assurer l'obtention d'un nombre de tours d'hélices très voisin du nombre de tours fixC an programme, etc. La difficulté ne disparut pas.

L'explication en fut fournie par l'essai no 23 effectué a Ia vitesse de

1,860 m Jsec (giration permanente avec l'angle de barre

= 32°

a droite). [I

32°D

"V VcJ 2,l4Ornisec U V

Vg =1,860m

/sec Nornbre de tours par T1 2,5 LC) seconde en 9irat,on d14 _E

278

-Au cours de cet essai. nous enregistrâmes. en effet, une brusque variation du couple sur la mèche du gouvernail (ci. Planche III), dont l'origine, en egard au mode de réalisation du dynamomètre, était vraisemblablement

hydrodv-VesI dont

a planche Ill donne es résulLats

des rnesures do couple

ur a mèche

PL. IV.

namique. Ii était d'ailleurs aisé de verifier le bien-fondé d'une telle hypothèse,

un tel changement dans les forces appliquées an gouvernail devant nécessaire-ment provoquer une modification du diamètre de giration. La trajectoire (ci. Planche TV) comporte effectivement deux parties nettement distinctes.

REPRODUCTION DE LA TRAJECTOIRE

DU

CENTRE DE

GRAVITE

DU NAVIRE

32°D

Vd= 2,140 "'/sLc

Vg= 1,85O'/s.c.

NombrQde tours pr seconde

Bd 12,5

de

h4lices en giration

Td 14

C.) C) U,

,

U, II C) C z C C.) z C.3 o ) z ) z 0

A

LU 04

-

279

-Nous avons cherché a reproduire l'essai 0 23 dont les apparences sont caracteristiques. Nous n'y sommes guère parvenus qu'une fois. Cependant, en multipliant les essais, nous avons ob.tenu des points assez nombreux pour

LI) (4 L Q) 13 C 4)

0

LU

0

(rj LU 04

0

que l'existence de deux regimes de giration permanente soit nettement Ctablie On constatera (Planche V) que les deux regimes existent quel que soit le sens

prC 280 prC

-sentent de facon assez difTérente pour les girations a droite et pour les girations

a gauche.

Nous indiquons au titre V les recherches entreprises pour analyser les causes du phénomène.

TD

Schj-na d tine Irajectoire

d1inissant. divers

parernêlres

9éorriëlriques

PL. VI.

3. - DIA METRE TACTIQUE ET DISTANCE DE TRANSFERT Pour caractériser les qualités évolutives des navires, nosalliës britanniques et américains ont pris l'habitude de distinguer les notions suivantes (Planche VI). Le diamètre de giration permanente (ou plus brièvement diamètre de giration) est le diamètre D du cercie décrit par le centre de gravité du navire (et non l'enveloppe du plan longitudinal de symétrie). Pratiquement le navire est en giration permanente lorsqu'il a abattu d'un peu plus de 90°. Le diamètre de giration D se relève graphiquement : c'est Ia distance de deux tangentes a la trajectoire du centre de gravité menées parallèlement a une même

direc-tion, celle-ci étant assez inclinée sur Ia route initiale pour que ces deux tangentes correspondent l'une et l'autre a un état de mouvement permanent.

Débul d

mise cle

Bar-re

281

-Le diamètre tactique TD est la distance qui sépare los deux premieres tangentes qu'on peut mener a Ia trajectoire parallèlement a la route initiale. Selon les anciens ouvrages de Théorie du Navire, le centre de gravité du navire commence par être déportC vers l'oxtérieur du cercie de giration en raison do I'effet centrifuge de Ia force s'exerçant sur le safran. En fait, sur aucun des modèles que nous avons essayés, nous n'avons constaté l'inflexion qu'en consequence Ia trajectoire devrait presenter aussitôt apres la mancnuvre de Ia barre. Sans doute, tous nos modèles sont-ils trop fins pour quo ce mouvement puisse se produire. Le diamétre tactique devrait cependant Ctre supérieur au diamètre de giration permanente parce que I'état de mouvement permanent n'est pas immédiatement atteint. En fait est trés sensiblement

égalal.

ConsidCrons d'autre part lo point do Ia trajectoire du centre de gravité du navire pour lequel la tangente a Ia trajectoire soit normale a Ia route initiale. La distance de ce point a la route initiale est par definition Ia distance de transfert T. On doit s'attendre a ce quo soit legerement supériour a 0,5. En fait est très voisin do 0,5. La distance (comptée parallèlement a Ia route initiale) du mCme point a Ia position qu'occupait le centre de gravité

an moment de Ia manceuvre de Ia barre est, d'autre part, Ia distance d'approche

A. Pour des angles do barre de 32° environ, le rapport paralt croitre

legere-mont avec Ia vitesse en giration permanente. En moyenne, pour 0,5< _<1,2,

nous avons obtenu 0,68.

Dans los mêmes conditions (angle do barre constant), Ja derive décroit quand la vitesse augmente. En gros, pour 0,5 <' < 1,2, nous avons cons-tate quo I passe do 7° environ a 5°2.

4. POSITiON DU POINT GIRATOIRE

Le point giratoire est le pied do la perpendiculaire abaissée du centre do giration sur Jo plan longitudinal du navire. C'est lo point de contact de ce plan longitudinal avec son cercle enveloppe. C'est au voisinage du point

giratoire qu'on aurait intérêt a placer Ja passerelle, Ia vitesso du point giratoire étant évidemment dirigee suivant l'axe du bâtiment.

sensible-ment avec 1 vitesse, moms sensiblement avec l'angle de barre. Le rapport

L de sa distance au centre de gravite a Ia demi-longueur du navire est, en moyenne, pour compris entre 200 et 45°, de 0,75 pour Vg = 3,44 rn /sec, 0,8

VARIATIONS DE LA

DERIVE S EN FONCTION. DE

'D E BARR E

POUR

V9 1,386

10

9-8

7-

6-5--.

4-

3-2

'f-0

.

e-i

282

-20

25

30

35

40

45°<°

Giration libre

Modêle autopropulsé

PL. VII.

pour V. = 2,672 rn/sec et 0,85 pour V = 1,306 rn/sec. Ainsi le point giratoire

recule progressivement vers le centre de gravité lorsque Ia vitesse en giration permanente croIt. Cet efTet est dñ pour une large part a la diminution de

6

Vrn/s -2

drive 6

283

-5. -

L'ANGLE DE DERIVE

ET L'ANGLE D'INCIDENCE CINEMA TIQUE

La planche VII precise ce qui a été dit ci-dessus (flOs 3 et 4) au sujet de Ia

derive. On observe q.ue Ia derive est nettement influencée par le changement

Varjjor de t'ar-igle de derive el de a vitesse

en giraLion en foncion du lemps

0

Essa: N22

_{°:32°á dro1e}

Variation de Vangle de drive e de Ia vitesse

en giration en Fonction du ter-nps

0

Essai

N78

26°adroite

vitesse

PL. VIII.

de régime elle commence par croltre en même temps que l'angle de barre, décrolt brusquement au moment du passage d'un régime aFautre, puis croit ensuite régulierement, quoique très Ienteuient.

.3

e S

. er i

-rvitessev

--

j

dóbul de relour

_zro1

0

fpnderrisedebarre

0

50

100

150

t Sec.

dbu1 de rnise de barre Fin de retour a Zero

dbut de mise de barre

50

100

150

but de reLourazerc fin de retour a zero

6

4

IC

30

25

20

15 10 5

284

-Pt. IX.

rnodIe

GIRATION LIBRE

S.

utopropu

IC 25

20

15 10 5

20

25

30

35

40

45

YeriaLion de

lngIe d'incidence

ciriènatique en

foncbon de

0°

:310 C) S

.0

0

0

.

0 0

0

S 0

pour .32°

çgirabon gauche4 reeK t.

droile +

gauche.

mod

'31 1. .droi.e 0

04

06

08

1 12 _1j4 riaUon de gie dircL nce cir-9bque en ction de

gle de

rre pour

43e5m/s

285

-Nous avons représenté, planche VIII, l'allure de la variation de l'angle de derive pendant l'établissement de la giration permanente pour deux essais,

l'essai no 23 au cours duquel les deux regimes d'écoulement se sont

successive-ment manifestés, et l'essai no 78 qui est normal.

L'angle d'incidence cinématique est, par definition, l'angle fait avec le

plan du safran par Ia tengente a la trajectoire de la mèche. Ii est positif lorsque

la force hydrodynamique s'exerçant sur le safran isolé, calculée comme si le mouvement se réduisait a une translation, est dirigee vers l'extérieur du cercie de giration, et, par consequent, tend a produire autour du centre de gravité du navire, un couple ayant Ic sens de la giration.

L'angle d'incidence cinématique diffère avec Ic régime d'écoulement et croit Iégèrement avec Ia vitesse (Planche IX), ce qui entraine vraisem-blablement un effet de Ia vitesse sur le changement de régime.

III

LA LOl PU MOUVEMENT SUE LA TRAJECTOIRE.

1. - VITESSE D'APPROCHE

ET VITESSE DE GIRATION PERMANENTE

La vitesse d'approche est la vitesse de route avant Ia manuvre de la barre. Elle est toujours supérieure a la vitesse de giration permanente lorsque Ia mancuvre se fait a couple constant sur les lignes d'arbres, conformément

a ce qui a généralement lieu sur navire reel au cours des essais a la mer. Comme nous nous sommes attaches a ne pas modifier la position de la manette des gaz

a partir du moment oü la barre commence a mancuuvrer, cette condition se trouve aussi vérifiée dans nos essais de giration libre et nous retrouvons un résultat classique. Le rapport entre Ia vitesse en giration permanente et Ia vitesse d'approche diminue quand l'angle do barre croit. Pour le determiner exactement sur modèle, ii faut s'assurer que le modèle est en mouvement uniforme quand on manceuvre Ia barre. Nous n'avons pas cherché a remplir expressément cette condition; nous ne pouvons donc donner qu'un ordre de grandeur : '-' 0,85 - 0,9 pour = 32°. On constate qu'il n'y a pas de difference systématique entre los deux bords.

2. - DIFFERENCIATIOIV DES HELICES

Un différentiel a été interpose entre le moteur et les hélices do façon que les couples sur les deux lignes d'arbres soient peu près égaux. Dans ces conditions, nous constatons, comme a la mer, que l'hClice intérieure au cercie

Ng Neg

0,9

0,8 0,7

286

-de giration est considérahiement ralentie, tandis que i'hélice extérieure est considérablement accélérée (Planche X).

Ii n'y a pas de difference bien marquee entre les deux bords.

GtRATION LIBRE

rnodIe autopropuse

Ni:flhde

tours de Ia ligne

d'ar bre I ntrieure.

Nerede tours de Ia ligne

d'arbre extérieure.

Q5

0,7

09

11 Vq 1,3

\fE

Nota:I'indiceserapporte

giration . gouche. a I'ess

de giration.

modéle

rindicese rapportea a

o

droie'

lignedroite précédant

4

gauche 4'-

droite

}

réei

I'eitre en .gtration.

PL. X.

3. - BANDE PRJSE PAR LE NAVJRE EN GIRATION

Au cours de Ia giration, la plupart des navires s'inclinent vers l'extérieur. L'effet s'accroIt quand Ia vitesse de route croIt et que le rayon de giration

__a

17-0 1 Q5 0,7 0,9 11 130,5 _0,7

09

Va 1,3 YE

VariaI,on des parrnLres cém.iques en foncUon

diminue. Ii est di a l'effet combine des forces centrifuges engendrCes par la rotation et des forces centripètes d'origine hydrodyriamique s'exerçant sur Ia carène. Les forces centrifuges admettent une résultante passant par le centre

-Variation des vIeurs de Igle dc' bande

er, ronction des vateurs de

Vq pourCtersJ32°

VT-(1jO

6

())° C)

-

287

00

0

Variation des valeurs de lrgIe de bande

en FoncIon des vaeurs de

_{pourVg_C11386m$}

15

20

25

30

35

40

gration a gauche du modéle.

o "

_drojte

PL. XI.

0

45LA

de gravité. Les forces hydrodynamiques possèdent un point d'application dont la hauteur avoisine celle du centre de carène. II en résulte un couple inclinant ayant le sens indiqué (Planche XI).

(-) 0 0 0 D

cP

0 0

S .0

.

_vg

giration iibre

rnodêle autopropuLsé

05 0,6

0,7

0,8 0,9

1 1,1 1,2 1,3 1

8

6

4

288

-4. - ACCELERATION ANGULAIRE

PENDANT LA PERIODE D'E!v'TREE EN GIRATION.

Nous donnons planche XII trois courbes représentant la vitesse angulaire

GIRATON

LIBRE

N4odèle aulopropulsé

_m

C

C

=

dii navire pendant Ia période d'entrée en giration. Nous ne pouvons

pas rapprocher cette courbe de Ia courbe analogue relative au reel, les essais a

-

Ess nelOS c(=21

v = i ,..) cz

droile 5

____

1

.

se

0

i0

2.

30

(A)

5 Essi n1013

o C9° droile 3 2 C) lOse (ï.)

_{Essi n110}

L

_{.0 droite}

5 3 ISE

0

10

20

30

0

10

20

30

PL. XII.

50

40

30

20

10

0

60

50

40

30

20

10

0

0

50

40

30

20

10

0

289

-Ia mer n'ëtant pas assez précis.

_{La comparaison}

en elle-thême n'aurait d'ailleurs pas une grande signification, car nous ignorons le moment d'inertie du reel autour d'un _{axe vertical et n'avons Pu essayer de satisfaire, sur ce} point, les conditions de similitude. Les courbes representatives de présentent un maximum assez peu accuse, mais net qui survient après l'epoque _{oi s'est}

achevée Ia manceuvre de Ia barre et avant l'établissement du régime_permanent

de giration.

Iv

EFFORTS PENDANT LA _GIRATION.

1. - EFFORT NORMAL AU _{SAFRAN (GIRATION PERMANENTE).} La determination de l'effort qui s'exerce sur le safran normalement_{a son}

plan, s'effectue, comme il _{a été indiqué dans Ia communication de l'an}

dernier,

au cours de deux experiences successives exécutées dans des conditions _en principe identiques. Dans l'une de _{ces experiences on mesure le couple sur Ia} rnèche normale du gouvernail; dans _{Ia seconde, onmesure le couple sur une}

mèche auxiiaire disposée de telle sorte que le gouvernail occupe dans los deux cas la rnême position par rapport au navire. La comparaison des deux moments

obtenus fournit la grandeur de la_{force normale au safran ainsi que Ia distance} de sa ligne d'action a l'une _{ou l'autre des deux mèches.}

La difficulté de Ja mise en ceuvre de la méthode vient évidemment_d'abord

de Ia multiplicité des regimes d'écoulernent autour du gouvernail. Ensuite, les conditions darLs lesquelles s'effectuent deux essais consécutifs ne sont pas rigoureusement identiques, du moms si ceux-ci consistent en girations

libres.

On lèverait cette difficulté _{en utilisant une balance susceptible de} fournir

simultanément Ia grandeur de Ia_{force normale au gouvernail et son moment}

par rapport a Ia mèche, puisqu'alors

un sèul essai suffirait. Le B assin des Carènes disposera dans quelques mois d'une telle balance; c'est ce qui explique que nous n'avons pas cherché en 1946 a étudier systématiquement Ia question. Toutefois, au cours des essais do giration libre que nous avons entrepris pour mettre en evidence Ia muitiplicité des_{regimes d'écoulement autour du} gouvernail, nous avons procéde a d'assez nombreuses mesures do couples N sur l'une ou N' sur l'autre des deux mèches. _{Nous donnóns, planche XIII,}

les courbes representatives des deux moments. Nous avons porte _{en abscisses} les angles de barre, la vitesse _{en giration permanente étant, pour tous les} essais ici considérés, voisine de 1,386_{rn/sec. Nous avons d'aileurs atténué los} fluctuations des courbes _{en ramenant toutes los vitesses a être}

rigoureusement

- 290

1,386 rn/sec en admettant que les moments sont proportionnels au carré de Ia vitesse en giration permanente réellement réalisée.

En associant les points qui, sur chaque courbe, correspondent a unmême

-1

N

auxiiiaire.

PL. XIII.

angle de barre et a un mêrne régime d'écoulernent autour du gouvernail,

nous avons obtenu les courbes de la planche XIV qui donnent, pour

V

=

1,386 rn/see, les variations en fonction de l'angle de barre des quantités

-25

Vg-m/

30

_35angle

_{de ba}

N'enKg/rn

e-Giration libre

-gauche

-e 2

Vgy38Em/s

30

_3tgIe

_de

_ba,2

Variation des moments sur les méches

reelle et auxiIiire en Fonction dQ

'angIe de barre.

Net Nen

_{Giration libre}

_droite.

-1

V1,386 rn,'

'sec

Variations de

yl'

_,

el

01

b

0en fonchon deO

30

40

Q ces points .ppartiennent. aux esss droité et gauche

o

gira1on

droile

_).

_droite

a gauche

)< gauche

k= f(c.)

c

droite

+ 1=

f(o)

gauche

50

25°

0

-

292

-Y,, X0 I

b'

'

dans lesquelles Y" est la force normale au gouvernail; la surface, V' la vitesse de la mèche en giration permanente, x0 la distance a Ia mèche du point

d'appli-GIRATIONI

LIRE

Variation

du morneni et de I 'angle

N de

barre en Fonction du temps.

N 5

Vg 433 Mèche auxiiiaire- essai n'95

FL. XV.

cation de Y" et b la longueur de Ia partie non compensee du gouvernail. On notera que Y" est positwe si elle provoque, par rapport au centre de gravite

6

9' - - - V 9 I, I J( F 1 reejj e øu n o(

_---,

Giralion a gauche N 15 155

160165170

175 3

Giratkn ê croiLe

/

/

/

I

/

_____\

\

_\

6

5 10 15 155

160

L5 N

293

-du navire, un couple ayant le sens de la giration et que x0 est positif si le point d'application de Y" est situé sur l'arrière de Ia mèche.

Les mesures mettent en evidence les deux regimes d'écoulement autour du gouvernail.

Nous donnons, d'autre part, sur la planche XV, un exemple d'enregistre-ment des couples N et N' sur chacune des deux mèche en fonction du temps pour deux essais se correspondant. On voit sur cette courbe les curieuses variations du moment autour de Ia mèche normale (N). La barre est d'abord

motrice , c'est-à-dire qu'elle tend, au debut de la manceuvre, a Se mettre d'elle-même a un angle different de zero; puis elle devient résistante : ii faut fournir du travail pour achever la mancuuvre. Cepndant c'est une fois la manceuvre terminée que le couple sur Ia mèche subit sa variation Ia plus considerable. La valeur de N correspondant a Ia giration permanente est

atteinte sans oscillation.

Nous nous contentons ici de signaler ces bizarreries. II serait évidemment intéressant d'étudier en detail les variations des forces sur le gouvernail pendant Ia mancuuvre de la barre. Mais nous avons dü remettre cette étude a plus tard; notre effort portant sur celle des regimes établis.

2. EFFORTS SUB LE NAVIRE EN GIRATION PERMANENTE. En giration permanente, le navire est en éilibre sous l'action des forces

suivantes

to les forces hydrodynamiques s'exerçant sur la carène; 2° les forces s'exerçant sur le gouvernail;

3° Ia poussée des hélices; 4° la force centrifuge;

50 _{son poids.}

Dans les experiences dont ii est ici rendu compte, nous n'avons mesuré que

les forces s'exerçant sur le gouvernail (cf. no précédent). La force centrifuge s'évalue aisément. La poussee des hélices se mesurerait sans difficulté au moven des dynamomètres utilisés pour les essais en autopropulsion au bassin

rectiligne. Le point le plus délicat concerne évidemment les forces

hydrodyna-miques qui sont, comme pour les essais en ligne droite, influencCes par les hélices, mais dont on peut avoir une premiere estimation en effectuant des essais sans hélices, le modèle étant lie a la passerelle tournante par I'intermé-diaire des dvnamomètres spéciaux décrits l'an dernier.

A dCfaut de renseignements complets, les mesures que nous avons effec-tuées fournissent des indications déjà intéressantes. En négligeant, en effet, Ia projection sur une direction normale au plan de derive de la force tangente au gouvernail, et le couple resultant des poussees inegales fournies par les

- 294

--deux hélices, on peut écrire --deux relations, exprimant, l'une que les compo-santes normales au plan de derive de toutes les forces appliquees au navire ont une somme nulle, l'autre que Ic moment resultant global de toutes ces forces est aussi egal a zero.

Soient donc l'angle de barre, A Ia distance de la mèche au centre de gravité, I la composante normale au plan de derive des forces s'exerçant sur la carène, et x Ia distance au centre de gravitC du point on elle rencontre le plan de derive.

V étant Ia vitesse du centre de gravitC, P le poids dii navire, R le rayon de giration, on a pour expression de Ia C _{force centrifuge}

F PV2

gR

d'oü, Y étant positive si efle est vers l'extérieur du cercie de giration,

+Y'cos=0

xY

yl!

[A cos r + Z0] 0

(x étant considéré com.me positif si Y est sur l'avant de G).

Les deux equations ci-dessus

dé-terminent I et x. La méthode a été

appliquée aux essais en giration libre

(V,1 = 1,386 mJsec).

On a observe que la rCsultante des forces hydrodynamiques sur la carène rencontre le plan longitudinal sur l'arrière du centre de gravite, sa distance au centre de gravité croissant quand l'angle de barre augmente. Pour i croissant

de 20 a 45°, croit de 0,25 environ a 0,32. Le résultat obtenu est normal, en

2

ce sens que I'action des forces hydrodynamiques sur Ia carCne tend normale-ment a s'opposer a Ia giration lorsque le rayon de giration est assez petit. Au contraire, pour des angles de barre petits, et, par consequent, des rayons de giration relativement grands, on peut, comme mentionné dans notre publi-cation de l'an dernier, trouver que le moment des forces hydrodynarniques

s'exerçant sur Ia carène tend a faire tourner le navire dans le sens de la giration.

En pareil cas, I'effort sur Ic safran est dirige de l'extérieur vers l'intérieur du

cerele de giration. En d'autres termes, le poilit d'application de Ia force hydro-dynamique sur la carène est susceptible de se dCplacer considérablement quand on faiL varier Ic rayon de giration.

Le résultat que nous venons de mentionnerdevrait certainement faire l'objet d'une étude approfondie. Ii est très different de celui qu'on observe sur un profil de grand allongement puisque, dans cc dernier cas, le poinL

rJ C E o - _C -C C Z _C -C 0 0 rt _rn'.

_u

_C

Cu

-o C -u o O -u C C cJ

0

0

-

?95

-C,)

Q

0

o

Li)

0

6 C,

LV

(fl L ,' '( C C

00

_J _J L L

0)0)

d'application de la résultante est situé entre Ic quart et Ia moitiC de Ia Iongueur a partir du bord d'attaque. Cela tient évidemment au faible allongement du

navire considéré comme surface portante et a ce que le mouvement ne Se

0 V J) C 14

oo

10

o

C

296

-réduit pas _{une translation. Quand le rayon de giration décrolt, le rapport} T augmente, l'arrière chasse, et c'est sur Ia partie arrière que s'exercent principalement les forces centripètes appliquées _{a Ia carène.}

Sur Ia planche XVI nous avons représenté en fonction de l'angle de barre la variation de _{T étant le tirant d'eau, et L la longueurde Ia}

pTLV

flottaison. Le changement de régime

_{se voit nettement. Ce résultat est a}

rapprocher de celui de Ia planche XIV relative au gouvernail.

V

ETUDE DES REGIMES SUCCESSIFS.

1. - POSITION DU PROBLEME.

Ainsi qu'iI a été indique dans l'Introduction, le changement de régime constaté en giration libre ne peut être attribué a la cavitation du gouvernail. Dans ces conditions, ii apparait comme devant être de même nature que le changement de régime qui prend naissance dans l'écoulement autour d'une aile d'avion Iorsque l'incidence acquiert des valeurs trop élevées. Ii doit done consister en un décollement survenant sur Ia face du gouvernail placée sous le vent du courant relatif.

Cependant, le phénomène est, a priori, beaucoup_{plus complexe que dans}

le cas des ailes d'avions, a cause, d'une part, du faible allongement des

gouver-nails, et a cause, surtout, des interactions entre le gouvernail, la carène et les hélices.

Ces interactions varient selon les dispositions adoptées, ce qui rend malaisées des conclusions de portée génerale. Le cas le plus favorable a un

rapprochement entre le fonctionnement _{d'un gouvernail isolé et celui d'un} gouvernail derriere caréne est, sans doute, celui des gouvernails suspendus.

Un cas très délicat est celui des gouvernails places derriere des hélices. Dansle cas actuel (gouvernail a aileron), les interactions entre Ia coque et le gouvernail

sont certainement considérables puisque le plan mince arrière se prolonge jusqu'à Ia meche; elles dependent, dans _{une large mesure, de l'évidement} pratique dans Ic plan mince entre Ia crosse (partie du plan mince portant Ia méche) et le talon de quille.

M. l'Ingenieur Général du Genie Maritime Barrillon _{a d'aileurs} ante-rieurement mis en evidence l'importance du role joue par le plan mince dans

297

-le comportement et l'efficacité d'un gouvernail a ai-leron Nous reviendrons

plus loin sur les valeurs numériques des résultats qu'il a obtenus.

2. - PLAN DE L'ETUDE.

Pour les raisons qui viennent d'être indiquees, notre programme d'essais comportait les étapes suivantes

1° Étude du gouvernail isolé en courant rectiligne, en giration.

2° Étude du gouvernail derriere plan mince en courant rectiligne,

en giration.

3° Étude du gouvernail derriere carCne en courant rectiligne,

en giration.

Les essais 1° ont été fait.s en disposant au-dessus du gouvernail une plaque de garde horizontale ayant pour objet d'éviter l'introduction d'air dans le sillage de Ia méche.

Les essais 2° ont été efYectués avec 3 sortes do plans minces (fig. 2).

Le plan mince A a même contour longitudinal que le navire reel et que le

modèle ayant servi aux essais dont ii a été ci-dessus rendu compte. On remarque

que Ia variante A est caractérisée par un talon de quille prononce, par un évi-dement assez peu ample. enfin par cc fait que le plan mince s'étend vers l'arrière jusqu'ã la mèche du gouvernail. Dans cc qui suit, nous appelons partie arrière du plan mince la partie de cc plan située entre Ia mèche du gouvernail et le couple 1. La crosse a est la portion de cette partie R com-prise entre la mèche et le plan vertical (transversal) passant par l'extrémité supérieure de I'arête avant de l'aileron.

Le plan mince B se diffCrencie du plan mince A par un Cvidement plus prononcC comportant le report assez loin vers l'avant du talon de quille.

Le plan mince C se diflCrencie du plan mince B par la suppression

supple-mentaire, dans Ia < partie arrière e, de tout cc qui n'est pas la crosse.

Notons que pour ceux des essais 2° exécutés en courant rectiligne, Ic plan mince était limité sur l'avant a 2,640 m de Ia mèche. Ainsi limité, le plan mince venait buter contre le nid d'abeilles servant a regulariser l'écoulement dans Ic canal a mouvement d'eau.

298

-En giration, les essais 2° ont été effectués de deux manières différentes.

Pour une premiere série d'essais, le plan mince a été orienté de telle sorte qu'il soit tangent a Ia trajectoire de la mèche. Dans une seconde série. ii avait même

orientation que Ic plan longitudinal de la carCne modèle lors des essais en giration libre de celle-ci pour Ia vitesse de 1,386 _m!sec et l'angle de barre de 30°. Ces deux orientations diflCrentes correspondent respectivemerit a des angles de derive de 7° et + 602.

F G. 2.

Enfin les essais derriere carène ont été exécutés dans les conditions suivantes

en ligne droite, au Bassin de Traction, avec un contour du plan longi-tudinal conforme au trace A;

en giration, avec, successivement, un longitudinal conforme aux traces A et C, puis avec un nouveau longitudinal trace A avec en moms Ia partie situCe sur l'A( du couple 1. Dans cc dernier cas, on realise, si l'on peut dire, lec gouvernail isolé derriere carCne en ce sens que les interactions

entre carène et gouvernail sont alors réduites au minimum.

Daus les essais 2°, on a cherché a Se rendre compte des efforts supportCs rr SOLUTION u QQ A S = 3625 cm S hachuréeA0709 Surface Surface a 0 SOLUTION de crose u gOuv C S hachureC=S18,SC' 5 rachure S 8 cmz 1_Q3Q3 S2291 cmZ C.1O13 ç118 S hachuréeD _{S h.achure D}

I

I i

fI

d'essai

I145

fI.ttajscn d'e5sa1

r

C

lg4ri,,,-.

I _-:L C 'I SOLUTiON S o 'O45 6 hahuréeB45E5crr ShachuréeB=0898 GOUVERNAIL

a'

3-. Q) S

45

SOLUTION

SOLE DERRIERE CARENE

hachurée D 51Q5 cm2 S hachuréeD

Iflottat

on d'essai

I

1i..ttaison

-- _L

-q

OH

r

--c -, - A.

299

-par la -partie arrière du plan mince. A cet eulet, on a successivement mesuré les efforts s'exerçant sur le gouvernail seul, puis les efforts s'exerçant sur l'ensemble du gouvernail et de Ia partie arrière)) du plan mince. Ii en a été de même pour ceux des essais du gouvernail derriere carène (en ligne droite et en giration) qui rentrent dans Ic cas A.

Les mesures en giration et les mesures en ligne droite (bassin de traction)

ont été exécutées au moyen de l'appareil déjà décrit.

Les mesures en ligne droite (canal a mouvement d'eau) ont etC effectuCes

MESURE DE L'EFFORT NORMAL AU COURANT

ESSAS EN CANAL A MOUVEMENT DEAU Schèrn du dspositir de mesure

FIG. 3.

au moyen dun appareil special fournissant directement la composante de l'efTort normale aux parois du canal. Comme Findique Ia figure 3 ci-dessus, cet appareil comporte essentiellement une balance a parallelogramme; l'effort

est Cquilibre au moyen de poids connus suspendus a une ficelle. La construction de cet appareil a etC très soignée, ainsi que celle de l'appareil utilisC sur carCne

ou en giration. On s'en rendra compte par la faible dispersion des points expé-rimentaux.

Pour effectuer le rapprochement entre les essais en giration et les essais au petit canal a mouvement d'eau, nous avons admis que l'effort sur le

gou-vernail est sensiblement normal au safran; c'est cet effort normal Y" dont nous

avons compare les valeurs, ou plus exactement celles du rapport

_i

v\TI2

Va

300

-étant la surface du gouvernail et V' la vitesse de Ia mèche (ou du courant

an droit de la mèche). Dans le cas des essais dans le canal a mouvement d'eau,

Y" s'obtient en divisant Ia force mesurée par le cosinus de l'angle de barre.

Graban a gauche O Ireit.e PL. XVII.

fonctionde.

helicQs.

_j

/

er

gouverrtad sole sa,s

00 ss

sous

QSS u

passeIIeu

petit canal a mo

ba-Indegration.

vemend'eau.

I

.!

Barro £ auche

-

Barr' a droite

40

20

10

'0

ID

2

40

0 S

V

-/

I

-

1.-3. - RESULTATS DES MESURES DE FORCES.

f

fo Gou'ernail isolé en ligne droite et en giration (Planche XVII).

est en ordonnées, et l'angle de barre en abscisses. On notera que coIncide ici avec l'incidence cinématique L : c'est l'angle fait par le plan de

symétrie du safran avec la vitesse de la mèche.

1,5

Y

- 301

Varialions de

Y

t:/zV'Z

en foncLion de o

Ess

u petil canI a

rnouvement. d'eu

,

vec

n de drive non évid

sans_hálice

0,

Solulion A

brre .

guche

40

30

2

0,5

Yzv

barre a

droi e 10

20

30

40

-.--.-essai

vec

,LR fixe

-e---o-eSsi Qvec /R mobile

k

1,0

PL. XVIII.

On note, pour les deux essais, un changement de régime survenant pour

302

-net, II affecte assez peu les valeurs de Son effet, dans le cas des

essais en ligne droite, est peu étendu : Ia courbe representative de _I

-reprend bientôt son ascension avec une pente presque égale a ce qu'elle était

avant le charigement de régime, les deux branches de courbe étant simplement décalées l'une par rapport a l'autre. Dans le cas de Ia giration, les deux branches

de courbe forment un genou. La difference des pentes est sensible; cepen-dant l'écart entre la giration et le courant rectiigne n'est guère que de 10 %

a 30°; a 40°, ii est de 20 %. Au delà, ii s'accentue : l'effet de Ia giration devient

alors plus sensible.

Un deuxième changement de régime Se produit, en ligne droite, pour = 42°. II entraIne, croissant, une rapide diminution de

On n'observe pas ce changement de régime en giration, mais simplement parce que I'angle de barre maximum a été limité a 41°, et que la giration, comme on Pa vu pour le premier changement de regime, retarde le jassage d'un régime a l'autre lorsque Ia barre est orieutée dans le sens qui correspond a Ia giration.

2° Gouc'ernail derriere plan mince (Cas A). a) Essai au canal a mouement d'eau (Planche XVIII).

On n'observe qu'un charigement de régime, l'angle de barre n'ayant pas dépasse 35°. Ce changement de régime Se produit d'après les mesures sur gouvernail seulement aux environs de 20°. II

se traduit par une simple

diminution de Ia pente de Ia courbe representative de

D'après les mesures sur l'ensemble du safran et de Ia partie arrière du

plan mince, un changement de régime paralt bien se produire vers 20°, mais Ia difference entre les deux portions de Ia courbe representative de

est beaucoup moms nette. Le changement de régime se manifeste surtout par une certaine dispersion des points expérimentaux, dispersion qui va croissant avec l'angle de barre. Vers 28°-29°, la difference entre les pentes des deux portions de courbe s'accentue.

Le plan mince agit de façon complexe sur la force évolutive. Si l'on ne considCre que Ia force appliquee au safran seul, on constate que pour des

303

-évolutif est plus faible si le safran est derriere plan mince que s'iI est isolé.

C'est ainsi que, pour a = 100, on relève

_i

- 0,37 environ pour le

gouver-nail et = 0,25 pour le gouvernail derriere plan mince. Mais au delà

vyI2

de 12°, la dillérence n'est pas conservée parce que le changement de régime pour le gouvernail isQlé est plus profond que pour le gouvernail derriere plan mince. Par exemple pour 20° et pour 30° repectivement, les chifires corres-pondants sont 0,56 et 0,62 et 0,78, 0,78.

D'autre part. la partie arrière du plan mince donne une contribution considerable dans le moment évolutif. Le rapport entre les deux valeurs relevées derriere plan mince y compris la partie arrière du plan mince et non compris cette partie arrière est de 1,47 a 15° et de 1,59 a 28° (I'accroissement de ce rapport avec l'angle de barre provient du changement d'orientation ci-dessus signalé dans Ia courbe representative de sur le safra seul).

2

L'effet du plan mince

est

d'un ordre

de grandeur déjà indique par

M. l'Ingenieur Général Barrillon (qui, sur le gouvernail qu'iI a essayé, avait trouvé 1,54).

Au total, par consequent, le plan mince, ou plutôt sa partie arriêre, n'in flue

pas sur le mouc'ement ecolutif pour < 12°. Pour > 12° ii l'accroit de facon considerable.

b) Essai en giration.

Nous avons vu que Ia giration influe peu sur les propriétés du gouvernail isolé. Nous nous sommes propose de voir s'il en est ou non de même pour le gouvernail derriere plan mince

) Plan mince tangent a la trajectoire de la mèche (Planche XIX). - On

observe, d'après les mesures sur gouvernail seulement, un premier changement

de régime vers 23°, aflectant légerement Ia pente de Ia courbe . Un pV'2 deuxième changement de régime se produit vers 26°; ii entr-aine une rapide

diminution de

D'aprCs les mesures sur l'euemble du gouvernail et de Ia partie arrière

du plan mince, le premier changement de régime n'est plus apparent. Le second changement de régime se produit vers 20°, mais il n'entraIne qu'une diminution

GIRATION

SOUS PASSERELLE

Par'liei'Rñxe

O

Parlie /R mobIe

0,8

GOUVERNAIL AVEC PLAN MINCE

70

0,6

VARIATION DE Y

_{EN FONCTI0'4}

P/aVa

_DEc<

V1

=1,410

m,,'

0,2

SOLUTION A

PL. XIX.

20

k

30

40

9/2 V/a

brre a

droiLe

Gouvernail avec plan

mince

Solution A

Variation de

>'

_en

_I

barre

(o)

gauche

02

0

barre

droite

100

_20°

30°

4 O°

0

06

04

op

PL. XX.

ParbeARlixe

o

Partie ,4

mobile

V1,41 rr,3g

G(RATlON

_½

SOUS PASSERELLE

306

-passagère de

_i

, ceparamètre reprend, en effet, sa marche ascendante des 35°, avec, toutefois, une pente plus faible que pour < 35g.

Dans l'ensemble, il y a peu de differences entre los allures des courbes relevées au petit canal a mouvement d'eau et celles des courbes relevées en

giration.

Ii n'y a d'ailleurs pas de difference bien sensible entre les efforts s'exer-cant dans los deux cas sur le seul gouvernail.

Par contre, ii y a une difference considerable entreles efforts mesurés en

ligne droite et en giration sur l'ensemble du gouvernail et de Ia c partie arrière

du plan mince. La force éQolutice due au plan mince disparait complètement en giration pour des angles de barre inferieurs a 25°. Elle se manifesto, do

nouveau, pour 25° < < 35°. Pour >

350, la partie arrière du plan mince recouvreune large part de son efficacité : tout se passe comme si le changement

de régime qui se produit dans l'écoulementcompensait et même au delà -par un accroissement de la contribution de Ia -partie arriCre> du plan mince, la diminution que subit celle du gouvernail.

) Plan mince acec dériye de 602 (Planche XX). - On observe, d'après

les mesures sur gouvernail seulement, un changement de régime vers 28°. II est analogue a celui dont nous avonssignale l'existence vers 23° pour le gou-vernail derriere plan mince tangent a. la trajectoire de Ia mèche. Par contre, le second changement de régime qui, dans ce dernier cas, a lieu vers 36°, ne

se pro duit pas lorsque le plan mince a une orientation normale (l'angle debarre étant limitC a. 40°).

Si l'on considère maintenant les mesures sur l'ensemble du gouvernail et de la partie arrière du plan mince, on constate quo le premier changement de régime (30° environ) se traduit par un accroissement de Ia force évolutive l'action du plan mince est qualitativement celle quo nous avons mentionnée a. l'alinéa z) pour le cas du plan mince tangent a la traectoire de Ia mèche. Par contre, le second changement do régime (36° environ) commence par entrainer une sensible diminution de la force évolutive. Celle-ci, toutefois, ne tarde pas a reprendre sa marche ascendante.

Le fait de donner au plan mince une derive égale a cello de la carène qu'il schématise influe do façon considerable sur l'effort évolutif. Celui-ci est nettement plus faible, qu'on considère le gouvernail seul ou l'ensemble du gouvernail et do la partie arrière du plan mince, que si le plan mince est tan-gent a. la trajectoire de la mèche. La contribution do Ia partie arrière du plan mince vient d'ailleurs eu deduction de celle du gouvernail pour des angles de

barre inférieurs a. 200; le plan mince no recouvre son role utile qu'au moment oü se produit le premier changement de régime (28° environ). Ce rOle est toute-fois, plus faible quo dans le cas du mouvementrectiligne; l'effet est maximum

307

-au moment o.i commence le second changement de régime, et ii n'atteint environ que 10 % de l'effet total.

30

GouQernail derriere plan mince (solutions B et C) (P1. XXI a XXIV). Ainsi que nous l'avons indiqué ci-dessus, Ia solution B diffère de Ia solution

A par Ia suppression de Ia partie du plan mince qui avoisine le talon_{de quille.}

La solution C diffère de son côté de Ia solution B par Ia suppression de Ia partie

308

-En d'autres termes, la comparaison des résultats relatifs aux cas A et B permet de juger si le talon de quilleinflue sur les forces évolutives engendrees par le gouvernail et par la partie arrière du plan mince comprise entre la mèche et le couple 1. Cette comparaison a permis de verifier que ni en ligne

droite, ni en giration, la partie du plan mince qui avoisine le talon de quille n'influe de facon sensible sur les forces évolutives dues au gouvernail et a la partie du plan mince comprise entre Ia méche et le couple 1. Par contre, il est bien clair que la partie du plan mince avoisinant le talon de quille est le siege des forces qui tendent a s'opposer a la giration. Ainsi, les essais prouc'ent qn'il

309

-j a avantage (sans contre-partie du point de cue des qualites écolutic'es) a reporter le talon de quille aussi loin que possible cers l'ac'ant.

La comparaison des résultats relatifs aux solutions B et C permet

d'appré-Lii ILl

0

._I ILl

o

V

14A'

O

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c/) Ui 1

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Z

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0

S

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- 310

cier si la partie arrière > du plan mince (comprise entre la crosse et le couple 1)

0

0

4, 0 L C) L L '0 -D

0

_(N U

joue un role dans les forces évolutives dues soit au gouvernail seul, soit a l'ensemble du gouvernail et de la partie arrière du plan mince. La reponse a

''Ui

wo

Jz

4, (-.

Ui

li_I ,

0

,uJ

LL

1\

(f) 0Z'LJ

0

0

cette question est negative; de façon precise, on constate que ni l'effort sur Ic gouvernail, ni l'efTort sur l'ensemble du gouvernail et de la partie arrière du plan mince ne sont sexisiblement modifies par la suppression de Ia portion

du plan mince compris entre la crosse et le couple 1. Ce résultat est remarquable

- 311

I

puisque la partie du plan mince intervenant pour les essais A et B dans

l'en-semble du gouvernail et de la partie arrière du plan mince comprend non

seule-ment Ia crosse, mais encore la portion de plan mince comprise enre la crosse et le couple 1. Ainsi Ia comparaison des résultats relatifs aux ca B et C, soit

312

-en lignedroite, soit -en giration, prouve que pour obt-enir du plan mince l'effet utile précédemment signalé, il n'est pas nécessaire de donner au plan mince

un developpement sensiblement supérieur a celui de Ia crosse. Les points experimentaux sont portés sur les planches suivantes Planche XXI - Cas A et B en ligne droite,

Planche XXII - CasC en ligne droite,

Planche XXIII - Gas C en giration (plan mince tangent a la trajectoire de la mèche),

Planche XXIV - Gas C en giration (plan mince ayant une derive de

602).

Les seules précisions que ces planches apportent concernent le changement

de régime qui se produit en giration vers 36° : l'effet utile de Ia crosse (cas C) est un peu plus petit que l'effet utile de la partie du plan mince qui va de Ia mèche au couple 1.

4° Gouc'ernail derriere caréne. Essais en ligne droite (cas A).

Ges essais donnent lieu a la planche XXV avec hélices. us conduisent a

des résultats voisins de ceux du gouvernail derriere plan mince (cas A) tangent a

Ia trajectoire de Ia mèche. On note une contribution assez faible de Ia upartie

arrière du plan mince dans Ia force évolutive; l'efficacité du gouvernail étant réduite par Ia presence du plan mince, ce n'est que pour un angle de barre

assez élevé que cette partie arrière du plan mince a réellement un role utile. La difference existant a cet égard entre ces résultats et les résultats obtenus derriere plan mince au petit canal a mouvement d'eau peuvent être

dus aux interactions qui, dans ce dernier cas, doivent exister entre le gouvernail

et les parois du canal. Essais en giration.

) Gas A (Planches XXVI et XX VII). - Les essais ont été effectués

avec et sans hélices.

-On a commence par determiner l'angle de barre, la derive et le nombre de tours d'hélices a adopter .pour que le navire soit en giration permanente a

Ia vitesse de'1,386 m/sec et au rayon de 20,33 m. Cela fait, pour tous les essais avec ou sans hélices on a maintenu le rayon, la vitesse et l'angle de derive

inva-riables, ce dernier ayant Ia valeur déterminée comme ii vient d'être dit. Lors des essais avec hélices, le nombre de tours a, de même, été maintenu egal au nombre de tours mesuré lors de l'essai préliminaire.

Les essais dont ii est ici question sont exécutés dans des conditions voisines

de celles qui correspondent aux essais en giration libre dont il a été rendu compte ci-dessus, mais non dans des conditions identiques puisque Ia derive, le rayon de giration, et le nombre de tours sont ici maintenus constants; c'est

ce qui explique que les résultats portés planche XXVI ne coIncident pas rigoureusement avec ceux qui ont été obtenus en giration libre; us en sont

: uJ

U)

3t3

-toutefois très voisins. On note, en ce qui concerne les mesures effectuées sur

gouvernail seulement que l'influence des hélices est très peu sensible; elle ne se manifeste guère que par une certaine tendance a faciliter l'apparition des

.+

S

L)

CO

C

- 34

changements de régime. Ceux-ci apparaissent vers 23°-28° et vers 3904O0. On remarque, en outre, conformément a Ce que montrent aussi d'autres planches, que les regimes successils ne s'établissent pas franchement; pour un angle de barre appartenant a Fun des domaines de transition entre deux

0

+

regimes différents, on peut, suivant l'expérience, obtenir un point représentatif appartenant au premier des deux regimes, ou un point représentatif apparte-nant au second; on peut d'ailleurs aussi obtenir un point intermédiaire.

On note enfin une difYérence sensible entre Jes résultats relatifs aux essais en ligne droite et les essais en giration. Celle-ci est plus faible que Ia difference

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GIRATION A DROITE SOUS PASSERELLE

Gouvernail derriere carCne avec plan mince.

- Solution C. - Avec hélices.

Effort sur gouvernail seul.

VARIATION

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EN FONCTION

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200

300

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PL. XXVIII.

Les mesures effectuées sur l'ensemble du gouvernail et de Ia partie arrière du plan mince sont représentées planche XXVII. On constate, dans l'ensemble,

a a a a 0 a rl 0 rfl a a 0 a 0 C Ui

316

-que les deux categories de résultats sont voisines. On note toutefois -que, pour les petits angles de barre, la contribution de Ia partie arrière du plan

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0

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TABLEAU des efforis sur le aouverniI seul

-TABLEAU des efioris surle gouverneil + p.rLie /R mobile

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o,7Je 1,19t I,238 1.192, o,090 S _{0,71J' ZS 0,7.24 L5'36)* 0,95 *5' o.e3o 25'.3&$ o,956 £5'3i o,738}

30' _{o,9'9 1,39 1,395 o,830 30' a,8&6 30' o,9oo}

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3o'd$3Js 1,03° 30'J'31 a,35

i3Ot.j 1,'o9 -1,63i 1,000 .35' o.928 35' 1,050

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,JS 9.,,oa8 1,010 _{,,5' M*'}

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317

-mince dans Ia force évolutive est négatiQe, qu'elle est pratiquement nulle de 13° a 23°, et qu'elle devient positive pour > 23°. Pour = 43°, elle repré-sente 5 % de la contribution du seul gouvernail. Pour 28°, elle reprérepré-sente 20 % de la contribution du sell gouvernail.

I) Goucernail en giration derriere carène (Cas C) (Planche XX VIII).

-Les essais ont comporté uniquement des mesures sur le gouvernail avec hélices

en marche; on a fixé le rayon de giration, la derive, le nombre de tours des hélices aux valeurs qu'ils avaient pour les essais (z).

On constate qu'il y a, pratiquement, identité de résultats avec le cas A, ce qui prouve que les interactions entre le plan mince et le gouvernail pro-viennent essentiellement de ce que nous avons appelé la crosse >.

') Goucernail isolé derriere carène (Planche XXIX). - Ainsi qu'iI a

été precise ci-dessus, les conditions d'essais different de celles du cas A par Ia suppression de Ia partie du plan mince située sur l'arrière du couple 1. Les essais ont etC effectués avec et sans hélices, les nombres de tours, derive et rayon de giration imposes étant les mêmes que pour les cas A et C.

On constate que l'influence des hClices est pratiquement negligeable, ce qui confirme les rCsultats obtenus pour le cas A.

D'autre part, on remarque que les résultats des mesures sur gouvernail seulement different très peu de ceux qui concernent le cas A (Planche XXVI).

On observe, de plus, une très notable diminution de i quand on

yf 2

passe du cas du gouvernail isolé en giration (planche XVII) au cas present.

La difference serait beaucoup moms sensible si au lieu de a, on prenait I comme

paramètre. Ii subsiste toutefois une certaine influence de la carène sur le vernail, influence qui tend a rCduire Ia force Cvolutive engendree par le

gou-vernail.

4. - UTILISA TION DE L'ANGLE D'JNCIDENCE CINEMA TIQUE COMME PARA METRE

II est bien clair que pour un gouvernail suspendu le paramètre le plus intéressant pour les essais de giration de la carène n'est pas l'angle de barre, mais l'incidence cinématique V. Celle-ci representerait exactement l'incidence locale si Ia presence de Ia carène ne modiflait pas la direction du courant au

voisinage du gouvernail.

Pour un gouvernail a aileron, l'angle de barre conserve une importance certaine a cause des interactions entre le safran et le plan mince. C'est, en effet, l'angle de barre qui mesure la discontinuitC des formes presentee au

droit de Ia mèche par I'ensemble safran-plan mince.

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0

318

-reprises. Mais us sont

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difficiles a classer. Une partie de Ta difficulté vient de I'intervention simultanée

a,

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i

a) C,.

a

+

I', C L 319

Pour préciser cette question, nous avons résumé sur Ia planche XXX

4.

tJ)

l'ensemble des résultats obtenus ci-dessus, l'argument étant l'angle

d'inci-dence cinématique L. D'autre part, nous avons représenté sur la

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320

-planche XXXI les courbes representatives de

_i

pour le gouvernail seulement dans les cas suivants

Gouvernail isolé en giration,

Gouvernail en giration derriere plan mince tangent a Ia trajectoire de la mèche (cas A),

Gouvernail en giration derriere plan mince ayant Ia derive de 602 (cas A),

Gouvernail derriere caréne en giration (cas A) sans hélices,

Gouvernail isolé derriere carCne

Nous avons fait de même, planche XXXII, pour les mesures de

1" se rapportant a l'ensemble des efforts sur le gouvernail et la c partie arrière

du plan mince (sauf, bien entendu, pour le cas du gouvernail isolé). De la planche XXXI, ii ressort tout d'abord que les mesures sur gou-vernail seulement, en giration derriere carène, sent voisines, pour I. > 10°, des mesures sur gouvernail isolé en ligne droite ou en giration. Pour L < 100, la force évolutive sur gouvernail seulement est supérieure a la force évolutive

sur gouvernail isole; celle-ci s'annule d'ailleurs pour une valeur de I. negative, mais très voisine de 0°, tandis que derriere carène, on a i

- 0,1 pour

2 pV'2

I. = 0°. On constate, en outre, que pour les petites valeurs de L, les mesures

sur gouvernail seulement derriere carène en giration se rapprochent des mesures

derriere plan mince ayant même derive que Ia carène, tandis que, pour les grandes valeurs de I, elles se rapprochent des mesures derriere plan mince tangent a la trajectoire de la mèche.

Les courbes de la planche XXXI montrent done, en definitive, en ce qui

concerne la contribution dans les forces éc'olutices da gou9ernail seulement

que l'orientation donnée au plan mince a uneflet considerable : la dif-YII

férence des valeurs prises par pour

= 7° et

= 6°2 est a peu

p\VI2

près constante, quel que soit l'angle IC (elle est, en eflet, comprise entre 0,25 et 0,35); c'est pour = 602 que est le plus grand;

y'2

que Ia courbe representative de i en fonction de I. est moms rapidement ascendante derriere carène que derriere plan mince : die part de valeurs voisines de celles qu'on relève derriere plan mince orienté avec une