Aujourd'hui, on étudie la mécanique du fonctionnement d'un foil, et comment le réglage du stabilisateur influe sur la puissance du foil et son complément en général
IMPORTANT : si vous débutez en foil, ne vous embêtez pas avec ces réglages !! Naviguez jusqu'à avoir suffisamment de sensations pour vous intéresser à ces subtilités.
Avant de parler de calage de stab, il est nécessaire de comprendre la mécanique de base du foil.
Portance d'un profil
On rappelle qu'un profil d'aile se déplaçant dans un fluide génère une dépression sur son extrados, et crée une force vers le haut que l'on appelle "portance" (l'aile est aspirée par la dépression)
Plus l'aile est cabrée par rapport à l'écoulement (on parle d'incidence qui augmente), plus la portance devient forte ... jusqu'au décrochage. Ci dessous, le graphique montre l'évolution de la portance (Cl = coefficient de portance) par rapport à l'angle d'incidence. La portance augmente aussi avec la vitesse de l'écoulement.
Mécanique du foil
Lorsque l'on navigue avec un Windfoil conventionnel (1 aile avant et 1 stab), l'ensemble rider, gréement, board est maintenu en l'air, en équilibre sur le foil. Si on fait une analyse simple des forces sur le plan longitudinal, on va trouver
- le poids, proportionnel à la masse, dirigée vers le bas
- la portance du foil, dirigée vers le haut, dépendant de la vitesse et de l'incidence de l'aile
- la déportance du stab, dirigée vers le bas, dépendant de la vitesse et de l'incidence du stab
- la poussée de la voile
- les trainées aérodynamique et hydrodynamique
Si on s'intéresse à la composante de ces forces sur l'axe vertical, on comprend vite que l'équilibre de l'ensemble repose principalement sur l'équilibre du poids et de la poussée verticale du foil.
Compte tenu du point d'application de ces 2 forces, on remarque immédiatement que si elles étaient seules, la planche piquerait du nez. On a donc besoin d'une 3eme force qui compense le moment de rotation induit par le poids et la portance de l'aile. C'est justement le premier rôle du stab : assurer l'équilibre de l'ensemble.
Si on regarde le foil de plus près, on constate effectivement que l'aile principale (front wing) a un profil porteur (extrados situé vers le haut) avec une incidence nulle ou positive, alors que le stabilisateur (rear wing) a un profil déporteur (extrados situé vers le bas), avec une incidence négative. Ce dernier ne participe donc absolument pas à la portance du foil, mais uniquement à l'équilibre de l'ensemble !
La figure ci dessus utilise des angles volontairement exagérés pour faciliter la compréhension. Dans les faits, l'angle d'incidence de l'aile principale est en général nul, et celui de stab de l'ordre de -4°.
Stabilité de l'équilibre
Un système mécanique est dit "stable" si, lorsque l'on s'écarte de la position d'équilibre, le système tend à revenir à sa position d'équilibre. Imaginons le test avec un foil conventionnel.
Si on pousse le stab vers la haut (figure 2) > son incidence négative augmente > sa poussée vers le bas augmente > cela a tendance à le ramener vers sa position initiale (figure 1)
Si on pousse le stab vers la bas (figure 3) > son incidence négative diminue > sa poussée vers le bas diminue > le moment induit par le poids qui s'applique en avant de la poussée de l'aile tend à faire piquer le foil, donc à faire remonter le stab vers sa position initiale (figure 1)
L'équilibre est donc bien stable ... et tant mieux car sans cela ce serait in-navigable !
Régler l'incidence du stab
Maintenant que vous avez compris comment fonctionne votre foil, voyons comment régler son stab.
Si on part du principe que l'ensemble est conçu pour un équilibre stable (figure 1 ci dessous), analysons ce qui se passe si on modifie le réglage du stab, en conservant tous les autres paramètres fixes (même vitesse, même incidence de l'aile avant).
Augmenter la portance
Augmentons l'incidence négative du stab en relevant le bord de fuite (figure 2) : on rend le tab encore plus piqueur. Dans ce cas, la force exercée par le foil vers le bas va augmenter. En conséquence, l'équilibre va être légèrement perturbé, et le fuselage va se cabrer légèrement. Ce faisant, on va augmenter l'incidence positive de l'aile avant, donc sa portance.
En rendant le stab plus piqueur, on augmente la portance du foil. C'est un réglage qui peut être intéressant dans des conditions de vent très léger, où on a du mal à rester en l'air ... ou pour améliorer les performances au près.
Diminuer la portance
Diminuons l'incidence négative du stab en baissant le bord de fuite (ou on remontant le bord d'attaque) : on le rend moins piqueur. Dans ce cas, la force exercée par le foil vers le bas va diminuer. En conséquence, l'équilibre va être légèrement perturbé, et le fuselage va piquer du nez légèrement. Ce faisant, on va diminuer l'incidence de l'aile, donc sa portance.
En rendant le stab moins piqueur, on diminue la portance du foil. C'est un réglage qui peut être intéressant dans des conditions de vent très fort où on a du mal à gérer la puissance de l'aile avant (sur-pression sous le pied avant) ... ou pour diminuer la trainée des ailes.
Méthode de réglage
Vous avez donc compris qu'en modifiant l'incidence du stab sur le fuselage, on rend le foil plus ou moins puissant. Suivant les foils, ce réglage peut se faire
- avec une vis de réglage comme sur le NeilPryde RS:Flight F4
- avec des cales de réglage que l'on interpose entre le stab et le fuselage, comme chez Alpinefoil
- avec des rondelles, comme sur le Neilpryde RS:Flight AL
- en déplaçant le stab sur un berceau arrondi, guidé par des trous oblongs, comme chez Horue et Taaroa
Attention : ne retenez pas bêtement qu'il faut mettre une rondelle à l'avant pour augmenter la portance et vis versa. Cela est vrai si le stab est fixé sous le fuselage, mais c'est le contraire si il est fixé au dessus. Il est donc beaucoup plus pertinent de comprendre comment cela fonctionne pour ne pas se tromper. Ce post est fait pour cela.
Intérêt du réglage de stab
Je ne rentrerai pas ici en détail su toutes les conséquences du réglage de stab. Retenez simplement que le réglage de stab permet d'agir sur l'incidence de l'aile avant et donc
- modifie la puissance du foil
- modifie la trainée du foil (plus il a de portance, plus il traine de l'eau)
- modifie les capacités au cap (plus de foil est puissant, plus il remonte au vent)
- modifie la vivacité du foil