Ballonnement : Surfaces, Canopée, Bridage, Mini-Ribs, D-Ribs et Ponts

  Conséquences du ballonnement

Tout d'abord, le ballonnement, qu'est-ce que c'est ? Lorsque la voile est en vol, elle évolue dans un flux d'air. Selon la vitesse et la direction de ce flux d'air (vent apparent), les caractéristiques de vol de la voile changent. Mais normalement, les entrées d'air de la voile sont placées de telle façon que, dans des conditions de vol normales, la zone de surpression soit toujours située au niveau de ces entrées d'air. Conséquences : au décollage, la voile se gonfle (se remplit d'air), et en vol, cette même surpression empêche l'air de s'échapper et le comprime dans les caissons. La pression à l'intérieur de la voile est donc (légèrement mais suffisamment) supérieure à la pression extérieure. Conséquences : le caisson qui a d'ordinaire une forme rectangulaire (vu de face) tend à prendre une forme circulaire.

D'autres phénomènes comme la dépression sur l'extrados amplifient encore ce phénomène, en 'aspirant' le tissu, ce qui fait qu'en réalité on ne peut modéliser la ballonnement avec des arcs de cercle :

Comme on le voit, modéliser réellement la voile avec le ballonnement devient complexe, et de toute façon les surfaces obtenues ne sont pas développables, ce qui signifie qu'elles ne peuvent pas être mises à plat sans être déchirées (voir chapitre Mise à plat). D'autre part, il n'est pas raisonnable de penser contrer le ballonnement, du moins totalement. On peut certes le faire localement avec des pinces (en bord de fuite par exemple) mais il n'est pas efficace de faire des pinces sur toute la longueur du caisson : cela revient simplement à faire des caissons moins larges !

Le mieux, donc, est d'essayer de tenir compte des différentes conséquences du ballonnement, et de concevoir la voile en fonction. De toute façon, il faudra faire avec !

Les différents effets sont :

  Déformation du bord de fuite. Cet effet peut être corrigé assez facilement avec des pinces adaptées. Des longueurs de pinces de 15% de la corde sur l'extrados et 25% de la corde sur l'intrados, et de 3% ou 4% de la largeur du caisson donnent de bons résultats en général. A noter que des longueurs de pinces dissymétriques entre l'intrados et l'extrados permettent de faciliter l'action des freins. Par contre, si vous avez un profil réflexe, il peut être utile d'inverser ces valeurs pour accentuer l'effet réflexe.

  Déformation du bord d'attaque. Elle est différente de la déformation du bord de fuite, et ne peut être réellement corrigée avec des pinces. Le bord d'attaque étant courbé, il s'ensuit des plis disgracieux et peu aérodynamiques au niveau de la couture du profil (voir chapitre Mise à plat). Les entrées d'air ont aussi tendance à ballonner. Ce ballonnement peut être contré à l'aide de pinces, mais cette fois, il faut les faire très courtes sinon non seulement elles ne seront pas assez locales pour contrer le ballonnement de façon satisfaisante, mais elles vont introduire des tensions indésirables et déformer de façon significative l'avant du profil. Le plus courant des effets négatifs est un pli qui se manifeste sur l'intrados entre les brides A et B, sur toute l'envergure de la voile. Il faut donc faire des pinces d'environ 3 cm de long, sur 3 ou 4 mm de large. C'est suffisant et très efficace.

  Rétrécissement dans le sens de l'envergure. En dehors du bord de fuite et du bord d'attaque, le ballonnement n'a que peu d'effets négatifs sur le tissu (déformations et plis), puisque la toile de spinnaker a une élasticité non négligeable et est capable d'absorber les étirement induits par les courbes peu prononcées de la partie médiane du profil. Par contre, on peut en tenir compte à la modélisation, pour encore plus de précision.

L'idée principale, appliquée pour l'Oxo, c'est en fait de modéliser deux voiles. Une sans tenir compte du rétrécissement, de laquelle seront tirées les surfaces de l'intrados et de l'extrados, et une autre, tenant compte du rétrécissement, de laquelle on tirera les D-Ribs, ponts et bridage. La valeur des pinces (en largeur) correspondra au rétrécissement. Pour les différencier, je les nommerai par la suite respectivement 'voile surfaces' et 'voile bridage'.

Pour celà, il suffit de concevoir la voile comme expliquée sur ce site, et au moment de courber la voile, de créer deux fichiers différents. Puis, pour chacune de ces voile, de créer la canopée selon une courbe différente :

Ici, la courbe inférieure ('voile bridage') est 5% plus courte que la courbe supérieure ('voile surfaces'). C'est une valeur qui me paraît bonne, mais ça reste à confirmer. Elle est également plus courbée, ceci sera expliqué dans la section Précontraintes

  Surfaces

La création des surfaces d'intrados et extrados ne change pas, il suffit juste de travailler sur la 'voile surfaces'. Les pinces sont à faire comme décrit plus haut. Les Mini-Ribs ( attention de ne pas confondre avec les Baby-Ribs® ;-) sont créés ici, car il est indispensable de disposer des lignes de placement sur l'intrados et l'extrados lors de la mise à plat des surfaces.

  Canopée et bridage

La canopée correcte (en vol) est celle de la voile 'voile bridage'. C'est donc à partir de celle-là qu'on va calculer le bridage. Celà étant dit, il n'y a aucune subtilité sur la façon de faire le bridage.

  D-Ribs et Ponts

Avec des allongements importants, il devient indispensable de rigidifier la voile. L'ajout de D-Ribs peut aider. J'ai aussi ajouté des ponts (comme sur les Raptor II), ce qui permet de maintenir une tension longitudinale constante.

Vous pouvez voir que les ponts modélisés sont rectangulaires et occupent donc toute la surface disponible. Afin d'assurer une meilleure circulation de l'air, j'ai retravaillé les ponts après mise à plat, également pour les rendre plus petits et légers :

En conclusion, on peut dire que prendre en compte le rétrécissement occasionné par le ballonnement est très facile, ça n'ajoute presque aucun travail supplémentaire, et demande juste un petit peu d'organisation pour jongler avec deux fichiers. Franchement, si ça marche, ça vaut le coup.