Vitesse de coque - Hull speed

La vitesse de coque ou vitesse de déplacement est la vitesse à laquelle la longueur d'onde de la vague d'étrave d'un navire est égale à la longueur de la ligne de flottaison du navire. À mesure que la vitesse du bateau augmente à partir du repos, la longueur d'onde de la vague d'étrave augmente, et généralement sa dimension (hauteur) de la crête au creux augmente également. Lorsque la vitesse de la coque est dépassée, un navire en mode déplacement semblera grimper à l'arrière de sa vague d'étrave.

D'un point de vue technique, à la vitesse de la coque, les vagues d'étrave et de poupe interfèrent de manière constructive, créant des vagues relativement grandes, et donc une valeur relativement importante de traînée des vagues. La traînée du navire pour une coque à déplacement augmente progressivement avec la vitesse à mesure que la vitesse de la coque est approchée et dépassée, souvent sans inflexion notable de la vitesse de la coque.

Le concept de vitesse de coque n'est pas utilisé dans l' architecture navale moderne , où les considérations de rapport vitesse/longueur ou nombre de Froude sont considérées comme plus utiles.

Fond

Lorsqu'un navire se déplace dans l'eau, il crée des vagues stationnaires qui s'opposent à son mouvement . Cet effet augmente considérablement dans les coques pleines à un nombre de Froude d'environ 0,35 (ce qui correspond à un rapport vitesse/longueur (voir ci-dessous pour la définition) d'un peu moins de 1,20 nœud·ft ^−½ ) en raison de l'augmentation rapide de la résistance de le train d'ondes transversal. Lorsque le nombre de Froude atteint ~ 0,40 (rapport vitesse/longueur ~ 1,35), la résistance à la formation d'ondes augmente davantage à partir du train d'ondes divergent. Cette tendance à l'augmentation de la résistance à la formation de vagues se poursuit jusqu'à un nombre de Froude de ~ 0,45 (rapport vitesse/longueur ~ 1,50) et culmine à un nombre de Froude de ~ 0,50 (rapport vitesse/longueur ~ 1,70).

Cette très forte montée en résistance à un rapport vitesse/longueur autour de 1,3 à 1,5 semblait probablement insurmontable dans les premiers voiliers et est ainsi devenue une barrière apparente. Cela a conduit au concept de vitesse de la coque.

Calcul empirique et rapport vitesse/longueur

La vitesse de coque peut être calculée par la formule suivante :

${\displaystyle v_{coque}\environ 1,34\times {\sqrt {L_{WL}}}}$

où

${\style d'affichage L_{WL}}$est la longueur de la ligne de flottaison en pieds , et

${\displaystyle v_{coque}}$est la vitesse de coque du navire en nœuds

Si la longueur de la ligne de flottaison est donnée en mètres et la vitesse de coque souhaitée en nœuds, le coefficient est de 2,43 kn·m ^−½ . La constante peut être donnée sous la forme 1,34 à 1,51 nœud·ft ^−½ en unités impériales (selon la source), ou 4,50 à 5,07 km·h ⁻¹ ·m ^−½ en unités métriques, ou 1,25 à 1,41 m·s ⁻¹ ·m ^−½ en unités SI.

Le rapport de la vitesse à est souvent appelé le "rapport vitesse/longueur", même s'il s'agit d'un rapport de la vitesse à la racine carrée de la longueur. ${\displaystyle {\sqrt {L_{WL}}}}$

Calcul des premiers principes

Étant donné que la vitesse de la coque est liée à la longueur du bateau et à la longueur d'onde de la vague qu'il produit lorsqu'il se déplace dans l'eau, il existe une autre formule qui arrive aux mêmes valeurs pour la vitesse de la coque en fonction de la longueur de la ligne de flottaison.

${\displaystyle v_{coque}={\sqrt {L_{WL}\cdot g \over 2\pi }}}$

où

${\style d'affichage L_{WL}}$ est la longueur de la ligne de flottaison en mètres,

${\displaystyle v_{coque}}$ est la vitesse de la coque du navire en mètres par seconde, et

${\style d'affichage g}$ est l'accélération due à la pesanteur en mètres par seconde au carré.

Cette équation est la même que l' équation utilisée pour calculer la vitesse des vagues d'eau de surface en eau profonde. Il simplifie considérablement les unités sur la constante avant le radical dans l'équation empirique, tout en donnant une meilleure compréhension des principes en jeu.

Implications dans la conception de la coque

La résistance à la houle dépend des proportions et de la forme de la coque : de nombreux modèles de déplacement modernes peuvent dépasser la vitesse de leur coque même sans planer . Il s'agit notamment de coques aux extrémités très fines, de coques longues à faisceau relativement étroit et de conceptions perçant les vagues . De telles formes de coque sont couramment utilisées par les canoës , les bateaux à rames de compétition , les catamarans et les ferries rapides . Par exemple, les kayaks de course peuvent dépasser la vitesse de la coque de plus de 100 % même s'ils ne planent pas.

Les bateaux lourds dont la coque est conçue pour planer ne peuvent généralement pas dépasser la vitesse de la coque sans planer.

Les bateaux à déplacement ultra léger sont conçus pour planer et ainsi contourner les limitations de vitesse de la coque.

Les coques à semi-déplacement sont généralement intermédiaires entre ces deux extrêmes.

Voir également

• Résistance et propulsion des navires
• Résistance à la création de vagues

Les références

• Une explication simple de la vitesse de la coque en ce qui concerne les coques à déplacement lourd et léger
• Tableau de vitesse de coque pour une utilisation avec des bateaux à rames
• Au sujet des monocoques à grande vitesse , Daniel Savitsky, professeur émérite, Davidson Laboratory, Stevens Institute of Technology
• Coquilles de course à faible traînée

Liens externes

• Convertisseur : nœuds > km/h & km/h > nœuds