Quelques notions de physique

Car comprendre les équilibres des forces (et des couples) ne peut pas faire de mal.
Pour la mécanique du vol on pourra consulter ceci qui présente l'ensemble des notions intéressant l'équilibre d'un planeur

Les forces

Pour bien comprendre comment on arrive à voler droit, une représentation complète des forces et des couples qui s'appliquent à l'ensemble est nécessaire. 

Couple quésako ?

Les lois de la physique disent qu'un système est à l'équilibre quand toutes les forces et les couples se compensent.
Une force on sait ce que c'est, mais un couple ? Le meilleur exemple est l'avion du windfoil. L'aile avant porte, le stab "déporte" (sauf parfois à basse vitesse...). Cela donne une force de rotation (un couple) qui fait cabrer. Un couple s'exprime en Newton x métres (Nm). C'est une force multipliée par une longueur.
Sur l'image ci contre, les forces des ailes ne sont pas détaillée. Il y a une grosse flèche verte pour la portance et une flèche courbe en rouge pour le couple à cabrer.
Il y a aussi une grosse flèche rouge courbe au dos de la voile. Pas de paire de forces ici mais le fait que l'on comprend assez intuitivement qu'un profil courbe va avoir tendance à tourner suivant sa courbure.
Bref, un couple cela peut résulter d'une paire de forces et des distances qui les séparent mais aussi pour ce qui nous concerne de la forme des profils, dans l'air ou dans l'eau ...

Forces variables, forces fixes

La portance (Lift) d'une aile ( L = ½ ρ S V ² Cl ) va dépendre de son coefficient de portance (Cl) lié à l'angle d'incidence mais aussi de la vitesse au carré. Les autres termes sont fixes: S = Surface, ρ la densité du milieu (air ou eau). Il en est de même pour la trainée et aussi des couples aéro ou hydrodynamiques qui tous varient en V².
Par contre le poids va rester constant, à la fois en force et en direction.
Sur la figure ci contre, on représente les forces s'appliquant à l'ensemble complet planche, voile et pilote. Les forces fixes sont en vert, les forces et couples variables (avec V²)sont en rouge. 
La force antidérive est elle constante ? Oui et non ! C'est la portance d'un profil, mais si le gars garde la même contre-gite, elle peut se déduire du poids. (voir plus bas...)
Une flèche bleu représente la composante propulsive de la voile. 

Equilibre longitudinal

Le but n'étant pas de manier des notions théoriques, passons au concret.
On voit des flèches vertes pour le poids des différents éléments. Des flèches rouges pour les différentes trainées.
Attardons nous sur la portance. Elle est générée par les profils et pourtant, elle est verte (constante), car si le système est équilibré elle compense l'ensemble des forces de gravité. Si elle est trop faible, on descend, si elle est trop forte, on monte.
On voit cependant sur le schéma ci contre qu'il n'y  pas alignement. Entre la portance et la gravité se crée un couple piqueur qui est compensé par le couple à cabrer (rouge) généré par le foil.
Si le couple cabreur du foil est trop fort, alors le nez monte, si non, il descend.
Le rôle du pilote va donc être de gérer en permanence ces équilibres avec le fait fondamental que le couple à cabrer du foil varie comme V² ! Plus on va vite plus le nez veut monter, ce qui augmente la portance ! Comment faire ? 
Un autre couple piqueur est aussi présent lié lui à l'ensemble des trainées (rouges) qui n'est pas aligné avec la propulsion de la voile.
Ce couple est lui aussi proportionnel à V².
Donc, si on aligne les forces de gravité et la portance alors, le rôle du couple du foil va se limiter à compenser le couple propulsion/trainé. On peut avoir un système qui reste équilibré malgré les variations de vitesse.
En mode race avec 10m², un pilote bien couché sous la voile, le couple créé par la courbure de la voile aura aussi son importance et nécessitera donc plus de calage.

réglage du stab

Si à l'accélération on ne parvient pas à gérer la "puissance" du foil, il faut diminuer le couple à cabrer et se reculer. Cela se fait en diminuant l'incidence du stab (éventuellement beaucoup) ou en mettant un stab plus "petit" (générant une force plus faible) ...
Comme c'est la différence d'incidence entre les 2 ailes qui compte on parle aussi du V longitudinal. C'est un paramétre à régler très finement (0.2° ou moins).


Equilibre latéral

A suivre...