Le gouvernail actif est un dispositif essentiel qui assure à la fois la direction et, souvent, la propulsion auxiliaire ou principale d'un navire. Contrairement aux gouvernails passifs, son efficacité peut varier avec la vitesse, offrant une manœuvrabilité accrue, notamment à faible allure.
Gouvernail actif
Dispositif de direction et/ou de propulsion auxiliaire, souvent à hélice ou hydrojet, dont l'efficacité peut varier avec la vitesse et qui permet des manœuvres complexes.
Cavitation
Formation et éclatement rapide de bulles de vapeur d'eau dans un liquide, causées par des microdépressions. Ce phénomène peut provoquer l'érosion des surfaces du safran.
Aération
Mélange d'air et de molécules d'eau dû au brassage de l'hélice, créant un milieu de densité non homogène autour du safran et perturbant son efficacité.
Vortex
Flux tourbillonnant des courants d'eau générés par le mouvement de l'hélice, attaquant le bord d'attaque du gouvernail et influençant son fonctionnement.
Safran compensé
Safran dont une partie de la surface est située en avant de la mèche de rotation. Cette conception réduit les efforts sur l'appareil à gouverner et améliore la manœuvrabilité.
Les Systèmes de Gouvernails Actifs Les gouvernails actifs représentent une avancée majeure pour la manœuvrabilité des navires, en combinant souvent les fonctions de propulsion et de direction. Ils se déclinent principalement en deux catégories :
Gouvernail Actif à Hélice Ce système remplace le safran traditionnel par une hélice carénée capable de s'orienter sur 360°. Souvent installés par paires, ces gouvernails assurent à la fois la propulsion principale et la gouverne, offrant une grande souplesse de manœuvre, même à faible vitesse ou à l'arrêt.
Gouvernail Actif par Hydrojet Les navires équipés d'hydrojets utilisent des jets d'eau déviés pour la propulsion et la direction. Ce système offre une excellente manœuvrabilité, même à l'arrêt, et réduit la traînée dynamique. Le changement de direction s'obtient par une déflexion du jet d'eau en sortie de tuyère, permettant une grande précision dans les manœuvres.
Problèmes Hydrodynamiques : Cavitation et Aération Le positionnement du safran derrière l'hélice le rend vulnérable à des phénomènes hydrodynamiques. Le vortex issu de l'hélice attaque directement le bord d'attaque du gouvernail, créant des pressions non homogènes.
La cavitation, causée par la formation et l'éclatement de bulles de vapeur d'eau, peut éroder l'acier du safran. L'aération, mélange d'air et d'eau dû au brassage de l'hélice, perturbe l'écoulement et réduit l'efficacité du gouvernail. Ces problèmes sont accentués par la turbulence et l'inclinaison permanente ou variable du safran.
Solutions de Conception Pour contrer la cavitation, l'aération et améliorer la performance, des profils de safran spécifiques et des dispositifs complémentaires sont développés.
Profils Twisted Leading Edge (TLE) Ces profils de safran asymétriques sont conçus pour compenser la dissymétrie de pression générée par le vortex de l'hélice. En présentant une forme torsadée, ils minimisent la cavitation, favorisent un écoulement laminaire et améliorent l'efficacité du safran.
Gouvernail Promas Le gouvernail Promas intègre un bulbe profilé sur le safran, aligné avec l'hélice elle-même carénée. Cette conception cohérente favorise l'écoulement des filets d'eau, même à des angles de barre importants, ce qui améliore la portance et réduit les vibrations.
Déflecteurs de Filets d'Eau (Mewis Duct, ailettes) Des dispositifs comme la tuyère Mewis Duct ou des ailettes fixes sur le moyeu d'hélice sont utilisés pour canaliser et redresser les filets d'eau. En réduisant le vortex et en optimisant l'écoulement vers le gouvernail, ils augmentent le rendement propulsif et améliorent la portance du safran.
A retenir :
- Les gouvernails actifs (à hélice, hydrojet) offrent une manœuvrabilité supérieure et peuvent servir de propulsion auxiliaire.
- La cavitation (bulles de vapeur) et l'aération (mélange air/eau) sont des problèmes hydrodynamiques majeurs qui peuvent endommager le safran et réduire son efficacité.
- Les profils Twisted Leading Edge (TLE) sont des safrans asymétriques conçus pour compenser les effets du vortex de l'hélice et minimiser la cavitation.
- Le gouvernail Promas intègre un bulbe profilé pour optimiser l'écoulement de l'eau, améliorer la portance et réduire les vibrations.
- Les déflecteurs de filets d'eau (comme le Mewis Duct ou les ailettes) canalisent et redressent le flux d'eau, augmentant le rendement propulsif et l'efficacité du gouvernail.