Analyse et optimisation numériques des performances de carènes élancées en mouvement instationnaire : application aux bateaux d'aviron

• Auteur / Autrice : Mikaël Berton
• Direction : Alain Clément, Jean-Michel Kobus, Bertrand Alessandrini
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Dynamique des fluides et des transferts
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale mécanique, thermique et génie civil (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de recherche en hydrodynamique, énergétique et environnement atmosphérique (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Centrale Nantes (1991-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Plan d'expérience

Aviron

Navires -- Hydrodynamique

Résumé

Le travail présenté dans ce manuscrit est dédié à l’analyse et la modélisation des efforts hydrodynamiques s’exerçant sur des carènes dont le mode de propulsion impose des mouvements non stationnaires de cavalement, pilonnement, tangage et lacet. Les recherches sont menées sur des bateaux de compétition à propulsion humaine et plus particulièrement les bateaux d’aviron et les kayaks. Le code ICARE3D utilisé pendant cette étude est validé grâce à des essais en bassin originaux menés sur une carène de skiff en mouvements de cavalement stationnaire et instationnaire. La procédure V\&V (Verification and Validation) est appliquée avec succès dans ce contexte. Au cours de la deuxième partie, les méthodes de plan d'expériences (MPE) numériques et de krigeage sont mise en oeuvre. Elle est utilisée dans le cadre de cette thèse d’une façon qualitative afin de décrire les influences de différents facteurs comme la fréquence, l’amplitude, le déplacement ou l’assiette sur le coefficient de traînée. Les calculs sont réalisés en bassin ou en milieu infini afin de caractériser les effets dus au confinement sur les efforts hydrodynamiques. A l’issu de la deuxième partie, un simulateur couplant la mécanique de l’aviron au code de calcul ICARE3D est réalisé et utilisé dans le cadre d’un plan d’expériences. Dans la continuité de cette approche, la troisième partie décrit l’ensemble des outils développés dans le cadre d’un processus d’optimisation de forme de carène. Des algorithmes stochastiques sont couplés à des métamodèles afin d’accélérer la vitesse de convergence et réduire les temps de calcul. Deux exemples d'applications originales en hydrodynamique sont proposés.

The work presented in this memoir deals with the modelization of the hydrodynamical loads acting on ship hull with unsteady surge, heave and pitch motions. This study focuses on competitive rowing boats and kayaks. In the first part, the Navier-Stokes code ICARE3D is used and validated with original towink tank experiments on a rowing boat with both steady and unsteady surge motions. The V&V (Verification and Validation) procedure is then applied with success. In the second part, the kriging and the design of experiments methodologies (DOE) are implemented and applied. The DOE is used in both qualitative and quantitative ways to determine the influent factors like frequency, amplitude, displacement or trim on the total drag coefficient. Both open sea and basin configurations are considered for the numerical simulations. At the end of this part, the complete rowing system obtained by coupling mechanics and hydrodynamics solvers is tested and and used in a DOE procedure. Finally, a set of tools implemented in this work that unable us to perform shape optimization is described. In order to reduce CPU time during optimization, stochastic algorithms are coupled with surrogate models. Two optimization examples are given in naval hydrodynamic.