Apports de la résolution multi-blocs pour la simulation de la manoeuvrabilité des sous-marins et des bâtiments de surface

Multi-blocks contribution to ship maneuvring using Navier-Stokes with free surface solver

• Auteur / Autrice : Aurélien Drouet
• Direction : Bertrand Alessandrini
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Dynamique des fluides et des transferts
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Ecole centrale de Nantes
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de recherche en hydrodynamique, énergétique et environnement atmosphérique (Nantes)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Navires -- Manoeuvrabilité

Navier-Stokes, Équations de

Mots clés libres

Multi-blocs

Résumé

L'estimation des performances manoeuvrières d'un navire est une étape indispensable pour garantir la sécurité d'un navire, de ses occupants et de tout ce qui l'entoure (environnement, autres navires). L'objectif de cette thèse est d'adapter un code de calcul Navier-Stokes à surface libre afin de simuler numériquement des manoeuvres de sous-marins ou de bâtiments de surface. Les premiers chapitres de ce manuscrit sont consacrés à la définition des équations de Navier-Stokes, à leur linéarisation puis à leur discrétisation, necéssaire à leur utilisation numérique. Un bref chapitre présente ensuite les différents types de topologies de maillages et expose les premiers avantages de l'utilisation de maillages multi-blocs. Les modifications apportées au code de calcul afin de prendre en compte cette nouvelle topologie de maillage sont ensuite présentées avec leurs validations associées. L'ensemble des fonctionnalités nécessaires à la simulation d'un navire autopropulsé en manoeuvre est ensuite détaillé. Le code de calcul étant voué à une utilisation industrielle, le temps de restitution des résultats doit être relativement faible. Ainsi, une description des phases d'optimisation et de parallélisation effectuées sur le code initial mono-bloc est décrite. Enfin, les deux derniers chapitres présentent, d'une part une validation effectuée sur un cas test de sous-marin (DARPA SUBOFF) sur une large gamme de configurations modèle bridé en comparaison à des valeurs de coefficients hydrodynamiques issus d'essais expérimentaux, et d'autre part des applications de manoeuvrabilité de navire (sous-marins ou bâtiment de surface) autopropulsé modèle libre (remontée feuille morte, giration, zigzag).

Estimating the performances of ship maneuverability is a necessary stage to guarantee the safety of the crew and of the surrounding environment. The objective of this PhD thesis is to adapt a free surface Navier-Stokes computational code in order to be used for a submarine or ship maneuverability modeling. The first chapters are dedicated to the definition of Navier-Stockes equations and their linearization and discretization that are used for the numerical scheme. Then, a brief chapter presents the different mesh topologies and advantages of using the multi-block meshing approach. The developments implemented into the code to take into account this innovating meshing topology are presented, as well as a the associated validation test cases. The overall functionabilities needed for an auto-propulled maneuvering ship are then detailed. The CPU time must be relatively low since the numerical code is dedicated to an industrial use. Hence, a description of optimization and parallelization stages performed on the initial single-block code is described. To conlude, the two last chapters present a validation test case end possible industrial applications enable by the developments performed. The validation test case is performes on a submarine (DARPA SUBOFF) on a wide range of fixed model configurations, and results are compared to experimental hydrdynamic coefficient. Possible configurations of submarine or ship maneuverability in auto-propolled and free model configurations are presented, such as turning cricle maneuver, pullout, zigzag. . .