Les outilsde recherche expérimentale en hydrodynamique

Les outils de

recherche expérimentale en

hydrodynamique

Les thLes thèèmes de recherche en hydrodynamiquemes de recherche en hydrodynamique

Propagation et génération des vaguesResistance à l’avancement, propulsion, cavitation, manoeuvrabilitéTenue à la mer, vagues extrêmes, impacts, slamming, Energie des vagues

Simulation numérique

Recherche en hydrodynamique

Experiences

Les Moyens dLes Moyens d’’essais en hydrodynamiqueessais en hydrodynamique

Resistance à l’avancement , propulsion :Bassins de tractionPropulsion, cavitation :Tunnels de cavitationPropagation et génération des vagues,Tenue à la mer, vagues extrêmes,slamming, énergie des vagues :Bassins de houleManoeuvrabilité :Bassins de manoeuvrabilité, bassins de houle

1500 m x 500 m

Bassins :656x12x7, 12 m/s637x15x7, 16 m/s

Institut Krylov, Saint Pétersbourg

Les grands bassins de tractionLes grands bassins de traction

952 m x 40 m

Bassins :Haute vitesse :514x6.4x5, 36 m/s356x6.4x3, 36 m/sMoyenne vitesse :575x15.5x6.7, 10.3 m/s271x15.5x6.7, 9.3 m/s92x15.5x3, 9.3 m/s

NSWC, West Bethesda, USA

Les grands bassins de tractionLes grands bassins de traction

620 m x 30 m Bassin :540x15x7, 12m/s

BEC, Val de Reuil, France

Autres Bassins de tractionAutres Bassins de traction

IMD (NRCC), St.John's : 200x12x7, 10 m/sMARIN,Wageningen : 252x10,5x5,5, 9 m/s

200x4x4, 30 m/s240x18x8, 4,25 m/s(bassin dépressurisé)

DRA, Haslar-Gosport : 271x12,2x5,5, 12,25 m/sMarintek, Trondheim : 260x10,5x5,6, 8 m/sSSPA, Goteborg : 250x10x5, 11 m/sSDRC, Gdansk : 246,5x11,95x5,8, 12 m/sHSVA, Hamburg : 300x18x6, 8 m/sVWS, Berlin : 250x8x4,8, 10 m/sCEHIPAR, Madrid : 320x12,5x6,5, 10 m/sINSEAN, Rome : 453,6x13,5x6,5, 15 m/sEcole Centrale, Nantes : 148x5x3, 8 m/s

Bassin de traction

Le bassin d’essais

Le bassin de 148 m x 5 m x 3 m (135 m de longueur utile)Hauteur de vagues 0.6 m, periodes de 0.7 à 5 s

Chariot de remorquage avec vitesserégulée de 0.03 m/s à 8 m/s

École Centrale de NantesLaboratoire de Mécanique des Fluides

U.M.R. 6598 du C.N.R.S.

frottement vagues sillage visqueux

RRéésistance du navire rsistance du navire rééelel

Principe des essais en bassinPrincipe des essais en bassin

Suivant l’hypothèse de Froude :(validée uniquement par l’expérience)

== )()(

5.002 νρ

coefficient coefficient dede résistance résiduaire de frottement superficiel

νρUL

F =−

== Re,)2Re(log

5.0 210

Formule I.T.T.C. 57, frottement d’après d’essais en bassin

En eau douce :

[ ]{ }05076,0)1(10.659,0)1(7688,1.10 36 −−−+= −− TTν

[ ]{ }03361,0)12(10.585,0)12(235,1.10 36 −−−+= −− TTν Eau douce

Eau de mer

FrWrTr

WrWrFmTmWm

FmWmTm

22 ρρ

mesuré calculé avec Rem (ITTC 57)

Similitude de Froude

calculé avec Rer (ITTC 57)

2rrTr VS

Résistance à l’avancement au réel

Essais sur modEssais sur modèèles rles rééduitsduits

Echelle > 1/20 pour même type d’écoulement maquette et réel

RT=RW (vagues)+RV (résistance visqueuse)

Vitesse (m/s) ou Froude

Ordres de grandeur de RW (à vitesse de service):Pétroliers ~ 5% de RTCargos ~ 20 % de RTDestroyers (Fn > 0,3) 50 % de RTVedettes rapides (Fn > 1) RW décroît, ~ 5 % de RT

Comment réduire la résistance de vagues :

Bateau mince (planche verticale)Très sensible aux petites modifications de forme

Comment réduire la résistance visqueuse :

Diminuer la surface mouillée (demi sphère)Peu sensible aux petites modifications de forme

Bateau réel :Compromis entre une planche verticale et une demi sphère

Intérêt des recherches en architecture navale

Essai dEssai d’’un voilier ACCun voilier ACC

Essai de voilier 60 piedsEssai de voilier 60 pieds

20 nœuds, 1°assiette, 2°dérive

Essai dEssai d’’un voilier ACC sur houleun voilier ACC sur houle

Les Bassins de houleLes Bassins de houle

IMD (NRCC), St.John's : 75x32x4, H=0,7 m, multidirectionnelleNSWC, West Bethesda : 110x73x6,1, H=0,6 m, monodirectionnelleOTRC, College Station : 45,7x30,5x5,8, H=0,9 m, multidirectionnelleMarintek, Trondheim : 80x50x10, H=0,9 m, multidirectionnelleSSPA, Goteborg : 88x39x3,5, H=0,5 m, houles croiséesMARIN,Wageningen : 60x40x1,1, H=0,6 m, multidirectionnelle

100x24,5x2,5, H=0,6 m, houles croisées170x40x5, H=0,6m, multidirectionnelle45x36x10,5, H=0,6m, multidirectionnelle

Institut Krylov, St Petersburg : 89x20x4, H=0,3 m, houles croiséesCEHIPAR, Madrid : 150x30x5, H=0,9 m, multidirectionnelleEcole Centrale de Nantes : 50x30x5, H=1 m, multidirectionnelle

Bassin : 30 m large,50 m long, 5 m profondeurPuits central : 5mx5mx5m

Générateur 48 voletsHauteur de vague 1 mPeriode de 0.7 à 5 s

Bassin de houle

Le bassin de houle

Focalisation de

la houle

École Centrale de NantesLaboratoire de Mécanique des Fluides

U.M.R. 6598 du C.N.R.S.

Hexapode 6DOF

La houle en eau profondeLa houle en eau profonde

Rayon=amplitude=a

La houle en eau profondeLa houle en eau profonde

Onde progressive en milieu dispersif :

Vitesse de propagation dépendant de la période T

Pulsation : σ=2π/T , Amplitude : a, Hauteur : 2a

Longueur d’ondes : L = 2π/gT2 = 1.56T2 , k=2π/L

Eau profonde : h > L/2

Trajectoire des particules : Cercles

Déferlement : 2a/L > 0.1

Célérité de l’onde : C=σ/k=L/T

Le batteur de houleLe batteur de houle

LL’’amortisseur de houleamortisseur de houle

Propagation de la houle en bassinPropagation de la houle en bassin

Houle dHoule dééferlanteferlante

Amortissement de la houleAmortissement de la houle

Houle obliqueHoule oblique

Houle gaufrHoule gaufrééee

Focalisation de la houleFocalisation de la houle

Vagues extrêmesVagues extrêmes

Focalisation bidimensionnelleFocalisation bidimensionnelle

Les vagues extrêmes au rLes vagues extrêmes au rééelel

Minéralier de 150000 tonnes, Golfe de Gascogne

Les vagues extrêmes au rLes vagues extrêmes au rééel el

Vague sur Queen Elisabeth 2

H = 35 m

Les effets des vagues extrêmesLes effets des vagues extrêmes

Porte-avions américain

Pression100 t/m2

Design5 t/m2

Etude des impacts dans les vagues

Ferry Pont-Aven pendant les essais à la mer

Jauges de pression (φ 3.7mm)Capteurs de force (φ 50mm)Jauges de houle

Instrumentation d’un paquebot

Essais de Manoeuvrabilité

Essai de cercle :

Diamètre nécessaire pour tourner

Manoeuvrabilité (Projet European VIRTUE)

Objectif : base de données pour un navire manoeuvra nt dans les vagues

Manoeuvrabilité : Essais au réel

Angle de gîte en rotation

- Ministère de la Santé, de la Jeunesse et des Sports - Fédération Française des Sociétés d’Aviron- Ecole Centrale de Nantes - Laboratoire de Mécanique des Fluides UMR 6598 du CNRS- Région des Pays de la Loire- Ecole Nationale de Voile et des Sports Nautiques (depuis 2003)

Les partenaires

Programme de recherche aviron

�� ModModéélisation de la tralisation de la traîînnéée hydrodynamiquee hydrodynamique

Essai dEssai dEssai dEssai d’’’’un skiff un skiff un skiff un skiff dans le bassin des dans le bassin des dans le bassin des dans le bassin des carcarcarcarèèèènesnesnesnes

Banc dBanc dBanc dBanc d’’’’essai dynamomessai dynamomessai dynamomessai dynamoméééétrique et trique et trique et trique et motorismotorismotorismotoriséééé pour des essais de bateau pour des essais de bateau pour des essais de bateau pour des essais de bateau en mouvement non stationnaireen mouvement non stationnaireen mouvement non stationnaireen mouvement non stationnaire

Excitation d'un skiff par hexapodeExcitation d'un skiff par hexapodeExcitation d'un skiff par hexapodeExcitation d'un skiff par hexapode

Exemples de réalisations : prototypes

Réseau européen d ’expertise Wavenet

Échelle 1/12MW

Mise à l’eau Nov. 2002Viana do Castelo(Portugal)

AWS DémonstrateurLIMPET, 2000Land Installed Marine Powered Energy Transformer

WavegenIslay, Ecosse 500 kW

Récupération de l’énergie des vagues

Exemples de réalisations : prototypes

Récupération de l’énergie des vagues

PELAMIS, 2006

OBJECTIF: definition, construction et essais à la me r àl’échelle 1 (25 m, 1000 tons)

Projet SEAREV

2002-2007 : Recherche

Breveté en 2004 (France) et 2005 (extension internationale)

Projet soutenu par le C.N.R.S.

2008-2010 : Industrialisation

CoqueCoque

Roue pendulaireRoue pendulaire

VVéérinsrins

hydrauliqueshydrauliques

Accumulateurs HPAccumulateurs HP

Moteur hydrauliqueMoteur hydraulique GGéénnéératriceratrice

CableCableéélectrique et lectrique et ancrageancrage

Accumulateurs BPAccumulateurs BP

Schéma d’ensemble du projet SEAREV

Merci pour votre attention ….

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Documents

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