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
Recherche en hydrodynamique
Recherche en hydrodynamique
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
Recherche en hydrodynamique
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
Les grands bassins de tractionLes grands bassins de traction
Recherche en hydrodynamique
620 m x 30 m Bassin :540x15x7, 12m/s
BEC, Val de Reuil, France
Autres Bassins de tractionAutres Bassins de traction
Recherche en hydrodynamique
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.
Recherche en hydrodynamique
frottement vagues sillage visqueux
RRéésistance du navire rsistance du navire rééelel
Principe des essais en bassinPrincipe des essais en bassin
Recherche en hydrodynamique
Suivant l’hypothèse de Froude :(validée uniquement par l’expérience)
+
== )()(
5.002 νρ
ULC
gL
UC
SU
RC FW
TT
coefficient coefficient dede résistance résiduaire de frottement superficiel
νρUL
SU
RC F
F =−
== Re,)2Re(log
075.0
5.0 210
20
0
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
mm
Wm
rr
WrWrFmTmWm
FmWmTm
CCC
VS
F
VS
FCCCC
CCC
+=
===
+=
)
2
1
2
1(-
22 ρρ
mesuré calculé avec Rem (ITTC 57)
Similitude de Froude
calculé avec Rer (ITTC 57)
2rrTr VS
21
R ρ=
Résistance à l’avancement au réel
Essais sur modEssais sur modèèles rles rééduitsduits
Recherche en hydrodynamique
Echelle > 1/20 pour même type d’écoulement maquette et réel
RT=RW (vagues)+RV (résistance visqueuse)
RV
RW
Vitesse (m/s) ou Froude
Res
ista
nce
(N)
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
Recherche en hydrodynamique
RRéésistance du navire rsistance du navire rééelel
Recherche en hydrodynamique
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
RRéésistance du navire rsistance du navire rééelel
Recherche en hydrodynamique
Essai dEssai d’’un voilier ACCun voilier ACC
Recherche en hydrodynamique
Essai de voilier 60 piedsEssai de voilier 60 pieds
20 nœuds, 1°assiette, 2°dérive
Recherche en hydrodynamique
Essai dEssai d’’un voilier ACC sur houleun voilier ACC sur houle
Les Bassins de houleLes Bassins de houle
Recherche en hydrodynamique
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
Recherche en hydrodynamique
Rayon=amplitude=a
La houle en eau profondeLa houle en eau profonde
Recherche en hydrodynamique
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
Recherche en hydrodynamique
LL’’amortisseur de houleamortisseur de houle
Recherche en hydrodynamique
Propagation de la houle en bassinPropagation de la houle en bassin
Recherche en hydrodynamique
Houle dHoule dééferlanteferlante
Recherche en hydrodynamique
Amortissement de la houleAmortissement de la houle
Recherche en hydrodynamique
Houle obliqueHoule oblique
Recherche en hydrodynamique
Houle gaufrHoule gaufrééee
Recherche en hydrodynamique
Focalisation de la houleFocalisation de la houle
Recherche en hydrodynamique
Vagues extrêmesVagues extrêmes
Recherche en hydrodynamique
Focalisation bidimensionnelleFocalisation bidimensionnelle
Recherche en hydrodynamique
Recherche en hydrodynamique
Les vagues extrêmes au rLes vagues extrêmes au rééelel
Minéralier de 150000 tonnes, Golfe de Gascogne
Recherche en hydrodynamique
Les vagues extrêmes au rLes vagues extrêmes au rééel el
Vague sur Queen Elisabeth 2
H = 35 m
Recherche en hydrodynamique
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
Recherche en hydrodynamique
Jauges de pression (φ 3.7mm)Capteurs de force (φ 50mm)Jauges de houle
Instrumentation d’un paquebot
Etude des impacts dans les vagues
Recherche en hydrodynamique
Etude des impacts dans les vagues
Recherche en hydrodynamique
Essais de Manoeuvrabilité
Recherche en hydrodynamique
Essai de cercle :
Diamètre nécessaire pour tourner
Manoeuvrabilité (Projet European VIRTUE)
Objectif : base de données pour un navire manoeuvra nt dans les vagues
Recherche en hydrodynamique
Manoeuvrabilité : Essais au réel
Recherche en hydrodynamique
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
Recherche en hydrodynamique
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
Recherche en hydrodynamique
Programme de recherche aviron
Excitation d'un skiff par hexapodeExcitation d'un skiff par hexapodeExcitation d'un skiff par hexapodeExcitation d'un skiff par hexapode
Programme de recherche aviron
Recherche en hydrodynamique
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
Recherche en hydrodynamique
Récupération de l’énergie des vagues
Exemples de réalisations : prototypes
Recherche en hydrodynamique
Récupération de l’énergie des vagues
PELAMIS, 2006
OBJECTIF: definition, construction et essais à la me r àl’échelle 1 (25 m, 1000 tons)
Recherche en hydrodynamique
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
Recherche en hydrodynamique
Schéma d’ensemble du projet SEAREV
Merci pour votre attention ….