Le programme voile.f (E.S.E.M et Ivan Fédioun)
Le programme voile.f est un programme ligne portante développé
par l'équipe d'Ivan Fédioun à
l'
E.S.E.M . Le développement de ce logiciel
visait au tout début à doter Innovoile d'un programme
permettant de valider le choix d'un double gréement incliné
par rapport à un simple gréement ou à un double
gréement droit. Après plusieurs évolutions, voile.f
intègre maintenant le calcul des efforts non seulement sur le gréement
mais également en prenant en compte l'interaction avec les bras
de liaisons qui sont des surfaces portantes à part entière.
Etant donné qu'il nous était impossible d'utiliser un code
Navier Stokes sur une géométrie tridmensionnelle non symétrique
(dans un but de calcul instationnaire), le choix d'un code ligne portante
s'est naturellement offert à nous. Cependant, ce type de modélisation
entraîne un certain nombre de simplifications :
- On suppose le fluide parfait, c'est-à-dire non visqueux et incompressible.
- On applique la théorie de la ligne portante à chaque obstacle (les deux voiles et les deux bras de liaisons).
- On tient compte de l'effet d'image de chaque obstacle par rapport au niveau de l'eau. Ainsi les calcul s'effectuent sur 8 obstacles et non plus 4.
- Le profil de vitesse est vrillé en 1/7eme (hypothèse
classique en mécanique des fluides), pour tenir compte de la couche
limite qui a une hauteur d'environ 22 mètres.
Variation de vitesse à l'intérieur d'une couche limite
en utilisant deux réprésentations: Profile en 1/7eme et Profil logarithmique
- Pour le calcul des efforts, les caractéristiques des profils
proviennent de données expérimentales, typiquement un profil
du type N23012:
Evolution du Cx en fonction de l'incidence
Evolution du Cz en fonction de l'incidence
Evolution du Cm en fonction de l'incidence
Pour l'instant le profil définitif qui sera utilisé n'est pas connu, mais ce type d'outil sera d'une aide précieuse afin d'estimer les performances du bateau en fonction du choix des profils des voiles et des bras de liaisons. L'utilisation de profils expérimentaux pour le calcul des efforts permet de prendre en compte l'effet de fluide visqueux absent des différentes équations utilisées pour modéliser l'érodynamique du bateau.
Le programme "voile.f" à partir des données géométriques
du bateau permet de calculer les efforts s'exercant sur celui-ci :
- Efforts: Propulsion, Dérive, Portance
- Moments: Roulis, tangage, lacet
Ce code de calcul a permis de vérifier que l'inclinaison du double
gréement incliné permettait de diminuer notablement le moment
de roulis s'excercant sur le bateau:
Evolution du moment de roulis en fonction de l'inclinaison du double gréement.
Evidemment, cette inclinaison a des répercutions sur les autres forces s'exercant sur le bateau:
Evolution de la force de Propulsion en fonction de l'inclinaison du double gréement.
Evolution du moment de tangage en fonction de l'inclinaison du double gréement.
Evolution de la force de dérive en fonction de l'inclinaison du double gréement.
Evolution du moment de lacet en fonction de l'inclinaison du double gréement
Evolution de la force de portance en fonction de l'inclinaison du double gréement.
Dans l'objectif d'intégrer ce "module" au S.D.T (Simulateur Dynamique Tridimensionnel), ce code de calcul est passé récemment à une version instationnaire (en fait pseudo - instationnaire).
L'outil Dim the Duck
Dim the Duck est un outil développé sous Excel permettant de donner à Innovoile un moyen rapide de dimensionnement global du bateau. A la différence de voile.f dont il peut être complémentaire, Dim the Duck prend en compte dans sa modélisation toutes les parties portantes (aérodynamiques, hydrodynamique) mais également les parties passives (fuselage, nacelle). A partir de caractéristiques prédéfinies (direction du vent, largeur du bateau, finesse des bras de liaisons, poids total, finesse des dérives, contribution de parties passives,..), cet outil est capable de dimensionner le bateau en jouant sur plusieurs "variables" (l'inclinaison du gréement, l'envergure, la surface des voiles,..) afin de répondre à un critère global (Minimiser le moment de roulis global, valeur de l'accélération,...). La seule limitation actuelle de cet outil provient de la méconnaissance totale du solveur intégré à Excel permettant la résolution de ce problème à plusieurs variables.
Exemple de dimensionnement réalisé avec Dim the Duck
Cet outil intègre de nombreuses hypothèses simplificatrices:
- Les torseurs des efforts aérodynamiques intègrent des coefficients aérodynamiques proportionnels à l'angle d'incidence.
- Le dérapage des voiles n'est pas pris en compte
- Les interactions entre les différentes parties du bateau ne sont pas prises en compte.
- Le vrillage de vent dû à l'existence d'un couche limite n'est pas modélisé.
Les Algorithmes génétiques
Comme nous l'avons vu avec Dim the Duck et voile.f, le nombre de variables composant le bateau est très important. L'utilisation de méthodes d'optimisation serait donc d'une très grande aide pour le projet. Nous sommes actuellement en discussion avec des spécialistes dans ce domaine afin de doter Innovoile d'outils d'optimisation performants. Nous nous intéressons donc tout particulièrement aux algorithmes génétiques.
Le S.D.T (Simulateur Dynamique Tridimensionnel)
La stabilité du bateau reste un problème très ouvert dont il est difficile de donner une réponse. Afin de pallier ce manque d'informations, la réalisation d'un simulateur est devenue nécessaire afin d'appréhender cet épineux problème. Ce S.D.T a pour ambition de simuler la réponse dynamique du bateau en cours de run. Le programme global découpé en de nombreux modules doit permettre de tester un nombre élévé de configurations. Le programme voile.f par exemple est un module visant à calculer la contribution aérodynamique au comportement global du bateau. Pour l'instant ce simulateur est toujours en cours de développement mais sa réalisation reste un objectif primordial pour la partie modélisation numérique d'Innovoile.