Essais & Simulations n°126

essais et modélisation

essais et modélisation conséquences sont encore plus fondamentales que les économies colossales réalisées sur les coûts. Pendant plus de 100 ans, les concepteurs de navires ont construit des bateaux sur la base d’une approche évolutive, c’est-à-dire d’une petite amélioration par génération de conception. Ces dernières années, la MFN a révolutionné la technologie en apportant une véritable optimisation pour chaque génération de conception. » Figure 5. Synthèse, par le logiciel HEEDS, des performances propulsives de 150 modèles de conception OpTIMISATION à pLUSIEUrs objectifs L’approche qui ne cible qu’un objectif offre une philosophie efficace pour dégager d’importantes économies de carburant, mais ne tient pas compte du problème mentionné ci-dessus des réserves de capacités moteur nécessaires pour manœuvrer en cas de gros temps. Les moteurs de navires passent la plus grande part de leur vie à tourner à un régime inférieur à leur puissance maximale continue (PMC). Mais si l’hélice et le moteur sont optimisés simultanément, le groupe motopropulseur sélectionné aura la puissance nécessaire pour satisfaire les conditions de conception. Un fonctionnement normal requerra 100 % de la PMC et aucune réserve de puissance ne sera disponible en cas de gros temps. En général, la sagesse veut que soit appliquée une « marge maritime » de 15 % pour couvrir ce genre d’éventualité et l’on pourrait être tenté de n’ajouter cette marge qu’une fois l’optimisation complétée. Mais en réalité, la marge requise est fonction des autres variables de conception, de sorte qu’il est nécessaire d’adopter une approche à plusieurs objectifs. Dans l’idéal, un concepteur dispose de plusieurs conceptions donnant indépendamment la priorité aux objectifs d’économies de carburant et de marge de manœuvre (ce que l’on appelle le front de Pareto). Malheureusement, les simulations de manœuvres de navires autopropulsés demeurent chronophages. Même une seule manœuvre à une seule vitesse et face à une seule condition météo requiert plusieurs jours de calculs informatiques. Pour l’heure actuelle, il n’est pas pratique d’intégrer de mauvaises conditions météo aux optimisations à plusieurs objectifs. Il est par conséquent crucial de comprendre de manière précise la marge de puissance minimale requise dans des conditions difficiles, ainsi que la manière dont ce minimum est affecté par les autres variables optimisées. Pour acquérir ces connaissances, le groupe MFN de l’ABS réalise des simulations de manœuvres dans différentes conditions de navigation et suivant différents paramètres de puissance. Les paramètres correspondant aux mouvements typiques du gouvernail sont appliqués, et les capacités DFBI 1 de STAR- CCM+ sont utilisées pour prédire la trajectoire du navire. Un niveau de puissance donné est considéré comme sûr si le bateau peut tourner et accélérer en vertu des mouvements de gouvernail prescrits. L’objectif est de développer une base de données de marges maritimes acceptables pouvant être appliquées jusqu’à ce que l’approche à plusieurs objectifs devienne plus viable. Figure 6. Simulation de manœuvre d’un superpétrolier : maillage de fond immobile (gauche) ; détails du maillage superposés (droite) 1 Notons qu’en figure 8, le navire dérive sur trois quarts de sa longueur sous le vent avant de commencer à recouvrir la distance au vent. Les petites oscillations à grande vitesse superposées aux courbes sont dues aux mouvements du navire sur chaque vague individuelle. Il est intéressant de voir que bien que le taux de virage (angle de lacet/temps) se stabilise vers le milieu de la simulation, le navire ne parvient à corriger sa dérive sous le vent que vers la fin de la simulation. La puissance maximale utilisée pour ce deuxième exemple peut être considérée comme proche de la puissance minimale requise. 30 IESSAIS & SIMULATIONS • N° 126 • Octobre -Novembre 2016

essais et modélisation Une ALTErNATIve prATIque avec une approche à pLUSIEUrs objectifs Développer cette base de données nécessite d’exécuter un très grand nombre de simulations. Différents types et tailles de navires doivent être testés dans différentes conditions météo. Dans chaque cas, des paramètres de puissance différents doivent être appliqués pour identifier le point où un navire ne peut plus manœuvrer dans les conditions météo prescrites. L’approche est démontrée en utilisant un superpétrolier générique qui essaie de tourner dans une mer de travers avec des lames de 5,5 mètres et un vent latéral de 37 nœuds. La figure 6 illustre le maillage superposé (dit « overset ») sur un large domaine de fond immobile avec un total de 7 millions de cellules hexaédriques trimmés. La simulation démarre avec le bateau à vitesse réduite et le gouvernail droit afin d’obtenir un sillage de Kelvin et un sillage visqueux bien développés. Le navire a la possibilité de se déplacer sur six degrés de liberté, de sorte que les effets de résistance ajoutée et d’efficacité de propulsion perdue sont inclus. Une fois les sillages développés (et les forces de l’hélice stabilisées), le gouvernail est mis sur 20 degrés et la puissance poussée au maximum. Les simulations sont réalisées à différents niveaux de puissance à la fois en conditions de charge et sur ballast. Si la puissance maximale prescrite est acceptable, le navire accélère sous l’influence de ses propres forces propulsives et de son gouvernail. En dessous d’un certain niveau de puissance, le navire ne peut plus surmonter les forces et les mouvements imposés par le vent et la houle et se met à dériver. La figure 7 donne un exemple de puissance suffisante pour un tour complet, tandis que la figure 8 montre la trajectoire d’un bateau avec une puissance maximale inférieure. ● Sahar Fazli, CFD Application Engineer-Technical Marketing, CD-adapco Figure 7. Vitesses à la profondeur de l’arbre lors d’un virage stable Figure 8. Trajectoire normale de manœuvre (gauche) ; Angle d’embardée (droite) ESSAIS & SIMULATIONS • N° 126 • Octobre-Novembre 2016 I 31