L’hydrodynamique navale
frontière, dédié à l’évaluation de la performance tridimensionnelle des hydrofoils. Dans le cadre du projet OptiFoil, des essais sur des hydrofoils au bassin de circulation de l’IFREMER à Boulogne-sur-Mer ont également pu être réalisé afin de confronter numérique et expérience et de valider ainsi les modèles physiques développés. Ce logiciel PUFFIn, produit de cette collaboration et du projet OptiFoil, est aujourd’hui distribué à titre gracieux pour tout acteur académique et/ou industriel.
Cette année, un nouveau projet, co-financé par le conseil départemental du Finistère, a été mis en place par les mêmes partenaires académiques, en partenariat avec deux industriels : le projet UNIFoil (2024-2026). L’objectif du projet de recherche UNIFoil, s’inscrit dans la continuité du projet OptiFoil, et plus particulièrement dans la poursuite des développements du logiciel PUFFIn pour la réalisation de cas d’étude, académiques et industriels, d’optimisations en régime instationnaires d’hydrofoils comportant des interactions fluide-structure, et ceci sans dépendance à un logiciel structure commercial.
Couplage fluide/structure d’un hydrofoil avec effets de surface libre (PUFFIn/Abaqus)
Dispositif expérimental mis en œuvre lors des essais réalisés dans la veine de l’IFREMER à Boulogne-sur-Mer
Les propulseurs marins à axe vertical constituent une alternative aux hélices et turbines axiales classiques en offrant des fonctionnalités potentielles supplémentaires en termes de maniabilité des plateformes navales. Cependant, le principe de ce type de propulseur qui repose sur la rotation de plusieurs pales autour d’un axe vertical associée à un mouvement de chaque pale autour de son axe propre en rend le fonctionnement complexe.
Des travaux sur ce sujet ont d’abord été initié depuis une quinzaine d’années par l’Ecole Navale, au travers notamment du développement de la plateforme expérimentale SHIVA (Système Hydrodynamique Intelligent à Variation d’Angle), largement instrumentée et qui permet de générer toutes les formes de cinématiques par le biais de moteurs électriques auxiliaires indépendants assurant le calage instantané de chacune des pales. Ils se poursuivent aujourd’hui dans le cadre d’une collaboration entre l’Ecole navale et l’ENSTA Bretagne, visant d’une part à mieux comprendre et modéliser la complexité de la physique de l’écoulement, tridimensionnel, instationnaire et fortement perturbé rencontré par les pales du propulseur, au travers d’études numériques et expérimentale, et d’autre part à optimiser les lois de calages.
Ce deuxième sujet est en particulier au cœur du projet SHIVA, financé par l’AID depuis 2022. Il s’agit de maximiser l’effort propulsif et le rendement d’un propulseur cycloïdal « tout électrique » par une approche multi-modèles numérique-expérience, utilisant des méthodes d’optimisation originales, telles que l’apprentissage automatique, afin de déterminer les lois de calage optimales, d’améliorer le suivi de ces lois, et également de les adapter en temps réel. Les premiers travaux ont permis la réalisation d'optimisations par méta-modèles multi-objectifs (maximisation de l'effort propulsif et minimisation de l'effort transverse du propulseur) pour différents points de fonctionnement du propulseur à axe vertical et différentes lois de calage des pales. Ces optimisations ont été réalisées à l'aide de simulation numériques (CFD) et de mesures expérimentales (2 semaines d'essais au bassin d’Ifremer à Boulogne-sur-Mer en décembre 2023). Les cas de lois trochoïdales et épicycloïdales (avec retournement des pales) ont été traités pour deux points de fonctionnement.
Simulation CFD instationnaire du propulseur SHIVA pour une loi de calage cycloïdale
Optimisations multi-objectifs (fronts de Pareto poussée/rendement) résolus à l’aide
de modèles de substitution à multiple fidélité numériques et expériences