Question/réponse 6 : Possible modélisation de la ventilation

7 septembre 2016

Par Robinson Bassy et Grégoire Archambeaud

schema-ventilation-foil-en-v-f-monsonnec-02-2016

Nous sommes deux étudiants en deuxième année de prépa scientifique (option PC). Nous réalisons un TIPE autour de la problématique suivante : Comment améliorer les performances d’un bateau à foil en limitant le phénomène de ventilation grâce à des fences ?.

Notre démarche scientifique serait la suivante

1) Modéliser informatiquement deux profils de foils, un avec fences et l’autre sans et modéliser leur performances grâce à Héliciel par exemple.

2) Imprimer ces profils par imprimante 3D

3) Les tester en canal hydraulique, pour essayer de mettre en évidence l’apport des fences point de vue ventilation, notamment par rapport à la vitesse d’apparition de la bulle d’air, qui devrait être plus élevée pour le foil avec fences. Il semble difficile d’installer des capteurs de force en canal hydraulique et donc de tracer deux courbes de finesse, donc l’expérience risque d’être simplement basée sur cette vitesse d’apparition. Notre but est de valider (ou pas) la modélisation théorique informatique.

Nous nous inspirons grandement de cette vidéo :

Les problèmes que nous rencontrons sont les suivants

  • Nous n’arrivons pas à savoir si des logiciels tels que Héliciel prennent en compte le phénomène de ventilation, et s’ils peuvent comme nous l’espérons nous fournir à l’avance une vitesse d’apparition du phénomène ou au moins son impact sur la portance. Il faut bien sûr que nous en soyons sûrs avant de demander à nos profs d’acheter le logiciel en question. Qu’en pensez-vous ?
  • Nous n’avons quasiment aucune info sur la faisabilité de nos expériences en canal hydraulique. En effet, nous ne savons pas à quelle vitesse va apparaître le phénomène et donc si le canal que nous comptons utiliser (celui de l’Ecole Centrale de Lyon) pourra atteindre des vitesses suffisantes. Avant de continuer notre projet, il nous faut donc impérativement savoir si dans l’idée notre expérience est « plausible » et réalisable avec un foil « imprimé » peu résistant. Auriez-vous connaissance d’éléments théoriques simples, d’une modélisation nous permettant d’approximer cette vitesse ?
  • Nous n’arrivons pas à déterminer de manière certaine si le phénomène sera plus intéressant à observer sur un foil en V ou un en T, même si nous penchons fortement pour le foil en V, car la surface d’apparition de la bulle serait plus grande. Qu’en pensez-vous ?

D’avance merci pour vos conseils !

« Complément d’info. et nouvelles questions » 15/11/16

Il y a quelques jours nous avons effectué nos premiers tests en canal hydraulique, avec un foil en V, à peu près à 45° (angle diédral) et une vitesse d’écoulement de 1m/s. Nous avons, pour un certain angle d’incidence, observé clairement la création d’une bulle d’air le long du profil (nous pouvions presque glisser notre doigt sans être mouillé jusqu’à une profondeur importante). Pourtant nous n’arrivons pas à savoir si la bulle d’air est de la ventilation ou simplement un effet du décrochage. En effet, elle se crée à un angle d’incidence important et l’eau semble « sauter » au dessus de la paroi au lieu de s’y coller. De plus, les forces exercées par le foil semblent changer brusquement d’orientation à ce moment précis, comme lors du décrochage. Il s’avère donc que nous avons un crucial problème d’interprétation : peut-on parler de « ventilation dûe au décrochage » ? Le décrochage est-il induit et/ou aggravé par la ventilation ou est-ce l’inverse ?

Il semble en effet important de savoir si il faut distinguer ce type de ventilation d’une ventilation naturelle, apparaissant sans décrochage simplement à cause d’une dépression suffisante sur l’extrados. C’est dans tout les cas une piste intéressante pour nous d’étudier le lien entre les deux phénomènes.

Merci pour votre aide

Robinson Bassy et Grégoire Archambeaud

Tests en canal hydraulique - Robinson Bassy et Grégoire Archambeaud 11-2016

Tests en canal hydraulique – Robinson Bassy et Grégoire Archambeaud 11-2016

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Hydroptère et recherche

28 mars 2009

Retrouvé cette petite vidéo réalisée par l’EPFL en 2008 sur les recherches liées à l’Hydroptère :

Les images en tunnel de cavitation sont spectaculaires, et rares. J’aime aussi bien le système de mesure du niveau de l’eau sur le foil (on pouvait vraiment pas faire plus simple ?)

A noter que l’Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne a d’autres partenariat de ce type avec Alinghi et Solar Impulse notamment


Fluent

17 mai 2008

Fluent est le logiciel de mécanique des fluides (CFD) professionnel (=cher…) de référence. Il permet notamment de calculer des écoulement « diphasiques », mêlant eau et vapeur dans le cas de la cavitation, ou eau et air pour la ventilation par exemple.

Le site de Fluent regorge d’informations intéressantes. Par exemple en cherchant « hydrofoil » on trouve:

  • « Cavitating Hydrofoil« , EX206, 2002 : étude de la cavitation autour d’un profil NACA0015 en fonction de l’incidence
  • « Cavitating Flow Over a Hydrofoil« , EX154, 1999 : étude de la cavitation autour d’un profil NACA0066
  • Matevz Dular and Bernd Stoffel, « Horseshoe Cloud Cavitation« , Fluent News, fall 2004
    Cette article étudie une forme de cavitation assez étonnante, le « fer à cheval »qui peut apparaitre sur une section d’un profil testé en tunnel :
  • d’autres articles se rapportant aux hélices de bateaux, ou aux mélangeurs de cuves industrielles brassant des mélanges liquide/gaz/solide entre autres …

Fluent est utilisé par l’EPFL et l’équipe de l’Hydroptère, je l’ai déjà mentionné ici. Pour les pauvres, il y a d’autres logiciels dont je parlerai sur Foilers! bientôt.


Ca cavite quand même pas mal …

5 décembre 2007

Encore un intéressante illustration sur la page d’accueil de l’Hydroptère:

hydropterefoil53.png

La légende dit « Comparatif des écoulements sur les anciens profils à 53 noeuds. le faible écart entre simulation numérique et expérimentation en tunnel de cavitation est riche d’enseignements. »

Traduction : « les anciens profils sont bon à jeter pour franchir 50 noeuds, et l’EPFL a un bon code de CFD pour en calculer de meilleurs ». Allez les gars, faites nous un beau profil supercavitant sur le bas du foil …


Simulateur d’Hydroptère

27 avril 2007

Sébastien Gros et mes anciens confrères du Laboratoire d’Automatique de l’EPFL ont réalisé et rendu public un programme de simulation dynamique de l’Hydroptère.


(cliquer sur l’image pour voir une video)

Basé sur un modèle Matlab de la dynamique, convertie en C++ et intégré avec des librairies permettant la représentation 3D et l’interactivité, le simulateur est disponible en version exécutable pour Mac (encore un coup de Christophe…) et sous forme de code source « cross-platform » avec toutes les librairies nécessaires. Voyons si j’arrive à en faire une version PC un de ces jours …