Dans le cadre de son programme continu d'étude des outils de dynamique des fluides computationnelle (CFD) et de la contribution qu'ils peuvent apporter à l'accélération du processus de conception tout en réduisant les coûts, Damen a entrepris un projet intitulé « Gone with the Wind » (GWTW) (« Autant en emporte le vent »). Il s'agit particulièrement d'étudier les forces aérodynamiques qui agissent sur les navires au-dessus de la ligne de flottaison, en tant qu'analyse distincte des études CFD qui se concentrent, elles, sur les interactions se produisant sous la ligne de flottaison.
À la recherche de nouveaux outils pour évaluer la stabilité transversale
La question abordée ici est de répondre aux exigences du règlement 749.18 de l'OMI, qui traite des critères relatifs au vent violent et au roulis qui en résulte. Son objectif est de s'assurer que les navires ont une stabilité transversale suffisante pour résister à un roulis excessif sous des vents de travers violents. Par contrainte, la réglementation habituellement proposée par les sociétés de classification fait preuve de prudence car elle couvre toute la gamme des conceptions de navires, de sorte qu'il est difficile pour les navires longs et fins de satisfaire aux exigences empiriques de la réglementation. Cela ne peut être réalisé que grâce à des essais coûteux et longs, ce qui a un impact direct sur le temps nécessaire et le coût de la certification pour les navires tels que les monocoques de relève d'équipage rapide Damen (FCS) de Damen et leurs variantes.
Développer une nouvelle méthodologie
Traditionnellement, pour convaincre les sociétés de classification que les navires de ce type sont conformes aux exigences de la norme 749.18, il a fallu recueillir des données d'évaluations physiques à l'aide de maquettes dans des bassin d'essais des carènes et des souffleries. Cependant, la CFD a le potentiel de remplacer cela en associant les mathématiques appliquées, la physique et les logiciels de calcul pour visualiser dans un environnement 3D simulé comment les navires se comporteront dans un large éventail de conditions de vent et de vagues. L'objectif du projet GWTW est de développer une méthodologie CFD pour remplacer les évaluations physiques des navires comme la gamme FCS et de démontrer que l'outil est capable d'apporter la preuve de la conformité à la satisfaction des sociétés de classification. En outre, pour Damen et ses clients, un résultat positif doit générer des économies de temps et de coûts, de sorte que la méthodologie doit également minimiser les coûts de calcul et les délais d'exécution.
Le physique vs. le virtuel
GWTW est composé de deux éléments principaux. Damen développe la méthodologie CFD en partenariat avec le fournisseur de codes CFD, Numeca International, tout en réalisant les tests physiques nécessaires pour valider et vérifier les calculs CFD. Les tests relatifs à la partie aérodynamique de l'étude ont eu lieu à l'Université de Southampton au Royaume-Uni en utilisant un modèle à l'échelle 1:18 du FCS 3307 de Damen. Le modèle a été analysé dans une soufflerie sous divers angles de cap et de gîte, ainsi qu'avec et sans conteneurs à l'échelle sur le pont arrière. Entretemps, aux Pays-Bas, le logiciel de calcul a été configuré pour reproduire la structure interne et les conditions dans la soufflerie de Southampton avec une grande précision. Des simulations utilisant le FCS 3307 ont ensuite été effectuées en utilisant deux modèles mathématiques CFD distincts ; URANS et DES (cliquez ici pour plus d'informations - voir page 3) afin de déterminer leur efficacité et de les comparer aux résultats du programme d'essais en soufflerie.
Les résultats à l'heure actuelle
En résumé, le modèle CFD reproduisait l'essai en soufflerie à un haut degré de précision sous une variété de conditions simulées et l'on a obtenu une bonne corrélation des forces et des moments sous divers angles de cap et de gîte. Le travail se poursuit pour adapter cette méthodologie à la prévision à grande échelle, tout en prévoyant quelques changements mineurs.
Des travaux parallèles sont en cours également pour valider la CFD de la partie hydrodynamique de l'étude, ce qui complètera la démonstration de la stabilité transversale de ce type de navires, nécessaire pour résister au roulis excessif sous des vents de travers violents et répondre ainsi positivement aux exigences de la réglementation.
L'objectif final du projet sera de soumettre aux sociétés de classification la procédure d'évaluation entièrement virtualisée afin qu'elle puisse être acceptée à des fins de conformité.
Pour visualiser l'article scientifique publié qui détaille la méthodologie et les résultats, cliquez ici.
