L'hydrodynamique navale étudie la résistance à l'avancement des navires. Cette résistance est composée de forces provenant de plusieurs phénomènes que l'on distingues dans l'étude mais dont les interactions sont intimement mêlées.

Les résultats des calculs ou des mesures sont le plus souvent donnés sous forme de coefficients hydrodynamique Ch, mettant en rapport la résistance hydrodynamique Rh, et le poids du volume d'eau déplacé(Ch=Rh/Déplacement)

*le déplacement d'un navire est le poids d'eau qu'il déplace, donc son volume immergé X masse volumique de l'eau.

Nous supposerons que l'environement est calme(ni houle ni courant ni vent) et nous limiterons notre discussion en négligeant la resistance de superstructure (environ 3% de Rh)à la résistance à la marche coque nue en la  décomposant en deux parties : resistance visqueuse et résistance à la vague.(voir Froude)

 

1. la résistance visqueuse(Rv), dont le cœfficient de résistance visqueuse(Cv) est lié au nombre de Reynolds(Re) et à la rugosité(K) relative à la longueur de la coque(L)

   • Rv= Cv . (Re . K/L)

   Si l'objet évolue pres de la surface,  la résistance visqueuse ou traînée sera accompagnée d'une resistance due à la formation de vagues en surface:

    

2. la resistance de vagues(Rw), dont le coefficient de résistance à la vague(Cw) est lié au nombre de Froude(Fr)

   on distingues différentes formes et causes de vagues(resistance de vagues en savoir plus)

   • Rw= Cw.(Fr)

   • Cw =Rw/(1/2)r.s.v²(r masse volumique de l'eau, S surface mouillée, V vitesse.

    

Au total le coefficient de résistance hydrodynamique(Ch=Rh/Déplacement) pour une coque nue évoluant pres de la surface est donc défini comme:

• Rv= Cv . (Re . K/L)

• Rw= Cw.(Fr)

• Ch=  Cw.(Fr) + Cv.(Re.K/L)

Différents types d'approches permettent d'évaluer le Coefficient hydrodynamique (Ch):

• Méthode d'éssais de modéles réduits en bassins de carènes:

Malgré les avancées dans le domaine de la modélisation informatique, les essais de modéles sont encore incontournables. Les effets de frottements mesurés expérimentalement en bassins de carènes sont eux-mêmes soumis à des problémes de changement d'échelle résolus grace aux lois de similitudes. (voir Froude)

essais de modèle réduit en bassin de carenes

• Méthode  des séries :Une autre technique d'évaluation des comportements hydrodynamique consiste à comparer des données mesurées sur des séries de formes types et extrapoler les conséquences des changement de formes. La résistance hydrodynamique spécifique(Rh/Déplacement*)est donnée en fonction du nombre de Froude dans des séries:

La série de tailleur  est encore aujourd'hui tenue pour la recherche la plus complète dans les effets sur la puissance efficace.

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• En hydrodynamique navale, pour évaluer la resistance visqueuse indépendament de la résistance de surface, on utilise parfois une méthode (la méthode des doubles modèles).Elle consiste à remorquer en immersion profonde une forme, composée du modèle de carène d'un navire et de son symétrique à la ligne de flottaison. La traînée mesurée est ensuite divisée par deux .Cette expérimentation en mer étant coûteuse et complexe, on la réalise en soufflerie. Les profils dont la traînée(Cx) est déjà paramétrée dans Mecaflux servent donc à évaluer la résistance hydrodynamique visqueuse.

Cette résistance visqueuse est composée de la résistance de frottement et de la résistance de forme. La résistance de frottement peut être calculée avec l'étude détaillée plaque plane dans Mecaflux(onglet trainée-portance/profils avec traînée) si vous désirez évaluer séparément les deux résistances. Ceci est conseillé pour les coques de grandes dimensions ou la résistance visqueuse est principalement composée de résistance de frottement.

• la résistance de vagues(Rw),dont le coefficient de résistance à la vague(Cw) est lie au nombre de Froude(Fr)

  • Rw= Cw.(Fr)

  • Cw =Rw/(1/2)r.s.v²(r masse volumique de l'eau, S surface mouillée, V vitesse.

Un corps qui se déplace sur la surface calme de l'eau produit un système de vague. Ce système est produit par le champ de pression autour du corps et l'énergie des vagues est donnée par le corps. Ce transfert d'énergie à partir du corps au système environnant produit notre résistance de vague. (En bref le bateau fait des jolies vagues pour le ski nautique mais ça lui coute de l'énergie et c'est pour ça que c'est cher le ski nautique...)

Il y a deux types de systèmes de vagues produits par la coque:

•  un système de vagues divergentes inclinées par rapport à l'axe du bateau

•  un système de vagues transversal perpendiculaire à l'axe du bateau.

Ce système de vagues, divergent et transversal, est produit par la poupe(arrière du navire) et l'étrave (avant du navire). L'interférence entre ces systèmes de vagues génère des creux et des crêtes le long des proies de la coque.

En simplifiant ,on peut dire que la résistance à la vague est générée par la différence entre la pression sur l'étrave et la dépression sur la poupe,si la surface de proue générant une dépression diminue du fait du creux de la vague, la résistance à la vague diminue d'autant... Dans cette courbe de résistance de vague en fonction de la vitesse et de la longueur de la coque(voir nombre de Froude) on constate que la résistance de vague évolue en mettant en évidence la crête ou le creux à la poupe.

Graphiques d'évolution du cœfficient Cw de résistance de vague, en fonction du rapport vitesse/longueur

• Au total le coefficient de résistance hydrodynamique(Ch) est défini comme:

  Ch=  Cw.(Fr) + Cv.(Re.K/L)

(Ch=Rh/Déplacement)