Hydrodynamique

Hydrodynamique, généralités

Lorsqu'un objet est plongé dans un courant de fluide, il se produit des phénomènes de frottements et de turbulences.

• lorsque le fluide est de l'air ,l'étude de ces phénomènes est l'aérodynamique.
• lorsque le fluide est de l'eau ,l'étude de ces phénomènes est l'Hydrodynamique.

L'hydrodynamique est un vaste sujet qui comporte certaines spécialités, comme l'hydrodynamique des coques planantes voir: HYDRODYNAMIQUE DU SURF, nous evoquerons ici les généralités.

L'étude de la résistance hydrodynamique (Rh) ne possède pas actuellement de théorie globale qui permettrait d'appliquer une équation répondant aux différents cas avec exactitude. On décompose donc les phénomènes suivant certains paramètres:

• Si l'objet évolue complètement immergé son coefficient hydrodynamique sera étudie en cumulant sa résistance de frottement à sa résistance de forme. Le cumul de ces deux résistances est nommé la résistance visqueuse ou traînée. la résistance visqueuse( Rv (Newtons)) ou traînée, dont le cœfficient de résistance visqueuse (Cv ou Cx si la trainée à été mesurée en soufflerie) est liée au nombre de Reynolds(Re) et à la rugosité(K) relative à la longueur de la coque(L)
  • Rv= Cv . (Re . K/L)
  • trainée= Cx .r.s.(v²/2) le Cx étant donné pour des nombres de Reynolds l'extrapolation pour l'hydrodynamique est possible.

Au total le coefficient de résistance hydrodynamique(Ch=Rh/Déplacement) pour un objet évoluant en eau profonde sans effet de surface est défini comme:

• Ch = Rv= Cv.(Re.K/L)

• Si l'objet évolue prés de la surface la résistance visqueuse ou traînée sera accompagnée d'une résistance due à la formation de vagues en surface, 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.

Au total le coefficient de résistance hydrodynamique( Ch = Rh / Déplacement ) pour un objet évoluant prés de la surface est défini comme:

Ch= Cw.(Fr) + Cv.(Re . K/L)

• Si cet objet est profilé pour "voler" dans l'eau on pourra se rapprocher d'une étude de trainée et portance aérodynamique classique. Les Cx et Cz étant donnés pour des nombres de Reynolds l'extrapolation pour l'hydrodynamique est possible.

• Si cet objet est du type aéroglisseur (voir Helices) les forces de résistances hydrodynamiques seront considérablement diminuées et on s'intéressera plutôt à quantifier l'énergie dépensée pour créer une surpression d'air.

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

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

essais de modèle réduit en bassin de carènes

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 série Taylor	la série de NPL
la série de Nordstrom	les 63 séries
la série de SSPA	les 64 séries

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