Ship Hydrostatiques

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Description

Trace l'hydrostatique du bateau.

Exemple de courbes hydrostatiques

Le calcul hydrostatique est une étape critique de la conception d'un bateau, il permet de comprendre les principaux paramètres de stabilité sous-jacents de la coque.

Il s'agit en effet de données obligatoires pour que le bateau soit certifié par les sociétés de classification. Combinées aux informations sur les conditions de charge, elles fournissent les informations les plus fondamentales sur la stabilité du bateau.

L'atelier Ship trace l'hydrostatique en 3 groupes principaux. Dans tous ces groupes, la courbe Δ(T) (rapport entre le déplacement et le tirant d'eau) est représentée. Bien que de nombreuses autres hydrostatiques puissent être envisagées, elles peuvent être dérivées de celles déjà fournies, qui sont documentées ci-dessous.

Hydrostatique basée sur le volume

Il y a 3 hydrostatiques (malgré Δ(T)) inclus dans cette catégorie :

Surface mouillée (WSA).
Moment d'inclinaison du bateau de 1 cm (MCT).
Position longitudinale du centre de bouyance (XCB).

En tant que quantité de surface en contact avec l'eau, la WSA est fortement liée à la dynamique du bateau, y compris la résistance du bateau et la tenue à la mer. De plus, la WSA fait partie du facteur de renormalisation de nombreux coefficients non dimensionnels du bateau, comme le coefficient de traînée :

c_{\mathrm {d} }={\dfrac {F_{\mathrm {d} }}{{\dfrac {1}{2}}\rho u^{2}S}},

avec $F_{\mathrm {d} }$ la force de traînée, $\rho$ la densité de l'eau, $u$ la vitesse du bateau et $S$ le WSA.

Le MCT joue un rôle majeur dans la planification des conditions de charge, car il donne des informations sur l'effet du déplacement de toute charge le long du bateau. Le MCT réel est calculé en fonction de la distance transversale entre le centre de gravité et le métacentre, GML, ce qui nécessite évidemment la position du centre de gravité. Toutefois, comme il s'agit d'une pratique courante en architecture navale, la distance entre ce métacentre et le centre de flottabilité, BML, est considérée comme similaire à cette GML ( $GML/BML\simeq 1$ ). Veuillez noter que cela n'est valable que pour la direction longitudinale ( $GMT/BMT\neq 1$ ).

Parfois, le BML est préféré au MCT. Si c'est votre cas, il vous suffit de faire une demande.

BML={\dfrac {100\,\,L\,\,MCT}{\Delta }},

avec $L$ la longueur en mètres et $\Delta$ le déplacement.

Le XCB indique de toute évidence l'angle d'inclinaison qui devrait permettre au bateau d'avancer en fonction de la répartition du poids.

Hydrostatique de la stabilité

Ces hydrostatiques sont davantage liées à la stabilité transversale du bateau. Les hydrostatiques suivantes sont fournies par l'atelier des bateaux :

Surface de flottaison/aire de flottaison (WP).
Distance entre la quille et le centre de bouée (KB).
Distance entre le centre de bouée et le métacentre (BMT)

La surface de flottaison est largement liée à ce que l'on appelle la rigidité hydrostatique, ou en d'autres termes la résistance présentée par le bateau à toute perturbation.

D'autre part, le KB et le BMT sont des paramètres critiques pour déterminer la stabilité transversale du bateau pour les petits angles. En effet, lorsque le centre de gravité est défini (cela peut être fait avec les outils Définition du poids, Création du réservoir et Définition des conditions de charge), le principal paramètre de stabilité pour les petits angles peut être facilement calculé,

GMT=KB+BMT-KG.

Ce paramètre doit en effet avoir une valeur minimale qui dépend du type et de la taille du bateau, et sera donc interrogé par les sociétés de classification.

Coefficients

Certains coefficients sont généralement pris en compte dès les premières étapes de la conception d'un bateau pour évaluer la qualité de la surface du bateau, ou en d'autres termes, son comportement hydrodynamique.

Coefficient de blocage (Cb).
Coefficient de flottement (Cf).
Coefficient de trame principale (Cm).

Cb is the ration between the volume within the submerged part of the ship and the volume of its bound box, i.e. the smallest box which might hold the ship inside. Cm and Cf are its 2D counterpart, becoming the Cm ratio between the area of the main ship frame and its bounding box, and Cf the ratio between the waterplane area and its bounding box.

While large Cb values will inexorably result in inefficient ships, with more moderate Cb values it is required to combine the information with Cm and Cf. Larger Cf values indicates a large footprint in the water surface, which usually indicates a large ship resistance due to waves generation. On the contrary, the larger Cm is the larger volume of the ship body is concentrated on the center part, and thus thin shapes can be expected at the bow and stern, which is usually good for hydrodynamic purposes.

Usage

In order to compute the transversal areas curve, select a Ship instance (see Ships creation), and invoke Ship design → Hydrostatics.

The task panel is shown. You must select the trim angle as well as the range of drafts to be considered. You can also select the number of samples to be taken between the minimum and maximum draft. The larger the number of samples the longer will take the computation.

Press the Accept button when you are ready, so the Ship module will start the computation. During the computation FreeCAD will become almost irresponsive. It is however plotting the information in runtime, as well as a progress bar of the process. You can switch to a different plot tab, or stop the computation pressing the Cancel button. Just please be patient since those actions will be executed just after the next draft sample computation is finished.