Optimisation de la loi de calage d’un propulseur cycloïdal

Abstract

Les propulseurs cycloïdaux sont caractérisés par la rotation de plusieurs pales autour d’un axe vertical, associée à un mouvement de chaque pale autour de son axe propre. L’objet de cet article concerne l’étude des lois de calage d’un propulseur à axe transverse dans le domaine de la propulsion cycloïdale navale. Avec ce type de propulsion, deux modes de cinématiques sont observés : le mode épicycloïdal utilisé pour les basses vitesses d’avance de navire (<1) et le mode trochoïdal pour les hautes vitesses (>1). L’objectif final est de pouvoir établir des lois de calage, pour chacun des deux modes, maximisant l’effort propulsif. Les lois de calage sont d’abord définies cinématiquement par une approche quasi statique en utilisant la base de données SANDIA. Pour un paramètre d’avance particulier (=1,6), la loi de calage est corrigée par un processus itératif afin de prendre en compte la dynamique de l’écoulement au sein de la turbine par un calcul URANS 2D. Les lois de calage sont ensuite approchées par des fonctions paramétrables, afin de permettre leur optimisation par une méthode d’optimisation par processus Gaussiens (EGO). Dans le but de diminuer le temps d’optimisation EGO et de mieux comprendre l’influence des paramètres dans le processus d’optimisation, une périodicité et une non parité sont imposées pour ces fonctions à 2 ou 3 paramètres. Le processus d’optimisation est mis en œuvre sur l’approche quasi statique pour valider la méthode. Des essais futurs dans le bassin du centre Ifremer de Boulogne-sur-Mer avec la plateforme académique SHIVA seront mis en place pour une optimisation expérimentale des lois de calage pour les deux modes de fonctionnement.

Cycloidal propulsors are characterized by the rotation of several blades around a vertical axis, associated with a movement of each blade around its own axis. The purpose of this article is to study the pitch laws of a transverse axis propulsor in the field of cycloidal marine propulsion. With this type of propulsion, two kinematic modes are observed: the epicycloidal mode used for low ship speeds (<1) and the trochoidal mode for high speeds (>1). The final aim is to be able to establish pitch laws, for each of those two modes, maximizing thrust. The pitch laws are first defined kinematically by a quasi-static approach using the SANDIA database. For a particular advance parameter (=1,6), the pitch law is corrected by an iterative process in order to take into account the flow dynamics within the turbine by a 2D URANS calculation. The pitch laws are then modeled by configurable functions, in order to allow their optimization using surrogate-model based optimization methods (EGO). In order to reduce the EGO optimization time and to better understand the influence of parameters in the optimization process, a periodicity and odd parity are imposed for these 2 or 3-parameter functions. The optimization process is implemented on the quasi-static approach to validate the method. Future tests in the facilities of the Ifremer center in Boulogne-sur-Mer with the SHIVA academic platform will be conducted for an experimental optimization of the pitch laws for the two operating modes.