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8. Données

Un ensemble d'outil donnent des informations sur le navire

1. La Grille

Elle est modifiable grâce au menu Données / Espacement de la Grille. L’utilisateur peut modifier manuellement la grille en entrant des valeurs numériques ou bien utiliser des fonctions de génération automatique.

Des fonctions de calcul automatique de l'emplacement des coupes sont disponibles. Elles ne prennent en compte que les surfaces dont le paramètre A calculer est coché dans la fenêtre Propriétés des surfaces.
Les fonctions de génération automatique sont :

• Standard : on répartie les coupes transversales sur la longueur à la flottaison et sur la hauteur ou largeur pour les autres coupes.
• Espacement donnée : on applique autant de coupes voulues à partir de la base et espacées de la valeur d'Espacement.
• Distance donnée : on espace le nombre de coupes donnée dans l'intervalle [ Base ; Fin ].

Pour les Diagonales, on définit la hauteur du point d'application et l'angle avec la verticale.

Exemple :

 

Note : les fonctions de génération automatique ne prennent en compte que les surfaces dont la propriété « A calculer » est active.

2. Taille

On trouve sur l'écran suivant un récapitulatif des dimensions du navire. Ces dimentions sont exprimées en mètre suivant les axes X, Y et Z (Largeur, Longueur et Hauteur).

Les dimensions exprimées sont celles des surfaces sélectionnées dans la liste de sélection à gauche de la fenêtre.

3. Tableau de cotes

Un tableau de cotes liste les cotes du navire. Ces cotes sont prises à l'intersection des couples avec les lignes d'eau ou avec les coupes longitudinales.

Les couples, lignes d'eau et longitudinales sont définies grâce à la grille (menu Données/Espacement grille).

Le bouton Calculer permet de mettre à jour le tableau de cotes.Le bouton Enregistrement permet d'enregistrer le tableau dans un fichire texte avec séparateurs.

Le bouton Imprimer imprime le tableau.

4. Ajout de ballasts ou charges ponctuelles

Les ballasts sont des masses qui sont placées dans ou autour du navire. Ils servent à compléter le devis de poids par des masses connues non dessinées par des surfaces, par exemple l'équipement du navire.

Ces ballasts sont positionnés en sélectionnant le menu Données / Ajout de ballast puis en cliquant sur l'écran à l'endoit où l'on veut positionner le ballaste. La fenêtre de dialogue suivante apparaît pour saisir des informations complémentaires : Masse du ballast, nom (optionnel), coordonnées et surface d'attachement (optionnel).

La surface d'attachement est utilisée pour déplacer le ballast en même temps qu'une surface quand son point de base du plan de symétrie est déplacé (manuel ou transformation géométrique).

Il est possible de modifier, de supprimer ou d'ajouter des ballasts dans le tableau du devis de poids.

Le maintien de la touche <Majuscule> au moment de la validation permet d'ajouter un nouveau ballast sans avoir à sélectionner le menu Données / Ajout de ballast.

5. Devis de poids

Ce tableau récapitule l'ensemble des poids des surfaces et des ballasts.

Le tableau du haut récapitule la masse des surfaces. La masse des surfaces est définie pour chaque surface grâce au menu Surface/Propriétés.
La masse d'une surface est basée sur le calcul des facettes qui composent la surface paramétrique. L'aire de ces facette varie avec la précision sélectionnée, le devis de poids peut donc être impacté par une précision trop faible.
Pensez à faire vos calculs en utilisant une précision suffisante.

Le tableau du milieu récapitule le poids des ballasts. Le poids des ballasts est défini grâce au menu Données / Ajout de ballast ou est directement modifiable dans ce tableau.
Toutes les caractéristiques des ballasts (nom, valeur, coordonnées, surface de rattachement) sont modifiables. Préciser une surface de rattachement permet de déplacer le ballast en même temps que la surface si la position du point de base de la surface est modifiée.
Il est possible d'insérer, d'ajouter en fin de liste ou de supprimer des ballasts.
L'import de fichier "devis de poids" externe est possible. Le format du fichier à utiliser est le format CSV avec ; comme séparateur de valeurs. Ce type de fichier peut être produit par tous les tableurs du marché. Chaque ligne du fichier décrit un ballast comme suit:
Nom_du_ballast;Valeur_Charge;Largeur_X;Longueur_Y;Hauteur_Z;
L'export des ballasts ainsi défini est également possible.

Le tableau du bas (une seule ligne) présente le poids total (centre d'inertie ou barycentre). Sa valeur est la somme des valeurs des poids des surfaces et des ballasts.

9. Calculs

L'architecte naval a besoin de critères pour évaluer et corriger son dessin. Le module de calculs de Naval Designer se propose de fournir ces outils : calculs hydrostatiques, hydrodynamique et stabilité du navire.

Voici quelques éléments à comprendre avant de faire des calculs hydrostatiques ou de stabilité avec Naval Designer.

• Les calculs hydrostatiques ou les calculs de stabilité se basent sur des calculs de volume immergé. Un volume au sens hydrostatique est une réserve de flottabilité positive qui induit une poussée d'Archimède vers le haut d'intensité égale au poids du volume d'eau déplacé.
  Dans ND on ne modélise que des surfaces. ND calcule donc des volumes basés sur les facettes immergées des surfaces (la partie plongée dans l'eau du volume calculé).
  

• Formation de volumes à partir de surfaces

  Une coque non pontée flotte (un volume de flottabilité existe bien) mais à la gite l'eau envahit le bateau quand la surface de l'eau atteint le livet : le volume n'est pas fermé et devient nul dès que le cas devient défavorable.
  Comme dans le monde réel, dans Naval Designer une surface ne définit généralement pas un volume fermé. La définition d'un volume fermé n'est pas du tout obligatoire - il suffit que la partie immergée de la surface enveloppe un volume sans "trou" - mais la non fermeture des volumes peut avoir des impacts dans les calculs, notamment de stabilité où toutes sortes de configurations sont prises par le navire à la gite .

• Cas standard, les surfaces ne sont jamais fermées.
  Soit la surface est symétrique et le paramètre Joindre les symétriques (dans la fenêtre Propriétés des surfaces) n'est pas coché, soit la surface n' est pas symétrique.



Il faudra plusieurs surfaces pour définir un volume fermé.


• Cas des surfaces fermées par dessin (cas d'un bulbe de quille). La surface est déjà fermée, elle définit naturellement un volume fermé.



• Fermeture automatique du volume.
  Dans le cas des surfaces symétriques si le paramètre Joindre les symétriques (fenêtre Propriétés des surfaces) est coché.
  Les deux parties symétriques sont reliées automatiquement entre elles (chaque point des arêtes de la surface rejoint son symétrique) pour que la surface définissent un volume fermé. Cela permet une simplification en évitant de dessiner des surfaces pour fermer le volume.



• Orientation des surfaces
  Les surfaces dans Naval Designer sont "orientées", c'est à dire que l'interieur et l'exterieur de la surface sont définis. Le menu Affichage > Orientation des surfaces permet de visualiser une flèche qui pointe vers l'exterieur de la surface. Il suffit de cliquer sur l'extrémité de la flèche pour inverser l'orientation de la surface.

  

  La boite de dialogue Propriétés des surfaces (menu Surfaces>Propriétés) permet également de définir l'orientation de la surface avec les paramètres Orientation Directe et Orientation indirecte.
  L'orientation de la surface a un impact important : mal orientée une surface peut avoir un volume négatif. Il faudra orienter la surface de manière à ce que la flèche qui désigne l'exterieur de la surface pointe vers le bas.

La possibilité de gérer des volumes négatifs est tout de même intéressante.
Un volume négatif au sens hydrostatique est une "réserve de coulage" (l'opposé d'une réserve de flottabilité).
Il permet de modéliser un creux dans un volume plein. De la même manière qu'une réserve de flottabilité est toujours flottante quand elle est immergée dans l'eau, le volume négatif est considéré rempli d'eau dès qu'il est immergé. Cela permet de modéliser un cockpit ouvert qui est un volume en creux à l'interieur du volume d'une coque.
Il suffit pour cela d'orienter la surface de manière à ce que la flèche qui désigne l'exterieur de la surface pointe vers le haut.

• Naval Designer ne sait pas interpréter les intersections de surfaces.
  Cela signifie que deux surfaces qui définissent deux volumes qui sont intersectés ou inclus l'un dans l'autre sont traitées indépendament. Le volume qui est commun aux deux surfaces est donc compté deux fois.
  Par exemple, si l'on duplique une coque (sans rien faire d'autre, on a donc deux surfaces confondues) et que l'on calcule le volume immergé, on obtiendra le double du volume immergé de la coque.

Il faut impérativement créer des surfaces qui ne sont pas intersectées (dont les volumes induits ne sont pas intersectés). Par exemple il faut soigner la jointure coque-pont pour laquelle il ne doit pas y avoir de recouvrement.

Les exemples suivants présentent des cas corrects ou non. Les vecteurs (traits partant des surfaces) sont tournés vers la face exterieure des surfaces.

Les deux exemples suivants sont des exemples corrects :

Plusieurs surfaces définissent un volume fermé.	Plusieurs surfaces définissent plusieurs volumes fermés. Les deux volumes se touchent mais l'orientation opposée des facette le long de la jointure annule les effets des deux surfaces dans cette zone.

Les deux exemples suivant sont incorrects :

L'un des volume n'est pas fermé. Cela n'est pas gènant tant que la face supérieure de la partie centrale ne rentre pas en contact avec l'eau. Les deux volumes se touchent mais l'orientation des facette le long de la jointure est du même côté. Le volume est compté deux fois (dès que les surfaces ne sont plus verticales).	Le volume central en bleu n'est pas fermé sur les côté. La face de la surface jaune en contact avec ce volume interviendra dans les calculs alors que ce ne devrait pas être le cas (puisqu'elle est à l'interieur du navire).

Voici deux cas courants avec un paramétrage correct :

Navire avec quille La quille doit impérativement limiter un volume fermé. Si ce n'est pas le cas le volume de la quille sera nul à l'état stable et non nul mais incorrect à la gite. Une fois le volume fermé (automatiquement avec la propriété Joindre les symétriques), la portion de surface qui fait la jointure entre la coque et la quille n'a aucun effet dans les calculs puisque les forces s'opposent (figure ci-contre) et le fond de la quille, ou ici le bulbe, permet le calcul d'une force de pression vers le haut. La somme des forces donnera donc un résultat correct.

Navire à bouchains vifs Deux possibilités existent à condition que les bouchains soient bien ajustés bord à bord : - chaque bouchain est fermé automatiquement (figure ci-contre) ; - ou aucun ne l'est mais le volume global est fermé par une surface en haut.

• Naval Designer ne sait pas gérer des réserves de flottabilité utilisables après envahissement à un angle de gite donné.
  Il est intéressant dans le cas d'un bateau à pont ouvert de savoir ce qu'il va se passer si la gite du bateau atteint l'angle de gite d'envahissement. Si le bateau dispose de réserves de flottabilité, il a une chance de flotter, sinon il coule. Si le bateau a des réserves suffisantes il peut être considéré dans certaines conditions (répartition des volumes, manoeuvrabilité) comme étant insubmersible.
  Malheureusement ND ne sait pas gérer automatiquement ces calculs car il ne modifie pas dynamiquement les propriétés des surfaces en fonction de la gite.

• Calcul d'insubmersibilité
  Malgré ce qui vient d'être signalé on peut tout de même définir des volumes représentant les réserves de flottabilité, indiquer que la coque ne doit pas être prise en compte dans les calculs (propriété "A calculer" de la surface) ce qui revient à dire qu'elle est pleine d'eau, et lancer les calculs du cas "coque endommagée". Pour revenir au cas normal, il faut desactiver les réserves de flottabilité et réactiver la coque.
  On recomposer la courbe de stabilité réelle en utilisant la courbe de stabilité normale jusqu'à l'angle de gite d'envahissement, puis la courbe "endommagée".

1. Calculs hydrostatiques

Attention : les calculs de stabilité prennent en compte l'orientation des surfaces. Utilisez le menu Affichage>Orientaion des surfaces pour visualiser et modifier l'orientation des surfaces. La flèche est orientée vers l'exterieur de la surface.

Les calculs hydrostatiques sont accessible par le menu Données>Calculs hydrostatiques :

Les calculs hydrostatiques sont effectués sur la partie de la carène situés sous la ligne de flottaison. Ils sont séparés en plusieurs catégories :

• Courbe des aires : cette courbe permet de visualiser sous la forme d'un graphique la répartition des volumes le long de la carène. La surface située sous la courbe représente le volume total de la carène. Dans le cas de la sélection de plusieurs surfaces, on visualise la somme des aires des coupes transversales de toutes les surfaces sélectionnées.

Dans l'exemple ci-dessus on voit apparaître distinctement le safran, le voile de quille et le bulbe

Les calculs suivants sont explicités en Annexe II avec des schémas.

• Carène immergée :
  • Volume et déplacement (eau douce et eau de mer)
  • Centre de Carène CC (Center of Buyancy CB) : position du centre de carène
  • Surface immergée ou surface mouillée
  • Volume pour enfoncement d'un centimètre (par rapport à la ligne de flottaison)

   

• Coefficients : donne plusieurs coefficients hydrostatiques usuels
  • Coefficient prismatique Cp
  • Coefficient de bloc Cb
  • Coefficient de finesse global Cf
  • Coefficient volumique Cv
    

   

• Maître couple ou maîtresse section (max cross section) : plan de la plus grande section transversale immergés
  • valeur de l'aire du maître couple
  • MC x, y et z : position du centre géométrique du maître couple
  • position longitudinale en pourcentage par rapport à l'arrière

   

• Flottaison (waterplane) :
  • Longueur et largeur à la flottaison (DWL)
  • Aire du plan de flottaison
  • Centre de Flottaison (CF ou CW) : position du centre géométrique du plan de flottaison
  • Périmètre du plan de flottaison

   

• Centre de dérive : surface immergés projeté sur le plan x=0
  
  • valeur de l'aire du maître couple
  • y et z : position du centre de dérive
    

   

• Baycentre : centre géométrique de (ou des) surface(s). Ces valeurs ne doivent pas être confondues avec le centre de gravité donné par le devis de poids
  • Coordonnées x, y et z du centre de gravité

La liste située à gauche de la fenêtre permet de sélectionner les surfaces sur lesquelles doivent porter les calculs. Dans cette liste seules les surfaces dont la propriété "A calculer" est cochée sont affichées.

Après avoir sélectionné une ou plusieurs surfaces, cliquer sur le bouton "Calculer". En fonction de la précision sélectionnée (menu Surfaces/Précision) la précision est plus ou moins grande (de même que le temps de calcul). On peut également demander à ce que le calcul soit fait sur plus ou moins de coupes transversales en modifiant le nombre de coupes par surface. Ce paramètre n'agit pas sur la précision de calcul des surfaces.

Limitations :

• Naval Designer ne recherche pas les intersections entre les surfaces. Les surfaces (partie immergée) ne doivent donc pas se chevaucher sinon certaines parties pouraient être comptabilisées deux fois.
• Pour le calcul du centre de dérive, la surface des bordés est projetée sur le plan x=0 (plan longitudinal). Si plusieurs surfaces se superposent (cas d'un catamaran), leur surface est comptabilisée plusieurs fois.

2. Calculs de stabilité

1. Comprendre la stabilité

Les calculs de stabilité permettent d'évaluer l'équilibre du navire sur l'eau, c'est-à-dire la capacité du navire à se redresser après une inclinaison due au vent, aux vagues ou une modification de son chargement. Cette capacité est influencée par la stabilité de forme et la stabilité de poids.

Pour déterminer ces facteurs il faut connaître :

1. Le poids du bateau,
2. La position de son centre de gravité,
3. La forme du bateau, du roof, du cockpit.

Naval Designer utilise donc à la fois les caractéristiques géométriques du bateau et le devis de poids pour les calculs de stabilité.

Le devis de poids est fixé grâce à la liste des poids (menu Données). Dans les calculs de stabilité, un seul élément de poids est suffisant, mais nécessaire.

Pour analyser la courbe de stabilité on utilise plusieurs indicateurs :

• Le GZ est la distance horizontale entre le centre de gravité CG (ou G) et le centre de carène CC (ou Z). GZ s'exprime en mètres.
  Si on mesure GZ pour tous les angles de 0 à 180° on obtient la courbe de stabilité du navire.

Sans angle de gite (1), l'équilibre est stable. Le poids P et la poussée d'Archimède A s'annulent l'un l'autre.
Au fur et à mesure que l'angle de gite augmente, le CC s'écarte du CG et le GZ augmente (2).
Quand les superstructures entrent dans l'eau le CC s'écarte du CG, ce qui fait apparaître une bosse sur la courbe (3).

Puis l'écartement GZ diminue jusqu'à devenir nul quand CC et CG se trouvent à nouveau à la verticale (4).
Puis il devient négatif (le bateau se retourne) (5) et finit par retrouver un équilibre stable quand CC et CG sont à la verticale l'un de l'autre (6).

Cette courbe ne tient pas compte des effets dynamiques (la mer n'est pas toujours horizontale, il existe des effets d'inertie) mais elle est une bonne base de réflexion.
Pour avoir la meilleur courbe possible, on doit ajuster des paramètres parfois contradictoires (par exemple, un plus haut franc-bord augmente l'angle de pénétration de l'eau mais augmente la prise au vent et place des poids dans le haut).

• Le moment d'inertie est l'énergie qu'il faut pour maintenir le bateau incliné à un angle donné. Le moment d'inertie est la distance GZ multipliée par la force de redressement (le poids du bateau). Il est exprimé en m.kg.
  Ce calcul rassemble les informations de stabilité de forme et de stabilité de poids.
  

• moment min et max : valeur minimale et maximale du moment. Le moment minimum doit être le plus faible possible tandis que le moment maximum doit être le plus fort possible.

• l'angle critique statique (AS) (ex 65°) est l'angle où le moment est maximum. A partir de cet angle, l'effort pour faire giter le bateau devient de moins en moins grand jusqu'à l'angle de chavirage. Compte tenu des effets dynamiques (l'inertie du bateau), cet angle est l'angle à partir duquel la gite devient réellement critique dans certaines conditions.
  On essaie donc d'avoir une valeur la plus grande possible.

• l'angle de chavirage (AC) (ex : 120°) est l'angle à partir duquel le bateau se met naturellement à l'envers, sans effort du vent ou des vagues. C'est également l'angle qu'il faudra dépasser pour se remettre à l'endroit.
  On essaie donc d'avoir une valeur la plus grande possible.

• la stabilité initiale (celle que l'on teste au port en posant le pied sur le liston) est visualisée par la pente de la courbe autour des faibles angles (Alpha) : plus la pente est forte, plus l'équipier qui pose son pied peut être gros sans que le bateau bouge.
  Les multi ont une pente très très forte.

• la stabilité initiale à l'envers est la pente de la courbe à 180° (Beta). Elle donne une indication sur la puissance initiale de la vague nécessaire pour remettre le bateau d'aplomb.

• l'énergie de chavirage est visualisée par la surface située sous la courbe quand elle est positive. Plus cette valeur est importante, plus l'énergie qu'il va falloir pour faire chavirer le bateau est élevée. On cherche donc a avoir des valeurs les plus élevées possible.
  Les multi ont une énergie de chavirement très élevée.

• l'énergie de redressement est visualisée par la surface au dessus de la courbe quand elle est négative. Plus cette cette valeur est importante, plus l'énergie qu'il va falloir pour redresser le bateau chaviré est élevée. On cherche donc a avoir des valeurs les plus élevées possible.
  Les multi ont ont une énergie de redressement très forte : ils ne sont pas auto-redressables. Les canots tous temps de la SNSM ont une valeur très faible (hmm, nulle ?).
  

Le rapport entre l'énergie de chavirage et l'énergie de redressement est très importante : il détermine l'aptitude à ne pas chavirer et à se redresser en cas de chavirage. Un rapport de 3/1 semble suffisant pour une navigation cotière, tandis qu'une navigation hauturière requièrera un rapport d'au moins 4/1. Les 60 pieds Open ont un rapport d'au moins 5/1 (FICO).

2. Les calculs de stabilité dans Naval Designer

Attention : les calculs de stabilité prennent en compte l'orientation des surfaces. Utilisez le menu Affichage>Orientation des surfaces pour visualiser et modifier l'orientation des surfaces. La flèche est orientée vers l'exterieur de la surface.
Si le centre de gravité tient compte de la masse des surfaces (calculé par ND), pensez à utiliser une précision suffisante pour que la position du centre de gravité soit la plus proche possible des conditions réelles.

La fenêtre Calculs de stabilité est composée de plusieurs encadrés et d'onglets de visualisation des résultats.

Libellé	Signification
Fixer Poids = Déplacement initial	Le déplacement initial à l'ouverture de la fenêtre est pris comme référence.
Poids = Valeur donnée	La valeur donnée est prise comme référence.
Valeurs initiales	Le Poids initial à l'ouverture de la fenêtre est pris comme référence.
Aligner verticalement CG et CB	En combinaison avec les trois possibilités ci-dessus, cette option permet de déplacer horizontalement le centre de gravité de manière à ce qu'il soit placé à la verticale du centre de flottaison
Bouton Ajuster	Prend en compte les choix ci-dessus
Poids utilisé	Rappelle la valeur finale utilisée pour les calculs
Densité de l'eau	Densité de l'eau : 1 pour de l'eau douce, 1,025 en moyenne pour l'eau de mer
Angle de gite max	180° par défaut.
Pas de calcul	Angle de gite pour lequel doit être effectué le calcul.
Tolérance enfoncement	Marge de tolérance à l'enfoncement à prendre en compte dans les calculs. Plus ce chiffre est petit, plus la précision est grande et plus le temps de calcul est long.
Correction de l'assiette	Permet d'indiquer que la correction de l'assiette longitudinale doit être faite. Cette option rallonge considérablement les temps de calcul mais est indispensable dans les calculs de stabilité de carènes modernes "en coin".
Tolérance assiette	Marge de tolérance en angle d'assiette à prendre en compte dans les calculs. Plus ce chiffre est petit, plus la précision est grande et plus le temps de calcul est long.

• Encadré Etat initial : décrit les paramètres à l'ouverture de la fenêtre. Le déplacement initial du navire est calculé en tenant compte de la densité de l'eau (par défaut 1,025 : densité moyenne de l'eau de mer).

• Encadré Conditions de calcul : permet d'ajuster les différents paramètres de calcul

• Encadré Calculs : permet de lancer le calcul, de l'annuler, de suivre l'avancement du calcul.

• Onglet Affichage

  Espace de visualisation

  

Panel de contrôle de la visualisation : permet de modifier l'orientation de l'angle de vue.

Panel Film : permet après les calculs de revoir les différentes étapes.

• Onglet Courbe : donne la courbe de stabilité telle que décrite dans le paragraphe précédent.

  Il est possible de visualiser la courbe des GZ graduée en mètre [m] ou la courbe des moments d'inertie RM graduée en mètre par Kg force [m.Kgf]. Note : La valeur des RM dans le système international [m.N] n'est pas encore présentée.

• 

• Onglet Assiette : permet de visualiser les variations d'assiette si les calculs avec correction d'assiette ont été effectués. L'abscisse est graduée en degrés [°].

  

• Onglet Mesures : récapitule toutes les données de calcul effectués.

  Il est possible de sélectionner des cellules et d'utiliser la combinaison de touches Ctrl-C pour copier les cellules en vue d'une utilisation dans un autre outil.

  

  Si l'on veut appliquer la gite, l'assiette et l'enfoncement dans la boite de dialogue Transformations, les rotations en gite et assiette doivent être faites avec CG pour centre.

• Onglet Synthèse : fournit une synthèse des calculs

Il est possible de sélectionner des cellules et d'utiliser la combinaison de touches Ctrl-C pour copier les cellules en vue d'une utilisation dans un autre outil.

 

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