Cette section décrit les paramètres nécessaires à la configuration d'un navire pour le simulateur BC-SOMOS. Le logiciel ShipEditor est utilisé ici pour éditer les champs nécessaires.

ShipEditor est un outil utilisé pour renseigner et structurer les principales caractéristiques des navires nécessaires à la simulation. Cet outil permet notamment de définir des paramètres physiques et hydrodynamiques tels que le coefficient de bloc, le volume immergé, les dimensions principales, ainsi que les caractéristiques du gouvernail, des hélices, du moteur et des systèmes véliques.

Dans un simulateur de navigation comme SOMOS, les caractéristiques physiques du navire constituent la base de toute simulation réaliste. Elles permettent de reproduire fidèlement le comportement du navire en mer, que ce soit en ligne droite ou en manœuvre.

Densité de l’eau (kg/m³). La masse volumique de l'eau de mer en surface varie de 1 020 à 1 029 kg/m3, selon la température et la salinité. En profondeur, dans les océans, la haute pression peut augmenter la masse volumique jusqu'à des valeurs de l'ordre de 1 050 kg/m3. L'eau de mer, comme la plupart des liquides, est quasiment incompressible. La densité moyenne en surface est de 1,025 kg/L, Elle influence la flottabilité et les forces hydrodynamiques.

Voir https://en.wikipedia.org/wiki/Seawater

La longueur entre perpendiculaires, notée LPP, est une mesure utilisée en architecture navale. Elle correspond à la longueur entre la perpendiculaire avant (PPAV) et la perpendiculaire arrière (PPAR), qui sont des droites normales à la flottaison, passant par les points d'intersection de la carène immergée avec le plan de flottaison. Cette mesure sert couramment de longueur de référence, notamment pour les calculs de jauge et de stabilité du navire.

Voir https://fr.wikipedia.org/wiki/Longueur_entre_perpendiculaires

La largeur hors tout du navire (B Breadth) est la largeur maximale mesurée au milieu du navire (au maître-couple ou maître-bau qui est le barrot situédans la plus grande largeur du navire). On parle également de largeur hors membres lorsque l’épaisseur des bordés n’est pas comprise.

voir https://www.univ-usto.dz/images/coursenligne/Polycopie_construction_navires.pdf

Le tirant d'eau, en anglais Draught, est un concept fondamental en matière de conception navale, décrivant la profondeur à laquelle un navire est immergé sous la surface de l'eau. Cette mesure, comme illustré dans la Figure 3.2, est la distance verticale entre la ligne de flottaison du navire et la partie la plus basse de la coque, la quille. Lorsque le navire est en équilibre parfait, connu sous l'expression maritime “à l'assiette” ou “even keel” en anglais, le tirant d'eau à la proue (partie avant du navire) correspond précisément à celui à la poupe (partie arrière du navire).

voir https://www.univ-usto.dz/images/coursenligne/STNEI_AB.pdf

Le coefficient de bloc est un des coefficients utilisés en architecture navale pour concevoir et comparer la coque d'un navire. Il est égal au rapport du volume de la partie immergée au volume du parallélépipède rectangle la contenant entièrement.

Les grands navires de commerce, tels les vraquiers Capesize ou les super-pétroliers, ont des coefficients de bloc très élevés, atteignant 0,90. À l'opposé, un voilier aux lignes fines pourra avoir un coefficient de bloc plus faible, de l'ordre de 0,40. le volume du parallélépipède, appelé volume du bloc circonscrit, se calcule en multipliant la longueur, la largeur et le tirant d’eau : Volume du bloc circonscrit = L×B×d…….(01) Le volume de déplacement, qui représente le volume immergé du navire, est une fraction du volume du bloc circonscrit. Cette fraction est représentée par le coefficient de bloc Volume de déplacement = (L × B × d × CB) × ρ …….(02) A partir des équations (01) et (02) : CB = Volume du bloc circonscrit/Volume de déplacement ou Cb​=∇​/L⋅B⋅T Le coefficient de bloc dépend essentiellement de la forme de la carène du navire, c’est-à-dire de la partie immergée de sa coque. Plus la carène est fine et élancée, plus le coefficient de bloc est faible. Au contraire, plus la carène est large et trapue, plus le coefficient de bloc est élevé. Le coefficient de bloc influence directement la résistance à l’avancement du navire dans l’eau. En effet, plus le coefficient de bloc est faible, moins le navire crée de vagues et de turbulences en se déplaçant, et donc moins il consomme d’énergie pour avancer. En revanche, plus le coefficient de bloc est élevé, plus le navire a besoin de puissance pour vaincre la résistance hydrodynamique. Le choix du coefficient de bloc optimal dépend donc du compromis recherché entre la vitesse et la capacité de transport du navire. Par exemple, un navire rapide comme un yacht aura un coefficient de bloc faible pour minimiser la résistance à l’avancement, tandis qu’un navire lent comme un pétrolier aura un coefficient de bloc élevé pour maximiser le volume de chargement. voir https://fr.wikipedia.org/wiki/Coefficient_de_bloc et https://www.univ-usto.dz/images/coursenligne/STNEI_AB.pdf

Le Sub Water Volume (∇), appelé aussi volume immergé, représente le volume de la partie du navire située sous la ligne de flottaison. ∇=Δ/ρ avec : Δ = déplacement (masse du navire) ρ = densité de l’eau ∇ = volume immergé Le déplacement : Le déplacement d'un navire, correspondant à la masse d'eau déplacée par la coque, a un impact significatif sur la flottabilité et la stabilité. Les navires avec un déplacement important ont tendance à présenter une meilleure stabilité en raison de la répartition de leur poids et du volume immergé. La comparaison entre un voilier et un navire de charge, comme illustré dans la Figure 1.8, met en évidence les différences dans la conception et la forme de la coque, ainsi que la manière dont elles affectent le déplacement. Les voiliers ont généralement une coque plus fine et un déplacement inférieur à celui des navires de charge, qui ont une coque plus large et plus profonde pour soutenir les lourdes cargaisons transportées.

voir https://www.univ-usto.dz/images/coursenligne/STNEI_AB.pdf

Le centre de gravité longitudinal (LCG) est la distance longitudinale, vers l'avant ou vers l'arrière, par rapport à un point de référence choisi, généralement le milieu du navire ou la perpendiculaire arrière.

voir https://www.linkedin.com/posts/marin-naqellari-0150b476_stability-maritime-seafarer-activity

La hauteur métacentrique ( GM ) est une mesure de la stabilité statique initiale d'un corps flottant. Elle se calcule comme la distance entre le centre de gravité du navire et son métacentre . Une hauteur métacentrique plus importante implique une plus grande stabilité initiale au chavirement. La hauteur métacentrique influence également la période de roulis naturelle de la coque : des hauteurs métacentriques très importantes sont associées à des périodes de roulis plus courtes, inconfortables pour les passagers. Par conséquent, une hauteur métacentrique suffisamment élevée, mais non excessive, est considérée comme idéale pour les navires à passagers.

voir https://en.wikipedia.org/wiki/Metacentric_height

La hauteur du métacentre au-dessus de la quille est désignée par KM. Cette hauteur est déterminée par des calculs basés sur la forme et les dimensions du navire et est généralement fournie par le constructeur du navire. GM=KM−KG

voir https://www.univ-usto.dz/images/coursenligne/STNEI_AB.pdf

Le gouvernail est un dispositif mobile destiné au contrôle directionnel d'un bateau et plus généralement de tout engin se déplaçant sur ou dans l'eau, constitué par : une surface immergée appelée « safran » pouvant générer une force latérale, généralement mobile en rotation autour d'un axe sensiblement vertical ; un prolongement hors de l'eau servant au contrôle en rotation du safran : la mèche de gouvernail (axe physique), la partie haute d'un safran extérieur ; un levier de commande : actionné manuellement (barre franche) ou mécaniquement par des câbles ou des vérins (palonnier). Sur un bateau équipé d’un ou plusieurs moteurs, le safran de chaque gouvernail est souvent placé de façon à recevoir le flux d’eau généré par l'hélice, ce qui augmente son efficacité.

voir https://fr.wikipedia.org/wiki/Gouvernail

Nombre de gouvernails installés sur le navire. Cette information est obtenue directement à partir du plan de forme arrière (stern view) ou du plan d’ensemble (General Arrangement) du navire.

C'est la distance entre les deux axes des gouvernails sur un navire qui contient deux gouvernails, Cette information est obtenue directement à partir du plan du navire.

Hauteur verticale du gouvernail ou L'envergure du gouvernail ( BR ) correspond à la distance entre l'emplanture et l'extrémité de la gouverne. Normalement, cette envergure est recherchée comme étant la plus grande possible, ce qui permet d'obtenir un allongement géométrique important, gage d'une efficacité et d'un rendement optimaux. Toutefois, l'envergure est généralement limitée par les caractéristiques du navire (tirant d'eau) et les profils opérationnels (profondeur d'eau). L'expérience montre qu'une valeur courante de l'envergure du gouvernail est de l'ordre du diamètre de l'hélice.

voir https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/17445302.2016.1178205

La surface du gouvernail influe sur la portance et la traînée Pour générer les forces et moments de manœuvre nécessaires, le gouvernail (un ou plusieurs) doit présenter une surface totale suffisante. On utilise plusieurs gouvernails lorsque la surface d'un seul gouvernail est insuffisante pour faire virer le navire à la vitesse requise. L'une des raisons pour lesquelles le gouvernail ne peut avoir la surface requise est le faible tirant d'eau du navire, comme dans le cas des navires de navigation intérieure. Cependant, une surface de gouvernail plus importante implique généralement une résistance à l'avancement plus élevée.

La surface du gouvernail (AR)ou la surface totale du gouvernail, s'il y en a plusieurs, est généralement exprimée comme un rapport de la surface latérale immergée du navire (LppxT), où Lpp est la longueur du navire entre perpendiculaires et T son tirant d'eau à pleine charge. La valeur de AR/LppxT est généralement d'abord estimée à partir de navires similaires ou de formules empiriques, puis optimisée par itérations elle varie entre 1,2 à 5 %. Pour les gouvernails travaillant directement derrière les hélices, Det Norske Veritas a suggéré que AR / LppxT ne devrait pas être inférieur à AR/LppxT=0,01[1+50CB²(B/Lpp)²] où CB est le coefficient de bloc du navire et B sa largeur. Il convient d'ajouter 30 % de surface supplémentaire si le gouvernail ne fonctionne pas directement derrière l'hélice (Det Norske Veritas).

voir https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/17445302.2016.1178205

L’Aspect Ratio (AR) du gouvernail est un paramètre géométrique qui exprime le rapport entre sa hauteur (span) et sa largeur (corde). Le rapport d'aspect du gouvernail a l'influence la plus significative sur ses caractéristiques hydrodynamiques (Molland et Turnock). Ce sujet concerne deux concepts : l’allongement géométrique (ΛG) et l’allongement effectif (ΛE). ΛG est généralement exprimé par ΛG= BR/CR .L’allongement effectif (ΛE) est l’allongement réel utilisé pour le calcul des forces hydrodynamiques. En général, un gouvernail avec un allongement géométrique plus important peut générer une portance plus élevée et une traînée plus faible (Whicker et Fehlner). ΛG= BR²/AR Cependant, un faible rapport d'aspect géométrique peut améliorer la manœuvrabilité avec un grand angle de décrochage (Molland et Turnock). Confirmé par les fabricants de gouvernails, une plage courante de rapports d'aspect géométriques pour les navires de mer est de 1,5 à 3, tandis que la plage courante de rapports d'aspect pour les navires intérieurs est de 1 à 2.

voir https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/17445302.2016.1178205

L’angle maximal du gouvernail est l’angle maximum que peut atteindre le gouvernail par rapport à l’axe longitudinal du navire. Valeurs typiques ≈ 35° → valeur standard pour la majorité des navires et de 45° à 70° → pour des gouvernails spéciaux :gouvernail Becker, gouvernail Schilling.

voir https://www.wartsila.com/encyclopedia/term/rudder

vitesse maximale d’efficacité du gouvernail

En construction navale, une hélice est un moyen de propulsion le plus souvent utilisé pour déplacer des véhicules marins ou d'eau douce tels que bateaux et sous-marins. La fonction de l'hélice est d'accélérer une masse d'eau afin de créer une force propulsive. Pour produire cette force, l'hélice peut être conçue grande et tourner lentement, ou petite et tourner plus rapidement. La théorie thermodynamique et mécanique physique de l'hélice est enseignée en hydrodynamique. Dans notre cas Les caractéristiques des hélices sont déterminées à partir des plans du navire et de la documentation technique, et complétées par des recommandations issues de la littérature en architecture navale.

voir https://fr.wikipedia.org/wiki/H%C3%A9lice

Nombre des hélices installés sur le navire. Cette information est obtenue directement à partir du plan de forme arrière (stern view) ou du plan d’ensemble (General Arrangement) du navire.

Le Diamètre d'une hélice (exprimé en pouce ou en mm), est la distance entre les extrémités de deux pales opposées (inscrites dans un cercle) ; plus le diamètre est grand, plus la traînée induite par les pales devient importante (le maître couple augmente).

voir http://seme.cer.free.fr/plaisance/helices-et-propulsion.php

La Backward Efficiency (rendement en marche arrière) représente la capacité d’une hélice à produire de la poussée lorsque le navire se déplace en marche arrière.

La rotation d'une hélice se détermine toujours en regardant l'hélice installée de l'arrière vers l'avant du navire. Sens horaire = droite Sens anti-horaire = gauche Dans certains cas, les 2 hélices peuvent tourner dans le même sens soit à droite soit à gauche à cause de l'impossibilité d'inverser la rotation par l'inverseur.

voir https://francehelices-marinepropulsion.blogspot.com/2017/10/les-helices-marines.html

C'est la distance entre les deux axes des hélices sur un navire à deux gouvernails, Cette information est obtenue directement à partir du plan du navire.

Le moteur est chargé de transformer l'énergie primaire du combustible en énergie mécanique et / ou électrique, parfois hydraulique. Les deux principales catégories sont les moteurs à combustion externe (chaudières et machines ou turbines à vapeur) et ceux à combustion interne (moteurs Diesel, moteurs à essence et turbines à gaz).

voir https://fr.wikipedia.org/wiki/Propulsion

Le nombre de moteurs correspond au nombre de systèmes de propulsion installés à bord du navire. Cette information est généralement déterminée à partir des plans techniques ou du système de propulsion. La majorité des navires marchands sont équipés d’un seul moteur principal entraînant une hélice, tandis que certains navires, comme les ferries ou les navires à forte exigence de manœuvrabilité, peuvent disposer de deux moteurs ou plus. Le nombre de moteurs influence directement la redondance, la sécurité et la capacité de manœuvre du navire.

Le brand/type du moteur désigne le constructeur ainsi que le modèle du moteur utilisé. Ces informations permettent d’identifier les caractéristiques techniques du moteur, telles que son rendement, sa consommation ou son comportement dynamique. Elles sont généralement fournies par le constructeur et figurent dans la documentation technique du navire. Ce paramètre est important pour assurer une modélisation réaliste du système de propulsion dans le simulateur.

La puissance du moteur, exprimée en kilowatts (kW), représente la capacité du moteur à fournir de l’énergie mécanique pour entraîner l’hélice. Elle est directement liée à la vitesse maximale du navire et à sa capacité à maintenir une certaine vitesse en présence de résistances (vent, vagues, courant). Une puissance plus élevée permet d’obtenir une plus grande vitesse ou de meilleures performances en charge, mais implique également une consommation de carburant plus importante.

voir https://fr.wikipedia.org/wiki/Propulsion

Le Maximum RPM (Revolutions Per Minute) correspond à la vitesse de rotation maximale du moteur ou de l’arbre d’hélice, exprimée en tours par minute. Cette valeur détermine la vitesse maximale de rotation de l’hélice et influence directement la poussée générée. Elle est fixée par les limites mécaniques du moteur et du système de propulsion.

Les coefficients hydrodynamiques MMG décrivent le comportement dynamique du navire en réponse aux mouvements et aux actions de commande. Ils permettent de modéliser les forces et moments agissant sur la coque selon les trois mouvements principaux : longitudinal (surge), latéral (sway) et rotation (yaw), ainsi que le roulis (roll). Ces coefficients sont généralement déterminés à partir d’essais en bassin ou de modèles empiriques et sont essentiels pour simuler correctement la manœuvrabilité du navire.

Xv′: effet de la dérive

Xvvv′: résistance non linéaire

Xr′: influence de la rotation

Yv′: force latérale due à la dérive

Yr′: effet du lacet

Nr′: amortissement en rotation

Nv′: couplage avec la dérive

Kϕ′: stabilité du roulis

Kβ′: effet de la dérive

Kr′: effet du lacet