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Theses Year : 2018

Optimisation problems at the air/water interface : From ship hulls to rowing propulsion

Problèmes d’optimisation à la surface de l’eau : Des coques de bateaux à la propulsion par rame

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Abstract

We consider a few optimisation problems — in water and at its surface — ranging from drag minimisation on ship hulls to propulsion efficiency in rowing and swimming with fins. We use theoretical, experimental and numerical methods. In a first part, we focus on the question of optimal hull shapes. We develop a minimal theoretical approach to determine, at given load and propulsive power, the optimal aspect ratios of ship hulls, which are discussed and confronted to empirical data. Then, the effect of the fore-aft hull asymmetry is addressed. In a second part, we study the question of propulsion in rowing and swimming with fins. In particular, the long-standing question of whether rowers should be synchronised or not is brought up to date with a scaled rowing robot. Finally, we analyse the optimal shape of fins in order to find optimal swimming strategies.
Plusieurs problèmes d’optimisation — dans l’eau ou à l’interface avec l’air — sont abordés, allant de l’optimisation de la forme des coques de bateaux à celle de la propulsion en aviron et dans la nage avec palmes. Des approches théorique, expérimentale et numérique sont combinées. Nous développons d’abord une approche théorique minimale afin de déterminer, à volume immergé et puissance donnés, les rapports d’aspect optimaux des coques de bateau, qui sont discutés et comparés aux rapports d’aspect de bateaux réels. L’effet de l’asymétrie avant-arrière des coques est ensuite discuté. Dans une deuxième partie, nous étudions la propulsion en aviron et dans la nage avec palme. Dans le cas de l’aviron, nous réexaminons la question de la synchronisation des rameurs sur le bateau à l’aide d’un modèle réduit de bateau robotisé et cherchons quelle est la synchronisation qui permet à l’équipage d’aller le plus vite. Enfin, nous analysons l’effet de la géométrie des palmes pour trouver les stratégies de nage optimales.
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tel-02015329 , version 1 (12-02-2019)

Identifiers

  • HAL Id : tel-02015329 , version 1

Cite

Jean-Philippe Boucher. Optimisation problems at the air/water interface : From ship hulls to rowing propulsion. Fluid mechanics [physics.class-ph]. Université Paris Saclay (COmUE), 2018. English. ⟨NNT : 2018SACLX110⟩. ⟨tel-02015329⟩
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