Design and sizing of an hybrid sailboat, based on a power modeling approach
Dimensionnement d'une propulsion hybride de voilier, basé sur la modélisation par les flux de puissance
Résumé
Nowadays, the ecological impacts are took into account by collective consciousness in all fields; in the manufacturing with the concern of the products end-of-life, in construction, or in transport. For this last context, oil is no more considered as the only energy source, and electric or even multi-sources propulsions, named "hybrid" propulsions, can be found. If the hybrid propulsion solution is now well known in the field of automotive, it is not so well integrated in the field of boating. However, with the potential availability of three energy sources, oil, electricity and wind, and a quite free environment of evolution, pleasure boats could be a promising field of application for the hybrid technology. That is the point analyzed in this thesis. To carry through this study, a sizing process had to be set up. Several methodologies have already been proposed in the literature since the 90's in the automotive engineering, but most of them operate with a limited set of the constitutive components of the propulsion architecture to be designed. Our work background is different. We propose an iterative sizing methodology based on power exchanges modelling. Our objective is to represent by a single parameterized model each set of components, to reduce the complexity of the optimization problem linked to the sizing process. The proposed methodology is applied on two sizing problems; for a sailing boat and a hybrid car.
Ces dernières années se distinguent par la prise de conscience collective de la dimension écologique à tous les niveaux ; dans l'industrie pour la conception et la gestion de la fin de vie des produits manufacturiers, dans le domaine du bâtiment, et au niveau des transports. Dans ce dernier cas, le pétrole n'est plus vu comme la source incontournable d'énergie, et des solutions de propulsion électrique ou multi-sources, dénommée " hybride ", voient le jour. Si la propulsion hybride commence à entrer dans les mentalités dans le domaine automobile, elle est encore peu présente dans le domaine de la navigation de plaisance. Avec trois sources d'énergie potentiellement disponibles, carburant, électrique et vent, et un environnement d'évolution peu contraignant, les navires représentent au premier abord un champ d'application intéressant pour ces nouvelles technologies. C'est ce que nous nous proposons d'analyser dans ce mémoire. Pour mener à bien cette étude, une démarche de dimensionnement a du être mise en place. Si différentes méthodologies ont déjà été proposées depuis le milieu des années 90 dans le domaine automobile, elles s'appuient pour la plupart sur une base limitée d'organes constitutifs de la chaîne de propulsion recherchée. Nos hypothèses de travail sont différentes. Nous proposons dans ce mémoire une méthodologie de dimensionnement itérative, basée sur une modélisation multiphysique juste nécessaire, au point de i) considérer autant que possible les flux énergétiques au sein de l'architecture de propulsion à dimensionner et ne plus dissocier flux et effort au niveau de chaque organe, ii) de proposer des modèles génériques adimensionnels associés à chaque famille d'organes. Nous appuyant sur le bond-graph et les notions de lignes de puissance et de modulation, nous procédons, et c'est original, à une optimisation couplée du dimensionnement et de la commande. La méthode proposée est appliquée à deux cas d'études : le problème de dimensionnement d'un voilier de moyenne puissance et celui d'une voiture hybride.
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