Development of optical methods for the measurement of free surfaces and their applications to the measurement of waves generated by a ship model in a towing tank.
Développement de techniques de mesure de surfaces libres par moyens optiques : Application à l'analyse de l'écoulement généré par un modèle de bateau en bassin des carènes
Résumé
This thesis presents the development of optical measurement techniques for applications to the analysis of free surface waves generated by ship models in towing tanks. Three methods based on stereoscopic systems are presented. The first is based on the cross-correlation of images of the free surface, the second on the theory of the refraction of light through the air / water interface and the third method on the projection of laser beams on the free surface viewed by a stereoscopic system. These three methods are applied to measure the wave field around ship models towed in the towing tank of the Pprime Institute and in a large towing tank (B600 DGA hydrodynamic techniques). These measurements allow the reconstruction and analysis of the ship wake. To complete the study of the flow generated by the ship model, stereoscopic PIV measurements around the hull, specific measurements of the bow wave and numerical simulations are performed. These data allow the analysis of three-dimensional velocity fields close to the hull and the study of the characteristics of the ship waves from the bow wave to the far field.
Le développement de techniques de mesure optiques de surfaces libres permettant la mesure des ondes générées par un modèle de navire en bassin des carènes est proposé dans ce mémoire. Trois méthodes, toutes basées sur un système de prises de vues stéréoscopiques, sont présentées. La première repose sur l'emploi de procédures d'inter-corrélation des images des caméras composant le système de stéréovision. La seconde s'appuie sur la théorie de la réfraction de la lumière au travers de l'interface air/eau. La troisième méthode est basée sur l'identification des projections de faisceaux laser sur la surface libre vue par un système stéréoscopique. Ces méthodes sont appliquées à la mesure du champ de vague autour d'un modèle de navire tracté dans le bassin des carène de l'Institut Pprime et dans un bassin des carènes de grande taille (B600 de la DGA Techniques hydrodynamique) et permettent la reconstruction et l'analyse du sillage. Les principales caractéristiques des champs de vagues et leurs dépendances au nombre de Froude sont étudiées en détail. Afin de compléter l'étude de l'écoulement généré par le modèle de navire, des mesures de PIV stéréoscopique autour de la carène, des mesures spécifiques de la vague d'étrave et des simulations numériques sont réalisées. L'ensemble de ces données permettent l'analyse de champs de vitesse tridimensionnelle proche de la coque et l'identification des caractéristiques du champ de vague de l'étrave jusqu'au champ lointain.