Design and validation of a non-linear passive-selective compliant hydrofoil using shape-memory alloys

Résumé

Traditionnellement, les bateaux à voile dépendent du principe d’Archimède pour se déplacer sur l’eau. Cette méthode a été utilisée et prouvée avec succès pendant plusieurs milliers d’années, avec des représentations trouvées sur l’argile égyptienne, datant de 3100 ans A.C. Actuellement, les bateaux sont capables de voler avec l’utilisation d’hydrofoils, leur permettant d’obtenir très bonnes performances lors du déplacement sur la surface de l’eau. Étant donné que les hydrofoils sont efficaces sur un spectre déterminé d’utilisation, car leur géométrie est fixe, ce travail présente une solution pour augmenter l’efficacité sur une plus grande gamme de conditions en proposant un système d’hydrofoils à géométrie variable pour un catamaran de type Classe A. L’objectif de ce travail est la démonstration de la faisabilité d’une structure capable d’adapter sa géométrie en fonction de la charge a laquelle est soumisse pour maximiser le moment de redressement du bateau ainsi que le ratio de portance et trainée dans de différentes conditions de navigation. Pour respecter les normes de la Classe A, cechangement de géométrie devra être atteint de façon passive. Le mémoire débute par la détermination du cas de charge général et l’étude des vitesses de décollage et maximale du bateau lorsqu’il est supporté par les hydrofoils. Par la suite, le mémoire présente les outils numériques et le modèle d’éléments finis qui ont été utilisés pour déterminer de façon analytique la géométrie et la structure interne des hydrofoils en exploitant judicieusement les avantages respectifs des matériaux composites et des alliages à mémoire de forme. Enfin, les calculs de conception de l’hydrofoil à géométrie variable sont validés en fabriquant puis en testant expérimentalement un prototype à échelle 1:1 pour déterminer le potential d’application et l’intégration de ce genre de système adaptatif. La démarche complète est finalement appliquée pour concevoir un hydrofoil à géométrie variable d’un catamaran de type Classe A.

Date	30 oct. 2017
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Simon Joncas (Directeur(-trice)) & Patrick Terriault (Codirecteur(-trice))