Projet de Fin d Étude 2010 : (sujet 2) Boucle navire d un catamaran militaire porte hélicoptère Auteur : François Chanony Elève ingénieur à l ENSIETA (Promo 2010) Option Architecture Navale et ingénierie Offshore Tuteur école : Kostia Roncin Tuteur entreprise : Thibaut Jobbé-Duval Projet réalisé aux CMN (Constructions Mécaniques de Normandie) à Cherbourg
Remerciements La bonne conduite de ce projet n aurait pu se faire sans l aide de plusieurs personnes qui m ont aidé au cours cette étude. Je remercie donc les techniciens poids et stabilité Isabelle Godefroy, Bruno Launay et Julien Delhay, les dessinateurs (aménagement) Myriam Delvat et Jean-Yves Martin et les architectes navals Alain Bravin et Tvrtko Pajalic, tous travaillant au service Architecture navale des CMN. Je remercie également Jean-Marc Laurens et mon tuteur école Kostia Roncin, tous deux professeurs à l ENSIETA. Enfin, je remercie particulièrement Yves Rouillé architecte naval et responsable du service Architecture navale ainsi que mon tuteur Thibaut Jobbé-duval architecte naval, pour leurs précieux conseils tout au long de ce projet. F. Chanony - 2/ 71 - Projet de Fin d Étude 2010
Résumé Cette étude porte sur la conception d un catamaran militaire de 70 mètres. Ce navire doit transporter 10 modules sous forme de conteneur EVP (Equivalent Vingt Pieds) afin d avoir une grande polyvalence dans les missions qui pourront lui être attribuées. De plus, un hélicoptère de type Cougar doit pouvoir se poser sur son pont extérieur. Une recherche bibliographique a tout d abord permis de récolter des informations sur les catamarans construits par d autres chantiers, les CMN ayant très peu d expérience sur ce type de navire. Néanmoins, un devis de masse préliminaire a pu être estimé et la carène du catamaran a été dessinée sur Rhino 3D. Les stabilités du navire intacte et après avarie ont été traitées sur Maat Hydro + et le plan d aménagement global a été défini sur CATIA. Pour la partie structure, l échantillonnage d une coque de fond a été calculé sans l aide de logiciel. L ensemble de la boucle navire a pu être abordé mais n a pas pu être traité en détails. En effet, la propulsion n a pas pu être déterminée en raison du manque d expérience et du manque d outil informatique pour évaluer une résistance à l avancement d un catamaran. La structure reste également à définir en détails. Cette étude a permis de définir les éléments principaux du catamaran en phase d avantprojet et pourrait être poursuivie dans le futur, même si beaucoup de travail restent à effectuer. Abstract This study is about the design of a 70 meters military catamaran. This ship must transport 10 modules as common 20 feet containers in order to have a great versatility in its missions which could be allocated to it. Besides, a Cougar helicopter has to be able to land on its exterior deck. First, a bibliography research permitted to find informations about catamarans built by other shipbuidlers, as CMN have very few experience about this kind of ship. However, a preliminary deadweight was estimated and the hull was drawn on Rhino 3D. Intact stability and damaged-ship stability was calculated on Maat Hydro + and the general arrangement was defined on CATIA. For the structural study, the scantling of bottom shell was calculated without software. All the ship methods have been tackled but have not been treated in details. Indeed, propellers have not been determinated due to a lack of experience and numerical tools in order to assess a catamaran global resistance. The structural design must be defined in details too. This study defined the main parts of the catamaran in preliminary design and could be carried on in the future, even if a lot of work have to be done. F. Chanony - 3/ 71 - Projet de Fin d Étude 2010
TABLE DES MATIÈRES Table des matières 1 Présentation du projet 8 1.1 Cahier des charges................................. 8 1.2 Exemples de catamarans rapides......................... 8 1.3 Choix du type de catamaran........................... 10 2 Méthode 11 3 Dimensions principales du catamaran 12 3.1 Longueur entre perpendiculaires......................... 12 3.2 Largueur...................................... 13 3.3 Tirant d eau.................................... 13 3.4 Bilan........................................ 13 4 Détermination d un devis de masse préliminaire 15 4.1 Estimation du déplacement lège......................... 15 4.2 Estimation de la position du centre de gravité.................. 16 4.3 Estimation du port en lourd............................ 16 4.3.1 Éléments relatifs à l équipage....................... 16 4.3.2 Équipements supplémentaires du navire................. 17 4.3.3 Gasoil et huile moteur........................... 17 4.3.4 Bilan du port en lourd........................... 18 4.4 Bilan du devis de masse préliminaire....................... 18 5 Définition de la carène et plan des formes 19 5.1 Éléments définis avant de débuter le dessin de la carène............. 19 5.1.1 Partie avant de la carène......................... 19 5.1.2 Partie arrière de la carène......................... 20 5.1.3 Données hydrostatiques.......................... 20 5.2 Carène du projet.................................. 20 5.2.1 Partie avant de la carène......................... 20 5.2.2 Partie arrière de la carène......................... 21 5.3 Plan des formes de la carène........................... 21 6 Hydrostatique et stabilité intacte 22 6.1 Données hydrostatiques.............................. 22 6.2 Stabilité intacte.................................. 23 6.2.1 Vent de travers combiné avec du roulis.................. 24 6.2.2 Giration à vitesse élevée.......................... 26 7 Plans d ensemble 28 7.1 Bridge Deck.................................... 28 7.1.1 zone intérieure............................... 28 7.1.2 Pont extérieur............................... 28 7.2 Upper Deck.................................... 29 7.2.1 Espace de vie............................... 29 7.2.2 Pont extérieur............................... 29 7.3 Main Deck..................................... 29 7.3.1 Espace de vie............................... 29 7.3.2 Hangar................................... 29 F. Chanony - 4/ 71 - Projet de Fin d Étude 2010
TABLE DES MATIÈRES 7.4 Lower Deck.................................... 30 7.5 Tank Top..................................... 30 8 Structure du catamaran 31 8.1 Dimensionnement d un panneau de fond de coque................ 31 8.1.1 Structure du panneau de fond de coque................. 31 8.1.2 Matériaux utilisés............................. 32 8.1.3 Calcul de l accélération verticale et des pressions............ 32 8.1.4 Dimensionnement de tôles........................ 33 8.1.5 Raidisseurs secondaires.......................... 33 8.1.6 Raidisseurs primaires........................... 33 9 Études hydrodynamiques 35 9.1 Résistance de vague d un catamaran....................... 35 9.2 Appendices de coque d un catamaran....................... 36 9.2.1 Hydrofoil.................................. 36 9.2.2 Intercepteurs et trim tab......................... 37 9.3 Calcul de la résistance à l avancement...................... 38 10 Étude de stabilité après avaries 39 10.1 Cloisonnement étanche.............................. 39 10.2 Etendue de l avarie................................ 39 10.3 Critères et calculs de stabilité après avarie.................... 39 11 Conclusion 42 A Image d un hélicoptère Cougar 46 B Détermination de la masse de vivres à bord 47 C Détermination de la masse d eau douce à bord 48 D Documentation sur les osmoseurs SLCE 49 E Script de stabilité du logiciel Maat Hydro+ 51 F Résultats complets d hydrostatique 54 G Résultats complets de la stabilité intacte 55 G.1 Vent de travers combiné avec du roulis...................... 55 G.2 Giration à vitesse élevée.............................. 57 H Plan d ensemble 58 H.1 PC Aviation et timonerie............................. 58 H.2 Upper Deck.................................... 59 H.3 Main Deck..................................... 60 H.4 Lower Deck.................................... 61 H.5 Tank Top..................................... 62 I Canots de survie Liferaft Systems Australia 63 J Documentations sur les intercepteurs et trim-tabs 64 F. Chanony - 5/ 71 - Projet de Fin d Étude 2010
TABLE DES MATIÈRES K Résultats complets de la stabilité après avaries 67 K.1 Compartiment 1, 2 et 3 envahis.......................... 67 K.2 Compartiment 2, 3 et 4 envahis.......................... 68 K.3 Compartiment 4, 5 et 6 envahis.......................... 69 K.4 Compartiment 5, 6 et 7 envahis.......................... 70 K.5 Compartiment 6, 7 et 8 envahis.......................... 71 F. Chanony - 6/ 71 - Projet de Fin d Étude 2010