AdresseÀ propos de nous
Dans le cadre du projet « Multi-modèle et apprentissage automatique pour l’optimisation et le contrôle du pas d’un propulseur cycloïdal » soutenu par l’Agence Innovation Défense en partenariat avec l’ENSTA-B, l’Ecole Navale recrute un chercheur post-doctorant ou un ingénieur avec un minimum d’expérience (F/H) en mécatronique pour 2 ans.
Mission
L’objet général du projet de recherche, est d’optimiser les performances d’un propulseur naval cycloïdal (Vertical Axis Propeller (VAP)) « tout électrique », pour différentes vitesses d’avance, par une approche multi-modèles numérique-expérience. Des techniques d’apprentissage automatique afin de maintenir des performances optimales du propulseur dans des cas d’utilisation dégradés sont également investiguées.
Dans le cadre de ce présent contrat de recherche, il s’agit de concevoir et fabriquer une paire de VAP de petite puissance (quelques centaines de Watt) destiné à équiper une maquette de navire réel et de réaliser des tests d’autopropulsion en vue, d’une part de comparer les performances de ce type de propulsion en référence à une propulsion par hélice classique, et d’autre part de mesurer les coefficients d’interaction VAP-carène pour différents points de fonctionnement.
THEME DE RECHERCHE
Le fonctionnement d’un propulseur marin à axe transverse est très différent de celui des hélices ou des turbines axiales classiques. Il est en effet caractérisé par la rotation de plusieurs pales autour d’un axe vertical, associée à un mouvement de chaque pale autour de son axe propre. L’avantage de ces systèmes est de générer une force de poussée vectorielle à 360°. La cinématique élaborée des pales produit une poussée horizontale dont le rendement hydrodynamique dépend fortement de la loi de commande des pales (loi de calage).
L’IRENav (Institut de Recherche de l’Ecole Navale) s’intéresse depuis de nombreuses années à ces propulseurs à axes transverses et a conçu une plateforme expérimentale SHIVA (Système Hydrodynamique Intelligent à Variation d’Angle), largement instrumentée, de grande dimension (0.8-1.6 m de diamètre), qui permet de générer toutes les formes de cinématiques par le biais de moteurs électriques auxiliaires indépendants qui assurent le calage instantané de chacune des pales autour de leur axe de rotation situé au quart de corde, synchronisés sur le moteur électrique principal [1, 2, 3].
Les études préliminaires menées par l’Ecole Navale et l’ENSTA Bretagne ces dernières années sur l’optimisation de la loi de calage, ont montrées des possibilités d’amélioration importantes et inédites sur le plan du rendement hydrodynamique [4]. Ce genre de rotor présente une cinématique de pales très originale mais complexe en termes d’optimisation. En effet, la loi de calage dépend à la fois du paramètre d’avance lambda ( , rapport de la vitesse d’avance sur la vitesse périphérique), des paramètres géométriques (profil et allongement des pales, solidité, i.e. rapport entre la surface des pales et celle balayée par les pales) et de la stratégie souhaitée : maximisation de l’effort propulsif et/ou du rendement. Une approche multi-modèles a donc été mise en œuvre afin d’étudier différents modèles hydrodynamiques du propulseur : modèles CFD (2D ou 3D, suite FINE/Marine) et mesures expérimentales avec la plateforme SHIVA. A partir de ces différents modèles, les premières confrontations et validations ont été effectuées dans le cas d’une optimisation par méta-modélisation simple-objectif (maximisation de l’effort propulsif) et multi-objectifs (détermination du front de Pareto par maximisation de l’effort propulsif et du rendement), pour plusieurs points de fonctionnement du propulseur pour les deux modes de fonctionnement : épicycloïdal et trochoïdal. Néanmoins, dans le but d’améliorer les performances propulsives, de réduire les vibrations ou d’anticiper un défaut, l’état du système peut être évalué par analyse du flux d’informations nécessaire aux contrôles des actionneurs (courant, tension, vitesse). Une auto-adaptation du contrôle et une supervision des actionneurs de pales pourraient être développées (à l’aide peut être d’algorithmes relevant de l’intelligence artificielle, [7]).
L’objectif de ce projet de recherche est donc, dans un premier temps, de réaliser la conception d’un VAP « tout électrique » sur la base d’un design préliminaire fourni à partir de composants « sur étagère » pour diminuer les coûts et les délais de fabrication. Afin de se rapprocher de la configuration d’un VAP réel, les convertisseurs commandant les moteurs secondaires seront positionnés dans l’armoire électrique située à terre (contrairement à ce qui est fait actuellement sur la plateforme SHIVA). Ce choix est également guidé par le souhait d’envisager une large gamme de convertisseur statiques programmables pour effectuer le contrôle commande des moteurs secondaires [6]. Une Microlabox de la société dSpace est déjà disponible au laboratoire. Toute l’expérience acquise sur le développement et la mise au point de la plateforme SHIVA sera mise au profit du projet. Dans cette phase de conception, une attention toute particulière sera menée sur le poids du VAP qui doit être réduit au maximum.
Dans un second temps, l’objectif sera de suivre la fabrication des deux VAP et de programmer la Microlabox pour assurer un contrôle commande évolutif et performant. Les tests concernant le suivi de la loi de calage et toutes les fonctionnalités actuellement disponibles sur la plateforme SHIVA, seront conduits dans cette deuxième phase.
La dernière phase de ce projet de recherche concerne la mise en place des VAP sur la maquette de navire afin d’effectuer les tests en bassin de traction.
Profil
Titulaire du grade de master (université ou école d’ingénieur) avec un minimum d’expérience en recherche et développement ou de docteur, le(la) candidat(e) devra avoir une formation solide en mécatronique.
Des compétences dans au moins un des domaines suivants sont souhaitables :
- Conception
- Fabrication mécanique,
- CAO, électrotechnique, contrôle optimal.
Le(la) candidat(e) aura un sens pratique très développé. Il (elle) devra faire preuve d’initiative, d’autonomie et de rigueur et avoir des bonnes capacités de rédaction scientifique.
La personne recrutée intègrera l’équipe de recherche Mécanique et Énergie en Environnement Naval (M2EN) de l'Institut de Recherche de l'Ecole Navale. Deux axes de recherche sont développés au sein de M2EN. Dans le domaine de l’hydrodynamique navale, l’équipe s’intéresse aux Interactions Fluide Structure et en particulier au comportement des corps portants déformables et à leur contrôle par des approches multiphysiques. Dans le domaine de la conversion d’énergie, l’équipe s’intéresse au machines électriques non conventionnelles pour la propulsion et à leur contrôle. La personne recrutée pourra participer à l’encadrement de thèses ou de stages étroitement liés à son travail.
Membre à part entière du projet « Multi-modèle et apprentissage automatique pour l’optimisation et le contrôle du pas d’un propulseur cycloïdal », la personne recrutée participera aux activités de collaboration du projet, à sa valorisation et sa communication.
Pour des raisons d'accès aux sites, le(la) candidat(e) devra être de nationalité d'un pays de l'espace Schengen.
Envoyer CV détaillé, lettre de motivation, lettres de recommandation (sous référence Chercheur postdoctorant/Ingénieur mécatronique AID2022_SHIVA) par voie électronique aux adresses suivantes : recrutement@ecole-navale.fr et à frederic.hauville@ecole-navale.fr
Date limite de réception des candidatures : 1er mars 2024
