Simulation d'un robot-anguille auto-propulsé par résolution des équations de Navier-Stokes

Simulation of a self-propelled eel-robot by using Navier-Stokes equations

¹ École Centrale de Nantes, Laboratoire de Mécanique des Fluide, UMR CNRS 6598, Équipe Modélisation Numérique, 1 rue de la Noë, BP 92101, 44321 Nantes Cedex 3, France
² CR1 CNRS, HDR, École Centrale de Nantes, Laboratoire de Mécanique des Fluide, UMR CNRS 6598, Équipe Modélisation Numérique, 1 rue de la Noë, BP 92101, 44321 Nantes Cedex 3, France

Auteur de correspondance : Alban.Leroyer@ec-nantes.fr

Accepté : 13 Octobre 2005

Résumé

Cet article a pour objectif premier d'exposer les méthodes numériques liées au mouvement de corps mises en œuvre au sein d'un code de simulation d'écoulements turbulents de fluides visqueux incompressibles. Une des particularités est de pouvoir traiter, outre les solides classiques, des corps déformables à déformation imposée. On détaillera les techniques utilisées concernant la résolution des équations du mouvement (paramétrage, utilisation d'un quaternion), la gestion du maillage (lié au mouvement et à la déformation des corps) et le couplage écoulement-mouvement. La deuxième partie sera consacrée à la présentation des travaux effectués dans le cadre du Projet Interdisciplinaire de Recherche CNRS ROBEA visant à concevoir un robot-anguille autopropulsé à locomotion anguilliforme. Les résultats des premiers calculs tridimensionnels recensés couplant la résolution de l'écoulement par les équations de Navier-Stokes en moyenne de Reynolds avec le Principe Fondamental de la Dynamique appliqué au corps à déformation imposée seront ainsi exposés.

Abstract

This paper firstly aims at explaining numerical methods to achieve the integration of body motion into a Navier-Stokes solver. One of the peculiar features is to be able to deal not only with classical solids but also with flexible bodies (with an imposed deformation). One gives details concerning the resolution of the Newton's law (parameterization, use of quaternions to describe rotations), the regridding strategies linked to body motion and deformation and of the fluid-motion coupling methods. In the second part, the studies performed in the framework of the CNRS Project named ROBEA will be presented. This project aims at designing an efficient flexible underwater robot based on fish-like locomotion. The results of the first tridimensional simulations coupling a CFD code and the resolution of the Newton's law for a flexible body are shown.