Dynamics simulation of the Boat-Oars-Rower(s) systems
Simulation dynamique des systèmes Bateau-Avirons-Rameur(s)
Résumé
Rowing, a mechanical water sport, consists in propelling a boat by human power. From a mechanical point of view, the complex system Boat-Oars-Rower(s) can be considered as a multibody structure on a floating base. Its study comes under the multibody mechanics and, concerning the fluid-structure interaction, under seakeeping, maneuverability and aerodynamics. The large amplitude periodic motion of the rower and the intermittent nature of propulsion, both excite the boat along its six degree of freedom. Aside from practice, the strong coupling between the rowers, the boat and propulsion can be understood, and accurately described by numerical simulation. A framework for dynamics simulation taking into account the floating base has been developed by unifying mechanical and hydrodynamic approaches. It has been called GMRS (Global Mechanical Rowing Simulator). Robotics techniques have been used to describe the mechanics of the multibody system. The systematization of the parameters allows to model every kind of rowing system, taking on board one to eight rowers with one or two oars. Dynamics solving is based on the recursive formulation of the Newton-Euler equations. The inertial characteristics of the rowers are set from anthropometric models. The system is driven by inverse dynamics. The kinematics are generated using B-spline models, whose properties are exploited to allow a parametric description of the motion, offering the possibility to optimize the rowing technique.
L'aviron, sport nautique mécanique, consiste à propulser un bateau par la force humaine. Du point de vue mécanique, l'ensemble complexe bateau-avirons-rameurs peut être considéré comme un système poly articulé sur base flottante. Son étude relève de la mécanique multi-corps et, pour l'interaction fluides-structure, de la tenue à la mer, de la manœuvrabilité et de l'aérodynamique. Le mouvement périodique de grande amplitude du rameur et le caractère intermittent de la propulsion, excite le bateau sur ses six degrés de liberté. Hormis par la pratique, les couplages forts entre les rameurs, la propulsion et le bateau ne peuvent être compris et décrit précisément que par la simulation numérique. Un cadre de simulation de la dynamique prenant en compte la base flottante a donc été développé en unifiant préalablement les approches mécanique et hydrodynamique. Il a été nommé GMRS (Global Mechanical Rowing Simulator). Des techniques de robotique ont été mises en œuvre pour décrire la mécanique du système poly-articulé. La systématisation du paramétrage permet la modélisation de tous les bateaux d'aviron comprenant de un à huit rameurs utilisant un ou deux avirons. Cela ce fait par assemblage de trois types de rameurs dont des modèles 3D sont proposés. La résolution de la dynamique repose sur la formulation récursive des équations de Newton-Euler. Les caractéristiques inertielles des rameurs sont issues de modèles anthropométriques. Le système est piloté en dynamique inverse. La cinématique est générée à l'aide de B-spline, dont les propriétés sont exploitées pour permettre une description paramétrique du mouvement, ouvrant ainsi la possibilité d'une optimisation de la technique.
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