Determinazione dell'assetto longitudinale e delle forze agenti su un'imbarcazione a vela mediante analisi CFD = CFD analysis of a sailing boat: calculation of longitudinal attitude and acting forces

La seguente tesi si pone come obiettivo lo studio fluidodinamico di una imbarcazione da regata progettata e realizzata dal team studentesco Polito Sailing Team. Si tratta di un’imbarcazione “foilante” ovvero dotata di opportune appendici che ne consentono il volo sopra la superficie libera. Nel dettaglio lo studio è stato condotto per mezzo di analisi numeriche CFD adottando il software open source Star-CCM+ al fine di determinare le caratteristiche idrodinamiche dello scafo e delle relative appendici immerse. Questo studio è stato condotto mediante analisi time-dependent adottando il modello DFBI (Dynamic Fluid Body Interaction) a due gradi di libertà relativi alla traslazione verticale e alla rotazione attorno all’asse trasversale identificando dunque l’affondamento e l’angolo di trim. La tesi si articola in una prima fase relativa allo studio di convergenza della griglia di calcolo effettuato in fase preliminare. L’obiettivo di tale indagine consiste nel determinare la griglia di calcolo ottimale in grado di garantire il miglior compromesso tra onere computazione richiesto e accuratezza dei risultati. La seconda fase del lavoro di tesi consiste nello studio delle forze agenti su ciascun elemento della carena ed il relativo assetto longitudinale assunto al variare della velocità. Nel dettaglio sono state effettuate diverse simulazioni CFD ricoprendo l’intero range di velocità previsto in fase progettuale. In questo modo è stato possibile valutare gli andamenti delle forze agenti sulla carena al variare del numero di Froude. L’analisi comparativa dei risultati ottenuti per le diverse velocità evidenzia la complessità del moto di un’imbarcazione voltante in quanto i diversi parametri che ne dettano l’attitudine alla navigazione assumono diversa importanza a seconda delle velocità di avanzamento. Da queste considerazioni è nata la necessità di approfondire l’indagine, oggetto della fase finale dell’elaborato, valutando l’influenza della posizione del baricentro sull’assetto longitudinale e le relative forze idrodinamiche che lo caratterizzano. Infine è stata effettuata un’analisi comparativa dei risultati ottenuti dalle varie simulazioni numeriche citate in precedenza al fine di determinare la configurazione più efficiente caratterizzata dalla minima resistenza idrodinamica.