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6.4.3 Parametri del Profilo Secondario

F IGURA 7.1 V ELA RIGIDA

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7.1 Obiettivi e Vincoli dell’ottimizzazione tridimensionale

L’obiettivo principale che ci proponiamo di raggiungere in questo secondo tipo di ottimizzazione è quello di ricavare la forma e la configurazione della vela tali da massimizzarne la spinta, che andrà a garantire il moto di avanzamento dell’imbarcazione.

I vincoli che sono stati posti sono di carattere strutturale, regolamentare e realizzativo, e sono di seguito riassunti:

 Il momento di rollio, quello attorno all’asse X di figura 7.1, generato dalla forza laterale (figura 1.2 di pagina 3), deve essere limitato ad un valore inferiore a 3000 𝑁 ∙ 𝑚. Infatti assumendo una massa pari a circa 150 Kg, (per un equipaggio composto da due 2 persone) si genera una forza peso pari a circa 1500 𝑁; poiché la massima distanza tra punto di applicazione della forza peso e baricentro della barca è di circa 2 𝑚 , il massimo momento generabile dall’equipaggio spostando il proprio peso risulta appunto essere di 3000 𝑁 ∙ 𝑚.

 Come imposto dal regolamento della competizione, la superficie in pianta (cioè quella nel piano X-Z) complessiva dell’ala rigida dovrà essere inferiore a 12 𝑚2;

 L’ altezza della vela, cioè la distanza tra profilo alla radice e profilo al tip, dovrà essere inferiore a 6.5 m;

Il GAP tra Main Wing e Flap dovrà essere rettilineo; questa condizione si traduce nel fatto che la linea che andrà ad unire i punti rappresentati il bordo d’uscita del profilo primario e la linea che andrà ad unire i punti rappresentanti il bordo d’attacco del profilo secondario lungo la coordinata Z dovranno essere rettilinee.

Il possibile svergolamento – cioè la rotazione attorno all’asse Z dei singoli profili rispetto al profilo alla radice – si imporrà solo al Flap e deve essere lineare lungo l’altezza della vela; inoltre come asse di rotazione rispetto a cui ruotare il Profilo Secondario, si deve prendere un asse parallelo all’asse Z e posto ad una distanza di 0.1 m dal bordo d’uscita del Profilo Primario, come verrà specificato anche nel paragrafo 7.2.

In merito alle caratteristiche della vela che si andranno a ottenere, è importante sottolineare che il

GAP che si creerà tra Main Wing e Flap avrà dimensione decrescente lungo l’altezza dell’ala rigida;

infatti essendo esso espresso in percentuale della corda, dovendo diminuire la dimensione della corda lungo Z, è chiaro che anche GAP andrà via via riducendosi. Ciò è corretto in quanto se esso risultasse

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a quello analizzato nel capitolo 6 e così le forze generate dai singoli profili alle diverse coordinate Z.

7.2 Realizzazione del modello CAD della vela

Il modello CAD che si andrà a realizzare terrà conto, oltre che dei risultati e della geometria ottenuta al capitolo 6, anche dei vincoli che sono appena stati enunciati e del numero di parametri che dovranno essere inseriti nella successiva procedura di ottimizzazione.

Si è dunque scelto di creare i rispettivi Profili Primario e Secondario oltre che alla radice e al tip anche ad una quota intermedia: la lunghezza delle corde al tip e intermedia e le loro rispettive quote saranno rappresentano due dei parametri da ottimizzare.

A partire dal file CAD realizzato in precedenza, ed esposto nei paragrafi 3.1 e 3.2, si prosegue nella costruzione dell’ala tridimensionale. In ambiente 𝑆ℎ𝑎𝑝𝑒 → 𝐺𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑡𝑖𝑣𝑒 𝑆ℎ𝑎𝑝𝑒 𝐷𝑒𝑠𝑖𝑔𝑛 si va a creare il punto (𝐼𝑁𝐼𝑍𝐼𝑂1)𝑡𝑖𝑝– che rappresenterà il punto di Bèzier sul bordo d’attacco del Profilo

Primario al tip della vela – tramite il comando Punto con le seguenti impostazioni:

Alla voce Tipo di punto si sceglie Coordinate;

Come sistema di riferimento si sceglie il sistema Profilo_1 descritto al paragrafo 3.1, e come punto il punto di Bèzier sul naso del Profilo Primario alla radice;

 Infine si impongono le coordinate del nuovo punto (𝐼𝑁𝐼𝑍𝐼𝑂1)𝑡𝑖𝑝: viene posta nulla la coordinata Y, mentre alle coordinate X e Z si assegnano i valori dei parametri 𝑋𝑡𝑖𝑝 e 𝑍𝑡𝑖𝑝, creati tramite il comando 𝐹𝑜𝑟𝑚𝑢𝑙𝑎 𝑓(𝑥), che rappresenteranno rispettivamente lo scostamento tra la posizione lungo l’asse X del bordo d’attacco del Profilo Primario all’apice della vela rispetto a quello alla radice e l’altezza totale della vela.

Si passa ora a creare il sistema di riferimento Profilo_1_tip, la cui origine sarà nel nuovo punto appena creato e come Asse X di riferimento avrà la corda del Profilo Primario alla radice, in modo tale che, una volta generati i profili al tip, essi ruotino in seguito alla variazione del parametro 𝑇𝑒𝑡𝑎1. seguendo i profili alla radice.

Una volta creato il sistema di riferimento Profilo_1_tip, seguendo la stessa procedura presentata nel capitolo 3, si crea il Profilo Primario all’apice, assegnando però un valore della corda totale al tip (somma della corda del Profilo Primario, del Gap e della corda del Profilo Secondario) pari al valore

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del parametro – sempre introdotto tramite il comando 𝐹𝑜𝑟𝑚𝑢𝑙𝑎 𝑓(𝑥) – 𝐶𝑜𝑟𝑑𝑎𝑡𝑖𝑝. Poiché il profilo Secondario al tip deve ruotare seguendo la rotazione impostagli variando il parametro 𝑇𝑒𝑡𝑎2, nel

creare la sua corda viene preso come riferimento la corda del Profilo Secondario alla radice, in modo che ruoti in modo concorde con essa. Essa però sarà soggetta anche alla possibile rotazione dovuta allo svergolamento e per questo – dopo aver creato il nuovo parametro Svergolamento_tip – si fa uso del comando Ruota, nella sezione Operazioni, impostando come di seguito:

Modalità di definizione: Asse-Angolo;

Elemento: la corda del profilo secondario creata;

Asse: come asse rispetto a cui deve ruotare la corda si impone un asse parallelo all’asse Z, cioè perpendicolare al piano contente i profili, posto nel punto appartenente alla corda del Profilo Primario al tip ad una distanza di 0.1 m dal bordo d’uscita dello stesso.

Angolo: come angolo di rotazione si imporrà il valore del parametro 𝑆𝑣𝑒𝑟𝑔𝑜𝑙𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜𝑡𝑖𝑝. Esso

verrà impostato in modo che un valore positivo di tale parametro ruoti il Profilo Secondario all’apice in verso opposto rispetto ad una rotazione data da un valore positivo dell’angolo 𝑇𝑒𝑡𝑎2; ciò significa che, introducendo un valore dello svergolamento maggiore di zero, si riduce, in relazione all’altezza, l’incidenza percepita dai singoli profili secondari.

Si vanno quindi a creare i punti di Bèzier, e successivamente tramite i comandi Curva 3D e Simmetria il profilo secondario vero e proprio, rispetto alla nuova corda, a cui vengono permesse entrambe le rotazioni (tramite la modifica dei parametri 𝑇𝑒𝑡𝑎2 e 𝑆𝑣𝑒𝑟𝑔𝑜𝑙𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜𝑡𝑖𝑝).

Attraverso il comando Linea vengono uniti il bordo d’uscita del Profilo Primario alla radice e all’apice, e il bordo d’attacco del Profilo Secondario alla radice e all’apice, creando rispettivamente bordo d’uscita della Main Wing e bordo d’attacco del Flap rettilinei come richiesto da specifica, come visibile in figura 7.2.

104 FIGURA 7.2SCHELETRO DELLA VELA

Per ottenere i profili intermedi si parte quindi imponendo che bordo d’uscita del Profilo Primario e bordo d’attacco del Secondario si trovino sulle due rette appena viste, a una quota Z identificata dal valore del parametro 𝑍𝑚𝑒𝑎𝑛, introdotto con le solite modalità degli altri già visti.

Viene dunque creata le corda del profilo Primario (in cui il parametro 𝐶𝑜𝑟𝑑𝑎𝑚𝑒𝑎𝑛 rappresenta la corda totale della sezione della vela alla quota in analisi), in modo che esso ruoti seguendo gli altri profili alle diverse quote variando i parametri 𝑇𝑒𝑡𝑎1 e 𝑇𝑒𝑡𝑎2. Per realizzare la corda del Profilo

Secondario si segue un’altra procedura: prima si crea un punto rappresentativo del bordo d’uscita del Profilo Secondario impostandone le coordinate (𝐶𝑜𝑟𝑑𝑎2∙ 𝐶𝑜𝑟𝑑𝑎𝑚𝑒𝑎𝑛; 0 ; 0 ) rispetto ad un sistema di riferimento avente origine nel bordo d’attacco del Flap, e in cui l’asse X di riferimento risulti essere la corda del Profilo Secondario alla radice, in modo che ne segue la rotazione al variare di 𝑇𝑒𝑡𝑎1 e 𝑇𝑒𝑡𝑎2. Per tenere conto dello svergolamento, sempre tramite il comando Ruota, si applica una

rotazione attorno ad un asse parallelo all’asse Z posto nel punto appartenente alla corda del Profilo Primario ad una distanza di 0.1 m dal bordo d’uscita dello stesso di un angolo pari al valore del parametro 𝑆𝑣𝑒𝑟𝑔𝑜𝑙𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜𝑚𝑒𝑎𝑛. Esso, per garantire che lo svergolamento risulti lineare, verrà imposto pari a 𝑆𝑣𝑒𝑟𝑔𝑜𝑙𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜𝑚𝑒𝑎𝑛 = (𝑆𝑣𝑒𝑟𝑔𝑜𝑙𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜𝑡𝑖𝑝⁄𝑍𝑡𝑖𝑝) ∙ 𝑍𝑚𝑒𝑎𝑛 , in modo che l’ottimizzatore nel modificare i valori dei diversi parametri, crei sempre geometrie compatibili con le richieste della specifica. Unendo il punto appena creato e quello appartenente al bordo d’attacco si

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Secondario. Una volta definiti i tre profili è necessario individuare su di essi i punti che corrispondono al bordo di attacco e al bordo di uscita. Per poter determinare i suddetti punti viene usato il comando

Estremo che permette di trovare proprio il punto estremo di una curva rispetto a una direzione

assegnata.

Attraverso l’utilizzo del comando Spline si creano, unendo i rispettivi estremi alle tre diverse quote la linea rappresentante il bordo d’attacco della Main Wing e quella rappresentante il bordo d’uscita del Flap.

Per ricavare la superficie della Main Wing e del Flap si usa il comando Superficie Multi-sezione, impostando come sezioni i profili alle diverse stazioni lungo Z, e come guide il bordo d’attacco e il bordo d’uscita di ognuno. Infine si chiudono, con il comando Riempimento, i profili al root e al tip. Il risultato ottenuto è presentato in figura 7.3.

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