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Ottimizzazione di una superficie portante con trim tab e winglets per imbarcazioni di Coppa America

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Academic year: 2021

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Capitolo 1 - Introduzione

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Capitolo 1 – Introduzione

L’obiettivo del presente lavoro di tesi è quello di definire la configurazione ottimale di una deriva per le potenziali imbarcazioni della 33° edizione della Coppa America, in accordo alle misure proposte nei regolamenti pubblicati il 31 gennaio 2009. Tale deriva rientra nell’ambito di un progetto preliminare nel quale non risultano ancora definiti con esattezza il piano velico e lo scafo che soddisfino al meglio le potenziali regole di classe.

La deriva sviluppata in questo lavoro viene sottoposta ad un processo di ottimizzazione preliminare sviluppato sulla base di caratteristiche prestazionali e dimensionali della futura imbarcazione estrapolate attraverso dati storici. La configurazione preliminare costituisce il modello di partenza per una successiva fase di ottimizzazione che viene realizzata nello step seguente del progetto dell’imbarcazione completa, quando si inizia a delineare la combinazione migliore di tutti gli elementi dell’imbarcazione che soddisfano le nuove regole.

Questo tipo di procedimento è analogo a quello che si adotta nel progetto preliminare dei velivoli, e in generale in ogni processo di ottimizzazione di sistemi complessi. In questi processi solitamente l’ottimizzazione iniziale dei sottosistemi viene realizzata estrapolando le prestazioni del sistema completo sulla base di dati storici, essendo queste prestazioni dipendenti dalle prestazioni dei sottosistemi stessi. In questo modo si definisce una configurazione ottimale di partenza per i diversi sottosistemi e si prosegue nel ciclo di ottimizzazione completo.

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Capitolo 1 - Introduzione

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PROGETTO DELLA POTENZIALE IMBARCAZIONE (AC33)

Prestazioni e caratteristiche della nuova

imbarcazione (valutate sulla base di dati statistici)

PROGETTO DI DETTAGLIO

DERIVA

VELE

CONFIGURAZIONE OTTIMIZZATA

Caratteristiche stimate

SCAFO

Caratteristiche stimate

DERIVA

SCAFO

VELE

CONFIGURAZIONE PRELIMINARE

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Capitolo 1 - Introduzione

3 Il lavoro svolto viene articolato in tre fasi: nella prima si realizza l’ottimizzazione del profilo della lama unitamente alla posizione e deflessione del trim tab; nella seconda fase si ottimizza la forma in pianta della lama e la forma del bulbo; nella terza la configurazione delle winglets relativamente alla configurazione ottimale determinata nelle due fasi precedenti .

Nella prima parte, relativa al profilo della lama e al trim tab, si utilizzano coefficienti adimensionali piuttosto che i valori assoluti delle forze, nell’ottica di ricercare i rapporti di forma ottimali che possano essere utilizzati nella fase successiva. L’ottimizzazione del profilo è sviluppata utilizzando il software di ottimizzazione modeFRONTIER e XFoil come solutore aerodinamico. L’utilizzo di un solutore aerodinamico basato su calcolo strato limite-flusso potenziale permette di limitare i tempi calcolo e di valutare quindi un numero maggiore di configurazioni. L’interfaccia tra i due programmi viene realizzata da Matlab il quale provvede alla modifica della curva che definisce il profilo e consente l’avvio di XFoil per effettuare il calcolo delle configurazioni desiderate.

Nella seconda fase, relativa alla deriva completa, si utilizza un modello CAD 3D parametrizzato, nel quale il profilo della lama e del trim tab corrispondono a quelli di ottimo ottenuti dalla precedente ottimizzazione. La parametrizzazione in questa fase è relativa alla forma in pianta della lama e alla forma del bulbo. Anche in questo caso il software che gestisce l’ottimizzazione è modeFRONTIER, il quale si interfaccia col software di modellazione parametrica Catia V5 e con il solutore aerodinamico Star-CCM+.

Nella terza fase si ottimizzano quindi le winglets relativamente alla configurazione della deriva proveniente dalle due fasi precedenti. Gli strumenti utilizzati allo scopo coincidono con quelli della seconda fase.

La scomposizione del processo di ottimizzazione, sebbene non sia concettualmente rigorosa, poiché permette di trovare soltanto una configurazione di ottimo relativo, consente una riduzione notevole dei tempi di calcolo necessari. Ciò è legato evidentemente alla riduzione del numero di variabili che sono coinvolte in ciascuna fase, consentendo un maggior controllo e possibilità di verifica sull’intera procedura.

Figura

Figura 1.1 – Schema di progetto di un imbarcazione AC

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