1
I
I
I
I
ntroduzione
ntroduzione
ntroduzione
ntroduzione
Questo lavoro di tesi nasce in un ambito più ampio di progettazione del catamarano AC72 per la trentaquattresima Coppa America.
L’obiettivo specifico della presente attività sarà lo studio dell’influenza della forma in pianta e dello svergolamento sulle caratteristiche aerodinamiche dell’ala; in particolare lo scopo prefissato sarà quello di generare un modello di ala ottimizzato rispetto alle grandezze oggetto dello studio.
Il regolamento della competizione per la trentaquattresima Coppa America prevede l’impiego di catamarani con vela rigida, indicata con il termine aeronautico “ala”, da utilizzarsi come principale strumento di propulsione per l’imbarcazione.
In effetti, l’ala del catamarano ha l’aspetto di una vera e propria semi-ala di un velivolo di grandi dimensioni orientata verticalmente, con apertura paragonabile alla semi-ala di un Boeing 747; anche la struttura con centine e rivestimento rigido rimanda alle caratteristiche tipiche aeronautiche. Un’altra particolarità che dona all’ala un aspetto aeronautico è quella di avere un profilo alare diviso in più parti mobili reciprocamente con forme tuttora oggetto di studio, che non differiscono molto dagli ipersostentatori progettati per le ali dei velivoli.
Si intuisce quindi come lo studio aerodinamico di questa ala non sia lontano da quello di una semiala di un velivolo, fatta eccezione per le condizioni operative e l’impiego principale che ne viene fatto: generazione della portanza per un velivolo e trazione necessaria all’avanzamento per un’imbarcazione.
L’ottimizzazione aerodinamica è una procedura sempre più utilizzata in quelle discipline che richiedono il perfezionamento di alcuni organi al fine di conseguire una prestazione più elevata. Lo sviluppo di mezzi di calcolo sempre più potenti ha permesso inoltre di ottenere ottimizzazioni sempre più efficaci e in tempi più brevi.
Come sarà descritto all’interno dell’elaborato in questo lavoro, l’ottimizzazione viene impiegata per la ricerca di una configurazione dell’ala rigida che massimizza la trazione
Introduzione
2 per una forza laterale fissata. Tutto ciò può essere fatto per una determinata condizione operativa di velocità della barca e del vento che dovrà riprodurre una condizione reale di andatura.
I vincoli geometrici sono dettati dal regolamento della competizione ed ampiamente discussi nel seguito dell’elaborato, mentre come vincolo aerodinamico viene considerata la forza laterale, senza trascurare però l’entità del momento ribaltante, aspetto critico di questa tipologia di imbarcazioni. Proprio quest’aspetto sarà esaminato a seguito dei risultati ottenuti con il ciclo di ottimizzazione andando a valutare quanto una variazione geometrica dell’ala, benefica in termini di trazione, influenzi il valore del momento ribaltante.
Il numero elevato di vincoli e la loro forte influenza sulle caratteristiche della forma in pianta mostrano, già in fase preliminare, quanto poco margine di scostamento da una configurazione di riferimento si possa ottenere. Questo non significa che un miglioramento in termini di trazione non sia possibile, sebbene limitato.
La realizzazione del modello CAD sarà eseguita con il software CATIA® V5 R19 che permette la parametrizzazione della geometria. La procedura di ottimizzazione eseguita in ambiente modeFRONTIER® 4.3.0 consente l’utilizzo di software come Matlab® per il calcolo della superficie e il controllo numerico sui vicoli, e STAR-CCM+® 5.06 per lo studio CFD del flusso attorno all’ala ed il calcolo delle azioni aerodinamiche.
