Descrizione della commessa "Veicoli marini (ET.P02.018)"

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  • Descrizione della commessa "Veicoli marini (ET.P02.018)" (literal)
Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
  • Le competenze maturate e gli strumenti di previsione permetteranno di aumentare il livello di affidabilità e comfort dei veicoli sia in fase di progettazione che di gestione del mezzo stesso, sia in condizioni operative che in emergenza, definendo pertanto standard di sicurezza e fruibilità più elevati per passeggeri e merci. Lo sviluppo di nuovi concetti per la propulsione e l'ottimizzazione dello stato dell'arte della propulsione navale, consentiranno la realizzazione di sistemi a basso impatto ambientale sia in termini di emissione di CO2 che di inquinamento acustico. (literal)
Strumentazione
  • I seguenti impianti sperimentali saranno utlizzati: Bacino n.1 - Vasca rettilinea 12mX480mX 6.5m carro 15 m/s Bacino n.2 - Vasca rettilinea 9mX250mX 4 carro 105 m/s, generazione di onde Canale di Circolazione - Tunnel ad acqua 2.25 X3.6 mq velocità max 5.2 m/s Pressione minima 0.04 mbar Tunnel del CEIMM - Tunnel ad acqua 0.6 X0.6 mq velocità max 15 m/s, Pressione 0.2-1.5bar Tunnel di Erosione di Trento - Tunnel ad acqua velocità max fino a 50 m/s Stazione sperimentale di Nemi - bacino naturale del lago vulcanico Laboratorio Sloshing - Sistema di movimentazione EXAPOD di contenitori di fluido Laboratorio di Vibrazioni - Sala prove per elementi o modelli elastici Strumentazione disponibile per le prove: trasduttori di pressione, bilance dinamometriche, sistema ottico per i moti rigidi (KRYPTON-RODYMM)accelerometri ed estensimetri, sistemi LDV e PIV per la misura delle velocità in singoli punti ed in campi di estensione finita, idrofoni. Per le simulazioni sono a disposizione workstation e cluster di processori, con l'eventuale acquisizione di tempo macchina presso centri di supercalcolo. (literal)
Tematiche di ricerca
  • La risposta rigida ed elastica del veicolo o dei suoi sottosistemi in condizioni operative e le sue capacità evolutive e propulsive sono oggetto di studio per la determinazione del livello di affidabilità e di prestazione conseguibili. Lo studio del comportamento del mezzo in condizioni di mare formato coinvolge la previsione dei carichi e dei loro effetti locali (impatto violento, imbarco d'acqua sul ponte, sloshing) e globali (moti di grande ampiezza e loro stabilità, deformazioni elastiche), esteso anche a carene multiscafo e ad alte velocità. Lo studio del propulsore nelle sue diverse tipologie (eliche, idrogetti e biomeccanici) è effettuato sia come sistema isolato sia nella sua interazione con la carena e gli organi di governo, aspetto correlato con l'ottimale posizionamento reciproco dei suddetti sistemi e con ricadute sia sulle prestazioni propulsive sia sulle caratteristiche di manovrabilità di navi di superficie e sottomarini. I carichi ambientali e propulsivi determinano sollecitazioni e fenomeni erosivi, vibrazioni e campi acustici interni ed esterni, oggetto di studio nell'ottica del comfort e della sicurezza, indagata anche a posteriori con la diagnostica strutturale. (literal)
Competenze
  • Le competenze numeriche e sperimentali necessarie per lo svolgimento delle attività sono state maturate nel percorso formativo e di ricerca del personale coinvolto e sono state ulteriormente stimolate dalla partecipazione a progetti di ricerca nazionali ed internazionali. La disponibilità di impianti sperimentali al chiuso (vasche rettilinee e canali di ricircolazione per la tenuta al mare e le prestazioni propulsive) e all'aperto (bacino di manovrabilità), nonché la partecipazione a diverse campagne sperimentali al vero, ha permesso di sviluppare una specifica competenza multidisciplinare rivolta sia alla progettazione e allestimento di nuovi impianti e/o configurazioni di prova, sia alla puntuale validazione delle soluzioni numerica dei modelli idrodinamici, strutturali o idroelastici. (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • Le attività del modulo consentiranno una migliore conoscenza dei fenomeni fisici caratteristici dei problemi in esame e lo sviluppo di più accurati strumenti di indagine e previsione del comportamento delle navi in condizioni meteo marine avverse, dell'effettuazione delle manovre imposte, delle prestazioni dei propulsori. Queste competenze risultano utili sia per promuovere nuove soluzioni costruttive, finalizzate ad esempio alla riduzione dei costi di costruzione e/o di esercizio, sia per rendere più efficente la fase di progettazione, riducendone i tempi e permettendo il raggiungimento di un risultato che meglio si adatta alle specifiche richieste. (literal)
Tecnologie
  • Sviluppo di modelli numerici per i flussi a superficie libera basati sull'uso di metodi semi-analitici, BEM, Navier-Stokes con Level-Set e SPH. Simulazione della risposta strutturale con codici commerciali e/o sviluppati basati su FEM. Solutori per l'idrodinamica dei propulsori basati su approcci BEM e RANSE. Studio di configurazioni complete (elica/timone) e complesse (propulsori azimutali, eliche intubate, etc.) basati su BEM. Modelli accoppiati per l'interazione fluido struttura, sviluppati per problemi specifici oppure ottenuti tramite interfacciamento di solutori. Modellazione energetica del campo di vibrazioni di strutture basate su analogie termodinamiche. Metodi per aggiornamento e identificazione strutturale basati sullo stato del sistema. Indagini sperimentali su modello parzialmente vincolato con treni di onde incidenti, a punto fisso e ad alta velocità, su bacino dotato di ondogeno. Prove di manovrabilità in bacino rettilineo su modello vincolato con moti imposti mediante PMM. Prove di sloshing su contenitori movimentati. Prove di manovrabilità con modello libero autopropulso presso stazione del lago di Nemi. Prove di cavitazione su propulsori in tunnel idrodinamico. (literal)
Obiettivi
  • Studio dell'effetto delle nonlinearità nei moti nave e nella instabilità a rollio e/o direzionale; valutazione del rischio di ribaltamento. Studio dei fenomeni locali e degli effetti globali nell'impatto (obliquo e non, a bassa o elevata velocità) di un corpo con l'acqua e nella sua fuoriuscita, occorrenza statistica. Analisi dei fenomeni nonlineari per lo sloshing vicino alla risonanza. Studio delle prestazioni e del campo fluidodinamico di veicoli sottomarini. Determinazione delle caratteristiche di manovrabilità/controllabilità di veicoli. Studio degli effetti delle diverse configurazioni sulle dissimmetrie dei carichi sugli assi propulsivi. Consolidamento dei modelli di calcolo teorici e numerici e dei metodi sperimentali per la risposta elastica ad alta e bassa frequenza, dei carichi e dei meccanismi dell'interazione struttura-fluido. Studio dei meccanismi di collasso strutturale. Sviluppo di strumenti di indagine sperimentale e teorico/computazionale per l'analisi e la progettazione di sistemi propulsivi per la progettazione e la diagnosi per propulsori navali. Studio della propulsione \"bio-inspired\", della dinamica delle bolle di vapore isolate e dei corpi supercavitanti. (literal)
Stato dell'arte
  • Il problema della tenuta al mare, della propulsione, della manovrabilità e della valutazione dello stato di sollecitazione strutturale richiedono la previsione dei carichi locali e globali agenti sul veicolo marino o sul propulsore sulla base di modelli di flusso (a potenziale con solutori BEM sino a flussi turbolenti con solutori RANS o SPH, mono e bifase) scelti sulla base delle caratteristiche del fenomeno, del livello di accuratezza necessario e dell'eventuale interfacciamento con altri algoritmi (idrodinamici, strutturali o di ottimizzazione). I problemi di interazione fluido-struttura stimolano inoltre l'uso di formulazioni unificate, semi-analitiche o FEM, dell'accoppiamento bidirezionale e nonlineare delle equazioni descrittive del campo fluido e del campo solido. Attività sperimentali finalizzate alla comprensione dei fenomeni in oggetto richiedono attenzione nella scelta degli aspetti essenziali del fenomeno stesso suscettibili di adeguata rappresentazione e scalatura, al fine di non compromettere la riproduzione fedele del fenomeno stesso, come nei casi di accoppiamento aero-idroelastico, rumore interno indotto da flussi esterni, cavitazione, erosione e danneggiamento. (literal)
Tecniche di indagine
  • In relazione ai problemi considerati, gli studi sono svolti con strumenti di calcolo numerico a diverso livello di approssimazione, formulazioni analitiche e semi-analitiche, o approcci sperimentali.Pertanto, ove possibile, sono previsti confronti tra i risultati forniti dai modelli numerici e/o analitici con i dati ottenuti da prove sperimentali. L'implementazione dei modelli e degli algoritmi sviluppati in Istituto, mediante codici di calcolo scritti in linguaggio Fortran o C, è affiancata dall'uso di programmi commerciali a scopo di confronto o laddove sia richiesta la rappresentazione di sistemi geometricamente o topologicamente complessi. Le tecniche di indagine sperimentale, prevalentemente rivolte all'analisi dei fenomeni con modelli scalati idrodinamicamente e/o elasticamente, saranno basate su misure di superficie bagnata, pressione, forza, momenti, moti rigidi e deformazioni sul modello fisico, e su velocimetria ottica e non, rilievi acustici e determinazione del contorno di superficie libera o di cavità intrappolate all'interno nel flusso circostante. L'acquisizione di sensori collaudati è integrata dallo sviluppo di specifici strumenti e interfacce per il loro utilizzo. (literal)
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