Descrizione della commessa "Veicoli marini non convenzionali (SP.P03.012)"

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  • Descrizione della commessa "Veicoli marini non convenzionali (SP.P03.012)" (literal)
Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
  • La possibilità di analizzare in dettaglio le caratteristiche idrodinamiche di veicoli marini non convenzionali consente di ridurre i rischi connessi alla navigazione in mare, sia per i mezzi destinati al trasporto di persone che di merci. Con riferimento all'uso per il trasporto di passeggeri, la possibilità di effettuare studi di previsione affidabili del comportamento dinamico in mare formato permetterà l'aumento del comfort di bordo. (literal)
Strumentazione
  • Le attività sperimentali verranno svolte principalmente nei bacini rettilinei dell'istituto; tali esperimenti faranno uso della strumentazione in dotazione dei bacini, tra cui: sonde capacitive, sistemi di illuminazioni laser, telecamere per misure PIV, EXAPOD per la validazione delle piattaforme inerziali, bilance multiasse, etc. Le attività teorico, numeriche ed in generale modellistiche potranno essere svolte con il supporto dei mezzi di calcolo attualmente a disposizione dell'istituto, come: singole workstation multiprocessore, cluster multicore AMD Opteron 320 (presso il CASPUR), cluster processori Xeon Intel 20 nodi (presso il centro di calcolo dell' istituto). (literal)
Tematiche di ricerca
  • Vengono qui affrontati gli studi di fenomeni idrodinamici caratteristici di veicoli marini non convenzionali e/o ad alta velocità e di veicoli sottomarini (resistenza, manovrabilità, impatti, ecc) anche considerando l'elasticità del corpo. Gli studi idrodinamici interesseranno ad esempio navi ad effetto di superficie (SES ACV), veicoli multiscafo e veicoli plananti;la peculiarità del campo fluidodinamico, della stabilità e della dinamica di un veicolo non convenzionale, non sempre permette una analisi tramite tecniche e strumenti classici (numerici o sperimentali), ma richiede approcci dedicati, in tale ambito verranno sviluppati ed impiegati modelli fisico/matematici semplificati. Per le tematiche inerenti la robotica sottomarina, si svilupperanno modelli per la manovrabilità di veicoli sottomarini orientati alla movimentazione multi asse e per sistemi articolati in condizione di parziale conservazione della quantità di moto e momento angolare; in tale ambito si condurranno studi di attuatori innovativi, metodi numerici per il calcolo della posizione e dell'assetto ed ottimizzazione energetica. Ci saranno inoltre rilevanti contatti con il settore della interazione fluido-struttura (literal)
Competenze
  • Diverse competenze utili per lo svolgimento delle attività sono state maturate dal personale dell'istituto; tali competenze riguardano: sviluppo di modelli fisico/matematici semplificati per applicazioni in ambito di flussi a superficie libera; metodi di simulazione numerica basati sulle equazioni di Navier-Stokes mediate secondo Reynolds; sviluppo di modelli per flussi a potenziale; strumenti di indagine sperimentale; allestimento ed esecuzione di prove sperimentali per scafi non convenzionali; progettazione meccanica; integrazione con sistemi di controllo e di misura. I risultati ottenuti dall'impiego dedicato dei metodi di idrodinamica navale classica a scafi non convenzionali, sono state già oggetto di pubblicazione su riviste scientifiche e congressi internazionali. Per quanto riguarda le competenze in ambito della robotica sottomarina, attualmente ci sono progetti orientati alla realizzazione di un sensore attivo sottomarino propulso per gravità e alla gestione di uno sciame di imbarcazioni autonome propulse elettricamente ad alta mobilità. (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • Lo sviluppo di metodologie teoriche, numeriche e sperimentali per la previsione delle prestazioni di veicoli marini non convenzionali e la comprensione dei fenomeni fisici ad essi associati consente di ridurre i tempi ed i costi della fase di progettazione. Inoltre, la possibilità di usufruire di metodologie specifiche e ben assodate offrirà la possibilità di realizzazione di un progetto che meglio si adatta alle specifiche richieste. Le attività consentiranno inoltre di aumentare la conoscenza sulla modellistica dei veicoli robotici sottomarini fornendo dei risultati teorico/sperimentali utilizzabili dalle industrie che si occupano della costruzione di veicoli sottomarini. (literal)
Tecnologie
  • Lo studio del flusso a superficie libera generato da veicoli marini non convenzionali si basa sull'impiego di modelli numerici a diverso ordine di approssimazione. Questi possono essere o modelli a potenziale o simulazioni RANS. La scelta della metodologia dipende dal problema in esame e dal fenomeno fisico oggetto di investigazione. Dal punto di vista sperimentale, per l'analisi del campo di velocità verranno impiegate tecniche di velocimetria tipo laser-doppler o particle-image a seconda del tipo di informazione e della precisione richieste. Misurazioni del campo ondoso saranno effettuati tramite sonde capacitive. Per lo studio della robotica sottomarina, si utilizzeranno dei modelli fisici in scala ridotta o in scala reale di sistemi, al fine di validare e tarare i modelli matematici utilizzati nelle strategie di controllo. Tali modelli fisici permettono la misura diretta di alcune grandezze significative globali quali forze e momenti sul veicolo o di parti di esso, la misura dell'accuratezza della stima dei parametri dello stato, della posizione e dell'orientamento dei veicoli autonomi. (literal)
Obiettivi
  • Analisi del flusso (campo di velocità e vorticità) tra gli scafi di un catamarano e del ruolo svolto dalla distanza interscafo e dalla velocità, sia in termini di resistenza all'avanzamento che delle caratteristiche di stabilità e manovrabilità. Comprensione dei fenomeni idrodinamici caratteristici di scafi plananti ad alta velocità e ad effetto di superficie. Validazione di strumenti di calcolo basati su modelli semplificati per la predizione del flusso e del campo di pressione al di sotto di uno scafo planante. Definizione delle basi di sviluppo di modelli fisico/matematici per flussi di corpi immersi in presenza di fenomeni di cavitazione. Selezionare e validare mediante test sperimentali le metodologie di controllo di sistemi robotici sottomarini e di superficie. Analisi integrata delle soluzioni tecnologiche e delle metodologie di controllo, finalizzata al miglioramento delle prestazioni e al raggiungimento di un alto grado di autonomia. Creazione di un set di dati sperimentali su sottosistemi utilizzabili in robotica quali ad esempio sistemi propulsivi, forme di appendici, e sistemi di calcolo della posizione ed assetto. (literal)
Stato dell'arte
  • Le mutate esigenze delle Marine Militari Europee e internazionali, hanno portato a un rinnovato interesse verso i veicoli multi-scafo. Mancano tuttavia in letteratura degli studi sperimentali accurati. Relativamente scarsa è altresì la letteratura scientifica che riguardi studi dettagliati del campo fluidodinamico generato da scafi ad effetto di superficie; altre tematiche non completamente analizzate risultano essere la modellazione fisico/matematica di flussi supercavitanti. La robotica sottomarina è una tematica in forte sviluppo, approcci e modelli peculiari sono richiesti principalmente a causa dell'ambiente in cui si trovano ad operare tali veicoli. Gli argomenti che necessitano approfondimenti riguardano: la modellizzazione del moto di robot multi asse; sistemi di comunicazione non basati su propagazione di onde elettromagnetiche; accumulatori elettrici. Notevoli possibilità si sono presentate grazie ai progressi delle batterie di alimentazione e dei sistemi di misura inerziali (literal)
Tecniche di indagine
  • Le fenomenologie relative agi scafi non convenzionali verranno analizzate, in funzione del tipo di applicazione e problema, sia tramite metodi di simulazione numerica di tipo classico, sia mediante modelli e metodi fisico/matematici semplificati sviluppati considerando la specificità del problema e nell'ambito delle ipotesi o approssimazioni formulabili. Ove necessario verranno inoltre impiegate tecniche sperimentali per la misurazione di elevazione ondosa, assetto, valori locali di velocità del fluido e di pressione sulla superficie dello scafo. In relazione alle tematiche concernenti la robotica sottomarina, gli studi sono svolti sia con strumenti di calcolo numerico (basati su modellistica integrata fluidodinamica/meccanica dei sistemi rigidi articolati) che tramite tecniche sperimentali. (literal)
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