Sviluppo di un Codice a Linea Portante Non Stazionaria e Validazione mediante Simulazioni CFD Viscose

Abstract

Questa tesi presenta lo sviluppo di un codice di linea portante non stazionaria per migliorare l’analisi idrodinamica in condizioni variabili nel tempo. Il modello estende la teoria classica della linea portante includendo effetti non stazionari, permettendo di prevedere con maggiore accuratezza i carichi durante manovre transitorie e variazioni del flusso incidente. Il metodo integra un modello di scia che evolve nel tempo e una valutazione non stazionaria delle velocità indotte, così da catturare fase e ampiezza della risposta dei carichi con un costo computazionale inferiore rispetto alla CFD ad alta fedeltà. La validazione è stata condotta tramite simulazioni CFD su idrofoil, mostrando un buon accordo sia in condizioni stazionarie sia in casi oscillanti. I risultati indicano un buon compromesso tra efficienza e accuratezza, rendendo lo strumento adatto alla progettazione preliminare e ad applicazioni in cui i fenomeni non stazionari—come beccheggio e sussulto—sono rilevanti. Sono inoltre riconosciute le limitazioni in presenza di variazioni di forma fuori dal piano del profilo, e si propongono sviluppi futuri per migliorare il roll‑up della scia e la descrizione della geometria del foil, al fine di implementare un codice universale all'interno di un controllore.

This thesis presents the development of a non-stationary lifting-line code to improve hydrodynamic analysis under time-varying conditions. The model extends classical lifting-line theory by including unsteady effects, allowing more accurate prediction of loads during transient maneuvers and changes in incident flow. The method integrates a time-evolving wake model and an unsteady evaluation of induced velocities, capturing the phase and amplitude of load responses at a lower computational cost than high-fidelity CFD. Validation was carried out using CFD simulations on hydrofoils, showing good agreement in both steady and oscillatory cases. The results indicate a solid balance between efficiency and accuracy, making the tool suitable for preliminary design and for applications where unsteady phenomena—such as pitching and heaving—are relevant. Limitations are acknowledged in the presence of out-of-plane shape variations, and future work is proposed to improve wake roll-up and the description of foil geometry, in a way that enables implementing a universal code within a foil regulator..