Analisi parametrica di deriva e bulbo di un'imbarcazione a vela mediante CFD

Abstract

Il presente lavoro di tesi analizza, mediante simulazioni CFD, l’influenza di alcuni parametri geometrici sulle prestazioni idrodinamiche del sistema deriva–bulbo di un’imbarcazione a vela. A partire da una geometria di riferimento è stato sviluppato in ambiente MATLAB un modello parametrico in grado di generare differenti configurazioni attraverso la variazione controllata dei principali parametri geometrici della deriva e del bulbo. Le geometrie ottenute sono state successivamente analizzate mediante STAR-CCM+, utilizzando un modello numerico verificato attraverso uno studio di sensibilità della mesh. Per individuare una condizione operativa rappresentativa del funzionamento reale dell’imbarcazione è stato inoltre impiegato il modulo VPP di Maxsurf, dal quale è stata selezionata una condizione di bolina utilizzata come riferimento per la campagna CFD. Le simulazioni parametriche sono state condotte variando inizialmente i singoli parametri della deriva e del bulbo e successivamente combinando le configurazioni ritenute più significative. L’analisi dei risultati ha permesso di valutare gli effetti delle variazioni geometriche su Lift, Drag, efficienza idrodinamica e distribuzione dei carichi, individuando al tempo stesso i parametri maggiormente influenti sul comportamento del sistema deriva–bulbo. È inoltre emerso come gli effetti delle singole modifiche non siano sempre direttamente sovrapponibili quando i parametri vengono combinati. Il lavoro fornisce quindi una metodologia per lo studio parametrico delle appendici veliche e una base per futuri sviluppi orientati all’ottimizzazione della geometria.

This thesis investigates, through CFD simulations, the influence of selected geometric parameters on the hydrodynamic performance of the keel–bulb system of a sailing yacht. Starting from a reference geometry, a parametric model was developed in MATLAB to generate different configurations through controlled variations of the main geometric parameters of the keel and bulb. The resulting geometries were subsequently analysed in STAR-CCM+ using a numerical model verified through a mesh sensitivity study. To identify an operating condition representative of the actual behaviour of the yacht, the Maxsurf VPP module was also employed. An upwind sailing condition was selected and used as the reference case for the CFD campaign. The parametric simulations were first performed by varying the individual parameters of the keel and bulb and were then extended to combinations of the most significant configurations. The results made it possible to assess the effects of geometric variations on lift, drag, hydrodynamic efficiency and load distribution, while also identifying the parameters with the greatest influence on the behaviour of the keel–bulb system. The analysis also showed that the effects of individual geometric modifications are not always directly additive when several parameters are combined. The proposed approach therefore provides a methodology for the parametric investigation of sailing yacht appendages and a basis for future developments aimed at geometry optimisation.