Caratteristiche della scia dello scafo per navi bielica in manovra in acqua calma

Abstract

La previsione affidabile della capacità di manovra di una nave è un argomento di crescente interesse. In questo settore, i simulatori system-based forniscono risultati rapidi e sempre più accurati, integrando un numero sempre maggiore di effetti. In quest’ottica, nel laboratorio iShip del Virginia Tech ` e stato sviluppato un framework integrato per simulazioni di manovra e di seakeeping nel dominio del tempo. Il framework è stato convalidato e testato sullo scafo dell’incrociatore ONR-T, che presenta una configurazione a doppia elica e doppio timone, e dispone di numerosi risultati sperimentali in letteratura. Il simulatore si basa sul modello MMG, che modella la spinta e la coppia attraverso i classici diagrammi di elica isolata. In questa tesi, viene proposto un modello di ordine ridotto per descrivere le asimmetrie di carico durante una manovra generica in acqua tranquilla. Sebbene in letteratura esistano diverse formulazioni del coefficiente di scia per le navi bielica, nessuna di esse ha considerato gli effetti rilevabili da prove dinamiche. Pertanto, per informare il modello, sono stati acquisiti dati da diverse simulazioni CFD, eseguite con il metodo RANS. Le prove simulate comprendono quelle di puro drift, quindi statiche, e quelle di puro sway/puro yaw, dinamiche. La nuova formulazione viene poi validata simulando una manovra a zig-zag, sempre con il metodo RANS: la spinta e la coppia vengono confrontate con quelle ottenute dal suddetto modello. Questa è risultata efficace e di semplice utilizzo, e sebbene si trascurino gli effetti non-lineari più complicati, rappresenta un primo passo nella modellazione semplificata dell’interazione tra carena ed elica durante manovre generiche non stazionarie.

Reliable prediction of a ship’s ability to maneuver is a topic of increasing interest. In this area, system-based simulators provide a fast and increasingly accurate result by integrating more and more effects. With this in mind, an integrated maneuvering and seakeeping time-domain simulation framework has been developed in the iShip lab a Virginia Tech. The framework was validated and tested on the ONR-T surface combatant ship, which features a twin propeller and rudder configuration, and has extensiv experimental results available. The simulator is based on the MMG model, and in this thesis, a reduced-order model is proposed to describe the loading asymmetries durin a generic maneuver in calm water. Although there are multiple formulations in the literature for twin-shaft ships, none of them has considered any effects from dynamic tests. Therefore, to inform the model, data are acquired from several CFD simulations, performed by RANS method. The simulated tests include those of pure drift, thus static and those of pure sway/pure yaw, dynamic. The new formulation is then validated by simulating a zig-zag maneuver, again using the RANS method: thrust and torque are compared to those obtained from the said formulation. This was found to be effective and easy to use, and although the more complicated nonlinear effects are neglected, it represents a valid first step in simplified modeling of the unsteady effects present in a generic maneuver.