Progetto preliminare di un catamarano ASV modulare con cuscino d'aria per operazioni in ambienti marini poco profondi

Abstract

In questo elaborato ci si occuperà della progettazione preliminare di un catamarano ASV (Autonomous Surface Vehicle) destinato a operare in presenza di fondali poco profondi. Il catamarano di partenza è SWAMP, un veicolo modulare realizzato dall’Ing. Odetti presso il CNR-INM. SWAMP è stato studiato per avere un pescaggio estremamente ridotto: minore di 15 cm. L’idea che sta alla base di questo elaborato è trasformare SWAMP in un SES (una tipologia di hovercraft) attraverso la generazione di un cuscino d’aria tra i due scafi e l’installazione di gonnelle a prua e a poppa, oltre all’utilizzo di un sistema di contenimento del cuscino posto superiormente. L’obiettivo fondamentale è ridurre a 5 cm il pescaggio in condizioni di carico utile uguale a 20 kg. Malgrado il peso aggiuntivo e le nuove resistenze che questo sistema comporterà, vedremo in quali condizioni la modifica porterà a un minore consumo energetico. In ogni caso, la modifica permetterà a SWAMP di spingersi a velocità maggiori e di raggiungere zone caratterizzate da fondali ancora meno profondi. Infatti, le curve di resistenza di SWAMP saranno scalate: grazie alla diminuzione della superficie bagnata, ogni curva di resistenza - a esclusione del contributo aggiuntivo causato dal cuscino - risulterà modificata. Inoltre, a parità di rapporto tra altezza del fondale e pescaggio, e quindi a parità di curva di resistenza, dopo la modifica si avrà una profondità del fondale minore. Bisogna però tenere in conto le resistenze aggiuntive create dal cuscino e dal sistema di generazione e mantenimento dello stesso, che si opporranno alla riduzione della resistenza o - in certe situazioni - aumenteranno la resistenza totale, rendendo vana la modifica. Infine, è altresì necessario considerare la potenza necessaria per il mantenimento del cuscino: uno degli obiettivi della modifica è diminuire il consumo energetico totale dell’imbarcazione, e pertanto bisogna fare attenzione a non creare l’effetto opposto.

This thesis deals with the preliminary design of an ASV (Autonomous Surface Vehicle) catamaran intended to operate in shallow water conditions. The starting vessel is SWAMP, a modular vehicle developed by Eng. Odetti at CNR-INM. SWAMP was designed to have an extremely shallow draft: less than 15 cm.

The underlying idea of this study is to transform SWAMP into an SES (Surface Effect Ship, a type of hovercraft) by generating an air cushion between the two hulls and installing skirts at the bow and the stern, in addition to using an upper containment system for the cushion. The main objective is to reduce the draft to 5 cm under a payload condition of 20 kg. Despite the additional weight and the new resistance effects introduced by this system, we will examine under which conditions the modification results in lower energy consumption. In any case, the modification will allow SWAMP to reach higher speeds and access areas with even shallower depths. Indeed, SWAMP’s resistance curves will be shifted: thanks to the reduction of the wetted surface area, each resistance curve — apart from the additional contribution caused by the cushion — will be modified.

Furthermore, for the same ratio between water depth and draft (and thus for the same resistance curve), the modified vessel will travel at a smaller water depth. However, it is necessary to consider the additional resistances generated by the air cushion and by its generation and maintenance system, which may counteract the reduction in resistance or — in certain situations — even increase the total resistance, nullifying the benefit of the modification. Finally, from an energy perspective, it is also essential to consider the power required to maintain the cushion: one of the aims of the modification is to reduce the vessel’s overall energy consumption, and therefore care must be taken not to produce the opposite effect.