Sviluppo di un Modello a Superficie Portante Integrato con Ottimizzazione Parametrica per la Verifica e la Progettazione di Eliche Navali

Abstract

Questo elaborato affronta la progettazione e l’analisi delle eliche navali mediante un modello numerico basato sulla teoria della superficie portante, sviluppato con l’obiettivo di valutare le prestazioni propulsive di una geometria assegnata e, successivamente, ottimizzarne la forma tramite un processo automatico di modifica parametrica. Il modello proposto consente di calcolare, con un costo computazionale ridotto, grandezze quali spinta, coppia, rendimento e distribuzione di carichi lungo la superficie, sfruttando una descrizione tridimensionale della distribuzione di circolazione lungo la pala. Tale formulazione permette di ottenere una rappresentazione più realistica dei fenomeni idrodinamici rispetto ai metodi lineari convenzionali. Nella seconda parte, il modello viene integrato in un algoritmo di ottimizzazione che modifica in modo controllato le caratteristiche geometriche della pala al fine di raggiungere obiettivi prestazionali quali il miglioramento dell’efficienza e la riduzione della coppia assorbita. La metodologia è infine validata confrontando le prestazioni delle configurazioni ottimizzate con quelle iniziali, evidenziando la coerenza fisica della soluzione e le potenzialità del modello nella progettazione propulsiva.

This work addresses the design and analysis of marine propellers through a numerical model based on lifting-surface theory, developed with the aim of evaluating the propulsive performance of a given geometry and subsequently optimizing its shape through an automatic parametric modification process.

The proposed model allows the computation, with reduced computational cost, of key quantities such as thrust, torque, efficiency, and load distribution along the blade surface, exploiting a three-dimensional description of the circulation distribution over the blade. This formulation provides a more realistic representation of hydrodynamic phenomena compared to conventional linear methods.

In the second part, the model is integrated into an optimization algorithm that systematically modifies the blade geometric characteristics to achieve performance objectives such as efficiency improvement and reduction of absorbed torque. The methodology is finally validated by comparing the performance of the optimized configurations with the initial ones, highlighting the physical consistency of the solution and the potential of the model for propulsive design.