Analisi fluidodinamica CFD dei timoni con Star-CCM+

Abstract

Sono state eseguite una serie di analisi CFD su timoni di varie forme e in diverse configurazioni operative. Il lavoro è partito dalla creazione di un set-up di simulazione sul software STAR-CCM+. Il modello è stato poi validato confrontando i risultati dell'analisi CFD con i dati sperimentali dei test di Molland e Turnock e delle prove di Whicker e Fehlner. Successivamente, sono stati valutati ulteriori effetti dovuti alle caratteristiche geometriche del timone e sono state analizzate le interazioni del timone con lo scafo, studiando il gap tra i due, la configurazione a barchetta e gli effetti dovuti a diverse forme dello scafo. L'analisi ha confermato l'affidabilità della CFD a risolvere i problemi di flusso con qualche difficoltà nel descrivere il fenomeno di stallo. Sweep angle, taper ratio e spessore hanno un impatto limitato sulle prestazioni idrodinamiche, l'aspect ratio risulta essere il parametro più influente sulle performance. Sistemi di supporto e particolari forme dello scafo possono produrre effetti non trascurabili, con generazione di forze laterali rilevanti.

A series of CFD analyses were conducted on rudders of various shapes and in different operational configurations. The work began with the setup of a simulation in the STAR-CCM+ software. The model was then validated by comparing the CFD analysis results with experimental data from tests conducted by Molland and Turnock, as well as trials by Whicker and Fehlner. Subsequently, further effects due to the geometric characteristics of the rudder were evaluated, and interactions between the rudder and the hull were analyzed, examining the gap between the two, the "barchetta" configuration, and the effects due to different hull shapes. The analysis confirmed the reliability of CFD in solving flow problems, with some difficulty in describing the stall phenomenon. Sweep angle, taper ratio, and thickness have limited impact on hydrodynamic performance, while aspect ratio emerges as the most influential parameter. Support systems and specific hull shapes can produce significant effects, including the generation of notable lateral forces.