Motor Yacht Design

Università degli studi di Genova

Corso Magistrale Yacht Design

Motor Yacht Design

Anno Accademico 2021-2022

Alessia Canepa

Alessia Canepa 4488398

Indice

Capitolo 1 .......................................................................................................................................................... 4

Tipologie di scafo ................................................................................................................................ 4

1.1 Scafo dislocante ....................................................................................................................................... 4

1.2 Scafo semidislocante…………………………………………………………………………5

........................................................................................................................................ 6

1.3 Scafo planante

1.4 Resistenza di un'imbarcazione ................................................................................................................. 7

......................................................................................................... 8

1.4.1 Resistenza di uno scafo planante

1.5 Geometria e definizioni della carena planante......................................................................................... 9

Capitolo 2 ........................................................................................................................................................ 11

Savitsky ..................................................................................................................................................... 11

2.1 Il metodo Savitsky ................................................................................................................................. 11

2.1.1 Modello di Savitsky ............................................................................................................................ 12

2.1.2 Idrodinamica di una superficie planante ............................................................................................. 13

2.1.3 Portanza dello scafo planante (lift) ..................................................................................................... 17

2.1.4 Resistenza dello scafo planante (drag) ............................................................................................... 20

2.1.5 Centro di pressione ............................................................................................................................. 24

2.1.6 Soluzione delle equazioni di equilibrio .............................................................................................. 26

2.1.7 Estensione nel regime di pre-planata del metodo Savitsky ................................................................ 29

Capitolo 3 ........................................................................................................................................................ 31

Componenti di resistenza aggiuntive dello scafo planante .............................. 31

3.1 Resistenza delle appendici R ............................................................................................................ 31

APP

3.2 Resistenza agli spruzzi .......................................................................................................................... 35

3.3 Resistenza all’aria .................................................................................................................................. 42

Capitolo 4 ........................................................................................................................................................ 43

Controllo dell’assetto................................................................................................................ 43

4.1 Approcci principali ................................................................................................................................ 44

4.1.1 Opzioni di progettazione .................................................................................................................... 44

4.1.2 Dispositivi attivi ................................................................................................................................ 49

4.2 Scafi a scalini ......................................................................................................................................... 57

4.2.1 Modello fisico ..................................................................................................................................... 63

Capitolo 5 ........................................................................................................................................................ 66

Aliscafi ...................................................................................................................................................... 66

Capitolo 6 ........................................................................................................................................................ 70

Prove di rimorchio di vasca di scafi plnananti ............................................................. 70

6.1 Modello.................................................................................................................................................. 72

6.1.1 Installazione ........................................................................................................................................ 73

6.1.2 Quantità misurate ................................................................................................................................ 74

Alessia Canepa 4488398

6.2 Full scale extrapolation (ipotesi di Froude) ........................................................................................... 74

6.2.1 Fattore di forma .................................................................................................................................. 74

6.2.2 Resistenza dell’aria ............................................................................................................................. 75

6.2.3 Resistenza delle appendici .................................................................................................................. 75

6.3 Serie sistematica per scafo planante ..................................................................................................... 75

6.3.1 Serie EMB 50 ............................................................................. Errore. Il segnalibro non è definito.

6.3.2 Serie 62 ....................................................................................... Errore. Il segnalibro non è definito.

6.3.3 Serie Dutch 62 ............................................................................ Errore. Il segnalibro non è definito.

6.3.4 Serie 65 ....................................................................................... Errore. Il segnalibro non è definito.

6.3.5 Serie USCG ................................................................................ Errore. Il segnalibro non è definito.

6.3.6 Serie sistematica di Southampton (SSS) .................................... Errore. Il segnalibro non è definito.

6.3.7 Naples Systematic Series (NSS) ......................................................................................................... 76

6.3.8 Serie NTUA ................................................................................ Errore. Il segnalibro non è definito.

6.3.9 Naples stepped planning hulls systematic series (2022) ..................................................................... 77

6.3.10 Il secondo metodo VTT ............................................................ Errore. Il segnalibro non è definito.

Capitolo 7 ........................................................................................................................................................ 78

Stabilità dinamica ............................................................................................................................ 78

7.1 Moti ....................................................................................................................................................... 79

7.1.1 Instabilità al moto rollio ..................................................................................................................... 79

Instabilità d’assetto (trim instability)

7.1.2 ........................................................................................... 81

7.1.3 Beccheggio e sussulto: delfinamento ................................................................................................. 82

7.2.1 Delfinamento ...................................................................................................................................... 86

7.2.2 Il delfinamento, approccio empirico di Savitsky ................................................................................ 92

Capitolo 8 ........................................................................................................................................................ 93

Sistemi di propulsione ..................................................................................................................... 93

8.1 Progettazione del sistema di propulsione (considerazioni generali) ...................................................... 94

8.2 Cavitazione del propulsore .................................................................................................................... 95

8.2.1 Effetti indesiderati .............................................................................................................................. 96

.............................................................................................................................. 96

8.2.2 Tipi di cavitazione

8.2.2 Metodi per prevedere la cavitazione ................................................................................................... 99

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Capitolo 1

Tipologie di scafo

Il regime di una nave dipende dalla

• Velocità
• Dimensioni
• Peso
• Forma dello scafo.

In media, i diversi regimi possono essere identificati in base a Fr e Fr .∇

Per le navi dislocanti viene usato il numero di Froude Fr che è un gruppo adimensionale che mette in relazione la forza d'inerzia e la forza peso.

l è una lunghezza di riferimento [m];

V è il modulo di una velocità di riferimento [m/s];

g è il modulo dell'accelerazione di gravità [m/s²].

Per le navi plananti invece si usa il numero di Froude volumetrico Fr che include implicitamente ∇ informazioni sul peso dello scafo.

V è il modulo di una velocità di riferimento [m/s];

g è il modulo dell'accelerazione di gravità [m/s²]. è il volume di carena /).

(volume spostato dalla nave a riposo =

La tipologia della nave si riferisce al regime per il quale lo scafo è stato progettato e ottimizzato.

• ✓ Scafo dislocante: Il peso della nave è completamente sostenuto dalla spinta idrostatica.
• ✓ Scafo semidislocante: Il peso dell'imbarcazione è sostenuto principalmente dalla spinta idrostatica ma è significativo anche il contributo della portanza idrodinamica.
• ✓ Scafo planante: Il peso dell'imbarcazione è quasi completamente sostenuto dalla portanza idrodinamica.

1.1 Scafo dislocante

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Il volume di carena non varia con la velocità, ma si possono verificare piccole variazioni dell'assetto.

Caratteristiche tipiche di uno scafo dislocante:

• Piccolo angolo di entrata del piano d’acqua rispetto al galleggiamento di progetto, sono quasi paralleli
• Longitudinali convessi
• Linee d'acqua strette a poppa
• Ginocchio convesso
• Spesso viene utilizzata una prua bulbosa . < . <

1.2 Scafo semidislocante

Il volume di carena e l'assetto possono variare all'aumentare della velocità, ma l'effetto è limitato.

Caratteristiche tipiche di uno scafo semidislocante:

• Del piano d’acqua
• Angolo d'entrata sottile rispetto al piano di galleggiamento di progetto
• Longitudinali rettilinei
• Poppa larga e parzialmente sommersa
• Ginocchio rotondo per tutta la lunghezza dello scafo e avviato verso prua
• Sezioni trasversali rettilinee a V a prua. . < <. .0< <

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1.3 Scafo planante

Gli scafi plananti sono quegli scafi che all’aumentare della velocità, sotto l'effetto della pressione dinamica che si sviluppa sul fondo, subiscono una notevole riduzione del volume di carena.

• ▪ . . ; .0 Regime pre-planante: < < < <

Il contributo della portanza idrodinamica aumenta mentre la spinta idrostatica diminuisce perché il volume dello scafo si riduce.

• ▪ . ; .0 Regime planante: > >

Il peso dell'imbarcazione è sostenuto principalmente o quasi completamente dalla portanza idrodinamica.

Caratteristiche tipiche di uno scafo planante:

• Nessuna superficie convessa (eccetto la prua)
• Spigolo affilato (hard chine)
• Specchio di poppa largo e completamente sommerso
• Longitudinali rettilinee a poppa
• Sezione a V rettilinea l’immersione

In condizioni di planata, e l'assetto della nave dipendono strettamente dalla pressione dinamica che agisce sul fondo della nave. Questa pressione dipende dal quadrato della velocità.

In particolare, sono importanti l'intensità e il punto di applicazione della forza risultante della pressione dinamica.

Di conseguenza, anche la lunghezza del piano d'acqua e della linea di galleggiamento variano con la velocità: questo è un ulteriore motivo per preferire l' quando si tratta di imbarcazioni da planata.

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1.4 Resistenza di un'imbarcazione

Quali sono i principali componenti della resistenza in acqua calma di un'imbarcazione?

Resistenza totale divisa in:

• ✓ Resistenza scafo
• ✓ Resistenza rugosità
• ✓ Resistenza aria e vento
• ✓ Attrito appendici
• ✓ Attrito parassitario

L'obiettivo di una buona progettazione è quello di ridurre al minimo la resistenza totale dello scafo.

Il contributo di ciascuna componente dipende dalle caratteristiche dello scafo e dalle condizioni di funzionamento.

È necessario utilizzare soluzioni progettuali diverse caso per caso.

Comparazione delle curve di resistenza per le diverse tipologie di scafo:

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È possibile osservare che nell'intervallo di numeri di Froude fino a 0,39 lo scafo dislocante è quello che offre le migliori prestazioni; oltre questo limite il rapporto RT/Δ per lo scafo dislocante assume rapidamente valori davvero più alti.

Un comportamento simile si vede per lo scafo semi planante, quando è portato a valori del numero di Froude superiori a 0,89 per cui lo scafo planante è quello avente il valore inferiore del rapporto RT/Δ.

È quindi evidente che la scelta della forma dello scafo deve essere adatta al regime di velocità in cui verrà utilizzata l'imbarcazione. /∆

Nota: al di sopra di una certa velocità, il per uno scafo di progettazione diminuisce. Come è possibile?

Il volume dello scafo diminuisce con l'aumentare della velocità, quindi la resistenza alle onde diminuisce notevolmente!

1.4.1 Resistenza di uno scafo planante

Le componenti di resistenza di uno scafo planante sono:

• ✓ Resistenza viscosità: Resistenza d’attrito - Resistenza pressione viscosa
• ✓ Resistenza d’onda: rottura d’onda - Resistenza Resistenza modello d’onda -
• ✓ Resistenza residua

I fenomeni fisici coinvolti sono gli stessi di quelli di uno scafo dislocante, ma bisogna considerare un'ulteriore componente legata alla portanza.

• Equilibrio verticale per uno scafo dislocante: = =
• () Equilibrio verticale per uno scafo planante: = +

Dove è la portanza, cioè la componente perpendicolare alla direzione del flusso della forza risultante della pressione che agisce sullo scafo. La resistenza indotta D è la componente parallela alla direzione del flusso della forza risultante della pressione che agisce sullo scafo.

• ▪ . . ; .0 Regime di pre-planante: < < < < d’attrito

La resistenza d’onda diminuisce con l'aumentare della velocità, mentre la resistenza aumenta con il quadrato della velocità. Il contributo della resistenza indotta D diventa significativo.

• ▪ . ; .0 Regime planante: > >

La resistenza d'onda è trascurabile, mentre le componenti principali della resistenza sono la resistenza d'attrito e la resistenza indotta.

Altre componenti importanti sono la resistenza delle appendici e la resistenza agli spruzzi.

La stima della resistenza di planata dello scafo si fa tramite:

• Serie sistematica
• Esperimenti in vasca di rimorchio
• Metodo Savitsky

1.5 Geometria e definizioni della carena planante

La forma e il comportamento di uno scafo planante sono descritti in riferimento alla sua superficie inferiore.

Il fondo è la superficie dello scafo al di sotto dello spigolo.

In particolare, si considera la proiezione del fondo su un piano orizzontale. Il piano orizzontale è un piano passante per la linea di chiglia e perpendicolare al piano di simmetria.

In particolare, le grandezze rilevanti sono:

• ✓ A : area della proiezione del fondo P
• ✓ L : lunghezza della proiezione dello spigolo P
• ✓ B : larghezza del fondo in posizione generica PC
• ✓ B : larghezza massima del