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

1.1Scafo Dislocante ....................................................................................................................................... 4

1.2Scafo 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

STABILITA’ 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

Alessia Canepa 4488398 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

Alessia Canepa 4488398

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

dell'assetto.

Caratteristiche tipiche di uno scafo dislocante:

o Piccolo angolo di entrata del piano

d’acqua rispetto al galleggiamento di

progetto, sono quasi paralleli

o Longitudinali convesse

o Linee d'acqua strette a poppa

o Ginocchio convesso

o 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

o Angolo d'entrata sottile rispetto al piano di galleggiamento di progetto

o Longitudinali rettilinee

o Poppa larga e parzialmente sommersa

o Ginocchio rotondo per tutta la lunghezza

dello scafo e avviato verso prua

o Sezioni trasversali rettilinee a V a prua

. .

< <

. .0

< <

Alessia Canepa 4488398

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:

o Nessuna superficie convessa (eccetto la prua)

o Spigolo affilato (hard chine)

o Specchio di poppa largo e completamente

sommerso

o Longitudinali rettilinee a poppa

o 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:

Alessia Canepa 4488398

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.

o

Equilibrio verticale per uno scafo dislocante: = =

o ()

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.

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▪ . . ; .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