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progettare
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2017
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mica e una maggiore forza propulsiva
rispetto ad una vela migliorando le
prestazioni dell’imbarcazione, ma allo
stesso tempoassottigliando ilmargine
di manovra dell’ala stessa. La regola-
zione dell’ala avviene tramitemodifica
dell’angolo del flap sull’apertura alare
e dell’incidenza del main per ottenere
la corretta forza aerodinamica nelle
diverse fasi di navigazione.
Tuttavia trovare una configurazione
stabile in tutte le condizioni di na-
vigazione è complesso, portando a
episodi di ribaltamento (scuffia) del
catamarano. Perdite di stabilità pos-
sono derivare dall’apparizione dello
stallo sull’ala, così come sugli aerei,
causando una repentina perdita della
forza aerodinamica sull’ala e quindi
della velocità del catamarano.
Per meglio capire il comportamento
delle wingsail, Assystem France, una
società internazionale di innovazione
e consulenza ingegneristica, ha iniziato
unprogettodi dottorato incollaborazio-
ne con il dipartimentodi aerodinamica,
energetica e propulsione (Daep) dell’I-
sae-Supaéro di Tolosa, scuola di inge-
gneria molto rinomata nel settore ae-
rospaziale.Unodegli obiettivi di questo
lavoro è incentrato sulla comprensione
delle caratteristiche aerodinamiche sul-
la wingsail in modo da identificare la
relazione tra il design, i parametri di
regolazione e le sue performance, per
trovare la configurazione ottimale per
ogni condizione di navigazione.
Scelta del metodo di analisi
Per investigare il comportamento delle
wingsail, i ricercatori hanno progettato
unawingsail ispirandosi allageometria
dell’ala dell’AC72 usata dal teamOracle
nell’America’sCupdel 2013. Lamaggior
parte degli studi sull’ala sono stati ef-
fettuati tramite simulazione numerica
(CFD). Oltre a una forte riduzione dei
costi di ricerca ed essere adatta allo
studio di differenti design, un’analisi
CFD può mettere in luce alcuni aspetti
altrimenti non facilmente identificabili
ni di flusso e di geometria dei test
sperimentali, riproducendo l’intera
geometria della galleria del vento per
meglio prendere in conto le interazio-
ni tra le pareti della galleria e l’ala.
Le stesse condizioni sperimentali in
termini di velocità e di turbolenza
del flusso sono state riprodotte nelle
simulazioni numeriche. Il dominio
numerico è stato discretizzato con
poliedri in Star-CCM+. Strati di prismi
sono stati applicati sulle pareti della
wingsail per la risoluzione dello strato
limite. La mesh finale è costituita da
32 milioni di celle. Le equazioni Rans
non stazionarie (Urans) sono risolte
in una configurazione di flusso non
compressibile. La velocità del flus-
so all’interno della galleria è di 20
m/s, equivalente ad un numero di
Reynolds pari a 5.3 x 105. Considerato
il numero di Reynolds moderato il
flusso è in regime laminare su parte
della superficie dell’ala complicando
ulteriormente l’analisi numerica. Il
modello di transizione è stato allora
attivato congiuntamente al modello
di turbolenza k-omega per meglio
identificare la zone di transizione la-
minare-turbolenta dello strato limite.
La simulazione numerica hamostrato
un’eccellente corrispondenza con i
dati sperimentali. Il confronto tra le
visualizzazioni in galleria del vento e
le simulazioni Urans mostrano carat-
nei test ingalleriadel vento. Star-CCM+,
già ampiamente utilizzato pressoAssy-
stem France, è stato selezionato come
software per la simulazione numerica
per leseguenti ragioni: altaqualitànella
costruzione di una mesh costituita da
poliedri per un’eccellente risoluzione
della scia; flessibilità nell’adattamento
del software per specifici problemi in
fase di ottimizzazione; possibilità di
avere eccellenti condizioni nella ge-
stionedelle licenzed’usonell’ambiente
accademico; largo utilizzo nel settore
dell’industria marina.
La validazione della metodologia nu-
merica comparata ai dati sperimentali
è la chiave per un’analisi numerica
accurata. Un modello in scala 1/20
della wingsail (senza lo scafo del ca-
tamarano) è stato costruito per i test
in galleria del vento. La galleria del
vento è di tipo Eiffel con una vena di
forma ellittica. I test in galleria sono
stati condotti modificando l’angolo
di deflessione del flap e la geometria
dello slot. Lo scopo del progetto di
ricerca è di investigare i meccanismi
del flusso attorno alla wingsail, ap-
profondendo gli aspetti legati al ruolo
dello slot stesso nel miglioramento
delle performance dell’ala.
La metodologia
L’analisi numerica con Star-CCM+ è
stata condotta nelle stesse condizio-
Prova in galleria del vento e analisi simulata per migliorare le performance dell’ala.