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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.3.2016.tde-11072016-155508
Documento
Autor
Nome completo
Humberto de Carvalho Nakanishi
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2015
Orientador
Banca examinadora
Andrade, Bernardo Luis Rodrigues de (Presidente)
Morooka, Celso Kazuyuki
Padovezi, Carlos Daher
Título em português
Modelo computacional para avaliação do desempenho hidrodinâmico de embarcações de planeio em águas calmas.
Palavras-chave em português
Distribuição de vórtices
Embarcações
Escoamento potencial
Hidrodinâmica
Impacto de formas bidimensionais
Projeto preliminar
Teoria de corpo esbelto
Resumo em português
Em geral, uma embarcação de planeio é projetada para atingir elevados níveis de velocidade. Esse atributo de desempenho está diretamente relacionado ao porte da embarcação e à potência instalada em sua planta propulsiva. Tradicionalmente, durante o projeto de uma embarcação, as análises de desempenho são realizadas através de resultados de embarcações já existentes, retirados de séries sistemáticas ou de embarcações já desenvolvidas pelo estaleiro e/ou projetista. Além disso, a determinação dos atributos de desempenho pode ser feita através de métodos empíricos e/ou estatísticos, onde a embarcação é representada através de seus parâmetros geométricos principais; ou a partir de testes em modelos em escala reduzida ou protótipos. No caso específico de embarcações de planeio, o custo dos testes em escala reduzida é muito elevado em relação ao custo de projeto. Isso faz com que a maioria dos projetistas não opte por ensaios experimentais das novas embarcações em desenvolvimento. Ao longo dos últimos anos, o método de Savitsky foi largamente utilizado para se realizar estimativas de potência instalada de uma embarcação de planeio. Esse método utiliza um conjunto de equações semi-empíricas para determinar os esforços atuantes na embarcação, a partir dos quais é possível determinar a posição de equilíbrio de operação e a força propulsora necessária para navegar em uma dada velocidade. O método de Savitsky é muito utilizado nas fases iniciais de projeto, onde a geometria do casco ainda não foi totalmente definida, pois utiliza apenas as características geométricas principais da embarcação para realização das estimativas de esforços. À medida que se avança nas etapas de projeto, aumenta o detalhamento necessário das estimativas de desempenho. Para a realização, por exemplo, do projeto estrutural é necessária uma estimativa do campo de pressão atuante no fundo do casco, o qual não pode ser determinado pelo método de Savitsky. O método computacional implementado nesta dissertação, tem o objetivo de determinar as características do escoamento e o campo de pressão atuante no casco de uma embarcação de planeio navegando em águas calmas. O escoamento é determinado através de um problema de valor de contorno, no qual a superfície molhada no casco é considerada um corpo esbelto. Devido ao uso da teoria de corpo esbelto o problema pode ser tratado, separadamente, em cada seção, onde as condições de contorno são forçadamente respeitadas através de uma distribuição de vórtices.
Título em inglês
Computer model to evaluate the hydrodynamics performance of planing craft in calm water.
Palavras-chave em inglês
2D wedge impact
Hull design
Hydrodynamics
Planing craft
Potential flow
Slender body theory
Vortex sheet
Resumo em inglês
Generally, a planing craft is designed to achieve high speed levels. This performance attribute is directly related to the boat size and to the propeller plant power. Traditionally, during a boat design, performance analyses are carried out using results taken from systematic series or from others boat previously build by the shipyard and/or designer. Furthermore, performance attributes can be calculated by semi-empirical and/or statistic methods or by tests of reduced scale models. In the specific case of planing boats, the costs of reduced scale tests are too high compared to the design cost itself. Because of this, most designers do not perform experimental tests during the development of new boats. During the last years, the Savitsky method was extensively used to estimate planing craft effective power. The method uses a set of semi-empirical equations to calculate the forces acting on the boat, from which the equilibrium position and the required propeller thrust are determined. During the preliminary phases of planing craft design, the hull geometry hasn't been fully defined. Therefore, the Savitsky method is widely used during this phase, because it uses only the main geometrical characteristics to estimate the forces acting on the hull. Advancing toward the final phases of the design process, more detailed information is required. To execute the structural design, for example, the pressure field acting on the hull must be known, which can't be estimate using the Savitsky method. The main objective of the present study is to implement a computer method that can be used to estimate the fluid flow and pressure field acting on the hull of a boat moving with forward speed constant in calm water. The fluid flow around the hull is treated as a boundary value problem, in which the wetted hull surface is considered a slender body. The slender body theory enables to solve the problem separately, in each transverse section, where boundary conditions are respected by a sheet of vortices.
 
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Data de Publicação
2016-07-12
 
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