Hydrodynamic design of an autonomous underwater glider

The aim of this project is to develop a concept of AUG (Autonomous Underwater Glider). Initially, an analysis on the state of the art was made, through which the main characteristics of the gliders currently on commerce were determined as a function of their possible missions. Following a study on the flight dynamics of these systems, the fundamental parameters for the hydrodynamic design were defined. From this point, the plan of the hull was tackled, with the aim to maximize the portion of laminar flow over it. To do so, the biggest obstacle was the prediction of flow transition, for which Granville’s criteria and Mangler’s transformation were used, devised specifically for axialsymmetric bodies. Afterwards, the wings were designed without a symmetry constraint, opposed to all the other commercially available models. The main softwares used for this task were xFoil and Athena Vortex Lattice, which are based on classical aerodynamics theories, such as potential flow theory, thin airfoil theory and lifting line theory. Finally, a series of CFD analyses was made in order to have a term of comparison for the hull results, since flow transition remains one of the most delicate aspects to predict. The wing design has produced positive results, with noticeable improvements in hydrodynamic performances, due especially to the different approach to the problem which allowed to bypass the symmetry constraint, while in the case of the hull the results do seem promising, but require a more in depth study, possibly with some experimental tests.

L’obiettivo di questo progetto è quello di sviluppare un concept di AUG (Au- tonomous Underwater Glider). Inizialmente è stata fatta un’analisi dello stato dell’arte, con il quale sono state determinate le principali caratteristiche dei glider attualmente in commerico in funzione delle loro possibili tipologie di missione. A seguito di uno studio della dinamica di volo di questi sistemi, sono stati definiti i parametri fondamentali per il design idrodinamico. Da lì si è passati alla proget- tazione dello scafo, cercando di massimizzare la percentuale di flusso laminare che lo investe. Per fare ciò, l’ostacolo maggiore è stata la predizione della transizione del flusso, per la quale sono stati utilizzati i criteri di Granville e la trasformazione di Mangler, utili nel caso di corpi assialsimmetrici. In seguito sono state progettate le ali senza un vincolo di simmetria, diversamente da tutti i modelli di AUG at- tualmente in commercio. I principali software utilizzati sono stati xFoil e Athena Vortex Lattice, i quali sono basati sulle teorie dell’aerodinamica classica, quali la teoria del flusso potenziale, dei profili sottili e della linea portante. Infine sono stati fatti degli studi di CFD per avere un termine di paragone per i risultati sullo scafo, dato che la transizione del flusso rimane uno degli aspetti più delicati e difficili da predire. Lo studio delle ali ha prodotto risultati positivi, con apprezzabili miglioramenti delle performance idrodinamiche, grazie soprattutto ad un approccio al problema diverso che ha permesso di aggirare il vincolo di simmetria delle ali, mentre nel caso dello scafo i risultati sembrano essere promettenti, ma richiedono uno studio più approfondito, possibilmente con delle prove sperimentali.