Verifica computazionale di una configurazione operativa per uno spinnaker asimmetrico da regata

The present work aims to describe a numerical method able to simulate a real operative configuration of an asymmetric spinnaker in regatta. The analyses of this typology of sails is very challenging because of the environment where it is applied, and for the physics underlying the phenomenon where the fluid-structure interaction is fundamental. A numerical method of investigation has been designed, and developed in this work. It is based on the iterative solution of a series of fluid dynamic and structural problems converging to the final sail configuration. The computational results fully agree with the displacements observed in the real case on the sail. The method is naturally able to distinguish the different phases of the numerical computation, because of its own structure. This characteristic can consequently improve the design of the sail thanks to the large amount of data that can be obtained during the fluid dynamics and elastic simulations. The core of this work points at the development of a new methodology, and not to increase the accuracy of the modelling, which is strongly constrained by the available computational power. This situation brought to the need to put a great attention on the modelling of both fluid dynamic than structural domains. The fluid dynamic domain has been implemented in order to be portable on different machine architectures, while the structural ones is thought to make as easy as possible a generalization of the problem to the elastic model, in order to simplify it. The method developed can also be applied in all the aeroelastic problems, not only in a nautical applications.

Questo lavoro di tesi si propone di verificare dal punto di vista numerico una configurazione operativa di uno spinnaker asimmetrico da regata. Le analisi di vele di questo tipo risultano molto complesse non solo per l'ambiente nel quale operano ma anche per le difficoltà intrinseche dovute alla loro modellazione sia fluidodinamica che elastica. Si è sviluppata una metodologia di indagine numerica che, passando da un modello fluidodinamico ad uno strutturale della vela, è stata in grado di soddisfare l'obiettivo proposto; si è verificato infatti che la configurazione operativa fornita è, anche dal punto di vista numerico, quella che meglio descrive il comportamento al vero della vela in questione. La possibilità, garantita dalla doppia modellazione fluidodinamica e strutturale, di isolare le singole fasi del processo numerico garantisce inoltre l'opportunità, in un secondo momento, di dedurre importanti dati utili al fine del miglioramento della progettazione della vela stessa nelle sue parti specifiche. A causa della limitata potenza di calcolo disponibile, gli elementi innovativi del presente lavoro non riguardano il dettaglio raggiunto nella modellazione ma il metodo di indagine del problema stesso. Lo sforzo maggiore in questo senso è stato fatto sia per realizzare un dominio di calcolo fluidodinamico in grado di adattarsi facilmente a macchine con differenti prestazioni sia per la realizzazione di un modello elastico in grado di generalizzare e semplificare il problema. Il metodo sviluppato, nonostante nel caso specifico sia applicato ad una vela nautica, risulta così facilmente estendibile a tutti quei processi in cui è presente un accoppiamento aeroelastico.