Geração geométrica e modelagem automatizada de propulsores da Série-B de Wageningen

Abstract

O presente trabalho consiste na automatização da geração de geometria e modelagem tridimensional de propulsores do tipo B-Series usando os softwares MATLAB e Rhinoceros. Uma rotina de MATLAB foi criada baseada na publicação original de Kuipper (1992) a respeito das Séries Wageningen. Todos os dados de entrada, como diâmetro, relação passo sobre diâmetro, razão de áreas expandidas e número de pás devem ser informados pelo usuário na interface gráfica e um arquivo contendo a geometria da pá do hélice será gerado. Para a modelagem automatizada, uma rotina em IronPython foi desenvolvida para ser executada no Rhinoceros com o arquivo gerado pelo MATLAB. Para se obter uma modelagem com superfícies de alta qualidade, foram desenvolvidas no MATLAB, durante a rotina de geração da geometria, curvas de tendência e interpolação de valores não existentes na publicação original sobre a série. Com isso pode-se suavizar as curvas que representam cada uma das seções, criando mais pontos para descrevê-las, seguindo uma curva do tipo spline mais suave que a obtida utilizando apenas os dados originais. Além da criação de seções extras para frações de raios intermediárias afim de se obter um maior controle sobre a geometria. A validação da automatização da geração geométrica e modelagem 3D se deu comparando-se um propulsor já projetado pela Marine Technical Services com um propulsor desenvolvido através das duas rotinas desenvolvidas para esse trabalho. Essa comparação foi feita de forma quantitativa comparando-se o valor de massa entre o propulsor desenvolvido e o de referência. Além do mais, inspeções visuais auxiliadas por ferramentas de análise do Rhinoceros foram usadas de forma qualitativa para validação da qualidade das formas e superfícies desenvolvidas. O comportamento da curva de áreas seccinionais também será analisado nessa etapa. Um erro percentual relativo muito pequeno quanto a massa dos propulsores foi encontrado, indício que o propulsor modelado no presente trabalho está muito semelhante ao projeto original. As análises visuais e curvas seccionais indicam a ausência defeitos graves nas superfícies.

The current work consists in automating the generation and three-dimensional modeling of B-Series type thrusters using MATLAB and Rhinoceros 3D. A MATLAB script was created based on the original publication of Kuipper (1992) about the Wageningen Series. All the input data, as propeller diameter, pitch and diameter ratio, expanded area ratio and number of blades must be informed by the user in the graphic interface and the output will be a file with the blade geometry. For the automated modeling a script was developed in Iron Python to be run in Rhinoceros with the file generated by MATLAB. To obtain a high-quality surface when modelling, was developed in MATLAB inside the geometric generating script trend curves of data and interpolation of non-existing values in the original publication about the series. Using the fitted curves was possible to smooth out the curves representing each one of the sections, by creating more points do describe them and so following a spline curve smother than the one resulted from the original data. In addition, were created extra sections between the original radius fractions in order to obtain higher control about the geometry. In order to validate the whole process of geometric generating and automated modeling a propeller already designed by the Marine Technical Services will be compared with a propeller fully developed through the scripts of the present work. That comparation will be made qualitatively looking into the result for the propeller mass and polar moment of inertia between the developed propeller and the reference one. Furthermore, visual inspections assisted by the Rhinoceros analysis tolls will be used to evaluate, in a qualitatively way, the developed surfaces and forms. It will also be observed the sectional curve of areas behavior during this step. A tiny relative percent error was found about the mass of the propellers, an indication that the propeller developed in the present work is very similar to the original design. The visual analysis and the curve of sectional areas also indicates the absence of seriues erros in the surfaces.