Influência da popa transom na resistência ao avanço de uma embarcação do tipo PSV

Abstract

Com avanços tecnológicos marcantes nas últimas décadas, engenheiros buscam projetar embarcações cada vez mais eficientes visando obter um diferencial no atual paradigma competitivo de mercados globais. No projeto de embarcações mercantes, uma das etapas de maior importância é o cálculo da resistência ao avanço do casco, fortemente associada ao custo operacional das embarcações. A resistência é influenciada por diversas características do navio, como a forma do casco, presença do bulbo e o tipo de popa. Tradicionalmente essa estimativa é feita com o auxílio de modelos empíricos simplificados que se baseiam apenas nas dimensões principais e coeficientes de forma da embarcação. Os desenvolvimentos recentes da capacidade de processamento dos computadores e das técnicas de representação da superfície do casco motivam a utilização de métodos numéricos para a estimativa da resistência ao avanço de embarcações. Estas técnicas permitem obter uma estimativa mais precisa que possibilitará uma melhor definição da motorização da embarcação e seu consumo de combustível. Este trabalho se insere nesse contexto, e tem como objetivo apresentar, através de simulações numéricas, análises de diferentes tipos de popas, definindo quais são os parâmetros principais que definem sua geometria e suas respectivas influências na resistência ao avanço de embarcações mercantes. A metodologia utilizada é a construção de um modelo de casco base no programa CAESES e -através de variações paramétricas- a obtenção de novos cascos. Para definir as simulações necessárias é feita a implementação de uma matriz de experimentos (DOE). Outra ferramenta presente é o módulo de resistência do Maxsurf, utilizado para realizar as simulações de arrasto usando o método de escoamento potencial "SlenderBody". Para aprimorar mais o entendimento do fenômeno, alguns modelos são simulados no programa STAR-CCM+ utilizando o método de dinâmica dos fluidos computacional que inclui os efeitos de viscosidade do fluido. Uma análise do resultado obtido é feita e propõem-se coeficientes da influência da geometria da popa na resistência ao avanço. Por fim, apresenta-se um comparativo entre os resultados obtidos por meio da interpolação dos resultados oriundos das simulações com o método empírico proposto por Holtrop e Mennen.

With remarkable technological advances in recent decades, engineers are seeking to design more efficiently in order to obtain a difference in the current competitive global market. In the design of merchant vessels, one of the most important step is the calculation of the resistance of the hull, strongly associated with the operating costs of vessels. The resistance is influenced by various vessel characteristics as the shape of the hull, presence of the bulb and the stern type. Traditionally this estimative is made with simplified empirical models based only in the main dimensions and form coefficients. The recent development of computers capacity and the hull surface representation techniques motivates the use of numerical methods to estimate the ship’s resistance. These techniques allow to obtain a more accurate estimative that will permit a better definition of the engine of the vessel and its fuel consumption. This work is within that context, and aims to present, through numerical simulations, analysis of different geometries of sterns, defining the main parameters that define the stern geometry and its influences on the ship’s resistance. The methodology used is the construction of a basic model in CAESES program and parametric variations to obtain new hulls. The resistance analysis is done with Maxsurf program using the potential flow code SlenderBody. With the analysis of the results obtained with the numerical simulations, we proposed an empirical model to estimate the influence of stern's geometry in the ship's resistance. Finally, we present a comparison between the results obtained using the empirical model proposed with the traditional method proposed by Holtrop (1984).