Desenvolvimento de modelo por meio de impressão 3D para ensaios de resistência ao avanço em canal de água circulante

Abstract

A análise experimental da resistência ao avanço de embarcações é essencial para otimizar o desempenho hidrodinâmico e a eficiência econômica dos projetos navais. A utilização de modelos em escala reduzida permite realizar simulações controladas e, assim, prever o comportamento de embarcações em escala real. Tradicionalmente, os ensaios de resistência são realizados em tanques de reboque, porém, os Canais de Água Circulante (CAC) têm emergido como uma alternativa viável e eficiente, embora ainda demandem validações para corrigir possíveis influências nas medições. Nesse contexto, este trabalho tem como objetivo de desenvolver e validar o modelo DTMB-LIFE, que é um modelo amplamente utilizado como referência em estudos hidrodinâmicos, de modo a viabilizar, em pesquisas futuras, comparações confiáveis para a análise e correção dos efeitos na medição de resistência inerentes ao CAC do Laboratório de Interação Fluido-Estrutura (LIFE), do Centro Tecnológico de Joinville (CTJ), da Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC). Portanto, o trabalho propõe uma metodologia de construção por meio de impressão 3D, seguindo as diretrizes e tolerâncias estabelecidas pela International Towing Tank Conference (ITTC), com o intuito de garantir a representatividade física dos fenômenos hidrodinâmicos. A metodologia do trabalho incluiu fabricação por impressão 3D, validação geométrica via escaneamento 3D, caracterização do centro de gravidade e ensaios preliminares de resistência no CAC. A manufatura aditiva por meio de impressão 3D provou ser viável, resultando em um modelo com geometria adequada. Os testes no CAC possibilitaram, de forma preliminar, a obtenção da curva de resistência, identificando as limitações inerentes ao funcionamento do canal para a realização deste tipo de ensaio hidrodinâmico.

Experimental analysis of ship resistance is essential for optimizing the hydrodynamic performance and economic efficiency of naval designs. The use of scale models enables controlled simulations, thereby predicting the behavior of full-scale vessels. Traditionally, resistance tests are conducted in towing tanks; however, Circulating Water Channels (CWC) have emerged as a viable and efficient alternative, although they still require validation to correct for potential influences on measurements. In this context, this work aims to develop and validate the DTMB-LIFE model, a widely used reference model in hydrodynamic studies, to allow reliable comparisons in future research for the analysis and correction of CWC inherent resistance measurement effects at the Fluid-Structure Interaction Laboratory (LIFE), located at the Joinville Technological Center (CTJ), Federal University of Santa Catarina (UFSC). Therefore, the study proposes a construction methodology using 3D printing, following the guidelines and tolerances established by the International Towing Tank Conference (ITTC), to ensure the accurate physical representation of hydrodynamic phenomena. The methodology included 3D printing fabrication, geometric validation via 3D scanning, center of gravity characterization, and preliminary resistance tests in the CWC. Additive manufacturing through 3D printing proved viable, resulting in a model with appropriate geometry. The tests in the CWC enabled the preliminary acquisition of the resistance curve, identifying the inherent operational limitations of the channel for this type of hydrodynamic test.