“SUPPORTO ALLA REALIZZAZIONE DI PROGETTI COMPLESSI DI ATTIVITÀ E DI RICERCA E SVILUPPO PER LE IMPRESE AGGREGATE AI POLI DI RICERCA ED INNOVAZIONE”
POR-FESR : Bando per il Fondo Europeo di Sviluppo Regionale
CONSORZIO DEL PROGETTO
• Detra (propeller manufacturing – head of project)
• Azimut-Benetti (design and manufacturing of yachts)
• Engintec (CFD Simulation)
• Novigo Technology (ICT Optimization & Analytics solutions)
OBIETTIVI DEL PROGETTO
1. Studio, sviluppo e validazione sperimentale di un propulsore innovativo per navi e megayacht
2. Applicazione di tecnologie costruttive innovative, basate sul concetto di “additive manufacturing” per la realizzazione di modelli di elica e pale al vero
TEMATICHE SVILUPPATE
Nell’ambito del progetto, sono stati sviluppati i seguenti punti:
• Definizione della configurazione di elica e relativi calcoli idrodinamici mediante CFD (Computational Fluid Dynamic); dimensionamento FEM del vincolo meccanico nel caso elica con pale monostadio modulari con geometria ottimizzata convenzionale.
• Prove sperimentali al tunnel di cavitazione (presso UNIGE) su modello dell’elica pale modulari progettata per la validazione dei calcoli idrodinamici previsionali
• Prove sperimentali strutturali (presso laboratorio UNIGE) su un prototipo di pala in vera grandezza.
• Prove in mare sull’imbarcazione Benetti Mediterraneo per testare un’elica con pale modulari lavorate tramite fresa a controllo numerico
• Progettazione e verifica idrodinamica di eliche multistadio, con geometria delle pale diversa ed ottimizzata per ogni stadio, nonché lo studio di deviatori del flusso sul cappellozzo di diverse eliche per ridurre l’eventuale vortice al mozzo
• Prove al tunnel di cavitazione di UNIGE su modello delle eliche multistadio progettate per la validazione dei calcoli idrodinamici previsionali
• Realizzazione in stampa metallica di modelli di elica per prove sperimentali (D_max 250 mm)
• Realizzazione in stampa 3D e secondo tecniche di fusione tradizionali di 3 cappellozzi con deviatori di flusso, montati sull’imbarcazione Azimut S10 e successivamente testati in mare.
A) PALE MODULARI
Nel presente progetto sono state studiate le caratteristiche di un propulsore a pale modulari; è stata progettata una configurazione, che è poi stata ampiamente verificata a livello teorico sia dal punto di vista idrodinamico sia strutturale. Questa soluzione presenta diversi benefici rispetto a un’elica tradizionale:
1.Movimentazione di pesi minori
2.Riparazione/sostituzione della sola parte danneggiata
3.Tempi di produzione minori, grazie alle ridotte dimensioni della pala rispetto all’elica nella sua globalità
4.Possibilità di utilizzare tecnologie costruttive innovative per la produzione delle pale (stampa metallica e macchine CNC)
In fase di progetto è stata sviluppata una soluzione di pale modulari tipo “Built-Up Propellers” (BUP): il mozzo delle eliche presenta un accoppiamento flangiato con la linea d’assi e tramite bulloni con il piede di pala. I calcoli idrodinamici di tipo numerico (CFD), hanno fornito una previsione delle forze agenti sulle pale dell’elica, necessarie per i calcoli strutturali, di tipo numerico (FEM), delle sollecitazioni agenti su tutta l’elica. I calcoli sono stati confermati, presso l’Università di Genova, tramite prove sistematiche al tunnel di cavitazione su modelli e, mediante una pala in vera grandezza, al laboratorio strutture. Un prototipo di elica a pale riportate in vera grandezza è stato testato nel corso di prove a mare sullo Yacht Benetti Mediterraneo confermando la fattibilità e l’affidabilità della soluzione realizzata.
B) ELICHE MULTISTADIO
È stata messa a punto una metodologia di progettazione di eliche modulari multistadio, utilizzando tecniche di ottimizzazione mediante algoritmi genetici multi-obiettivo e approcci meta-euristici.
Attraverso queste procedure sono state esaminate differenti soluzioni di eliche multistadio, utilizzando calcoli di fluidodinamica numerica di tipo RANSE. In particolare è stata sviluppata una tipologia di elica (con dimensioni di pala ridotte) da installare sul cappellozzo e studiata su diverse eliche di Yacht, tale soluzione ha dato buoni risultati prestazionali, con miglioramenti sia dell’efficienza, sia delle cavitazione dell’elica.
La ricerca è proseguita con successive prove sperimentali e con la verifica, su modelli, delle previsioni carichi idrodinamici e, in vera grandezza, della previsione di robustezza strutturale.
La soluzione migliore dal punto di vista delle prestazioni idrodinamiche è stata provata anche su una imbarcazione al vero, ovvero il modello di yacht Azimut S10.
C) STAMPA METALLICA
Per le prove sperimentali al tunnel di cavitazione è stata realizzata una serie di modelli di elica, mediante diverse tecnologie di additive manufacturing:
1. Modelli in materiale metallico (alluminio e acciaio inossidabile), impiegando la tecnologia DMLS (Direct Metal Laser Sintering)
2. Modelli in Polijet, materiale plastico con rivestimento in nichel.
3. Una pala in vera grandezza in alluminio rivestita in titanio è stata realizzata da Titomic, sfruttando invece la tecnologia “Kinetic Fusion”; è stata successivamente esposta al “Pacific 2019 International Maritime Exposition” di Sidney.
4. Un cappellozzo con pale deviatrici del flusso in vetroresina è stato realizzato con un robot che posiziona fibra di vetro continua con legante dato da una matrice termoindurente
5. Un altro cappellozzo è stato realizzato mediante la tecnologia FDM (disponibile presso DETRA), in grado di realizzare manufatti in plastica (PLA polylactic acid fused filament) fino alle dimensioni entro un volume 1000X1000X1000 mm.
Sono stati costruiti 2 prototipi in vera grandezza di cappellozzo con pale deviatrici del flusso, uno realizzato in vetroresina con processo di additive manufacturing ed uno realizzato in bronzo; sono stati testati tramite prove a mare sullo yacht Azimut S10.
