Por:
César Augusto Salhua Moreno, Ing. M.Sc.
Alumno de doctorado de la Universidad Federal de Rio de Janeiro (UFRJ)
Programa de Ingeniería Naval y Oceánica (COPPE – PENO)
Área de Hidrodinámica de Sistemas Oceânicos
Carlos Antonio Levi da Conceição, Ing. Ph.D
Profesor del Programa de Ingenieria Naval y Oceánica (COPPE – PENO)
Universidad Federal de Rio de Janeiro Rio de Janeiro, Brasil
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Resumen
Los mareos en la tripulación, esfuerzos sobre la estructura del casco, entre otros efectos dinámicos son producto de los movimientos del navío. Tradicionalmente, los movimientos son obtenidos con la experimentación de modelos. Pero su ejecución en las primeras fases del proyecto se hace poco factible, por los altos costos de la experimentación. El avance de los computadores personales, hizo posible la utilización de programas computacionales como herramientas para el proyectista naval. El presente trabajo describe la implementación numérica del Método de los Paneles basado en la fuente de Rankine para la determinación de los movimientos de embarcaciones de desplazamiento.
La superficie del casco sumergido y la superficie libre a su alrededor fueron discretizadas en paneles cuadrilaterales planos. El problema fue linealizado, de esta forma las fuerzas actuantes fueron separadas, las ecuaciones de la superficie libre linealizadas en torno del flujo del casco doble y el potencial de velocidades fue representado con superficies B-Spline bi-cuadráticas. Esta teoría fue implementada en un programa computacional denominado SHIPWAVE, que es utilizado para obtener los movimientos y las fuerzas hidrodinámicas actuantes en dos cascos de desplazamiento, Wigley-Modificado y Serie60, cuando navegan en ondas regulares de proa. Estos resultados son comparados con resultados de otros códigos computacionales así como con resultados experimentales.
1. INTRODUCCION
La determinación de los movimientos de embarcaciones de desplazamiento con velocidad de avance constante es de suma importancia en el proyecto de navíos, su determinación teórico-numérica a evolucionado considerablemente en los pasados 50 años. La teoría de las rebanadas fue la primera metodología en describir correctamente los movimientos de navíos esbeltos, Salvensen et. al. (1970). Pero el efecto de la tridimensionalidad de los navíos no fue adecuadamente representado.
El Método de los Paneles permite capturar de mejor forma la influencia de la geometría o tridimensionalidad de los cascos de los navíos con velocidad de avance, pero demanda grandes recursos computacionales. Con el incremento de la capacidad de los computadores personales, se hizo posible la aplicación práctica de este método. Las primeras aplicaciones surgieron para la determinación de las presiones en cuerpos sumergidos, Hess-Smith (1964) y para la determinación de la resistencia por formación de olas, Dawson (1977). Aplicaciones del Método de los Paneles en la dinámica del navío pueden ser encontradas en los trabajos de Newman (1961) que utiliza a fuente de Kelvin, e Nakos & Sclavounos (1990) que utiliza a fuente de Rankine.
El presente trabajo utiliza el Método de los Paneles usando la fuente de Rankine como singularidad a ser distribuida. Este método se caracteriza por discretizar las superficies del casco sumergido y la superficie libre alrededor y distribuir sobre estas fuentes de Rankine. Las condiciones de contorno de la superficie libre y de radiación son colocadas explícitamente. Las fuerzas hidrodinámicas e hidrostáticas actuantes sobre el casco son separadas utilizando el método de las pequeñas perturbaciones. De esta forma el problema se convirtió en varios sub-problemas de valor de contorno que son resueltos separadamente. El Método de los Paneles fue utilizado para obtener las fuerzas hidrodinámicas de irradiación y excitación (incidencia+difracción), Los movimientos fueron obtenidos ecuacionando todas las fuerzas actuantes en la ecuación de movimiento gobernada por la segunda Ley de Newton.
El método propuesto en este trabajo sigue la metodología propuesta por Nakos & Sclavounos (1988), esta incluye la representación del potencial de velocidades a través de superficies B-Spline bi-cuadráticas en conjunto con la linealización de las condiciones de contorno de la superficie libre alrededor del flujo del casco doble. El método propuesto fue implementado en un programa de computador en el lenguaje Fortran denominado SHIPWAVE. Los resultados obtenidos con este programa son comparados con resultados obtenidos con la teoría de la rebanadas y resultados experimentales para los cascos de desplazamiento Wigley modificado e Serie 60 Cb=0.70 cuando navegan en mar de proa.
