Estudo de dinâmica de fluidos computacional sobre o casco de um veículo subaquático autónomo planador

• Autor(a) principal: Pereira, Rúben Correia Martins
• Data de Publicação: 2015
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10400.6/3443
• topic: Veículo submarino autónomo; Planador subaquático; Dinâmica de fluidos computacional (CFD); Corpos fuselados

Veículos subaquáticos planadores autónomos são veículos, que se deslocam verticalmente controlando a sua flutuabilidade, e horizontalmente devido à presença de asas. Ao atingirem a superfície, estes veículos diminuem a sua flutuabilidade entrando em mergulho ao mesmo tempo que a sua hidrodinâmica produz movimento horizontal. Alcançado o ponto de profundidade máxima, estes veículos tornam-se menos densos que a água que os envolve, fazendo com que estes se desloquem verticalmente até à superfície e mais uma vez, horizontalmente devido à sua forma exterior e essencialmente á presença das asas. O escoamento da água em torno do casco de um veículo subaquático autónomo planador origina uma interação entre ambos, que se traduz em forças e momentos. Estas têm origem no campo de pressões em torno do casco e nas tensões de atrito viscoso em toda a sua superfície. Para o estudo desta interação do fluido com o casco do veículo, a análise CFD constitui uma ferramenta apropriada. O motivo desta dissertação surge no âmbito de um trabalho de mestrado anterior [João Paulo Salgueiro Morgado, Persistent Gliding Waterframe, the waterframe conceptual project, Universidade da Beira Interior, Covilhã, June 2011], cujo objetivo principal foi projetar conceptualmente uma plataforma capaz de albergar todos os sistemas e sensores necessários à operação de um veículo subaquático autónomo planador. Esse trabalho decorreu de uma colaboração entre a Universidade da Beira Interior (UBI) e a Universidade de Saint Thomas (UST). Esta dissertação apresenta um estudo CFD, cujo objetivo é compreender a interação de um fluido com o casco de um veículo subaquático autónomo planador, para desenvolver um novo corpo fuselado, com um arrasto hidrodinâmico reduzido. Para efetuar a análise CFD nos corpos sujeitos a análise, é indispensável a geração de um domínio computacional, que se resume a células ou elementos em que o escoamento é resolvido, bem como a escolha de um modelo de turbulência adequado ao caso. Estudos semelhantes foram já realizados por outros autores com o intuito de otimizar fuselagens adequadas a este género de veículos. No entanto, os estudos encontrados na bibliografia abordam geralmente o caso de veículos subaquáticos com propulsão a hélice e números de Reynolds de operação significativamente superiores. Pelo que o tema abordado na presente dissertação assume bastante pertinência. Corpos fuselados esbeltos e axi-simétricos, isto é, corpos delgados com contornos suaves quanto á sua geometria, são os mais adequados para aplicar em veículos subaquáticos autónomos planadores, quando se trata de escoamentos com baixos números de Reynolds. A dimensão transversal destes é muito inferior à sua dimensão longitudinal, evitando a separação da camada limite laminar na região traseira da fuselagem em condições normais de funcionamento.