Ignazio Maria Viola

Studio dell’idrodinamica degli hydrofoils 

La comprensione e il controllo dell’idrodinamica degli hydrofoils rivestono un ruolo centrale nello sviluppo di imbarcazioni ad alte prestazioni e, più in generale, nella transizione verso sistemi di trasporto marittimo più efficienti e sostenibili. Nel contesto delle competizioni veliche di alto livello, come quelle della Coppa America, la capacità di generare portanza in modo stabile e con minima resistenza è determinante per raggiungere velocità molte volte superiore a quella del vento e mantenere il controllo durante manovre brusche. Parallelamente, l’adozione di hydrofoils su imbarcazioni da diporto e su piccole unità commerciali consente una significativa riduzione dei consumi energetici e delle emissioni, grazie alla riduzione della superficie bagnata e del volume dislocante. In ambito militare, l’impiego di tali tecnologie può contribuire a ridurre l’impronta operativa, sia in termini di segnatura superficiale sia di emissioni acustiche, migliorando al contempo l’efficienza propulsiva.

Un limite fondamentale alle prestazioni degli hydrofoils è rappresentato dai fenomeni di ventilazione, ossia dall’ingresso di aria dalla superficie libera lungo il profilo portante o dai vortici di estremità. Tale fenomeno altera in modo sostanziale la distribuzione della pressione, compromettendo la generazione di portanza e inducendo condizioni di instabilità che possono comportare una perdita improvvisa di prestazioni. La ventilazione è fortemente accoppiata alla dinamica della superficie libera e dipende sensibilmente dalla geometria del foil, dall’assetto dell’imbarcazione e dalle condizioni operative, quali velocità e accelerazioni. Nonostante la sua rilevanza, la modellizzazione predittiva della ventilazione rimane una sfida aperta, a causa della natura stocastica e non lineare del fenomeno.

Il progetto di tesi si propone di affrontare tale problematica attraverso un approccio integrato che combina modellistica a bassa fedeltà e simulazioni numeriche ad alta fedeltà. In particolare, verranno sviluppati modelli low-order basati su formulazioni di teoria del potenziale, opportunamente estese per includere gli effetti della superficie libera e della ventilazione mediante opportune correzioni fisicamente fondate. Tali modelli consentiranno di individuare in modo efficiente le condizioni di insorgenza del fenomeno e di esplorarne la dipendenza dai principali parametri geometrici e operativi.

Parallelamente, verranno condotte simulazioni CFD basate su approcci RANS, con l’obiettivo di descrivere in modo dettagliato l’interazione tra le fasi liquida e gassosa, nonché la formazione e l’evoluzione delle cavità ventilate lungo il foil. La validazione dei risultati sarà effettuata attraverso un confronto sistematico con dati sperimentali disponibili in letteratura, al fine di garantire l’affidabilità delle previsioni e di identificare i limiti di applicabilità dei diversi approcci modellistici.

L’obiettivo ultimo è quello di sviluppare una comprensione fisica approfondita dei meccanismi che governano la ventilazione sugli hydrofoils e di fornire strumenti predittivi utili alla progettazione. Ciò consentirà di individuare strategie efficaci per mitigare il fenomeno, attraverso interventi sulla geometria dei profili o sulle condizioni operative, contribuendo allo sviluppo di sistemi più performanti, robusti ed efficienti in un ampio spettro di applicazioni nautiche e navali.