IT202200000209A1 - Sistema per la regolazione del flusso attorno ad un hydrofoil per mezzo della forza elettrostatica - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione dal titolo:

"SISTEMA PER LA REGOLAZIONE DEL FLUSSO ATTORNO AD UN HYDROFOIL PER MEZZO DELLA FORZA ELETTROSTATICA "

CAMPO DI APPLICAZIONE

Il presente trovato trova applicazione in via esemplificativa ma non esclusiva nella realizzazione di sistemi per la modifica e l'ottimizzazione del flusso idrodinamico attorno a profili alari immersi in acqua.

Esso pu? essere adottato ad esempio ai fini di modificare il flusso in modo da limitare il fenomeno di "stallo" o cavitazione dei profili alari immersi in acqua ed in particolare per eliche, idrogetti o timoni o pi? in generale per ogni dispositivo di propulsione stabilizzazione o governo che impieghi profili idrodinamici immersi in un flusso d'acqua.

Tramite l'utilizzo del trovato si potr? convenientemente :

- ridurre la sezione di "scia" del profilo

- modulare la sua resistenza, utile ad esempio nel caso degli stabilizzatori a "zero speed"

- aumentare l'efficienza delle eliche in mantello accelerante e decelerante, agendo sul profilo alare del mantello;

- aumentare l'efficienza di sistemi di governo di tipo "gate rudder";

- aumentare l'efficienza delle palette inserite sul mozzo di eliche PBCF, modulando il flusso, localmente e per certi campi di velocit?/rotazione e/o quadranti angolari;

- per ridurre le perdite rotazionali delle eliche di navi ed imbarcazioni;

per ottimizzare il funzionamento dell'elica navale in pi? condizioni di carico o per aumentare l'efficienza fuori dal campo di progetto.

- realizzare dispositivi di sicurezza anti-stallo utili ad esempio per profili alari portanti di aliscafi

STATO DELLA TECNICA

Esistono oggi molte soluzioni sul mercato per aumentare l'efficienza propulsiva di eliche di imbarcazioni e navi nonch? per aumentare l'efficienza dei timoni e la manovrabilit? delle navi. Per? le soluzioni sono prettamente fisse o comandate meccanicamente o idraulicamente e studiate per la velocit? di progetto o per un certo campo di velocit?.

Una soluzione flessibile che possa essere regolata continuamente per mezzo di un controllo elettrico remoto (automazione) per diversi campi di velocit?, per diversi quadranti angolari e regimi di rotazione (con riferimento all'elica navale), ma anche per fare fronte a diverse condizioni al contorno (mare formato, condizioni di carico nave differenti), che permetta altres? di ottimizzare la regolazione al variare delle condizioni al contorno e di studiare la configurazione migliore (anche per mezzo di algoritmo di ottimizzazione in continuo) non esiste o comunque sarebbe molto pi? complesso realizzarla meccanicamente o idraulicamente (soprattutto in termini di ingombro e/o di aumento dello spessore dei profili alari e/o aumento della sezione degli alberi portaelica e diametro dei mozzi con riferimento alle eliche a passo variabile).

Per ovviare agli inconvenienti della tecnica nota e utilizzando la teoria ampiamente conosciuta dell'elettrostatica e la tecnica dei caricatori elettrostatici/emettitori di carica, condensatori/ supercondensatori, nonch? le note propriet? di dipolo dell'acqua di essere attratta da materiali dielettrici polarizzati (sia positivamente che negativamente), oltre ad altri scopi e vantaggi, il Richiedente ha studiato il presente trovato.

ESPOSIZIONE DEL TROVATO

Come anticipato il presente trovato pu? essere utilizzato in qualsiasi profilo alare (simmetrico o asimmetrico) immerso in acqua. Il profilo alare deve essere provvisto localmente (nell'area ove si vuole creare la "singolarit?" idrodinamica) di una interfaccia "dielettrica" che sar? da una parte a contatto con l'acqua esterna e dall'altra verso l'interno del profilo a diretto contatto con gli emettitori di carica elettrostatica, caricati positivamente o negativamente per mezzo di caricatore elettrostatico remoto (comandato) alimentato dal quadro elettrico in corrente continua o alternata della nave (regolando in continuo ed in remoto la "carica" delle interfacce dielettriche a piacimento). In pratica gli "emettitori" potranno essere immersi nel profilo alare o pala distribuiti in posizione strategica per pilotare/modulare il flusso idrodinamico per certi regimi di funzionamento del profilo alare medesimo.

Di conseguenza nel problema idrodinamico verr? inserita anche la forza elettrostatica che sar? sempre attrattiva per l'acqua (dipolo). Per esempio nel caso di profilo asimmetrico se la "singolarit?" verr? inserita sull'estradosso del profilo alare in corrispondenza del lembo d'uscita, sar? possibile limitare il fenomeno di stallo per elevati angoli di attacco richiamando la vena fluida e ritardando il distacco di vena.

I disegni e la loro illustrazione mostrano una realizzazione preferenziale del presente trovato. Il presente trovato ? espresso e caratterizzato nella rivendicazione indipendente.

Le rivendicazioni dipendenti espongono altre caratteristiche del presente trovato o varianti dell'idea di soluzione principale.

ILLUSTRAZIONE DEI DISEGNI

Queste e altre caratteristiche del presente trovato appariranno chiare dalla seguente descrizione di una forma preferenziale di realizzazione, fornita a titolo esemplificativo, non limitativo, con riferimento agli annessi disegni in cui:

- la fig.1 vista e pianta del profilo alare del timone con indicazione delle aree provviste di emettitori di carica, con schema esemplificativo di alimentazione - la fig. 2 sezione del profilo alare, ingrandita, del bordo di uscita, provvisto di emettitori di carica 2 con riferimento alla figura 1.

DESCRIZIONE di UNA FORMA PREFERENZIALE DI

REALIZZAZIONE

La forma preferenziale ? rappresentata da un timone "a spada" modificato inserendo una "interfaccia dielettrica" localizzata in corrispondenza del lembo di uscita del profilo alare. Il mantello dielettrico sopra citato verr? polarizzato (positivamente o negativamente) in corrispondenza della parte in depressione (con riferimento alla Figura 2 in corrispondenza di uno dei due emettitori di carica 2), al fine di ritardare lo stallo ed il distacco di vena fluida. In questa maniera sar? possibile ridurre il "diametro tattico" (diametro di evoluzione della nave con tutta la banda a dritta o con tutta la banda a sinistra nave per le condizioni di progetto nave e per altri campi di velocit? e condizioni di carico) ed aumentare cos? la manovrabilit? della nave a parit? di configurazione di timone.

In figura 2 viene riportato un ingrandimento della zona del profilo alare provvista di emettitori di carica elettrostatica 2 (presenti in commercio ed utilizzati in vari settori industriali). In figura 1 ? stata riportata una vista laterale del timone che mostra l'area di distribuzione delle aree con gli emettitori 2 ed i cavi di alimentazione 4.

Con riferimento alla Figura 1 viene riportata una rappresentazione dello schema di massima di generazione e trasporto delle cariche elettrostatiche. In particolare viene rappresentata la stazione dei generatori di carica elettrostatica 6 (i "generatori di carica" sono presenti in commercio e potranno essere collegati per esempio in "parallelo" per motivi di ridondanza e progettuali) alimentata direttamente dal quadro elettrico della nave.

Con particolare riferimento alla figura 1, viene illustrata una sezione lungo il piano verticale passante per l'asse prua-poppa dell'imbarcazione, del timone 1, in cui viene evidenziato il posizionamento degli emettitori di carica 2.

Gli emettitori di carica 2 sono posizionati nella porzione posteriore del timone 1 e la carica viene loro trasmessa attraverso cavi di collegamento elettrici 4, collegati, da un lato, agli emettitori di carica 2 e, dall'altro, a generatori di carica elettrostatica 6.

I generatori di carica elettrostatica 6 possono generare tale carica grazie al collegamento con il sistema di alimentazione elettrica 7 dell'imbarcazione .

Al fine di controllare la generazione di cariche elettriche elettrostatiche, il sistema oggetto della presente invenzione presenta una unit? di comando 8, interposta tra l'alimentazione 7 e i generatori di carica elettrostatica 6, in modo che un operatore possa modulare la corrente per il controllo della carica elettrostatica in corrispondenza degli emettitori 2.

Da un punto di vista costruttivo, il timone 1 presenta un asse timone cavo 5, all'interno del quale far passare i cavi 4, collegati agli emettitori 2, integrati nel timone.

Come descritto precedentemente, gli emettitori 2 generano una carica elettrostatica "puntuale" ossia in corrispondenza di una porzione specifica del timone 1, grazie alla presenza di materiale dielettrico polarizzabile 10, costituente, almeno in parte la superficie esterna del timone 1 e grazie alla presenza di materiale isolante 9 interposto tra il materiale dielettrico 10 e gli emettitori 2, con riferimento alla figura 2.

INDICE

1- Timone

2- Emettitori di carica

3- Modulo emettitori di carica - dielettrico 4- Cavi alimentazione emettitori

5- Asse timone "cavo" localmente

6- Generatori di cariche elettrostatiche

7- Alimentatore

8- Comando sistema di controllo

9- Isolamento

10 - Materiale dielettrico polarizzabile

Claims (5)

RIVENDICAZIONI

1. Sistema per la modifica del flusso idrodinamico attorno ad un corpo o profilo alare realizzato tramite dispositivo di carica elettrostatica integrato nel corpo del profilo stesso, in una o pi? aree localizzate dello stesso, con polarit? ed intensit? fissa o modulabile.

2. Sistema come al punto precedente integrato con sensori di misurazione del campo di moto, sia esso in termini di pressione e velocit?, interfacciati con modello numerico estimativo e predittivo del funzionamento o delle condizioni di stallo del profilo, basato su dati tabulari o su simulazioni real-time.

3. Dispositivo come da rivendicazioni precedenti ove il sistema di generazione e modulazione della carica elettrostatica ? comandato da un sistema di controllo di emergenza atto a prevenire condizioni di stallo

4. Sistema come da rivendicazioni precedenti ove il sistema di controllo interviene per il miglioramento dell?efficienza del profilo

5. Sistema come da rivendicazioni precedenti ove il sistema di controllo interviene per l?aumento di resistenza o massa aggiunta del profilo.