Analisi aerodinamica dei profili hydrofoil: teoria e applicazioni

Hydrofoils represent one of the most innovative applications of aerodynamics and hydrodynamics in the naval engineering field, thanks to their ability to generate hydrodynamic lift and reduce drag, thereby improving the efficiency and performance of watercraft. The aim of this thesis is to analyze the aerodynamic behavior of hydrofoil profiles through the study of the fundamental principles of fluid mechanics and thin airfoil theory. Following an introductory overview of the main characteristics and applications of hydrofoils, the fundamental concepts of ideal and real fluids, Bernoulli’s equation, aerodynamic coefficients, and the influence of the Reynolds number on airfoil behavior are presented. The thesis then examines the geometric and aerodynamic characteristics of airfoils, analyzing the relationships between lift, drag, and angle of attack, with particular emphasis on thin airfoil theory as a reference model for predicting airfoil performance. Finally, the discussion focuses on the main applications of hydrofoils, the most common design configurations, and the physical phenomena that affect their performance, including stall, boundary layer separation, and cavitation, highlighting the main design implications and future development prospects of this technology.

Gli hydrofoil rappresentano una delle applicazioni più innovative dell’aerodinamica e dell’idrodinamica nel settore navale, grazie alla loro capacità di generare portanza idrodinamica e ridurre la resistenza all’avanzamento, migliorando così l’efficienza e le prestazioni delle imbarcazioni. L’obiettivo di questa tesi è analizzare il comportamento aerodinamico dei profili hydrofoil attraverso lo studio dei principi fondamentali della meccanica dei fluidi e della teoria dei profili sottili. Dopo una panoramica introduttiva sulle caratteristiche e sui principali ambiti di impiego degli hydrofoil, vengono richiamati i concetti fondamentali relativi ai fluidi ideali e reali, l’equazione di Bernoulli, i coefficienti aerodinamici e l’influenza del numero di Reynolds sul comportamento dei profili. Successivamente vengono approfonditi gli aspetti geometrici e aerodinamici dei profili alari, analizzando le relazioni tra portanza, resistenza e angolo d’attacco, con particolare attenzione alla teoria dei profili sottili quale modello di riferimento per la previsione del comportamento dei profili. La trattazione si conclude con l’analisi delle principali applicazioni degli hydrofoil, delle configurazioni costruttive più diffuse e dei fenomeni fisici che ne influenzano le prestazioni, quali stallo, separazione dello strato limite e cavitazione, evidenziando le principali implicazioni progettuali e le prospettive di sviluppo di questa tecnologia.