Analisi della cavitazione sulla superficie idrodinamica di un hydrofoil ispirato all'America's Cup

The following paper analyses the onset of cavitation on a foil wing inspired by an America’s Cup yacht and modelled using Autodesk Fusion 360. By applying the XFLR5 simulation software, it was subsequently possible to determine the pressure distribution across all the different two-dimensional profiles constituting the hydrodynamic surface under investigation. The subsequent data analysis, combined with the introduction of two completely different environmental scenarios – Barcelona and Auckland – made it possible to determine the critical trigger velocity for the formation of cavitation bubbles. Further numerical analyses of the fluid dynamic parameters then demonstrated that the critical condition associated with cavitation occurs earlier as sea temperature and the hydrofoil’s angle of attack increase, whilst it occurs later as operating depth increases. On the other hand, subsequent studies have shown that such a difference, linked to the two different racing conditions, is not present in a fully developed cavitation regime. In conclusion, it is clear that a two-phase CFD analysis or experimental testing in a water tunnel is undoubtedly necessary in order to accurately validate the results obtained.

La seguente trattazione analizza l’insorgenza della cavitazione su un’ala di un foil ispirato a un’imbarcazione dell’America’s Cup e realizzata utilizzando Autodesk Fusion 360. Per mezzo dell’applicazione del software di simulazione XFLR5 è stato possibile ricavare in un secondo momento l’andamento della pressione su tutti i diversi profili bidimensionali costituenti la superficie idrodinamica in esame. La successiva elaborazione dei dati, accoppiata all’introduzione di due scenari ambientali completamente differenti, quali Barcellona e Auckland, ha permesso di determinare la velocità critica di innesco per la formazione delle bolle cavitanti. Le ulteriori disamine numeriche dei parametri fluidodinamici hanno poi permesso di comprovare come la condizione di crisi legata alla cavitazione venga anticipata all’aumentare della temperatura marina e dell’angolo di incidenza dell’hydrofoil, mentre risulti posticipata all’incrementare della profondità di esercizio. D’altro canto, gli studi consequenziali hanno dimostrato che una tale differenza, legata alle due diverse condizioni di regata, non è invece presente in un regime cavitativo completamente sviluppato. In conclusione, si evince come sia indubbiamente necessaria un’analisi CFD bifase o sperimentale in una vasca idrodinamica per poter validare con precisione i risultati ottenuti.