Ferramenta para seleção do sistema propulsivo de um submarino convencional

Abstract

O correto dimensionamento do sistema propulsivo de um submarino é um procedimento que envolve diversas variáveis interdependentes e, portanto, um processo complexo e custoso. Sendo o hélice o propulsor mais utilizado em submarinos, seu correto dimensionamento é vital para a eficiência do projeto final. Nesse contexto, este trabalho apresenta o desenvolvimento de uma ferramenta computacional que auxilia nos passos do projeto do sistema propulsivo de um submarino convencional, listando as principais variáveis e técnicas utilizadas nesse processo. O desenvolvimento tomará como base muitos dos conceitos apresentados e discutidos por Pereira(2016) onde o autor propõe um modelo de síntese que permite estimar, a partir das dimensões principais da embarcação e da velocidade requerida, as características do sistema, tais como resistência ao avanço, dimensões do hélice, número de células de baterias, arranjo do sistema propulsivo e a motorização. A ferramenta utiliza uma série de algoritmos baseados no projeto de propulsores da Série de Wageningen, também chamada de Série B. Tais algoritmos foram desenvolvidos fazendo se uso da linguagem Delphi, na qual foi implementada uma interface gráfica que aproxima o usuário da ferramenta. Usando técnicas de otimização, a ferramenta é capaz de determinar, para uma certa condição de velocidade de operação, as características de um hélice da Série B que atendam o critério de cavitação e forneçam maior eficiência. A ferramenta também permite estimar a potência necessária para o movimento da embarcação, além de incluir um catálogo de geradores diesel, baterias e motores elétricos para a seleção da planta elétrica do projeto. Ao longo do texto, são discutidas, dentro do possível, verificações do código desenvolvido. Como resultado final, apresenta-se uma ferramenta inicial, que no futuro poderá receber módulos numéricos para a estimativa de resistência ao avanço, projeto estrutural, cálculo de ruído da embarcação, bem como características do escoamento no propulsor.

The correct sizing of a submarine’s propulsive system is a procedure involving several interdependent variables and, therefore, it’s a complex and costly process. Being the helix the most used propeller in submarines, its correct sizing is vital for the efficiency of the final project. In this context, this work presents the development of a computational tool that assists in the design steps of the propulsive system of a conventional submarine, listing the main variables and techniques used in this process. The development will take as base many of the concepts presented and discussed by Pereira (2016) where the author proposes a synthesis model that allows to estimate, from the main dimensions of the boat and the speed required, the characteristics of the system, such as power resistance, propeller dimensions, number of battery cells, propulsive system arrangement and motorization. The tool uses a series of algorithms based on the design of propellers of the Wageningen Series, also called Series B. These algorithms were developed using the Delphi language, in which a graphical interface was implemented that approximates the user of the tool. Using optimization techniques, the tool is able to determine, for a certain operating speed condition, the characteristics of a B-series propeller that meets the cavitation criterion and provides greater efficiency. The tool also allows estimating the power required for the movement of the vessel, in addition to including a catalog of diesel generators, batteries and electric motors for the selection of the electric plant of the project. Throughout the text, are discussed, to the possible, verifications of the developed code. As a final result, an initial tool is presented, which in the future may receive numerical modules for the estimation of drag resistance, structural design, vessel noise calculation, as well as propellant flow characteristics.