O presente trabalho aborda o desenvolvimento de um modelo de síntese para o projeto conceitual de uma embarcação rápida do tipo trimarã, destinada ao transporte de passageiros. Tal modelo visa possibilitar o entendimento dos mecanismos que governam o projeto deste tipo de navio, através de analises comparativas (atributos de desempenho) entre diferentes soluções de projeto, em função dos parâmetros escolhidos para sua representação (variáveis de projeto). Foram desenvolvidos dois modelos de síntese, em programas comerciais distintos. Cada modelo gera a superfície do casco, a partir de series sistemáticas, e calcula a resistência ao avanço dividindo-a nas parcelas viscosa e de ondas. A parcela viscosa e calculada pela aproximação de placa plana e a parcela de ondas calculada pela teoria de navio no. São feitas, ainda, estimativas preliminares do fator de forma e da resistência adicional em ondas. O arranjo geral dos principais espaços e subsistemas foi parametrizado com base no arranjo de embarcações semelhantes e o conforto dos passageiros a bordo e calculado segundo padrões estabelecidos por sociedades classificadoras internacionais. As variáveis de projeto escolhidas foram o comprimento do casco central e razões entre as demais dimensões, de modo a permitir o calculo das dimensões principais de cada casco e o posicionamento relativo entre eles. Com isso, tem-se que, ao mudar o valor do comprimento, escala-se o casco mantendo-se todas as proporções. A vantagem buscada ao se utilizar esta abordagem e a extinção das restrições geométricas implícitas, pois estarão embutidas diretamente nas restrições explícitas que definem os limites de exploração de cada variável de projeto. Estes modelos foram integrados a procedimentos de otimização mono e multiobjetivo, com base em diferentes versões do algoritmo genético, e aplicados a um problema de projeto exemplo. As funções de mérito, ou funções objetivo, escolhidas para este problema foram a potencia requerida pela embarcação para navegar na velocidade de projeto e a disponibilidade operacional da embarcação, calculada a partir dos índices de conforto dos passageiros. Com isso, descobriu-se que os parâmetros com maior influencia na resistência ao avanço e no conforto dos passageiros são o comprimento do casco central e sua razão de comprimento por boca. O posicionamento relativo entre os cascos e extremamente importante para a resistência de ondas geradas pela embarcação, mas não e possível observar nenhuma grande tendência em relação a posições que privilegiam seja a resistência seja o comportamento, pois o posicionamento ótimo para cada objetivo depende tanto do número de Froude quanto das demais dimensões da embarcação. / The present work studies the development of a synthesis model for the conceptual design of a fast trimaran passenger vessel, in order to understand the mechanisms that govern the design of such a vessel through a comparative analysis (performance parameters) between different design solutions, as a function of the variables chosen to uniquely represent them (design variables). Two separate models were developed, using different commercial softwares. Each model generates the hull surface based on systematic hull series and calculates the ship\'s forward resistance as the sum of the viscous and wave components. The viscous component is estimated by at plate approximation, corrected by a form factor, and the wave component is calculated according to thin ship theory. A preliminary estimate of the ship\'s added resistance in waves is also made. The general layout of the main volumes and systems was parametrized following design trends of similar ships and passenger comfort on board was calculated using international classification societies standards. The design variables chosen were the length of the center hull, the ratios between the main dimensions of each hull as to allow for their calculation and two coeficients regarding the relative positioning of the center and side hulls. The advantage sought by adopting this approach is the elimination of implicit geometrical constraints, once they will be automatically included in the explicit constraints defining the exploration range of each design variable. These models were then coupled to mono and multi objective optimization procedures, based on different versions of the genetic algorithm, and applied to a case study.The objective functions taken for this problem were the required power to achieve the design speed and the operational availability, measured from passengers comfort thresholds. It was found that the parameters with the most influence on the forward resistance, and thus on required power, and on passengers comfort level are the center hull length and its length to breadth ratio. The relative positioning of the side hulls play an important role on the total wave resistance of the ship, although it was not possible to observe any clear trend concerning positions that would favor nor the ship forward resistance neither its seakeeping performance. This is due the fact that the optimum positions of the side hulls are also a function of the Froude number and the remaining design variables.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:usp.br/oai:teses.usp.br:tde-07032016-111321 |
| Date | 04 March 2015 |
| Creators | Ribeiro, Rafael Maximo Carreira |
| Contributors | Andrade, Bernardo Luis Rodrigues de |
| Publisher | Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP |
| Source Sets | Universidade de São Paulo |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | Dissertação de Mestrado |
| Format | application/pdf |
| Rights | Liberar o conteúdo para acesso público. |
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