Numerical Modelling of Sailing Hydrofoil Boats

Motivasjonen til denne avhandlingen kommer fra ønsket om å lage en treningssimulator for erfarne seilere som ikke er kjent med hydrofoilfartøy. Siden en simulator kan være basert på flere typer numeriske metoder, blir en undersøkelse gjort hvor potensial strøm methoder sett som mest egnet. Målet til oppgaven er å se på gjennoførbarheten ved å bruke metoder fra potensialteori for å simulere hydrofoilseilbåter. Basert på at en treningssimulator er bakgrunn for oppgaven, vil det tilstrebes å nå sanntidsberegninger for farkosten. Den valgte numeriske metoden bak simulaotren er en potensialteorimentode kalt løfteflate, kjent som vortex lattice method. Kort fortalt løser løftflaten Laplace's lingning ved bruk av lineær foilteori. Dette gjøres ved å plassere grensebetingelsene direkte på kurvaturflaten til foilen. Dermed neglisjeres tykkelsen av foilen og ligningen løses med en fordeling av virvler på kurvaturflaten. Hvor betingelsen som skal bli løst er null normal strømmning over flaten. Simuleringene tilsier at modellen tar hensin til både krumning og apsektforholdet av tilstrekkelig grad, under Kutta kondisjon. I tillegg, er det dynamiske løftet funnet å være tilstrekkelig nøyaktig, sammenlignet med Theodorsen's funksjon. Simuleringsmodellen bruker den nevnte løftflaten til å finne kreftene fra foilene og seilet. Deretter blir bevegelsligningene løst, hvor en generisk model av massematrisen blir anvdent. En analytisk løsning til tilleggsmassen blir brukt, hvor den aerodynamiske tilleggsmassen neglisjeres. Et forsøk ble gjort ved å simulere mannskapet til båten ved å justere posisjonen deres og trimming av seilet, for å kompensere for rullebevegelse. Basert på resultatene kan det antas at modellen klarer å simulere den dynamiske oppføreselen til en hydrofoilseilbåt til tross for at modellen opplevde unormale bevegelser under spesifikke forhold. Den nåværende implementeringen av mannskapets manøvre kan gjøre båten ustabil. Med hensyn til en potensialtoeri basert simulator er metoden tillstrekkelig. Men signifikante usikkerheter oppstår når viskøse krefter dominerer. Dette indikerer at simulatoren bør bygges men hensyn til spesifikke scenarioer eller endres til mer passende metoder når potensialtoeri feiler