Cálculo aerodinámico y estructural de un sistema de propulsión eólica mediante métodos numéricos

Abstract

[ES] Se trata del análisis y estudio del comportamiento de la estructura correspondiente al aparejo del mástil principal de una embarcación de vela de tipo regata. Para poder realizar esto se ha de conocer primero la teoría del funcionamiento y comportamiento de este tipo de embarcaciones y más concretamente de su fuente propulsiva, es decir la vela principal.

También es importante conocer como se comporta la estructura cuando interactúa con las fuerzas del viento, así como los escenarios más habituales durante la operación normal de una embarcación de este tipo. Para ello se va a ver la evolución a lo largo de la historia de este tipo de transporte hasta llegar a lo empleado en la actualidad.

A continuación se van a estudiar los componentes de esta estructura, los mecanismos de sujeción de la vela a la misma, los principios aerodinámicos que permiten estudiar su comportamiento y los materiales empleados de forma usual en este ámbito.

Finalmente, se va a proceder a sus análisis, para ello, se van a realizar diversos estudios, el primero será un caso de prueba con una geometría simplificada para comprobar la metodología mediante una placa plana. Una vez el proceso funciona se van a estudiar dos geometrías, una circular y una elíptica, para ello se evalúan las fuerzas en cada una de ellas y se procede a intentar optimizar los parámetros de las mismas.

Con todo esto se pretende obtener un diseño preliminar, óptimo en cuanto a peso, de la estructura con el objetivo de aligerar el diseño de cara a futuros estudios con geometrías más completas.

[EN] This is the analysis and study of the behaviour of the structure corresponding to the rigging of the main mast of a regatta type sailing boat. In order to be able to do this, it is first necessary to know the theory of the operation and behaviour of this type of boat and more specifically of its propulsive source, the main sail.

It is also important to know how the structure behaves when it interacts with the wind forces, as well as the most common scenarios during the normal operation of a boat of this type. In order to do this, the evolution of this type of transport throughout history will be shown up to what is used today.

Next, the components of this structure, the mechanisms for attaching the sail to it, the aerodynamic principles that allow us to study its behaviour and the materials commonly used in this field, will be studied.

Finally, its analysis will be carried out, for this purpose, several studies are going to be done. The first will be a test case with a simplified geometry to check the methodology using a flat plate. Once the process works, two geometries will be studied, one circular and one elliptical, for which the forces in each of them will be evaluated and an attempt will be made to optimise the geometry parameters of each one.

The aim of all this is to obtain a preliminary design, optimal in terms of weight, of the structure in order to lighten the design for future studies with more complete geometries.