Hydrodynamikk for hurtiggående fartøy

"Å trosse naturen ved å bevege seg raskt på vannet - kun mennesker forsøker denne utfordringen og for å lykkes tok de en side ut av naturens bok! Å melde seg på TMR4217 vil gjøre studentene i stand til å mestre vitenskapen bak høyhastighetsfartøy!"

Høyhastighets marine fartøy er utgjør intrikat ingeniørkunst. De er avgjørende i sektorer som søk og redning til sjøs og for rask passasjertransport, der operativ hastighet er essensiell. I tillegg får de økt betydning i nye applikasjoner, som offshore energiproduksjon, hvor raske og stabile fartøy som kan operere i røffe sjøer er viktige for reparasjonsoppdrag og andre oppdrag. Å forstå hvordan design- og driftsfaktorer påvirker motstand, fremdrift, sjøegenskaper, stabilitet og manøvrerbarhet danner grunnlaget for å skape innovative og effektive fartøydesign.

Dette kurset gir en grundig utforskning av tre hovedkategorier av høyhastighets marine fartøy: skrogstøttede, luftputestøttede og foil-støttede fartøy. Det trekkes også forbindelser til bio-inspirerte teknologier ved å gi innsikt i effektive, høyhastighets svømme mekanismer hos akvatiske dyr, som gir inspirasjon til å redusere miljøpåvirkningen samtidig som utholdenhet og manøvrerbarhet forbedres.

Verktøyene og teknikkene som undervises i dette kurset er bredt anvendelige, inkludert hydrodynamisk analyse av slanke kjøretøy innen felt som undervannsraketter og autonome overflateskip.

Nøkkeltemaer inkluderer:

• Motstand og fremdrift: Forstå komponentene av motstand og velge optimale fremdriftssystemer for ulike høyhastighetsfartøy.

• Sjøegenskaper og stabilitet: Forutsi fartøyets oppførsel under utfordrende sjøforhold og forstå stabilitetsvurderinger ved høye hastigheter.

• Manøvrering og (innsikt om) automatisk kontroll: Utforske fartøymanøvrering og styring under ulike forhold, med fokus på presisjon og sikkerhet.

• Foiler og løfteflater: Fra natur til ingeniørfag, fra fly til høyhastighetsfartøyer, forstå fysikken til hydrofoiler og deres bruksområder.

De generelle målene for kurset er å:

• Fremme mestring av konsepter, terminologi og anvendelser innen hydrodynamikk for høyhastighetsfartøy, og sikre at studentene er godt kjent med de grunnleggende prinsippene og deres praktiske relevans.

• Gi en omfattende forståelse av ulike høyhastighets marine fartøy, som dekker deres designaspekter, driftsfordeler og utfordringer de møter i forskjellige marine miljøer.

• Utstyre studentene med analytiske ferdigheter og en kritisk perspektiv på teoretiske, numeriske og eksperimentelle undersøkelser, som setter dem i stand til å vurdere og bidra til utviklingen av høyhastighets marine fartøy.

Ved slutten av kurset vil studentene være i stand til å:

• Forstå forskjellene mellom design av høyhastighetsfartøy og vurdere deres egnethet for spesifikke oppdrag, samtidig som de gjenkjenner avveiningene mellom å optimalisere designkriterier basert på motstand og sjøegenskaper, stabilitet og manøvrerbarhet.

• Identifisere og forklare de fysiske mekanismene som bidrar til motstanden som oppleves av høyhastighetsfartøy, og velge passende metoder for å estimere motstand både i rolig vann og bølgeforhold.

• Identifisere passende fremdriftssystemer for spesifikke høyhastighetsfartøy, estimere deres skyvekraft og effektivitet, og analysere deres driftsutfordringer.

• Forklare fysikken og evaluere ytelsen til foilsystemer, forstå rollen til løftende flater i design og drift av hurtiggående fartøy.

• Estimere bølgeinduserte responsvariabler og vurdere driftsbegrensningskriterier for høyhastighetsfartøy, inkludert å forutsi voldsom bølge-kropp interaksjonsfenomener som slam og vann på dekk.

• Vurdere skrogbelastninger under manøvrering i rolig vann, i bølger og i nærvær av andre fartøy eller strukturer, samt evaluere belastningene og ytelsen til styresystemer under disse forholdene.

• Evaluere statisk og dynamisk stabilitet for høyhastighetskjøretøy, forstå rollen og påvirkningen av automatiske kontrollsystemer på stabilitet og fartøys oppførsel.

• Ta opp skalaforskjeller ved utførelse av modelltester for høyhastighetsfartøy, og velge passende prediksjonsverktøy for hydrodynamiske estimater.

Foredrag: Hver uke vil det være et tre timers teoretisk foredrag og en en-times økt med oppgaver. Det anbefales sterkt at studentene deltar på alle forelesninger, da dette vil støtte deres læringsprosess og fremme et samarbeidsmiljø med klassekameratene. Under øktene vil studentene motta veiledning om spesifikke oppgaver og forbedre sine problemløsningsstrategier. En undervisningsassistent vil gi støtte og administrere oppgavene og relaterte aktiviteter.

Metoder for vurdering av studenters læring: En liste med eksempelspørsmål nært knyttet til de teoretiske forelesningene vil bli gitt på den digitale læringsplattformen. Studentene oppfordres til regelmessig å vurdere sin forståelse ved å forsøke disse spørsmålene; samarbeid i gruppe anbefales sterkt, da det gjør det mulig for studentene å tilnærme seg problemer fra ulike perspektiver, noe som beriker deres læringsopplevelse. Tildelte oppgaver og teoretiske eksempelspørsmål vil gi studentene mulighet til å evaluere fremgangen sin både praktisk og teoretisk. I tillegg vil det bli innført quizzer under de teoretiske forelesningene for å gi raske vurderinger av forståelse og forsterke nøkkelbegreper.