EN - TMI - Curso Engenheiros Navais – ramo Mecânica
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- Sistemas de Propulsão num Veículo SubmersívelPublication . Hermenegildo, David Manuel Lourenço; Policarpo,, Hugo Filipe Diniz; Fonseca,, Pedro Filipe dos Santos; Damas,, Bruno DuarteEste trabalho apresenta o estudo, análise e validação de perfis hidrodinâmicos NACA (National Advisory Committee for Aeronautics) para aplicação no sistema propulsivo biomimético do veículo subaquático autónomo PETINGA dos projetos SABUVIS I & SABUVIS II. A investigação iniciou-se com a simulação numérica de cinco perfis distintos (NACA 2412, NACA 0015, NACA 0014, NACA 0012 e NACA 2408), recorrendo à Dinâmica de Fluidos Computacional (CFD, do inglês, Computacional Fluid Dynamics), com o objetivo de identificar a solução mais eficiente em termos de razão sustentação/arrasto (CL/CD) e força de propulsão média (ou thrust). Os resultados das simulações demonstraram que, embora os valores de thrust fossem semelhantes, o perfil NACA 0014 destacou-se pela maior eficiência hidrodinâmica, evidenciada pelo valor médio mais elevado de CL/CD. De seguida, foi realizada uma análise aprofundada da influência da frequência (0,5–2 Hz) e da amplitude de oscilação (10◦–40◦), concluindo-se que o movimento de 2 Hz e 40◦ gera o melhor compromisso entre força propulsiva e eficiência energética. Para validar os resultados numéricos, foi desenvolvido um aparato experimental com aquisição de dados em tempo real através de um microcontrolador Arduino. Os ensaios experimentais, embora não tenham reproduzido os valores absolutos previstos pelas simulações, confirmaram qualitativamente as tendências observadas: maiores frequências e amplitudes potenciam maiores forças propulsivas. Conclui-se que o perfil NACA 0014 é a solução mais robusta para ser implementada como barbatana oscilatória no PETINGA, assegurando uma conversão eficiente do movimento oscilatório em impulso hidrodinâmico, em consonância com os princípios da propulsão biomimética. Propulsão biomimética, NACA 0014, CFD, Veículos subaquáticos autónomos, SABUVIS
- Computational Fluid Dynamics for Synthetic Data GenerationPublication . Pereira, Francisco Miguel Bastos; Barata,, José; Moura,, RicardoThis dissertation explores the use of computational fluid dynamics (CFD) for generating synthetic data in the context of biomimetic propulsion. It contributes directly to the SABUVIS II project, which involves a swarm of autonomous underwater vehicles designed for military and scientific applications. The study focuses on designing, simulating and evaluating bio-inspired fin propulsion systems with the aim of producing synthetic datasets for future Digital Twin integration. The objectives of this work are to develop a parametrized fin profile that can be easily and quickly modified in terms of both shape and movement, whether its amplitude, frequency of oscillation or the type of movement, in order to create a model for simulations and data generation. This model should be capable of running di!erent simulations to generate a diverse set of results. The methodology followed three stages. First, a bibliographic review mapped the state of research in biomimetic propulsion, synthetic data, and digital twins. Second, a CFD workflow modelled fin-driven propulsion, including fin profiling, mesh independence, domain setup, solver configuration, and UDFs for sinusoidal and turtle-inspired motions. Third, parametric simulations assessed flow velocity, thrust, hydrodynamic forces, energy use, and propulsion e"ciency under controlled conditions. Results show both movement types generate biologically consistent thrust and flow. Sinusoidal motion produced smoother velocity fields and steadier thrust, while turtle-inspired motion yielded localized peaks suited for rapid manoeuvring. E"ciency depended on fin length, frequency, and amplitude, with a 50 cm fin at 2 Hz giving the best thrust-to-energy ratio. The datasets also support synthetic data repositories and future digital twin development of the SABUVIS propulsion subsystem. Biomimetic UUV, Computational Fluid Dynamics (CFD), Simulation, SABUVIS, Synthetic Data
- Final Development and Construction of a Cost-Effective Unmanned Aerial Vehicle to Enhance Operational Capabilities of the Portuguese NavyPublication . Marques, João Rodrigo Teixeira; Policarpo,, Hugo Filipe Diniz; Rego,, Francisco Fernandes CastroVehicle (UAV) development for military use, including aerodynamics, structural stresses, materials, propulsion, and operational factors. The main objective was the construction of a functional UAV prototype for military applications. Given the growing relevance of UAVs in armed conflicts—particularly amid global tensions—this work addresses the urgent need for safe, effective, and low-cost aerial platforms. Drones allow remote operations, reducing risks to personnel while preserving battlefield effectiveness. However, many military UAVs are prohibitively expensive, while affordable options often lack endurance. This project aimed to develop a UAV, conceived by Portuguese Navy officers Eng. Joel Martins and Eng. José Rodrigues, with a budget under €5000. The project began with design changes to simplify manufacturing while considering the capabilities of the CEOV and SANFLOT units of the Portuguese Navy. Construction employed 3D printing for the internal structure and fuselage, while the planned carbon fiber skin was replaced with fiberglass due to budget and logistics, still ensuring structural performance. During manufacturing, several adaptations were required to overcome practical challenges. However, the process proved time-consuming, and delays in material delivery further extended the schedule. As a result, the project was concluded with the successful assembly of the UAV’s structure, while part of instrumentation integration, validation of calculations, and flight tests remain pending for future development. This work contributes to understanding UAV development in a military context and shows the importance of adaptability in low-cost aerospace engineering. Unmanned Aerial Vehicle, 3D Printing, Prototype Development, Aerodynamics, Structural Analysis
- Identificação de dano em veículos autónomos por medição de vibraçõesPublication . Ceia, Diogo Martins ; Sampaio, Rui Pedro Chegas; Policarpo, Hugo Filipe DinizA deteção de dano em estruturas tem sido tema de estudo para a comunidade científica nos últimos anos, e a identificação de dano com base em vibrações tornou-se um aspeto fundamental da manutenção preditiva e condicionada. A crescente complexidade das operações militares levou os países de todo o mundo a desenvolverem veículos não tripulados como uma solução estratégica para reduzir o risco humano, introduzindo necessidades ao nível da manutenção dos mesmos. A deteção de problemas numa fase inicial optimiza as reparações e reduz o tempo de inatividade, assegurando que este tipo de equipamento pode funcionar em condições severas. Esta dissertação tem como objetivo implementar vários métodos de deteção e localização de dano (desenvolvidos por diferentes autores) e avaliar a sua sensibilidade ao dano, utilizando dados obtidos numérica e experimentalmente. Recorrendo ao método dos elementos finitos, é modelada numericamente uma viga onde o dano é simulado pela redução parcial da espessura, permitindo obter a resposta dinâmica no domínio da frequência. Experimentalmente, são utilizados dados provenientes de trabalhos de outros autores (no caso da viga) e realizados ensaios com um LEO ROVER, com o objetivo de comprar os resultados obtidos para a viga e confirmar a sua aplicabilidade noutro tipo de estruturas. Palavras-chave: Deteção de dano, Análise modal experimental, análise de vibrações, Structural Health Monitoring
- Fim da produção de cartas náuticas em papel do Almirantado Britânico : O impacto na Marinha PortuguesaPublication . Freitas, Bruno Miguel Falcão de; Bué, Isabel Maria Morais Gonçalves; Canas, António CostaA carta náutica é amplamente utilizada há centenas de anos, possuindo uma finalidade específica importantíssima, a da segurança da navegação. É considerada um documento oficial, elaborado para os navegantes, seja em formato digital ou em papel. Porém, em 2023, o United Kingdom Hydrographic Office, notificou a comunidade hidrográfica da sua possível intenção de retirar o fólio de cartas náuticas em papel. Atendendo a que este produto é utilizado poe diversas entidades a nível global, bem como pela Marinha Portuguesa, pretende-se determinar, nesta dissertação, o impacto desta medida na nossa organização. Neste estudo será abordado um contexto histórico e legal das cartas náuticas digitais e em papel, serão introduzidos os conceitos de pontes paperless e de e navigation, será descrito o fólio cartográfico nacional utilizado em Portugal e os diferentes tipos de produtos e sistemas de informação digitais, e será também explorada a produção de diferentes tipos de cartografia náutica. Para este estudo foi aplicado um questionário a alguns militares da Marinha Portuguesa, com o intuito de recolher dados que permitissem perceber o impacto que poderá ser causado na organização pela decisão do United Kingdom Hydrographic Office em terminar a produção de cartas náuticas em papel. Posteriormente será apresentada uma análise SWOT, com base na informação recolhida, nomeadamente a resultante da aplicação do questionário. Esta análise considera os fatores positivos e negativos, internos e externos que afetam esta mudança de paradigma, permitindo alocar recursos que mitiguem as fraquezas e ameaças à mudança. A relevância do tema recai sobre o facto de a navegação através das cartas em papel sempre ter sido a ferramenta historicamente mais usual para orientação no mar, pelo que tem-se como objetivo neste estudo a obtenção de dados que permitam concluir o impacto que o cancelamento de cartas náuticas em papel virá a ter no desempenho da Marinha Portuguesa.
- Desenvolvimento de um sistema de superfície autónomo para monitorização permanente e persistente de veículos na coluna de águaPublication . Gomes, Ricardo Filipe Mota; Lobo, Vitor; Fernandes, Pedro Miguel de Castro; Teodoro, PedroEste trabalho descreve o processo para o projeto de uma plataforma de superfície autónoma para monitorização da coluna de água. Primeiramente, é feita uma pesquisa e análise de produtos já existentes no mercado por forma a perceber e compreender o racional por detrás desses mesmos produtos. De seguida, foi feito o levantamento de requisitos por forma a criar uma linha de pensamento e saber a qual o emprego operacional e limitações de projetos. Modelação e análise estática de uma estrutura interna que suportará os esforços internos e externos. Análise hidrodinâmica com recurso a diversas ferramentas tais como, SolidWorks, DELFTShip e MAXSURF. É ainda abordada o sistema de comando e controlo (C2) e produção e distribuição de energia a bordo da plataforma. Por último, ainda durante a fase de projeto, é realizado plano de trabalho e orçamentação para o desenvolvimento do projeto. Concluindo-se com os resultados obtidos nas provas de mar.
- Análise de risco de manutenção aplicada aos navios da Marinha PortuguesaPublication . Rodrigues, Manuel Nogueira; Lampreia, Suzana Paula SilvaUma das principais funções do oficial Engenheiro Naval do Ramo de Mecânica é a realização da Gestão da Manutenção dos sistemas e equipamentos de bordo. Estes equipamentos são de extrema importância e devem desempenhar as suas funções com a máxima disponibilidade e performance elevada, para o cumprimento da missão dos navios da Marinha Portuguesa. A manutenção preventiva, e em especial aquela que é baseada na condição, é de extrema importância, para o bom funcionamento dos sistemas. Realizar este tipo de manutenção poderá significar, não só a preservação operacional dos equipamentos e sistemas, mas também limitar os custos de manutenção a médio prazo devido a falhas catastróficas, contribuindo para manter elevados padrões de prontidão dos meios. Tendo em conta a conjetura atual económico-financeira da Marinha Portuguesa e a falta de recursos humanos para cumprir com os planos de manutenção, definidos pelo sistema de manutenção planeada de cada navio e aquilo que os fabricantes preconizam, e de forma a garantir a operacionalidade dos meios navais, é imperativo desenvolver metodologias que avaliem de modo contínuo o risco operacional dos equipamentos perante o eventual não cumprimento dos planos de manutenção. Esta dissertação tem por base o desenvolvimento de uma análise de risco à manutenção dos navios da Marinha, mais precisamente, no caso de manutenção preventiva não ocorrer e os riscos associados. Sendo assim, na presente dissertação, a análise de risco a ser utilizada vão ser: matriz de risco e Failure Modes and Effects Analysis/Failure Modes, Effects and Criticality Analysis de forma a poder realizar comparações entre os dois métodos e poder priorizar quais os tipos de manutenção que deverão ser realizadas. O caso prático apresentado foi sobre os seguintes equipamentos: Motor Diesel Propulsor, Motor Elétrico Propulsor, Caixa Redutora, AC, CPP Compressor de ar, Linha de Veios e Geradores pertencente ao NRP Viana do Castelo da classe Viana do Castelo.
- Identificação de dano em rolamentos de esferasPublication . Santos, Lopes dos; Policarpo, Hugo Filipe DinizOs rolamentos de esferas são um elemento crucial na constituição de equipamentos com características rotativas vastamente utilizados nas diferentes indústrias civis e militares. Como qualquer outro equipamento mecânico, sofre o desgaste inerente ao seu funcionamento que sem a manutenção adequada pode originar danos nos seus constituintes, comprometendo assim o correto funcionamento ou mesmo danificar a máquina na qual está montado. A presente dissertação assume como objetivos principais o estudo, análise, deteção e diagnóstico de falhas em rolamentos por meio de sinais vibratórios adquiridos computacionalmente e a partir de uma bancada experimental de simulação de falhas concebida pelo autor. Inicialmente é recolhido material para se efetuar uma abordagem teórica no âmbito dos rolamentos radias de uma carreira de esferas, identificando os componentes que o constituem assim como as suas funções e aplicabilidade nas diferentes indústrias e para a marinha. São expostos vários exemplos dos danos que mais frequentemente surgem durante o funcionamento dos rolamentos e de que forma se consegue detetar de forma precoce através dos parâmetros do fator de crista e nível global e diagnosticá los por meio de técnicas que envolvem a modelação em amplitude do sinal vibratório, como a técnica da envolvente e transformada de Hilbert. Os diagnósticos obtidos para a leitura dos vários ensaios realizados na bancada experimental com rolamentos com danos nas respetivas pistas foram bem conseguidos sendo evidente a presença das suas frequências de falha. A partir deste documento surgem novas oportunidades de estudo científico, utilizando a bancada experimental de simulação de danos é possível diagnosticar falhas de outras naturezas ou estudar a influência de cargas e variações de velocidade em rolamentos danificados.
- Descarbonização da NavegaçãoPublication . Caixinha, Joana Vaz; Santos, Miguel CaviqueNo mundo atual, as alterações climáticas impõem metas restritivas para as emissões, sendo marcos os anos de 2030 e 2050. O setor marítimo representa cerca de 2,89% das emissões totais de CO2, resultante das atividades antropogénicas. O presente estudo avalia as opções de combustíveis alternativos para navios militares da Marinha Portuguesa, de tipologia NPO, com capacidade de combate, num horizonte temporal de aplicação de 10 a 20 anos. Foram avaliadas sete opções de combustíveis alternativos com potencial aplicação para o setor naval, cada uma com vantagens, limitações e considerações técnicas específicas. A metodologia adotada inicia com a definição de constrangimentos de segurança, que excluem fluidos criogénicos ou armazenados a pressões superiores a 50 bar, seguido de uma análise energética das opções, comparando massa e volume associado ao seu armazenamento. Uma análise de risco foi realizada, com recurso à conjugação do método FMEA, um processo sistemático de avaliação de risco para modos de falha específicos, com a técnica AHP, aplicada para a quantificação dos parâmetros ocorrência, severidade e detetabilidade, por comparação das alternativas par a par. A Teoria de Dempster-Shafer é uma teoria para o tratamento da incerteza em ambientes de informação incompleta, considerando dois limites, a crença e a plausibilidade. Quatro experts na área, avaliaram os elementos focais propostos, atribuindo massas de probabilidade a cada um dos conjuntos. Os resultados apontam que o conjunto constituído pelos hidrocarbonetos verdes conjuntamente com o metanol, bem como, uma frota diversificada com soluções de hidrocarbonetos verdes, hidrogénio, metanol e outras opções futuras, constituem as opções com maior viabilidade e potencial de aplicação.
- Previsão de comportamento no mar de navios: Desenvolvimento de uma ferramenta de cálculo de Response Amplitude Operators (RAOs)Publication . Marques, Guilherme Mcculloch; Silva, Paulo Alexandre Marques Pires da; Moreira, Miguel Ângelo Pereira BentoPrevisão de comportamento no mar de navios : Desenvolvimento de uma ferramenta de cálculo de Response Amplitude Operators (RAOs) O seakeeping é uma área de estudo essencial na engenharia naval, esta concentra-se na análise e previsão do comportamento de navios em resposta a determinadas condições de mar. Compreender e avaliar o desempenho de um navio é crucial para garantir a segurança, o conforto da guarnição e a eficiência das operações navais. Os Response Amplitude Operators (RAOs) são parâmetros fundamentais no estudo do seakeeping. Estes representam a resposta de um navio à excitação causada pelas ondas em termos de amplitude de movimento e fase. Os RAOs são usados para prever a resposta dinâmica do navio nos movimentos de avanço, deriva, arfagem, balanço e cabeceio, sob diferentes estados de mar e direção das ondas relativamente ao navio para diferentes velocidades. O objetivo deste trabalho consiste na resolução, no domínio da frequência, da equação dinâmica do corpo livre de uma forma matricial. Este trabalho surge na sequência dos trabalhos realizados por Ferreira, S. (2018) e Ramujane, M. (2019), nas suas dissertações de mestrado os autores determinaram os coeficientes de massa acrescentada e de amortecimento recorrendo à Transformação de Lewis e ao Método de Mapeamento Conforme Multiparâmetro, respetivamente. O trabalho do autor Balixa, C. (2021) consistiu na determinação das forças de excitação de Froude-Krylov e forças de Difração que são responsáveis pela excitação externa do sistema navio em ondas. Para a determinação dos RAOs recorreu-se aos estudos acima mencionados. De entre os métodos existentes, neste trabalho são utilizados como suporte teórico a Teoria das faixas e o método de Transformação Conforme Multiparâmetro. Este trabalho para além de contribuir para a construção e retenção de conhecimento na área de Comportamento no Mar de navios, na Escola Naval e na Marinha, permitiu obter uma ferramenta computacional que determina RAO’s para navios da Marinha recorrendo aos métodos acima mencionados.