με βιομιμιτικά συστήματα»

«Υποβοήθηση πρόωσης πλοίου σε πραγματικές καταστάσεις θάλασσας με βιομιμιτικά συστήματα» BIO-PROPSHIP, κωδ.444 Παραδοτέο 5.3 τεχνική έκθεση αξιοποίησης του συστήματος Κύριος Ερευνητής: Κων/νος Α. Μπελιμπασάκης ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΝΑΥΠΗΓΩΝ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΝΑΥΤΙΚΗΣ & ΘΑΛΑΣΣΙΑΣ ΥΔΡΟΔΥΝΑΜΙΚΗΣ Τηλ. 210-7721138, 210-7721061 Fax: 210-7721397 Email: kbel@fluid.mech.ntua.gr Αθήνα, Οκτώβριος 2015 0

Η παρούσα τεχνική έκθεση περιλαμβάνει πληροφορίες σχετικά με τις ενέργειες που ππραγματοποιήθησαν στην διάρκεια του παρόντος έργου για την την αξιοποίηση του εξεταζόμενου συστήματος παλλομένων πτερυγίων που αναπτύχθηκε για την υποβοήθηση της πρόωσης του πλοίου σε πραγματικές καταστάσεις θάλασσας. Στα πλαίσια αυτά κατατέθηκε αίτηση συμμετοχής των επιστημονικών συνεργατών της ομάδας που απαρτίζεται από (1) τον κ. Β.Τσαρσιταλίδη πρόσφατως ανακυρηχθέντος διδάκτορα της Σχολής Ναυπηγών Μηχανολόγων Μηχανικών ΕΜΠ, με σοβαρή ερευνητική εμπειρία στο θέμα, και (2) τον κ. Μιχ. Μακροδημήτρη, ο οποίος συνέβαλε στο σχεδιασμό και ανάπτυξη του ηλεκτρονικού μέρους του συστήματος ελέγχου του συστήματος σε πειραματική κλίμακα, στην 4 η εβδομάδα επιχειρηματικότητας η οποία πραγματοποιήθηκε από 13 έως 17 Ιουλίου 2015 στην αίθουσα πολυμέσων του ΕΜΠ, στην Πολυτεχνειούπολη Ζωγράφου. Στο πλαίσιο της συνεργασίας της Μονάδας Καινοτομίας και Επιχειρηματικότητας του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου (ΜοΚΕ ΕΜΠ) με επιστημονικό υπεύθυνο τον κ, Γιάννη Καλογήρου, Καθηγητή ΕΜΠ, με την SO Kwadraat (http://www.sokwadraat.be/index-eng.html) μη κερδοσκοπικού οργανισμού του Τεχνολογικού Πάρκου του Πανεπιστημίου του Leuven, οργανώνεται κάθε χρόνο «Εβδομάδα Επιχειρηματικότητας» με σκοπό να δοθεί η δυνατότητα σε φοιτητές, υποψήφιους διδάκτορες, διδάκτορες, μεταδιδάκτορες, ερευνητές και μέλη ΔΕΠ αλλά και αποφοίτους των Σχολών του ιδρύματος να προχωρήσουν, εφόσον το επιθυμούν, σε μια επιχειρηματική πρωτοβουλία. (Λεπτομέρειες σχετικά με τη διαδικασία υποβολής της ιδέας παρέχονται από την κ. Ιωάννα Καστέλλη στα τηλέφωνα 772 2823, 772 2822 ή στην ηλεκτρονική διεύθυνση info@mke.ntua.gr). Η εβδομάδα επιχειρηματικότητας ξεκίνησε πρώτη φορά με επιτυχία το Μάιο του 2012, κατά τη διάρκεια της οποίας παρουσιάστηκαν 15 επιχειρηματικές ιδέες. Το 2013 στις 2-8 Ιουλίου πραγματοποιήθηκε η 2 η Εβδομάδα Επιχειρηματικότητας με τη συμμετοχή 16 ομάδων του ΕΜΠ και στις 28 Ιουνίου έως 5 Ιουλίου του 2014 η 3η Εβδομάδα Επιχειρηματικότητας με τη συμμετοχή 17 ομάδων. 1

Η Μονάδα Καινοτομίας και Επιχειρηματικότητας του ΕΜΠ, οργάνωσε από 13 έως 17 Ιουλίου 2015, την 4η Εβδομάδα Επιχειρηματικότητας με σκοπό να δώσει τη δυνατότητα στα μέλη της Πολυτεχνειακής κοινότητας να παρουσιάσουν τις επιχειρηματικές τους ιδέες και να δεχτούν σχόλια, σε κλειστές συναντήσεις. Στο πλαίσιο της δραστηριότητας αυτής πραγματοποιήθησαν εξατομικευμένες συναντήσεις όπου η κάθε ομάδα παρουσιάζει την ιδέα της για 15-20 λεπτά το πολύ και στη συνέχεια ακολουθεί συζήτηση με τον κ.johan Van den Bossche, εμπειρογνώμονα του μη κερδοσκοπικού οργανισμού So Kwadraat και τα στελέχη της ΜοΚΕ. 2

Παρατίθεται κατωτέρω το κείμενο της επιχειρηματικής ιδέας που υπέβαλε η παρούσα ομάδα: 3

New Business Idea Title: Flapping Wave Thruster Description: Energy efficiency is becoming an ever rising concern both due to regulations and to economy reasons. Especially for the shipping industry, reducing fuel consumption of marine vessels is and always will be critical. Nowadays shipping companies invest millions in concepts and systems for reducing fuel consumption (via operational changes, energy saving devices and improved designs) with arguable effectiveness and sometimes increased risk of damaging the vessel (improper mounting on hull and/or loading the engine etc). The wave resistance of a ship can be reduced by model testing and systematic application of modern design Computational Hydrodynamics tools. The frictional resistance of a ship may be reduced by injection of micro bubbles, using air films and polymers, super water repellent coatings, magneto hydrodynamics and surface shaping. However, the ships rarely operate in calm sea, and in realistic sea states and adverse conditions additional components come into play, as e.g. added wave and wind resistance, and other operational factors. Also, in real sea conditions, the ship undergoes moderate or higher-amplitude oscillatory motions due to waves, and the vertical ship motion could be exploited for providing one of the modes of combined/complex oscillatory motion of a biomimetic propulsion system. At the same time, due to waves, wind and other reasons, ship propulsion energy demand in rough sea is usually increased well above the corresponding value in calm water for the same speed, especially in the case of bow/quartering seas. The present wave thruster system aims at producing thrust of magnitude of the order of added wave resistance losses in waves by means of the oscillating wings, absorbing energy from the wave induced motions of the ship. At stage one, the plan is to start up a company in close cooperation with the Laboratory of Ship & Marine Hydrodynamics of the School of Naval Architecture and Marine Engineering of NTUA (LMHS-NTUA ), with main responsibilities: 1) Analysing, simulating the motion and designing the shape of foils, so as to produce thrust in a large range of operational conditions (incl. sea wave conditions) for specific class/type of ships. 2) Designing the retrofit, constructing and assembling single-component wing system on the vessel, in cooperation with expert crews, as well as managing all technical problems. 3) Programming and controlling the actuators, responsible for the rotational self-pitching controlled motion of the wings. 4) At next stage, various multi-component wing systems will be designed and optimized with respect to interaction effects, and produced. Various hardware components e.g. the hydraulic motor and actuators, gyrocompass systems, accelerometers, sensors and electronic equipments will be procured from specialized Greek and specialized EU companies. The production tasks of company will be: study of the vessel, design and fabrication of wing flappers, assembly of the system, installation on ship, development of electronics programming and control, and finally, testing on board and fine tuning of the system. 4

Innovation: We propose a novel wave thruster for ships based on biomimetic system theory and applications. In the framework of BIOPROPSHIP project (for more information and technical data see http://arion.naval.ntua.gr/~biopropship/index_en.html) an innovative biomimetic-wing system is investigated and experimentally tested for augmenting ship propulsion efficiency, in operating conditions corresponding to realistic sea states. New and existing computational models have been produced and integrated, supporting the development of appropriate control methods for optimizing real-time performance. For testing and evaluation of the validity of the present methods, and demonstration of the whole idea, a prototype model is constructed and tested in the towing tank of LMHS NTUA, http://old.naval.ntua.gr/labs/enthy/ independently and attached to the ship hull; see Fig.1 Fig.1 model (left) and drive electronics (right). In the experimental phase the following set-up has been designed and developed: a NACA 0012 foil oscillating below the water level, under the vessel, driven by a DC motor and time belt. The foil follows prescribed self-pitching motion in order to develop the desired angle of attack in waves so to always produce a positive thrust with minimum power requires for the controlled motion. The electronic drive and control of the motor was custom-implemented by the team. We measured the drag of the vessel for various combinations of motions between the foil and the wave. The experimental results are very promising, and able to further optimization by the numerical hydrodynamic simulations. Target group: We strongly believe there is a strong market for the present innovative solution. Our strategy is to become recognised as a leading supplier in the shipping industry as we estimate significant gains in reduction of the fuel consumption. The target group involves ship companies and ship owners of small/medium vessels like passenger/car ferries, offshore supply vessels, small tankers serving the Greek island region, yachts, as well as naval vessels of the type of patrol boat and frigates. 5

Remarks: Our team is supported by experience researchers of SMHL-NTUA (Prof. G. Politis, K. Belibassakis and G.Tzabiras, director of NTUA-SMHL together with qualified personnel of towing tank). We have gained extensive experience and strong background on designing projects, based on the aforementioned challenges, and have been involved in developing computational fluid dynamics tools, that can accurate estimate hydrodynamic forces in unsteady motions of foil thrusters under various environmental conditions (sea states and unsteady motions of surface vehicles). The present entrepreneurship consists of the following result-oriented members: (1) Dr Vasileios Tsarsitalidis graduated as a Naval Architecture and Marine Engineer from National Technical University of Athens (NTUA) in 2008. His diploma was awarded the 2008 RINA GSCC Student Naval Architect Award from the Royal Institution of Naval Architects and the Greek Shipping Cooperation Committee. He was founder and first two terms chairman of the Greek student section of Society of Naval Architects and Marine Engineers (SNAME). He holds a Master of Science (MSc) in computational mechanics. He successfully defended his Phd thesis titled HYDRODYNAMIC SIMULATION OF BIOLOGICAL PROPULSION SYSTEMS AND APPLICATION ON THE DESIGN OF OPTIMAL MARINE PROPULSORS in January 2015. His thesis was co-financed by the European Union (European Social Fund ESF) and Greek national funds through the Operational Program "Education and Lifelong Learning" of the National Strategic Reference Framework (NSRF) - Research Funding Program: Heraclitus II. He has co-supervised 6 diploma theses of students of school of Naval Architecture and Marine Engineering. (2) Makrodimimitris Michail MEng received his diploma in Mechanical Engineering from the National Technical University of Athens (NTUA) in 2006. Since then he has worked for various companies such as Hellenic Defence Systems SA and Allou Fun Park SA, mainly on managing, analyse and implement creative innovative embedded, and robotic projects. Lectured course modelling and control at the Technological Educational Institute of Chalkida. Founder of the startup SoraRobotics ltd focused on Robotics, Embedded and Automatic Control. Nowadays he pursues his Phd in Control and Robotics, as well as he is a Teaching Assistant in course Mechatronics of Inter-Departmental postgraduate Courses at NTUA. Reviewer at the most worldwidely-known international conferences in Robotics (ICRA, IROS) and Mechatronics (AIM) where he regularly publishes his papers. Member of IEEE and the Technical chamber of Greece. His interests include: Dynamics, Control, Robotics, Embedded Systems, Marine Craft. He has also implemented the electronics, the underwater communications and the control of the actuators of a wireless robotic fish, which moves by using an oscillating foil. The robotic fish has been covered from the national press and television. 6

Η υποβληθείσα ιδέα κρίθηκε αρκετά ώριμη, και η αναπτυγμένη τεχνολογία πολύ προχωρημένη και μάλιστα, πέραν του σταδίου που απαιτείται για την υλοποίηση καινοτόμου επιχειρηματικής ιδέας. Η συμβουλή που δόθηκε στην ομάδα των συνεργατών BIOPROPSHIP είναι η άμεση αναζήτηση επενδυτών με σκοπό τη χρηματοδότηση εφαρμογής της. Σε σχέση με την εφαρμογή της η παρούσα ιδέα μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε δύο κλίμακες κόστους/πολυπλοκότητας: (α) σε υπαρκτά πλοία, όπου με μικρό κόστος επαναπρογραμματίζεται ο ελεγκτής των stabilizers ως κατωτέρω: και (β) σε πλήρη ανασχεδίαση των πτερυγίων και των μηχανισμών/ελεγκτών. 7