Curs Hfn 2018.pdf

HIDRODINAMICA FORMELOR NAVEI

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

1

Structura disciplinei Denumirea disciplinei – Hidrodinamica formelor navei Cod disciplină: UG-N-32 (TD) Număr de ore pe săptămână: Curs – 3 ore/saptămână Proiect – 2 ore/saptămână Numărul de credite: 6 credite Pre-requisite: Mecanica fluidelor/Hidrodinamică şi teoria valurilor, Proiectarea preliminară a navei, Teoria navei, Rezistenţa la înaintare a navei Conţinut curs: - Geometria navei; - Principiile proiectării formelor navei; - Modificarea formelor navei; - Particularităţile formelor diferitelor clase de nave. Proiect: - Generarea planului de forme – Tribon; - Generarea suprafetei corpului navei – Rhino, NAPA; - Modificarea formelor navei; - Simularea curgerii in jurul carenei – Shipflow. Evaluare: - Proiect – 30%; Referat – 20%; Examen – 50%* * Nota la examen peste 5.

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

2

De ce Hidrodinamica formelor navei? - Reducerea consumului de combutibil – reducerea costurilor de operare ex. reducerea cu 1 % a consumului de putere a unei nave de tip feribot, de mărime medie, conduce la reducerea anuală a costurilor pentru combustibil cu 50000 USD..

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

3

De ce Hidrodinamica formelor navei?

- Energy Effciency Design Index (EEDI) – o măsură a cantității de dioxid de carbon pe care o emite o navă în functie de cantitatea de marfa transportata și de viteza (IMO regulations).

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

4

Teme referate

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

5

Teme referate - Tip nava; - Functionalitatea navei; - Caracteristici principale (valori uzuale, min., max.) - Viteza (valori uzuale, min., max.) - Putere () - Elemente/particularitati care ar putea influenta formele; - Caracteristici ale formelor navei (coef. de finente, forme prova, forme pupa, tip propulsie, apendici); - date/filmulet/poza - spectaculoase/interesante

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

6

Teme referate Tipuri de nave: 1. Bulk carriers 2. Container 3. Passengers 4. Passengers inland 5. Ferry 6. Cargo 7. Tanker 8. Chemical tanker 9. Fishing boat 10. Tug 11. Pusher 12. Car carrier 13. Ice breaker 14. Reefer 15. Dredger 16. Offshore supply/support vessel 17. Research vessels Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

7

Teme referate Tipuri de nave: 18. Barges 19. Pilot vessels 20. Crew supply 21. Heavy lifts 22. Superyachts 23. Motor yachts 24. Sailing boat 25. Catamarans 26. ski jet 27. Submarine 28. Frigate/Corvette 29. Swath 30. Offshore platforms 31. Drill ship 32. Hydrofoils 33.

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

8

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

9

Planul de forme Planul de forme este utilizat pentru urmatoarele calcule: • Calcule hidrostatice; • Compartimentajul navei; • Calcule de asieta; • Calcule de stabilitate; • Calcule de lansare; • Estimarea rezistentei si model experimental; • Calculaul derivatelor hidrodinamice; • Calcularea fortelor taietoare si momentelor incovoietoare; • Desenele tablelor desfasurate.

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

10

Planul de forme Plane principale de referinţă z

P.D. W.L.

B.L. x

k P.B. y

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

11

Proiecţiile planului de forme

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

12

Planul de forme Planul de forme este reprezentarea grafică prin secţiuni longitudinale, transversale şi orizontale a suprafeţei teoretice a corpului navei. Planul de forme cuprinde trei proiecţii:  Longitudinalul planului de forme – format din curbele definite de intersecţia suprafeţei teoretice a corpului navei cu planurile paralele cu PD. Curbele astfel obţinute se numesc longitudinale şi se notează de la PD spre borduri cu: I, II, III  Transversalul planului de forme – format din curbele definite de intersecţia suprafeţei teoretice a corpului navei cu planuri paralele cu planul cuplului maestru. Curbele astfel obţinute se numesc cuple teoretice şi se notează de la pupa spre prova cu: 0, 1, 2, …, 20.  Orizontalul planului de forme – format din curbele definite de intersecţia suprafeţei teoretice a corpului navei cu planurile paralele cu PB. Curbele astfel obţinute se numesc linii de apa sau plutiri şi se notează de la PB cu: 0, 1, 2, …, 10.

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

13

Caroiajul planului de forme - Caroiajul longitudinalului planului de forme este definit de proiecţiile plutirilor şi cuplelor teoretice - Caroiajul transversalului planului de forme este definit de proiecţiile plutirilor şi longitudinalelor - Caroiajul orizontalului planului de forme este definit de proiecţiile longitudinalelor şi cuplelor teoretice - Caroiajele celor trei proiecţii definite mai înainte formează împreună caroiajul planului de forme.

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

14

Generarea planului de forme

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

15

Generarea planului de forme

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

16

Generarea suprafeţei corpului navei

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

17

Rapoarte între dimensiunile navei Raportul dintre lungime si lăţime (L/B) - evidenţiază alungirea relativă a carenei, având valori uzuale între 4 şi 10; - valori mari ale L/B sunt favorabile pentru crestrea vitezei, dar reduc performantele de manevrabilitate; - valorile mici cuprinse între 4 şi 6 sunt specifice navelor tehnice, cu viteză relativ mică şi cu posibilităţi bune de manevră (drăgi, remorchere, şalande); - valorile medii cuprinse între 6 şi 8 se regăsesc la navele comerciale maritime, cu viteză medie; - valorile cuprinse între 7 şi 9 sunt specifice navelor de pasageri, navelor de transport rapide şi navelor militare grele; - valorile mari cuprinse între 9 şi 10 se regăsesc la navele militare uşoare şi rapide. Raportul dintre lăţime si pescaj (B/T) - are valori uzuale cuprinse între 1,8 şi 4; - cu cât valoarea raportului creşte, nava are o stabilitate transversală mai bună, dar si o rezistenţă la înaintare mai mare. Raportul L/V1/3 - evidenţiază distribuţia volumui carenei pe lungimea navei; - are valori uzuale cuprinse între 4 şi 8,5; - cu cât raportul creşte, cu atât nava are forme mai fine şi întâmpină o rezistenţă la înaintare mai scăzută. Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

18

Optimizarea dimensiunilor principale (Watson, 1998)

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

19

Dimensiunile principale ale navei Estimarea dimensiunilor principale: 1. Lungimea este determinata spatiul disponibil la acostare (cheu); 2. Latimea - stabilitate si/sau latimea canalului; 3. Inaltimea de constructie – combinatia dintre pescaj si bord liber; 4. Pescajul – adancimea acvatoruiului din port. Exceptie ULCCs si Supertancurile.

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

20

Coeficienţi de fineţe - Coeficienţi de fineţe ai ariilor Coeficientul ariei plutirii CW - variază în funcţie de tipul şi formele navei, având valori uzuale cuprinse între 0.7 (nave militare) şi 0.9 (tancuri foarte mari)

Coeficientul ariei secţiunii maestre CM - Valorile tipice între 0.75 (distrugătoare) şi 0.95 (tancuri foarte mari)

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

21

Coeficienţi de fineţe - Coeficienţi de fineţe ai volumelor Coeficientul bloc CB - are valori cuprinse între 0,38 (nave rapide, cu forme fine) şi 0,85 (tancuri, petroliere mari), iar in cazul pontoanelor poate ajunge pana la 0.95

Barrass, 2004

Coeficientul prismatic longitudinal CP - coeficientul furnizează o imagine asupra distribuţiei volumului navei pe lungime şi are valori curente cuprinse între 0,55 şi 0,85 - valorile maxime indică existenţa unor zone cilindrice prelungite Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

22

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

23

Formularea problemei Deadweight, viteză, autonomie, echipaj (specificatia tehnica)

L, B, T, coeficienţi de fineţe - Rezistenţa la înaintare - Propulsie - Flotabilitate şi stabilitate - Seakeeping

Formele navei

- Manevrabilitate - Aspecte legate de tehnologia de construcţie şi cost

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

24

Perfect shape – perfect flow Forme

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

Fenomene

25

Rezistenţa la înaintare - Curgerea cu suprafata libera - interferenţa dintre valurile generate de prova, pupa, umeri; - Evitarea separării curgerii. Aceste fenomene sunt influentate de cativa parametri: CB şi CP, LCF, LCB, forma secţiunilor, formele prova şi pupa.

Fn=0.1

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

Fn=0.19

Fn=0.14

26

Propulsia

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

27

Propulsia -

Curgerea favorabilă în discul elicei: - Formele pupa; - Dispozitive de control al curgerii

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

28

Seakeeping: Stabilitate este influenţată de: - aria plutirii de plină încărcare - forma secţiunilor de sub/deasupra liniei de plutire Seakeeping: - Mişcarea navei în valuri şi wave loads; - Slamming; - Rezistenţa adiţională în valuri; - Mişcările de ruliu şi stabilitatea dinamică; - Green water; Mijloace de îmbunătăţire a performanţelor navei: - Amortizarea ruliului – se poate ajusta prin sisteme dinamice sau chile de ruliu - Performante bune de seakeeping: slamming-ului (se poate elimina forme prova V, pescaj prova corespunzător)

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

29

Manevrabilitatea: Manevrabilitatea: - Stabilitatea de drum; - Performanţele de manevrabilitate. Acestea sunt influenţate aria laterală proiectată în planul diametral sub linia de plutire şi centru acestei arii. Mijloace de îmbunătăţire a performanţelor navei: - Manevrabilitatea navei – se poate ajusta prin bow thruster, cârme active, azimuth truster; - Stabilitatea de drum – se poate ajusta prin amplasarea unor apendici. Aspecte legate de tehnologia de construcţie şi cost: - Simplitatea constructive; - Costurile de construcţie; - Costurile de exploatare.

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

30

Principiile proiectarii formelor navei In condiţiile în care se cunosc dimensiunile principale (L, B, T, CB ), aparent ar rămâne relativ puţină libertate în definirea liniilor planului de forme. Cu toate acestea, printr-o distribuire convenabila a deplasamentului pe lungimea navei (i.e. forma curbei ariilor secţiunilor transversale) şi prin alegerea corespunzătoare a coeficientului secţiunii maestre rămâne totuşi o doza mare de libertate în profilarea extremităţilor. Elaborarea planului de forme presupune, prin urmare, acordarea unei atenţii deosebite pentru: - LCF; - LCB; - VCB; - Lungimea zonei cilindrice; - Lungimea zonei prova/pupa; - Distribuţia deplasamentului pe lungimea navei, forma curbei secţiunilor transversale, forma umerilor hidrodinamici; - Forma secţiunilor transversale şi a liniilor de apa; - Valoarea coeficientului secţiunii maestre si forma secţiunii maestre; - Formele prova şi pupa.

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

31

Distribuţia deplasamentului Distribuţia deplasamentului pe direcţie longitudinală este exprimată prin intermediul curbei ariilor secţiunilor transversale imerse (SAC). - LCB – corespunde abscisei centrului ariei de sub SAC; - Lungimea zonei cilindrice Lp - corespunde zonei pentru care aria secţiunii transversale este constantă; - Lungimea de intrare (LE) şi lungimea de ieşire (LR) - LE + LP + LR =LPP; - Unghiul de intrare al curbei ariilor secţiunilor transversale la perpendiculara prova; - Unghiul de ieşire al curbei ariilor secţiunilor transversale la perpendiculara pupa.

Forme alternative ale curbei secţiunilor transversale Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

32

Distribuţia deplasamentului Nave de viteza mica Fn<0.18; Cp>0.8

Forme alternative ale curbei secţiunilor transversale Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

33

Distribuţia deplasamentului Nave de viteza medie 0.18
Forme alternative ale curbei secţiunilor transversale Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

34

Distribuţia deplasamentului Nave rapide de deplasament 0.25
Forme alternative ale curbei secţiunilor transversale Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

35

Distribuţia deplasamentului Definirea geometrică a umerilor şi alegerea corectă a lungimilor de intrare şi de ieşire în concordanţă cu forma şi dimensiunea zonei cilindrice precum şi cu poziţia abscisei centrului de carena poate influenţa semnificativ valoarea coeficienţilor rezistenţei la înaintare. Caracteristicile SAC – modele Seria 60 CB=0.60-0.80

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

36

Distribuţia deplasamentului

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

37

Distribuţia deplasamentului

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

38

LCB - Poziţia longitudinală a centrului de carenă exprimă gradul de concentrare a distribuţiei deplasamentului pe lungimea navei; - Împreună cu coeficientul prismatic longitudinal influenţează direct generarea şi intensitatea sistemului de valuri din zona umerilor prova şi pupa; - Poziţionarea lui B mult spre prova în raport cu planul cuplului maestru determină apariţia unui val proeminent în jurul umerilor prova; - Poziţionarea lui B mult spre pupa în raport cu planul cuplului maestru conduce la riscul apariţiei desprinderilor şi structurilor vorticale în amonte de elice ceea ce poate afecta eficienţa propulsorului; - În consecinţă, determinarea poziţiei lui B se realizează din considerente legate de suprapunerea sistemului de valuri generat de prova şi cel generat de umeri – de obicei în cazul navelor cu viteze mari unde componenta rezistenţei de val este mare; - Recomandările realizate pe baza experimentelor sistematice şi investigaţiilor numerice – tendinţa de a poziţiona B spre pupa pe măsură ce Fn creşte sau coeficienţii de fineţe descresc. În funcţie de CP, LCB poate lua valori între -2.5 şi -3.0% Lpp (spre pupa), în timp ce pentru Fn de aprox. 0.15, LCB aprox. +2.0% (spre prova).

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

39

LCB

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

40

SAC – Lungimea zonei cilindrice - este definită ca lungimea zonei pentru care ariile secţiunilor transversale sunt constante; - efectul lungimii zonei cilindrice asupra rezistenţei la înaintare: - extinderea zonei cilindrice conduce la apariţia unor umeri pronunţaţi; - pentru un deplasament dat creşterea Lp conduce la creşterea Cp şi implicit a rezistenţei (componenta de val); - pentru viteze/numere Fn mici creşterea Lp nu afectează semnificativ necesarul de putere.

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

41

SAC – Lungimea zonei cilindrice Efectul lungimii zonei cilindrice asupra construcţiei şi exploatării, : - dpdv tehnologic este evident avantajos construcţia unei nave cu Lp semnificativ; - exploatarea spaţiului este optimală. Recomandări dpdv hidrodinamic: - ca tendinţă - Lp creşte pe măsură ce Fn scade; - în general, se recomandă considerarea unei zone cilindrice extinse pentru Fn<0.24;

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

42

SAC – Lungimea de intrare (LE) şi de ieşire (LR) λ

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

43

SAC – Lungimea de intrare (LE) şi de ieşire (LR) - LE şi LR determină poziţia aproximativă a umărului prova, respectiv pupa; Influenţa LE şi LR asupra rezistenţei la înaintare: - principiul pe baza căruia se alege LE este minimizarea sistemului de valuri transversale generate de prova navei (Kelvin bow wave) prin obţinerea unei interferenţe favorabile cu valul generat de umărul prova; - în aceeaşi manieră sistemul de valuri generat de umărul prova trebuie atenuat prin obţinerea unei interferenţe favorabile cu valul umărului pupa; - datorită relaţiei dintre lungimea de val şi nr. Fn interferenţa nu poate fi vizată decât o singură viteză; - evitarea separării curgerii în zona umărului pupa.

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

44

Forma liniilor de apă Aspecte legate de hidrodinamimica: - Forma liniilor de apa la prova - Raza de curbură a DWL - Zona pupa a DWL - Lungimea zonei cilindrice a DWL - Centrul de plutire (CF) - Influenţa formei DWL asupra stabilităţii şi performanţelor de seakeeping

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

45

Forma liniilor de apa la prova - Pentru Fn mici – formă convexă - Pentru Fn medii şi mari – formă concavă - Pentru Fn foarte mari – formă fără inflexiuni – nave rapide cu L/B mari

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

46

Forma liniilor de apa la prova Forma liniilor de apa la prova - Principala caracteristica a liniilor de apa este semiunghiul de intrare iE masurat în raport cu PD. Semiunghiul de intrare iE este dependent de: - forma sectiunilor transversale - curba sectiunilor transversale - latimea navei

iE Tabelul de mai jos recomanda valorile optime pentru iE , Pophanken (1939) CP 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 0.85 iE 8 9 9–10 10–14 21–23 33 37 -

pentru nave moderne cu forme V pronunţate unghiurile iE puţin mai mari decât cele recomandate de Pophanken în ultimii ani navele cu forme prova parabolice (tancuri, vrachiere) – iE este foarte mare

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

47

Forma liniilor de apa la prova

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

48

Forma liniilor de apa la prova Pentru nave fără bulb – unghiul de intrare pentru liniile de apă de sub DWL descreşte – unghiul de intrare pentru liniile de apă de deasupra DWL creşte progresiv Nave cu bulb – sunt caracterizate de iE mic la DWL – iE creşte progresiv la plutirile de sub şi de deasupra DWL Pentru navele de linie şi în special pentru petroliere forma plutirilor de sub DWL este aproape la fel de importantă ca şi cea a DWL.

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

49

Forma liniilor de apa la prova Forma la prova a liniei de apă de plină încărcare, CWL - Raza de curbura a liniei de plina incarcare la intrarea in PD trebuie sa fie cat mai mica. Forma ei depinde de soluţia constructivă a corpului - Utilizarea profilelor circulare pline la etrava permite obtinerea unor raze minime situaţie in care raza minima este de circa 3-4 ori mai mare decat grosimea tablelor.

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

50

Formele pupa ale liniilor de apă - Pentru a evita separarea curgerii şi apariţia structurilor vorticale în pupa navei, Backer recomandă ca unghiul de ieşire să nu depăşească 20º. - Lungimea zonei cilindrice a plutirii de plină încărcare:

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

51

6 Centrul ariei plutirii (CF) Influenţa ariei CWL asupra stabilităţii - Creşterea Cw conduce la îmbunătăţirea stabilităţii de formă datorită creşterii momentului de inerţie transversal

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

52

Tendinţe

-

-

Forme pram pupa – LCB spre pupa – ameliorarea umerilor şi reducere a iE cu 1,5-2,5 º DWL dreaptă şi linii de apă de sub DWL convexe iE : - chemical and product carriers - 21 - 35º - ro-ro passenger ferries -13-22º - passenger cruise vessels - 10-20º iE mici - conduc la reducerea rezistenţei la înaintare, dar în corelare cu DWL fără inflexiuni şi umeri prova amelioraţi la dimensiuni principale impuse cea mai bună metodă de reducere a iE este mutarea LCB către pupa.

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

53

Forma secţiunilor transversale Secţiunile transversale - furnizează caracteristicile esenţiale ale formelor navei.

-

Tipuri de secţiuni transversale: a. U b. V c. Rectangular d. Circulare e. (Hard) Chine f. Cu bulb Bulk carrier

Supply vessel

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

54

Forma secţiunilor transversale Forma secţiunii la cuplu maestru – depinde ce CM, raza de gurnă şi “deadrise”

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

55

Forma secţiunilor transversale a. b.

c. d. e.

f.

Secţiune transversală tipică cu borduri verticale Secţiune evazată sub DWL – îmbunătăţeşte stabilitatea la pescaje mici – se folosea la pasagere transatlantice vechi. Oferea posibilitatea unor întărituri suplimentare în cazul navelor de război vechi. Secţiune V evazată deasupra DWL – ferrie, spărgătoare de gheaţă V sub DWL şi verticală deasupra DWL – portcontainere moderne. Tumble-home – nave de linie vechi şi pasagere, reducerea greutăţii şi controlul asupra zG Cu flotoare suplimentare în dreptul DWL pentru a îmbunătăţi stabilitatea – se foloseşte în cazul conversiilor sau in cazul navelor vechi de război.

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

56

Forma secţiunilor transversale la prova şi pupa Relaţia dintre forma secţiunii maestre şi formele prova/pupa: - dacă secţiunile în zona cuplului maestru sunt pline atunci secţiunile prova/pupa pot fi U sau V; - dacă secţiunile în zona cuplului maestru sunt zvelte de tip V atunci aceste permit conectarea doar cu secţiuni de formă V la prova/pupa; Forma secţiunilor în zona gurnei – criterii (uneori contradictorii): - evitarea generării unor structuri vorticale; - influenţa asupra amortizării mişcărilor; - suprafaţă udată cât mai mică pentru minimizarea rezistenţei de frecare; - razele de curbură ale secţiunilor; - “height of deadrise”

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

57

V vs. U – zona prova Avantaje ale formei V: - Lăţime mai mare in zona plutirii de plina încărcare (la CWL), prin urmare moment de inerţie al ariei plutirii mai mare si o ordonata mai mare a centrului de carena (ambele determina un braţ mai mare al momentului de redresare); - Suprafaţă udata mai mica si greutate a structurii redusa; - Suprafeţe curbate minime, costuri mai mici de fabricaţie a corpului; - Performante superioare de seakeeping datorita rezervei superioare de flotabilitate si evitarea slamming-ului; - O suprafaţa mărită a punţii principale — important in cazul in care nava este destinata transportului containerelor pe punte, pasagere, portavioane; Dezavantaje ale formei V: - Spaţiu limitat sub DWL; - Creşterea cotei centrului de greutate.

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

58

Forma secţiunilor prova sub linia de plutire Rezistenţă -Nave de viteza mică – nave cu CB ridicat determină utilizarea unor secţiuni cu formă U pronunţată -Nave de viteză medie – principalul mod de a reduce rezistenţa de val este reducerea unghiului de intrarea a plutirii, ceea ce conduce la mutarea volumului spre fundul navei ceea ce conduce la utilizarea formelor U. - Nave de viteza mare - forme V la cuplu maestru (ferries, fishing, boats) – forme V la prova Seakeeping - Influenţa formelor secţiunilor transversale asupra performanţelor de seakeeping poate fi semnificativă. - pentru nave cu pescaj mic (balast) – provele cu forme prova U pronunţat conduc la fenomene severe de slamming. - evazarea pronunţată deasupra plutirii de plină încărcare conduce la slamming de bordaj şi implicit la probleme severe de vibraţii - cea mai potrivită soluţie – combinaţie între secţiuni U şi V mai puţin pronunţate

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

59

Fn=0.096

Fn=0.144

Delimitarea zonei de apariţie Valuri capilare Instabilităţi - wrinkles Fn=0.192 Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

60

Forma secţiunilor pupa sub linia de plutire Rezistenţă: În general, secţiunile de forma V sunt mai eficiente din punct de vedere al rezistenţei datorită evitării separării curgerii şi generării de structuri vorticale.

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

61

Forma secţiunilor pupa sub linia de plutire Propulsie: Testele experimentale şi teoretice au demonstrat – curgerea în discul elicei este pozitiv influenţată de utilizare a secţiunilor U în amonte de elice deoarece acestea asigură o distribuţie omogenă a curgerii în discul elicei faţă de secţiunile V. Nave cu o singura linie de axe – îmbunătăţirea siajului - Utilizarea bulbului pupa – conduce la accelerarea curgerii în discul elicei şi uniformizarea curgerii în discul elicei (reducerea vibraţiilor, creşterea eficienţei sistemului de propulsie) - Utilizarea pupelor asimetrice – generarea unui vârtej care să se rotească în sens opus curgerii induse de elice - Utilizarea dispozitivelor de control al curgerii – omogenizare şi accelerare a curgerii

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

62

Forma secţiunilor pupa sub linia de plutire Nave cu o două linii de axe – îmbunătăţirea siajului: Secţiunile navelor cu două linii de axe sunt proiectate pe baza criteriilor de reducere a rezistenţei la înaintare şi imbunatatirii performantelor de propulsie. În general se utilizează secţiuni V. O atenţie deosebită trebuie acordată amplasării bracheţilor de legătură între liniile de axe şi corp; - Navele cu două linii de axe moderne (în special pasagere) au tunele la pupa care asigură un siaj uniform şi amplasarea elicelor cu un diametru mai mare.

-

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

63

Forma secţiunilor pupa deasupra liniei de plutire Configuraţiile secţiunilor pupa deasupra plutirii de plină încărcare: - Apariţia ambarcării de apă la pupa este mai puţin pronunţată şi apare numai în cazurile valurilor de urmărire - probleme semnificative de stabilitate dinamică apar în special în cazul navelor mici (pescadoare) şi sunt induse de valurile de urmărire, apar din cauza modificării semnificative a arie plutirii şi apare la navele cu forme V pronunţate.

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

64

DEFINIREA FORMELOR PROVA Când se discuta de formele navei la prova, se analizează cateva aspecte: - Forma proiecţiei provei in PD (profilul etravei proiectat in PD); - Forma cuplelor in zona provei; - Forma plutirilor in zona provei. Factorii care influenţează formele prova: - adaptarea sinuoasă a provei cu cuplele; - performanţele de rezistenta la inaintare; - performanţele de seakeeping; - exploatarea instalaţiilor de pe punte; - siguranţa la coliziune; - tehnologia de constructie. Profilul etravei proiectat in PD (Profilul stem-ului) Formele provei se clasifica in: - Etrave normale (prove fără bulb); - Prove cu bulb.

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

65

Etrave normale - Etrave drepte, verticale, (utilizate prima data in 1840 in Statele Unite, fiind apoi adoptate rapid şi în alte ţări). - Forma a fost considerata drept una convenţionala până în anii ’30 ai secolului trecut; - Reutilizata de Damen pentru modelul Axe bow. - Etrave inclinate (atât în apă cât şi în afara acesteia) - formele Maier. - Unghiurile de inclinare imers si emers au fost, la început, diferite; - Practica a demonstrat ca modificarea pantei a determinat o reducere a rezistentei la inaintare; - Formele Maier introduse in anii ’30 combinate cu formele V ale coastelor au condus la scăderi semnificative ale rezistentei la înaintare.

Forme prova fara bulb: — Forma conventionala; --- Forma Maier; -.-.-. Forme verticale Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

66

Axe bow Offshore patrol vessel (OPV)

Anchor Handling Tug Supply (AHTS)

X-BOW

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

Prova convenţională 67

X-bow - “ inverted ship bow” /“backward sloping bow”(Ulstein)

- “ inverted ship bow” sau “backward sloping bow”

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

68

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

69

Etrave înclinate – formele Maier - Au fost experimentate la sfârşitul anilor 1920 şi începutul anilor 1930 - Etravele înclinate au determinat o serie de avantaje: - Efectul de despicare a apei – micşorarea rezistentei de forma; - Creşterea rezervei de flotabilitate; - Protecţie superioara la coliziune; - Estetica îmbunătăţită, îndeosebi când linia etravei este concave; - La navele fluviale, sau la cele la care lungimea maxima este limitata, unghiul de inclinare a etravei este păstrat încă la valori moderate.

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

70

Forme prova cu bulb Istoric Bulbul a fost mai degrabă descoperit decât inventat  Inainte de 1900, testele de bazin pe nave militare (nave torpilor la care tubul prin care se lansa torpila era amplasat în locul bulbului de azi) au confirmat ca etravele profilate cu bulb sub linia de plutire ar putea determina o rezistenta mai mica;  Primul bulb a fost folosit in 1912 pe o nava militara americană, în baza unui proiect al lui David Taylor;  Primele nave civile cu bulb (pasagerele Bremen si Europa) au fost construite in 1929;  Folosirea extensiva a bulbului a apărut in anii ’50.

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

71

Forme prova cu bulb Provele cu bulb sunt caracterizate de:  Forma secţiunii orizontale  Forma secţiunii transversale  Proiecţia pe planul diametral  Lungimea proiectata în fata perpendicularei prova  Poziţia axei bulbului  Raportul ariilor transversale  Racordarea cu corpul Forma secţiunii orizontale  cilindrice  eliptice  nabla Bulburile cilindrice şi cele eliptice, extinse substanţial în amonte de perpendiculara prova pot fi uşor combinate cu formele U-V ale provei Ele sunt preferate din cauza complicaţiilor tehnologice reduse

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

72

Forme prova cu bulb

Y X

Cilindric

Eliptic

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

Nabla

73

Forme prova cu bulb Forma secţiunii transversale:  Tip Δ – bulburi tip Taylor (forma etravei nu se modifica semnificativ, apare o deformare doar pe direcţia transversala a formelor navei – nu se mai utilizează); (tip para)  Tip O – bulburi tip eliptic, cilindric;  Tip V – bulbul cu forma nabla (pană) (cea mai utilizata din cauza valului prova generat). Preferat pentru navele cu forme V.

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

74

Forme prova cu bulb - Raportul optim dintre proiecţia bulbului în PD şi forma secţiunii transversale a acestuia poate fi determinat doar prin simulări CFD; - Bulburile “nabla” sunt preferate datorita valului prova considerabil produs şi performanţelor de seakeeping şi datorita riscului redus de slamming; - Pentru ca liniile de apa inferioare sunt caracterizate de semiunghiuri de intrare mici, efectul acestor bulburi la navigaţia în balast este similar unei prove fără bulb, alungite. Lucrul acesta permite evitarea fenomenului de spray şi determina o rezistenţă la înaintare redusă; - Bulburile nabla pot fi uşor combinate cu forme V ale provei.

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

75

Forme prova cu bulb - Bulburi extinse deasupra liniei de plutire de plină încărcare (forme “gooseneck”) - Fata superioara a bulbului poate determina o creştere a rezistentei la înaintare datorita efectelor turbionare induse - Efectul formei “gooseneck” este similar efectului indus de o aripa care orientează curentul către planul de baza al navei; se micşoreaza valul prova; - In cazul bulburilor “gooseneck”, autoritatea poate impune ca perpendiculara prova sa fie considerată la intersecţia conturului bulbului cu CWL; - Spre deosebire de bulburile complet imersate, in acest caz, se poate ajunge la o lungime de calcul mai mare (lucru nedorit). In acest caz, daca înălţimea bulbului este > 85% D (freeboard length) atunci etrava navei se considera extremitatea prova a bulbului.

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

76

Forme prova cu bulb Lungimea proiectata a bulbului - Lungimea proiectata în faţa perpendicularei prova depinde de forma bulbului si de numărul Froude; - Din motive de siguranţa, bulbul nu trebuie sa se proiecteze longitudinal in afara punctului cel mai de sus al etravei; - Literatura recomanda o valoare de 20%B pentru lungimea proiectata a bulbului; - Depăşirea acestei valori conduce la o îmbunătăţire doar neglijabila a rezistentei la înaintare. Axa longitudinala a bulbului - Axa bulbului nu este definita precis. Ea ar trebui sa fie orientata către în jos mergând către pupa, astfel încât să genereze linii de curent descendente care anulează valul de prova. Aceasta observaţie este valabila şi în ce priveşte linia lăţimilor maxime a bulbului

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

77

Forme prova cu bulb Raportul ariilor - Raportul ABT /AM este definit ca raport al ariilor bulbului la perpendiculara prova şi a secţiunii maestre; - La pescajul de plina încărcare influenţa bulbului asupra rezistenta navei creşte odată cu creşterea raportului ariilor; Pe de alta parte, scăderea acestui raport poate sa determine: Scăderea rezistenţei la pescajul de balast Evitarea unui slamming pronunţat Posibilitatea lansării ancorei făra riscuri - Bulburile cu secţiuni transversale prea mari pot determina creşterea rezistentei la înaintare datorita efectelor asociate ale turbulentei; - Raportul efectiv al ariilor poate avea valori peste medie in cazul in care bulbul este de tip “gooseneck”. Chiar daca aria dispusă deasupra liniei de plina încărcare nu este inclusa în ABT , ea poate determina reduceri importante ale rezistentei la înaintare, în condiţiile în care forma bulbului este proiectata corect. Racordarea bulbului cu corpul - Poate fi realizata fie racordat, fie printr-o linie de frântură (in cazul bulburilor încastrate); - Trecerile racordate conduc la rezistente la înaintare minime.

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

78

Forme prova cu bulb Pe lângă efectele hidrodinamice ale bulbului la pescajul de plina incarcare trebuie avut în vedere şi celelalte efecte asupra navei (proiect, construcţie, exploatare):  Rezistenta la înaintare la diferite pescaje;  Caracteristicile de seakeeping;  Caracteristicile de propulsie;  Bow thruster (amplasare, eficienta, rezistenta aditionala);  Asieta navei;  Costurile aferente operaţiunilor de confecţionat şi montaj a secţiilor prova;  Dirijarea ancorei;  Amplasarea sonarelor si a altor echipamente utilizate în activităţile de cercetare sau de pescuit;  Navigaţia în gheaţa – întărituri de gheaţa.

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

79

Forme prova cu bulb Caracteristicile de seakeeping. - Amortizarea mişcării de tangaj. In general, provele cu bulb determina reduceri ale amplitudinii mişcării de tangaj, in special atunci când bulbul are dimensiuni considerabile in raport cu AM.  Amortizarea este pronunţată îndeosebi in zona de rezonanta, adică atunci când lungimea de val este comparabila cu lungimea navei, dar fenomenului este remarcat si in cazul valurilor cu lungimi mai mici;  In cazul valurilor cu lungimi cuprinse intre (1.3–1.5)Lpp, navele cu bulb pot determina o creştere a amplitudinii mişcării de tangaj; - Capacitatea de operare a navei fără reducerea puterii, chiar şi în condiţii de mare montată  Bulburile ‘nabla’ fac fata slamming-ului mai bine decât bulburile normale;  Atunci când faţa inferioara a bulbului este una plată, este posibil slamming-ul pe partea inferioara la intrarea bulbului în apă; - Creştera necesarului de putere la navigaţia în valuri  Navele cu bulb determina o creştere a rezistentei adiţionale datorita valurilor, in ciuda avantajelor legate de amortizarea mişcărilor, câtă vreme energia consumata pentru amortizare trebuie furnizata de echipamentul de propulsie (efect similar chilelor de ruliu).

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

80

Forme prova cu bulb Navigaţia in gheaţa in cazul navelor cu bulb  Forma şi poziţia fetei superioare a bulbului sa permită stratului de gheaţă sa fie ridicat în vederea îndepărtării (navigaţiei în gheţuri sparte), se poate considera ca bulbul are o influenta favorabila la navigaţia în gheata – ‘petrolier spărgator de gheata’.  La navigaţia în gheaţă spartă de grosime moderată, prezenţa bulbului prezinta avantajul, in raport cu provele convenţionale, ca bulbul întoarce gheata cu fata uda către corp (temperatura si coeficient de frecare mai mici). Lucrul acesta conduce la frecări mai mici şi o uzură (abrasion corrosion) a tablelor mai mică.  Bulbul nu se foloseşte la spărgătoarele de gheaţă deoarece prezinta pericolul blocării în gheaţă.

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

81

Forme prova cu bulb Modificarea necesarului de putere la navele cu bulb fata de cele cu prova clasica, poate fi atribuită următorilor factori: - Modificarea rezistentei de presiune datorata efectului indus de bulb:  Bulbul, prin partea lui superioara, acţionează ca un profil hidrodinamic. Acest lucru favorizează deplasarea curentului către planul de baza, lucru care determina o scădere a amplitudinii valului prova  Deoarece efectul de aripa poate fi evitat cu greu, este recomandabil ca forma bulbului sa fie atent studiata, aşa încât avantajul acesta sa nu devina un dezavantaj - Modificarea rezistentei de val spart. Profilarea corespunzătoare a bulbului poate conduce la diminuarea a efectelor de wave-breaking sau de spray.

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

82

Forme prova cu bulb - Creşterea rezistenţei de frecare datorate creşterii suprafeţei udate. La viteze mici, aceasta creştere este mai importanta decât reducerea rezistentei de val; - Modificarea energiei consumate cu generarea si întreţinerea vârtejurilor de prova. Datorita faptului ca in zona planului plutirii de plina încărcare apare o acceleraţie laterala a fluidului, liniile de curent se separa şi conduc la producerea de vârtejuri. Dacă proiectarea formelor este una inteligenta se poate ajunge ca aceste vârtejuri să fie utilizate pentru a diminua efectelor hidrodinamice care apar în zona umărului prova sau a gurnei. Modificări ale eficienţei propulsive datorita modificării: (a) Coeficientului de împingere a elicei (b) Vitezei curentului uniform - Experimentele comparative pe modele cu şi fără bulb au demonstrat caracteristici propulsive superioare în cazul navelor cu bulb. Explicaţia imediată, aceea ca o rezistenţă mai mică determina un coeficient de împingere mai mic (deci o eficienta propulsiva superioara) este corecta insa nu este suficienta.

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

83

Forme prova cu bulb Aspecte legate de proiectarea bulbului: - In aproape toate cazurile, literatura care tratează problema bulbului la prova se limitează la problema hidrodinamica, ignorând complet considerentele economice; - Economia de putere determinata de un anume bulb trebuie analizata in contextul modificării pescajului sau a stării marii; - In plus, trebuie considerate si costurile suplimentare implicate de construcţia bulbului; - Comparaţiile care se fac între nave cu şi fără bulb au la baza ipoteza identităţii lungimii la plutire; - Valoarea reducerii rezistentei la înaintare ca urmare a existentei bulbului depinde de forma si dimensiunea bulbului, după cum depinde de mărimea şi de forma navei; - Se recomandă ca punctul extrem al bulbului să fie la nivelul suprafeţei libere; - Distribuţia volumului: - imersiunea prea mare a bulbului conduce la pierderea efectului acestuia; - volumul concentrat longitudinal în apropierea suprafeţei libere conduce la creşterea efectului asupra interferenţei valului;

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

84

Forme prova cu bulb Recomandari:

- Principial, bulbul se recomanda oricărui tip de nava comercială, cu exceptia navelor rapide si a spărgătoarelor de gheata; - Literatura stipulează faptul că bulbul poate determina o reducere semnificativă a rezistentei înaintare in domeniul 0.17
85

Forme prova cu bulb - Linia de apa de plina încărcare este recomandabil sa fie pe cat posibil necurbată; - Liniile de apa de sub linia de plutire se recomanda sa fie convexe. Convexitatea acestora trebuie sa fie cu atât mai mare cu cat numărul Fr este mai mare; - In cazul navelor tanc cu CB in jur de 0.80 se recomanda ca liniile de apa ale navei in prova sa fie drepte, in timp ce in cazul unui ferry-boat (nava de viteza), se recomanda formele convexe, aşa încât curgerea în jurul carenei sa fie una uniform; - Umerii prova trebuie evitaţi, câtă vreme valurile generate de ei determina o crestere a rezistentei la înaintare. In felul acesta este posibila poziţionarea mai spre pupa a umărului prova, lucru care este echivalent d.p.d.v. hidrodinamic cu egalitatea dintre lungimea de intrare si lungimea valului; - Semiunghiul de intrare a liniilor de apa variază mult chiar pentru acelaşi tip de nava: tancuri 21-45o, nave ro-ro, nave ferry 13-22o, nave pasagere 10-20o.

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

86

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

87

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

88

Formele navei la extremitatea pupa Prelegerea vizează următoarele aspecte: - Factorii care determină definirea formelor pupa. - Descrierea principalelor tipuri de forme pupa: - pupa eliptică; - pupa crucișător; - pupa oglindă. - Pupa sanie cu oglindă. Regimuri de curgere în pupa. - Recomandări pentru proiectarea pupelor sanie cu oglindă.

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

89

Definirea formelor pupa Stabilirea formelor pupa este guvernata de următorii factori:  Minimizarea rezistentei la înaintare, evitarea separării curgerii la pupa;  Maximizarea randamentului de propulsie prin asigurarea:  (a) unui siaj uniform in discul propulsorului;  (b) unei relaţii bune intre coeficienţii de siaj si de sucţiune (un bun randament al corpului, H ).  Evitarea vibraţiilor elicei şi pupei, clearnce elice, cârmă şi pupa;  Exploatarea punţii în pupa.

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

90

Definirea formelor pupa Principalele tipuri de forme pupa: Istoric, definirea formelor părţii emerse a parcurs următorii paşi de evoluţie:  Pupe eliptice (a)  Pupe de tip crucişător (b)  Pupe oglinda (c)  Alte forme

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

91

Definirea formelor pupa 1 3 2

Conturul pupei: Pupa eliptica (1), pupa crucişător (2) şi pupa oglindă (3)

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

92

Definirea formelor pupa Pupe eliptice - A fost aplicată la toate navele comerciale de la mijlocul secolului XIX până la prima decadă a secolului XX. In perioada interbelică a fost treptat înlocuită de pupa de tip crucişător - Pana in anii ’30, pupa eliptica a reprezentat forma convenţională a navelor de tip cargo - Privita de sus, linia punţii avea forma eliptica, de unde si numele atribuit acestei forme - Profilul pupa este aproape vertical pana la linia de plutire, continua similar puţin peste linia de plina încărcare, după care se deschide pentru a forma coşul pupa, fiind apoi frânt printr-un knuckle în zona punţii principale - O variantă de pupa eliptică poate fi întâlnită în zilele noastre la remorchere, unde partea superioara a profilului pupa este profilat evazat (in evantai) către extremitatea pupa frântura apare foarte evident la nivelul punţii principale, iar parapetul este inclinat către interior – permite utilizarea unor cârme mai mari

Remorcher Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

93

Definirea formelor pupa Pupa de tip crucişător - A fost propusa in a doua jumătate a secolului 19 la navele militare, dar trecerea de la pupele eliptice la cele de tip crucişător s-a produs treptat, abia in perioada interbelica - A apărut în urma necesității rezolvării unei probleme tehnice militare, aceea a coborârii maşinii de cârma sub puntea blindată, care era situată aproximativ la nivelul liniei de plutire. - Frântura de deasupra liniei de plutire a dispărut la acest tip de forma Avantaje: - Pupa de tip crucişător are caracteristici de rezistenta la înaintare mai bune decât cele cu pupa eliptica, motiv pentru care forma s-a impus si la navele comerciale; - Lungimea la plutire la navele cu pupa de tip crucişător este mai mare decât Lpp; - Plutirile sunt mai “dulci” în apropierea elicei; - Spaţiul de exploatare al punţii a fost îmbunătăţit. Forme speciale de pupa crucişător pot fi întâlnite la veliere (tip canoe), remorchere, pilotine, bărci mici (tip eliptic)

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

94

Definirea formelor pupa Pupa oglinda - Pupa de tip oglinda (transom) poate fi privita atât ca o forma evoluata a pupei de tip crucişător, dar și ca o dezvoltare a unei forme noi destinata navelor rapide. - Forma a fost introdusa în principal pentru a simplifica construcţia corpului. - A fost concepută pentru curgerea pe direcția longitudinalelor. - A devenit, mai întâi, formă tipică pentru nave cu două linii de axe și apoi pentru navele cu o singură linie de axe. - De obicei, partea plată (oglinda) începe aproximativ la înălţimea liniei de plutire de plina încărcare.

Forme tipice de pupe sanie cu oglindă Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

Definirea formelor pupa Pupa sanie cu oglindă - Forma este adaptată pentru viteze mari – reduce rezistenţa la înaintare – 2 moduri: - efectul alungirii virtuale a navei - reducerea înălţimii valului generat în aval (wedge) - Unghiul de trim poate fi influenţat foarte eficient prin utilizarea pupei în pana, (wedge). Acest tip de forma asigura curentului în zona de separare de corp o componenta de viteza orientata în jos, în felul acesta contribuind la reducerea amplitudinii valurilor de la pupa navei - Pe de altă parte însa, pupa în pană poate determina intratrea provei în apă, lucru care poate conduce la efecte negative asupra performantelor de seakeeping.

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

96

Definirea formelor pupa

Regimurile de curgere în pupa de tip transom: a) Regular stern flow b) Transom stern flow c) Dead water Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

97

Definirea formelor pupa

Forme proiectate pentru curgere pe directia plutirilor

Forme proiectate pentru curgere pe directia longitudinalelor

Forme proiectate considerand un compromise intre cele doua

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

98

Definirea formelor pupa

Tipuri de pupa transom: a) ambarcaţiuni de mare viteză, b) nave militare, c) nave comerciale, d1-d7) diferite forme Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

99

Definirea formelor pupa Avantajele pupei oglindă: - O mai buna exploatare a punţii - Simplificare constructivă - Rezervă de flotabilitate mai mare - Creşterea momentului de inerţie a plutirii şi a stabilităţii iniţiale - Reducerea rezistenţei la înaintare la viteze mari Dezavantajele pupei oglindă: - Creşterea rezistenţei la înaintare pentru viteze mici; - Creşterea vibraţiilor transmise navei; - Performanţe de seakeeping mai slabe: - deplasarea către pupa a XF; - pierderea stabilităţii dinamice; - slamming şi risc mărit de ambarcare a maselor de apă la pupa.

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

100

Definirea formelor pupa Recomandări pentru proiectarea formelor la pupele tip oglindă. Pentru reducerea rezistenţei la înaintare prin controlul separării curgerii la muchia oglinzii, se recomandă: - Pentru navele cu Fr<0.3 pupa oglinda se proiectează astfel încât sa se situeze imediat deasupra plutirii de plina încărcare. In marş, apare o imersare uşoară a oglinzii doar la plutirea de plina încărcare. - Pentru navele cu Fr0.3 se recomanda pupe cu oglinzi mici uşor imersate. Datorita vitezei navei apare fenomenul de alungire virtuala a navei - Pentru navele cu Fr0.4 se recomanda pupe oglinda imersata, si cu forme zona ‘wedge’ de dimensiuni medii. Imersarea oglinzii poate ajunge pana la (0.1–0.15)T sau ATS/AM  0.09 - Pentru navele cu Fr>0.5 se recomanda pupe imersate cu zona ‘wedge’ având lăţimea comparabila cu lăţimea navei. Imersarea acesteia poate ajunge pana la (0.15–0.2)T sau ATS/AM  0.10 - Pentru navele cu Fr>0.6, ATS/AM  0.13 In ceea ce priveşte pupa oglinda adânc imersate se recomanda ca: - Muchiile oglinzii sa fie bine conturate. In acest fel curentul se va separa fără probleme. - Prezintă dezavantaje foarte mari la marş înapoi la navigaţia în gheţuri sparte. Nu se utilizează la spărgătoarele de gheaţă Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

101

Definirea formelor pupa Înclinarea plutirii de plină încărcare în raport cu PD: - Valori maxime

αR  12-13º

- 80-90% din Bmax - pentru a evita separarea curgerii Înclinarea fundului în raport cu PB:

-

αT  15-20º - pentru a evita impactul

puternic la ”slamming”

α

- L  13-17º - pentru a evita ambarcarea apei la bord

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

102

Recomandări R - Raza racordare a longitudinalelor cu fundul navei – 1-1.5 Lpp - Unghi pupei sanie în raport cu PB – 13-17º

13-17º

Trim wedge - Amplasare – imediat în pupa discului elicei - Se extinde pe o lungime de 3-5 m - Inclinare 2-9º în funcție de Fn - Muchia din aval 10-40 cm deasupra sau sub plutirea de plină încărcare Pentru o navă feribot de 111.8m adăugarea trim wedge-ului a condus la reducerea puterii de propulsie măsurate cu 3% la Fn =0.28. Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

103

Definirea formelor pupa

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

104

Definirea formelor pupa

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

105

Regimuri de navigatie

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

106

Nave semi-rapide Forme tipice pentru nave semi-rapide - 0.3
Displacement hull, Fn=0.62

Displacement hull, Fn=0.67

Planing hull , Fn=1.0

Planing hull, Fn unknown

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

107

Design guide line

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

108

Serii sistematice Serii sistematice de carene care se refera la navele semi-rapide: KTH/NSMB round-bilge & hard-chine series (Nordström 1936, Clement 1964); Series 62 single chine (Clement and Blount, 1963); Series 63 (Beys, 1963); Series 64 (Yeh, 1965); SSPA Methodical Series (Lindgren and Williams, 1968); Series 65 (Holling and Hubble, 1974); NPL Series of round-bilge hulls (Bailey, 1976); TU Delft Series of Deep-V hulls based on Series 62 (Keuning & Gerritsma, 1982); NSMB Series of round-bilge, semi-displacement hulls (Oossanen & Pieffers,1984); VTT Series (Lahtiharju et al, 1991); VWS D-Serie, Berlin (Kracht, 1996); SKLAD series, Zagreb (Gamulin, 1996); AMECRC systematic series (Bojovic, 1997); NTUA series of double-chine hull forms (Grigoropoulos & Loukakis, 1999); NSS Series (Luca, Pensa, 2017).

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

109

Redane

Fast patrol boat Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

110

Interceptor si “trim wedge”

More recently, we recommend values approximately 30% lower than the values found in the diagram.

Inaltimea interceptorului 0.4-0.6% LWL sau 13-24% grosimeas stratului limita sau pana la 50mm pt.LWL 18-45 m

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

111

Planuri de forme

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

112

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

113

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

114

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

115

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

116

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

117

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

118

Facultatea de Arhitectură Navală | Hidrodinamica formelor navei

119