rezistentei la inaintare
TRANSCRIPT
REZISTENŢA LA ÎNAINTARE TOTALĂ A NAVEI ŞI PUTEREA DE REMORCARE
Calităţile de marş reprezintă calitatea nautică dinamică care se referă la capacitatea navei de a se deplasa cu viteze cât mai mari la consumuri de putere cât mai mici.
Calităţile de marş sunt influenţate, în mare măsură, de acţiunea forţelor aero şi hidrodinamice care acţioneaza asupra navei.
Rezistenţa la înaintare totală este dată de componenta după direcţia de deplasare, a rezultantei forţelor aero şi hidrodinamice care acţionează asupra corpului navei, la deplasarea acestuia cu o anumită viteză. Ea se determină cu relaţia :
ST RRR += [KN]
unde, R reprezintă rezistenţa la înaintare principală RS reprezintă rezistenţa la înaintare suplimentară.
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
1. Rezistenţa la înaintare principală
Rezistenţa la înaintare principală se poate determina prin mai
multe metode :
• metoda analitică ; • metoda experimentării pe model în bazinele de încercări ; • metoda formulelor aproximative şi a diagramelor ; • metoda încercărilor prin remorcaj a navei în mărime naturală.
În acest capitol, rezistenţa la înaintare principală a fost
determinată utilizându-se seriile de diagrame, considerându-se că acestea descriu mai bine caracteristicile dinamice ale navelor de transport maritim actuale.
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
În vederea alegerii unei serii de diagrame corespunzătoare, s-au realizat o serie de determinări preliminare, astfel:
• numărul Froude
CWLr Lg
vF⋅
=
în care, v = 15 [Nd] = 7.710 [m/s] LCWL = 95.80 [m]
25.0
80.9581.9710.7Fr =⋅
=
• raportul 5.238.695.15
dBX ==
• raportul 01.6
95.1580.95
BL
X
CWL ==
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Caracteristicile de bază ale navei pentru calculul rezistenţei la înaintare sunt:
• lungimea 95.80 m ; • lăţimea 15.95 m ; • pescajul 6.38 m ; • coeficientul bloc 0.77; • coeficientul longitudinal prismatic 0.81; • volumul real al carenei 7506.50 m3 ; • viteza de serviciu 15 Nd ; • densitatea apei de mare 1.025 t/m3 ; • vâscozitatea cinematică a apei 1.191∙ 10-6 m2/s.
Analiza acestor rezultate a impus alegerea seriei japoneze de
diagrame în calculul rezistenţei la înaintare principale. Au fost parcurse, succesiv, următoarele etape de calcul :
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
a) Calculul rezistenţei de frecare
Coeficientul rezistenţei de frecare se calculează cu relaţia :
CF = CF0 + CAR
în care CF0 este coeficientul rezistenţei de frecare pentru placa netedă echivalentă şi se determină în funcţie de numărul Re, cu formula lui Schaenherr, iar CAR este coeficientul adiţional de rugozitate şi se alege conform datelor statistice .
Formula lui Schoenherr este :
( )ReClg
C0.242
FFO
⋅=
unde, Re ∈ [105 , 1010].
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Re CF0 Re CF0 5.
3∙108 1.658
∙10-3 6.
3∙108 1.622
∙10-3 5.
4∙108 1.654
∙10-3 6.
4∙108 1.619
∙10-3 5.
5∙108 1.650
∙10-3 6.
5∙108 1.616
∙10-3 5.
6∙108 1.646
∙10-3 6.
6∙108 1.613
∙10-3 5.
7∙108 1.642
∙10-3 6.
7∙108 1.610
∙10-3 5.
8∙108 1.638
∙10-3 6.
8∙108 1.607
∙10-3 5.
9∙108 1.635
∙10-3 6.
9∙108 1.604
∙10-3 6.
0∙108 1.632
∙10-3 7.
0∙108 1.601
∙10-3
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
6.1∙108
1.628∙10-3
7.1∙108
1.598∙10-3
6.2∙108
1.625∙10-3
7.2∙108
1.595∙10-3
Conform datelor statistice, s-au stabilit limitele de variaţie ale
CAR, pentru cazurile întâlnite mai des în practică.
Tipul navei CAR Nave cu corpul sudat sau
nituit, executat corect : • nave rapide cu forme
geometrice fine • nave cu viteză mică şi
medie cu forme • geometrice pline
(0.3…0.5)
∙10-3 (0.5…0.7)
∙10-3
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Se alege CAR = 0.5∙10-3.
Pentru calculul rezistenţei la frecare se utilizează relaţia :
S
2vCR
2
FF ⋅⋅ρ
⋅= [KN]
în care, aria suprafeţei udate a carenei, S, se determină cu relaţia :
dVdL81.1S CWL +⋅⋅=
b) Determinarea rezistenţei de presiune
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Coeficientul rezistenţei de presiune se determină astfel:
• cunoscând valorile FR, LCWL/BX şi CB corespunzătoare navei,
se aleg diagramele potrivite şi se determină C’P şi C’’
P pentru rapoartele BX/d = 2.46 respectiv BX/d = 2.76.
• se calculează diferenţa
• δCP=C’’P-C’
P
• se determină coeficientul rezistenţei de presiune corectat, pentru raportul BX/d al navei, utilizând în acest scop relaţia :
3.0
46.2d
B
CCCX
P'PP
−⋅δ+=
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Rezistenţa la presiune se calculează cu relaţia :
RP = CP ∙ ρ ∙ v2 ∙ V2/3 [KN]
c) calculul rezistenţei la înaintare principale
Se utilizează relaţia :
R = RF + RP [KN]
Calculele sunt prezentate sub formă tabelară (vezi tabelul 5.1.).
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Tabelul 5.1.
Nr.
crt.
Denumirea
mărimii calc.
UM
Valori calculate
1 2 3 4 5
1. Viteza navei
Nd 13 14 15 16 17
2. Viteza navei
m/s 6.682 7.196 7.710 8.22
4 8.73
8
3. Nr. Reynolds - 5.37∙10
8 5.79∙1
08 6.20∙1
08 6.61∙108
7.03∙108
4. Coef. - 1.655∙1 1.634∙ 1.625∙ 1.61 1.60
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
rez. de frec. a plăcii netede
echiv.CF0
0-3 10-3 10-3 3∙10-3
0∙10-
3
5.
Coef. rez. de frec.a
navei CF
- 2.155∙10-3
2.134∙10-3
2.125∙10-3
2.113∙10
-3
2.100∙10-
3
6.
Rezistenţa de
frecare RF
KN 112.572 129.2
85 147.7
88 167.200
187.592
7. Nr. - 0.218 0.235 0.251 0.26 0.28
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Froude 8 5
8.
Coef. rez. de pres. a
navei cu BX/d =
2.46, C’P
- 0.00690 0.00692
0.00695
0.00697
0.00700
9.
Coef. rez. de pres. a
navei cu BX/d = 2.76
- 0.00700 0.00702
0.00705
0.00707
0.00710
10 Diferenţa - 0.0001 0.000 0.000 0.00 0.00
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
. coef. rez. de pres. a
navei
1 1 01 01
11.
Coef. rez. de pres.
corectat, CP
- 6.91∙10-
3 7.03∙1
0-3 7.06∙1
0-3 7.08∙10-3
7.11∙10-3
12.
Rezistenţa de
presiune, RP
KN 121.238 143.0
49 169.9
16 188.169
213.325
13.
Rezistenţa la
KN 233.810 272.3
34 317.7
04 355.369
400.917
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
înaintare, R
Am folosit :
v = 1.191∙10-6 m2/s
CAR = 0.5∙10-3
V = 7506.50 m3
CB = 0.77
S = 2282.85 m2
2. Rezistenţa la înaintare suplimentară
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Rezistenţa la înaintare suplimentară reprezintă o fracţiune din rezistenţa la înaintare totală şi este determinată de interacţiunea dintre apă şi apendici, de acţiunea valurilor mării, respectiv a aerului atmosferic asupra corpului navei, la deplasarea acesteia cu o anumită viteză.
Ea se determină cu relaţia :
RS = RAP+RVM+RAA [KN]
unde, RAP reprezintă rezistenţa la înaintare datorată apendicilor,
RVM reprezintă rezistenţa la înaintare datorată valurilor mării,
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
RAA reprezintă rezistenţa la înaintare datorată aerului.
Rezistenţa la înaintare datorată apendicilor poate atinge valori cuprinse între 15% şi 25% din rezistenţa la înaintare principală. Ea este dată de componenta după direcţia de deplasare a rezultantei forţelor hidrodinamice care apar la interacţiunea dintre apă şi apendici.
Rezistenţa la înaintare totală a apendicilor existenţi la o navă se determină cu relaţia :
RAP = ΣRAPj , j = 1…n [KN]
În faza iniţială de proiectare, se recomandă utilizarea relaţiei:
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
S2vCR
2
APAP ⋅⋅ρ
⋅= [KN]
în care, coeficientul rezistenţei apendicilor, CAP, se determină tabelar.
Rezistenţa la înaintare generată de valurile mării este dată de componenta după direcţia de deplasare a rezultantei forţelor hidrodinamice suplimentare, exercitate de valurile mării asupra navei.
În faza iniţială de proiectare, rezistenţa la înaintare generată de valurile mării se determină cu relaţia :
S2vCR
2
VMVM ⋅⋅ρ
⋅= [KN]
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
în care, coeficientul rezistenţei valurilor mării, CVM, se determină tabelar.
Rezistenţa la înaintare datorată aerului este dată de componenta după direcţia de deplasare a rezultantei forţelor aerodinamice, exercitate pe suprafaţa emersă a corpului navei.
Ea reduce viteza navelor cu 0.2…0.3 Nd şi se determină cu relaţia :
VO
2aer
aerAA A2
vCR ⋅
⋅ρ⋅= [KN]
în care, valorile coeficientului Caer se determină tabelar.
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
AV0 este aria proiecţiei suprafeţei emerse a navei, pe planul transversal al cuplului maestru.
Pentru aprecierea rezistenţei la înaintare datorată aerului, în faza iniţială de proiectare, se recomandă formula aproximativă :
RAA = kaer∙ R [KN]
în care kaer = 0.01…0.02 pentru nave de transport mărfuri generale şi gradul de agitaţie al mării 3 pe scara Beaufort.
Calculele sunt prezentate în formă tabelară (vezi tabelul 5.2.).
Tabelul 5.2.
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Nr.
crt.
Denumirea
mărimii calc.
UM Valori calculate
1 2 3 4 5
1. Viteza navei
Nd 13 14 15 16 17
2. Viteza navei
m/s 6.682
7.196
7.710
8.224
8.738
3. Rezistenţa la
înaintare dat.
apendicilor
KN 5.224
6.058
6.955
7.913
8.933
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
4. Rezistenţa la
înaintare generată
de valurile mării
KN 18.283
21.204
24.341
27.695
31.265
5. Rezistenţa la
înaintare dat.aerul
ui
KN 2.338
2.723
3.177
3.554
4.010
6. Rezistenţa la
înaintare
KN 25.845
29.985
34.473
39.162
44.208
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
suplimentară
Date iniţiale :
LCWL = 95.80 m
d = 6.38 m
BX = 15.95 m
CB = 0.77
V = LCWL∙d∙BX∙CB = 7506.50 m3
S = 1.81∙LCWL∙d + (V/T) = 2282.85 m2
ρ = 1.025 t/m3
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
starea mării 3°B
CAP = 0.10∙10-3 (pentru nave maritime cu o elice şi apendicii corect proiectaţi), CAP = (0.05…0.15) ∙10-3
CVM = 0.35∙10-3 (pentru gradul de agitaţie al mării 3…4°B),
CVM = (0.3…0.4) ∙10-3
kaer = 0.01
3.3. Rezistenţa la înaintare totală şi puterea de remorcare
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Calculele pentru determinarea rezistenţei la înaintare totale şi a puterii de remorcare sunt prezentate tabelar (vezi tabelul 5.3.).
Tabelul 5.3.
Nr.
crt.
Denumirea
mărimii calc.
UM
Valori
calculate
1. Viteza Nd 13 14 15 16 17
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
navei
2. Viteza navei
m/s 6.682 7.196 7.710 8.224 8.738
3.
Rezistenţa la
înaintare totală
KN
259.655
302.319
352.177
394.531
445.125
4. Puterea de remorcare
a navei
KW
1735.015
2175.487
2715.285
3244.623
3889.502
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
3.4. Alegerea motorului principal
Deplasarea navei prin apă cu o anumită viteză constantă se realizează cu ajutorul instalaţiei de propulsie, care, prin forţa ce o dezvoltă, învinge rezistenţa la înaintare totală.
Puterea instalaţiei de propulsie reprezintă lucrul mecanic realizat de aceasta în unitatea de timp, pentru a putea învinge rezistenţa la înaintare totală.
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
În general, instalaţia de propulsie a navei cuprinde patru elemente
principale:
1 – elicea sau alt tip de propulsor;
2 – axul portelice;
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
3 – dispozitivul de inversare a sensului de rotaţie şi reducere a turaţiei;
4 – maşina principală.
Puterea indicată a maşinii principale se determină cu relaţia:
P
Ti
vRP
η⋅
= [KW]
P
Ti
vR36,1P
η⋅
= [CP]
în care, RT reprezintă rezistenţa la înaintare totală
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
v – viteza navei
ηP – randamentul propulsiei, determinată cu relaţia:
ηP = ηD ⋅ηS ⋅ηG ⋅ηM ,
unde:
ηD = 0,3…0,7 şi reprezintă randamentul discului elicei;
ηS = 0,96…0,98 şi reprezintă randamentul liniei axiale;
ηG = 0,94…0,98 şi reprezintă randamentul dispozitivului de inversare a sensului de rotaţie şi reducere a rotaţiei;
ηM = 0,75…0,95 şi reprezintă randamentul mecanic al maşinii principale.
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Prin urmare:
]CP[5782]KW[425295,098,098,07,0
710,7177,352Pi ==⋅⋅⋅
⋅=
Pentru propulsia navei se poate alege un motor diesel sau un motor electric.
Pentru propulsia Diesel, nava este propulsată de un motor de tip Man, cu puterea maximă continuă(MCR) 6000 CP la o turaţie de 430 rot / min.
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com