Yksi asia, joka usein pistää tavallisen ihmisen silmään useimpien laivojen kohdalla, on laivan keulan etupäässä, usein vesirajan alapuolella, oleva sipulimainen uloke. Ei ole epäilystäkään siitä, että olet jossain vaiheessa elämääsi kyseenalaistanut itseltäsi tämän rakenteen olemassaolon syyn. No, koska se muistuttaa yleensä sipulin muotoa ja sijaitsee aina laivan keulassa, sitä kutsutaan sipulin keulaksi.
Katsotaanpa taaksepäin noin sadan vuoden päähän. Muistatko Titanicin? Olette varmaan huomanneet, ettei sillä ollut bulbous bowia. Mutta kokeilepa katsoa nykyaikaisten risteilyalusten, konttialusten, nesteytetyn maakaasun kuljetusalusten, tutkimusalusten jne. keuloja. Kaikille niille on ominaista sipulimainen keula. Paitsi yksirunkoisissa aluksissa, nykyään melkein jopa katamaraaneissa on suoran keulan sijasta bulvaaninen keula. Miksi?
Pienen veneen aiheuttama aaltokuvio. Valokuva: Edmont/ wikipedia (Kuva 1)
Kun laiva aallokko aaltoilee, se synnyttää omia Kelvin-aaltojaan (niitä, jotka näet laivan ympärillä, kun se purjehtii avomerellä), kuten kuvassa 1 on esitetty.
Visualisoi se nyt näin- aallot ovat pohjimmiltaan veden väliaineessa kulkevia energian muotoja. Mistä tämä energia on peräisin? Toisin sanoen, kuka energisoi vesihiukkaset muodostamaan nämä aallot?
Se on laivan liikkuva massa, joka tekee tämän työn. Huomaa sana ”liikkuva”. Laivan liike saa voimansa sen propulsiojärjestelmästä. Osa moottorin tuottamasta energiasta menee potkurin pyörittämiseen, ja puolestaan murto-osa tuosta potkurin tuottamasta työntövoimasta on käyttökelpoinen aluksen varsinaiseen kuljettamiseen. Mihin loput energiasta menee? Muistatko, että vesihiukkaset saivat energiaa aaltojen lähettämiseen? Siinä on vastauksesi. Tätä kutsutaan myös laivan aallonmuodostusvastukseksi.
Nyt, miksi keskustelemme tästä, ja mitä tekemistä tällä on pullistuneen keulan kanssa? Lue lisää.
Kulma-aalto (Kohteliaisuus: Titanic Motion Picture) Kuva 2
Asettele laivaa, jossa on suora keula (esimerkiksi Titanic). Kun laiva syöksyy eteenpäin, vesihiukkaset liikkuvat kohti perää koko laivan pituudelta. Mutta entä se vesihiukkanen, joka osuu aivan keulan keskilinjalle? Sen hetkellinen nopeus on nolla, mikä tieteellisessä mielessä tunnetaan pysähtymispisteenä. Jos muistat Bernoullin yhtälön, paine pysähtymispisteessä on korkeampi. Niinpä vesihiukkasten paine keulassa on korkeampi, mikä synnyttää aallonharjan. Tätä aaltoa kutsutaan keula-aalloksi, koska se syntyy keulan liikkeestä vedessä, kuten kuvassa 2 on esitetty. Suorassa keulassa muodostuu siis aina jatkuvasti aalto, jonka huippu on keulassa. Näin ollen on selvää, että osa moottorin tehosta menee hukkaan tämän aallon synnyttämiseen. Entä jos tätä aallonmuodostuksen vaikutusta voidaan vähentää? Jos kyllä, niin miten?
Jos otamme käyttöön toisen epäjatkuvuuskohdan (epäjatkuvuuskohdaksi katsotaan mikä tahansa alusrakenne vesirajan alapuolella, joka häiritsee laminaarista virtausta) vesirajan alapuolella keulassa, aluksen keulan edessä, epäjatkuvuuskohta synnyttää itsessään toisen aallon etummaiseen pisteeseensä. Koska varsi on edelleen vesirajassa, se synnyttää tavallisia keula-aaltoja. Entä jos voimme suunnitella epäjatkuvuuskohdan muodon ja sijainnin siten, että keula-aalto ja epäjatkuvuuskohdan synnyttämä aalto aiheuttavat tuhoisan interferenssin? (Katso kuva 3) No, tämä on melko pitkälti periaate bulbous-keulan suunnittelun taustalla. Tuhoava interferenssi johtaa siihen, että aluksen aallonmuodostus vähenee, mikä edelleen vähentää rungon muodon aallonmuodostuksen aiheuttamaa vastusta.
Kuva 3. Keula-aalto ja bulevardin synnyttämä aalto, molemmat poissa vaiheesta
Bulevardin kehityksen alkuvaiheessa suunnittelun ensisijaisena tehtävänä oli aallonmuodostusvastuksen vähentäminen. Mutta kun siirryimme eteenpäin, emme voineet lakata syventymästä mielenkiintoisempiin näkökohtiin, joita käsitellään jäljempänä:
Aallonmuodostus on hienompien runkomuotojen merkittävä ominaisuus. Siksi risteilyaluksissa, linjalaivoissa, huvipurjeveneissä, jahdeissa ja laivaristeilijöissä on huomattavia Kelvinin aaltomuotoja. Jos huomaat irtolastialuksen tai öljysäiliöaluksen (täyteläisemmät runkomuodot), on selvää, että näissä runkomuodoissa ei näy näkyviä Kelvinin aaltokuvioita. Miksi? Koska vesirajan leveys itse rungon kohdalla on niin suuri (tai toisin sanoen virtauksen epäjatkuvuus on suurempi), että paine nousee sellaiselle tasolle, että keula-aallon korkeus ylittää raja-arvon, johon asti aalto säilyttää ominaisuutensa. Tällöin aalto murtuu aivan itse keulassa jo ennen kuin se kulkee aluksen pituutta pitkin.
Ovatko täyteläisemmät runkomuodot siis tässä suhteessa energiatehokkaampia? Ei. Onko täyteläisemmillä rungonmuodoilla korkea aallonmuodostuskestävyys? Ei. Onko täyteläisemmillä runkomuodoilla korkea aallonmurtokestävyys? Kyllä. Tämän sovelluksen myötä myös irtolastialuksissa ja säiliöaluksissa otettiin käyttöön bulverit niiden aallonmurtovastuksen pienentämiseksi.
erilaiset bulverit muodon, sijainnin ja suuntauksen mukaan ovat seuraavat :
Päällystetty keulassa. ( Kuva Danny Cornelissen satamakuvista.nl / Wikipedia)
Ram-keula (Kuvakrediitit : S*anner 06n2ey / wikipedia)
Ram-keula, jossa ram on kaukana vesiviivan alapuolella (Kuva: Hammelmann Oelde / Wikipedia)
Ram-keula lähellä vesiviivaa ( Kuvakrediitit: Jens Mayer Mannheimista, Saksasta/ wikipedia)
Kulma rystysellä ( Image Credits :MKFI/Military of Finland / Wikipedia)
Kulman asento vaikuttaa merkittävästi keula-aallon ja kulma-aallon vaihe-eroon. Bulbin tilavuus on ratkaiseva tekijä tuloksena syntyvän aallon amplitudin kannalta.
Bulbin etuna on myös se, että se vähentää aluksen pitch-liikkeen dynaamisia vaikutuksia. Useimmissa aluksissa bulbin sisätilaa käytetään keulapainolastisäiliönä. Voimakkaan kallistuksen sattuessa keulapainotankki on usein painolastisäiliö, joka vähentää kallistuksen vaikutusta.
Miten? No, pitchingin kesto on suoraan verrannollinen painojen pituussuuntaiseen etäisyyteen aluksen LCG:stä. Kun keulapilari on ballastoitu, se lisää painoa suuremmalla etäisyydellä aluksen LCG:stä (joka useimmissa ideaalitapauksissa on keskilaivan takana). Toisin sanoen keulan pyörimissäde kasvaa, jolloin aluksen keulajakso kasvaa. Suurempi pitchausjakso johtaa siihen, että pitchausliikkeen dynaamiset vaikutukset ovat vähäisemmät.
Jäätä kuljettaessa sipuli sallii rikkoutuneen jään liukua runkoa pitkin niin, että sen märkä puoli on runkoa vasten. Jään märkä puoli, jolla on pienempi kitkakerroin, pienentää aluksen kokonaisvastusta.
Kulmikasta keulasta on ollut etua myös keulapotkureiden sijoittamisessa, kuten nykyaikaisissa keulapotkureilla varustetuissa aluksissa on nähtävissä. Merivoimien aluksissa, joissa käytetään korkeataajuista vedenalaista akustiikkaa, kuten SONARia, bulbous bow toimii suojaavana kotelona, sen lisäksi, että sillä on myönteisiä vaikutuksia vetovastuksen vähentämiseen.
Sonar Dome Bow Image credits: bigredvolvos.co.uk
Laajaan valikoimaan kuuluvien rungonmuotojen ja bulbumin muotojen toistuvien mallikokeilumenetelmien jälkeen on havaittu, etteivät bulbumit ole tehokkaita kaikilla liikennöintinopeuksilla (suhteutetaan se Frouden lukuihin). Hyvin matalilla Froude-luvuilla on havaittu, että bulbous-keulan on todettu lisäävän vetovastusta. Miksiköhän? Koska bulb on tehokas vain silloin, kun se muodostaa oman aallon yhdessä keula-aallon kanssa. Mutta hyvin alhaisilla Frouden luvuilla aallonmuodostusta ei juuri tapahdu. Mutta vesiviivan alapuolella oleva keula kasvattaa aluksen kostutettua kokonaispinta-alaa, mikä osaltaan lisää sen ihon kitkavastusta.
Kiinni veti?
Tiedätkö lisää laivojen keulan merkityksestä?
Tiedätkö lisää laivojen keulan merkityksestä?