Jakie znaczenie ma bulwiasty dziób statku?

Jedną z rzeczy, która często przyciąga wzrok zwykłego człowieka w odniesieniu do większości statków, jest żarówka jak projekcja w przedniej części statku, często poniżej linii wodnej. Nie ma wątpliwości, że w pewnym momencie swojego życia zadawaliście sobie pytanie o przyczynę obecności tej struktury. Cóż, ponieważ generalnie przypomina ona kształtem żarówkę i zawsze jest umieszczona na dziobie statku, jest znana jako Bulbous Bow.

Spójrzmy wstecz do około stu lat od teraz. Pamiętacie Titanica? Na pewno zauważyłeś, że nie miał on bulwiastego dziobu. Ale spróbuj spojrzeć na dzioby współczesnych statków wycieczkowych, kontenerowców, zbiornikowców LNG, statków badawczych itp. Wszystkie one charakteryzują się bulwiastym dziobem. Nie tylko statki jednokadłubowe, dzisiaj prawie nawet katamarany są wyposażone w dzioby bulwiaste zamiast prostych. Dlaczego?

Gdy statek faluje, generuje własne fale Kelvina (te, które widzisz wokół statku, gdy płynie po otwartym morzu), jak pokazano na rysunku 1.

Teraz zwizualizuj to w ten sposób- fale są w zasadzie podróżującymi formami energii w ośrodku wodnym. Skąd wzięła się ta energia? Innymi słowy, kto pobudził cząsteczki wody do tworzenia tych fal?

To poruszająca się masa statku wykonuje to zadanie. Zwróć uwagę na słowo „poruszająca się”. Ruch statku jest napędzany przez jego system napędowy. Część energii dostarczanej przez silnik idzie na obracanie śruby napędowej, a z kolei ułamek tego ciągu generowanego przez śrubę przydaje się do faktycznego napędzania statku. Gdzie trafia reszta energii? Pamiętasz, że cząsteczki wody zostały pobudzone do przenoszenia fal? To jest twoja odpowiedź. Nazywa się to również Oporem Wytwarzania Fal na statku.

Teraz, dlaczego o tym rozmawiamy i co to ma wspólnego z bulwiastym dziobem? Czytaj dalej.

Rozważmy statek z prostym dziobem (na przykład Titanic). Gdy statek płynie do przodu, cząsteczki wody przesuwają się w kierunku rufy na całej długości statku. Ale co z tą cząsteczką wody, która wypada dokładnie na linii środkowej dziobu? Jej prędkość chwilowa wynosi zero, co w terminologii naukowej znane jest jako punkt stagnacji. Jeśli przypomnisz sobie równanie Bernoulliego, ciśnienie w punkcie stagnacji będzie wyższe. Tak więc ciśnienie cząsteczek wody na dziobie jest wyższe, co powoduje powstanie grzbietu fali. Fala ta nazywana jest falą dziobową, ponieważ powstaje ona w wyniku ruchu dziobu przez wodę, jak pokazano na rysunku 2. Tak więc przy prostym dziobie zawsze tworzy się fala, której grzbiet znajduje się na dziobie. Jest więc oczywiste, że marnujemy część mocy silnika na generowanie tej fali. Co jeśli ten efekt powstawania fali można zredukować? Jeśli tak, to jak?

Jeśli wprowadzimy kolejną nieciągłość (jakakolwiek struktura na statku poniżej linii wodnej, która zakłóca przepływ laminarny jest uważana za nieciągłość) poniżej linii wodnej na dziobie, przed dziobem statku, nieciągłość ta sama w sobie spowoduje powstanie kolejnej fali w jej najważniejszym punkcie. Ponieważ dziób statku nadal znajduje się na linii wodnej, będzie on generował normalne fale dziobowe. A co jeśli możemy zaprojektować kształt i położenie nieciągłości w taki sposób, aby fala dziobowa i fala wytworzona przez nieciągłość powodowały interferencję destrukcyjną? (Patrz rysunek 3) To jest właśnie zasada projektowania dziobu cebulastego. Niszcząca interferencja skutkuje zmniejszeniem falowania statku, a co za tym idzie zmniejszeniem oporu falowego kadłuba.

W początkowych fazach rozwoju bulaju, głównym zadaniem projektu było zmniejszenie oporu wytwarzanego przez falę. Ale w miarę postępów nie mogliśmy przestać zagłębiać się w bardziej interesujące aspekty, o których mowa poniżej:

Falowanie jest istotną cechą drobniejszych form kadłuba. To dlatego w statkach wycieczkowych, liniowcach, jachtach i krążownikach morskich można zauważyć wyraźne kształty fal Kelvina. Jeśli zauważysz masowiec lub tankowiec (pełniejsze formy kadłuba), to oczywiste jest, że te formy kadłuba nie wykazują wybitnych wzorów fal Kelvina. Dlaczego? Ponieważ szerokość linii wodnej przy samym kadłubie jest tak duża (lub innymi słowy, nieciągłość przepływu jest większa), że ciśnienie wzrasta do takiego poziomu, że wysokość fali dziobowej przekracza próg, do którego fala zachowuje swoje właściwości. W tym przypadku fala załamuje się na samym dziobie, jeszcze zanim przemieści się wzdłuż długości statku.

Czy zatem pełniejsze kadłuby są bardziej energooszczędne pod tym względem? Nie. Czy pełniejsze kadłuby mają wysoką odporność na tworzenie fal? Nie. Czy pełniejsze kadłuby mają wysoką odporność na łamanie fal? Tak. Z tym zastosowaniem wprowadzono również buldery i tankowce, aby zmniejszyć ich odporność na łamanie fal.

Różne typy bulb według ich kształtów, pozycji i orientacji są takie, jak pokazano poniżej :

Położenie bańki znacząco wpływa na różnicę faz pomiędzy falą dziobową a falą bańkową. Objętość bańki jest czynnikiem decydującym o amplitudzie fali wypadkowej.

Inną zaletą bańki jest to, że redukuje ona dynamiczne efekty ruchu przechyłowego statku. Na większości statków wnętrze baniaka jest wykorzystywane jako zbiornik balastowy dziobowy. W przypadku dużych przechyłów, zbiornik dziobowy jest często balastowany w celu zmniejszenia skutków przechyłów.

Jak? Otóż czas trwania kołysania jest wprost proporcjonalny do wzdłużnej odległości obciążników od LCG statku. Kiedy dziobnica jest balastowana, zwiększa ona ciężar w większej odległości od LCG statku (która w większości idealnych przypadków znajduje się za śródokręciem). Innymi słowy, zwiększa się promień girlandy skoku, a tym samym zwiększa się okres skoku statku. W przypadku żeglugi po lodzie, bulb umożliwia ślizganie się po kadłubie pokruszonego lodu mokrą stroną do kadłuba. Mokra strona lodu ma mniejszy współczynnik tarcia, co zmniejsza ogólny opór statku.

Kuliste dzioby były również korzystne w umieszczaniu dziobowych pędników, co można zaobserwować na nowoczesnych statkach wyposażonych w dziobowe pędniki. W okrętach marynarki wojennej, które używają podwodnej akustyki wysokiej częstotliwości, takiej jak SONAR, dzioby kuliste działają jak obudowa ochronna, oprócz pozytywnych efektów redukcji oporu.

Po wielokrotnych testach modelowych szerokiej gamy kadłubów i kształtów kulistych stwierdzono, że kuliste dzioby nie są efektywne przy wszystkich prędkościach eksploatacyjnych (odnieś to do liczb Froude’a). Przy bardzo niskich liczbach Froude’a, bulwiaste dzioby zwiększają opór. Zastanawiasz się dlaczego? Ponieważ bulb jest efektywny tylko wtedy, gdy tworzy własną falę, razem z falą dziobową. Ale przy bardzo niskich liczbach Froude’a, wytwarzanie fali prawie nie występuje. Ale cebulka, będąc wciąż poniżej linii wodnej, zwiększa całkowitą powierzchnię zwilżoną statku, przyczyniając się do wzrostu oporu tarcia skóry.

Do ciebie?

Czy wiesz więcej na temat znaczenia bulwiastych dziobów statków?

Czy wiesz więcej na temat znaczenia bulwiastych dziobów statków?