Care este importanța arcului bulbos al navelor?

Un lucru care atrage adesea atenția unui om de rând în ceea ce privește majoritatea navelor este proiecția în formă de bulb de la capătul din față al navei, adesea sub linia de plutire. Nu există nicio îndoială asupra faptului că, la un moment dat în viață, v-ați pus întrebări cu privire la motivul din spatele prezenței acestei structuri. Ei bine, din moment ce, în general, seamănă cu forma bulbului și este întotdeauna plasată la prova navei, este cunoscută sub numele de prova bulboasă.

Să privim înapoi la aproximativ o sută de ani de acum încolo. Vă mai amintiți de Titanic? Trebuie să fi observat că nu avea o prora bulboasă. Dar încercați să aruncați o privire la arcurile navelor de croazieră moderne, ale navelor de containere, ale navelor de transport LNG, ale navelor de cercetare etc. Toate acestea sunt caracterizate de o prora bulboasă. Nu numai navele monoscaf, astăzi aproape chiar și catamaranele sunt echipate cu un arc bulbos, mai degrabă decât cu un arc drept. De ce?

Când o navă face valuri, își generează propriile valuri Kelvin (cele pe care le vedeți în jurul unei nave atunci când navighează în largul mării), așa cum se arată în figura 1.

Acum vizualizați-o astfel- valurile sunt practic forme de energie care călătoresc în mediul acvatic. De unde provine această energie? Cu alte cuvinte, cine a energizat particulele de apă pentru a forma aceste valuri?

Masa în mișcare a navei este cea care face această treabă. Observați cuvântul „în mișcare”. Mișcarea navei este alimentată de sistemul său de propulsie. O parte din energia furnizată de motor se duce în rotirea elicei și, la rândul său, o fracțiune din acea forță de împingere generată de elice vine la îndemână pentru a propulsa efectiv nava. Unde se duce restul de energie? Vă amintiți că particulele de apă au fost energizate pentru a transmite unde? Acesta este răspunsul. Aceasta se mai numește și Rezistența de producere a valurilor a unei nave.

Acum, de ce discutăm despre acest lucru și ce legătură are acest lucru cu o prora bulboasă? Citiți mai departe.

Considerați o navă cu o prova dreaptă (de exemplu, Titanic). Pe măsură ce nava înaintează, particulele de apă se deplasează spre pupa pe întreaga lungime a navei. Dar ce se întâmplă cu acea particulă de apă care este incidentă chiar pe linia mediană a fuselajului? Viteza sa instantanee este zero, ceea ce, în termeni științifici, este cunoscut sub numele de punct de stagnare. Dacă vă amintiți ecuația lui Bernoulli, presiunea la un punct de stagnare va fi mai mare. Așadar, presiunea particulelor de apă la prova este mai mare, dând astfel naștere la creasta unui val. Acest val se numește val de prova, deoarece este generat din cauza mișcării prova prin apă, așa cum se arată în figura 2. Așadar, cu o prora dreaptă, se formează întotdeauna un val continuu, cu creasta la prora. Astfel, este evident că risipim o parte din puterea motorului pentru a genera acest val. Cum ar fi dacă acest efect al formării valurilor ar putea fi redus? Dacă da, atunci cum?

Dacă introducem o altă discontinuitate (orice structură din navă aflată sub linia de plutire care perturbă curgerea laminară este considerată o discontinuitate) sub linia de plutire de la prova, în fața puțului navei, discontinuitatea va da naștere ea însăși unui alt val în punctul său cel mai înalt. Având în vedere că pupa se află încă la linia de plutire, aceasta va genera valuri de prova normale. Ce se întâmplă dacă putem proiecta forma și poziția discontinuității în așa fel încât unda de prova și unda creată de discontinuitate să producă o interferență distructivă? (Consultați figura 3) Ei bine, acesta este în mare parte principiul care stă la baza proiectării unei prova bulboase. Interferența distructivă are ca rezultat reducerea valurilor pe care le face nava, ceea ce reduce și mai mult rezistența la înaintare a formei corpului navei.

În etapele preliminare de dezvoltare a bulbului, misiunea principală a proiectului a fost de a reduce rezistența la înaintare a valurilor. Dar, pe măsură ce am avansat, nu ne-am putut opri din aprofundarea unor aspecte mai interesante, așa cum se discută mai jos:

Facerea de valuri este o caracteristică semnificativă a formelor mai fine de cocă. De aceea, observați forme de undă Kelvin proeminente la navele de croazieră, pacheboturi, iahturi și crucișătoare navale. Dacă observați un vrachier sau un petrolier (forme de cocă mai ample), este evident că aceste forme de cocă nu prezintă forme de undă Kelvin proeminente. De ce? Pentru că lățimea liniei de plutire la prova este atât de mare (sau, cu alte cuvinte, discontinuitatea în curgere este mai mare) încât presiunea crește până la un nivel astfel încât înălțimea valului de prova depășește pragul până la care un val își păstrează proprietățile. În acest caz, valul se sparge chiar la prova propriu-zisă, chiar înainte de a se deplasa pe lungimea navei.

Deci, sunt formele de corpuri de navă mai pline mai eficiente din punct de vedere energetic din acest punct de vedere? Nu. Au formele de corpuri de navă mai pline o rezistență mare la formarea valurilor? Nu. Formele de corpuri de navă mai pline au o rezistență mare la spargerea valurilor? Da. Odată cu această aplicație, au fost introduse becuri și la vrachierele și petrolierele pentru a le reduce rezistența la spargerea valurilor.

Diferitele tipuri de becuri, în funcție de formele, pozițiile și orientările lor, sunt cele prezentate mai jos :

Posibilitatea becului afectează în mod semnificativ diferența de fază dintre unda de prova și unda becului. Volumul bulbului este un factor decisiv pentru amplitudinea undei rezultate.

Un alt avantaj al bulbului este că reduce efectele dinamice ale mișcării de tangaj a unei nave. La majoritatea navelor, interiorul bulbului este folosit ca balast de vârf de prova. În caz de tangaj mare, rezervorul din vârful de prova este adesea balastat pentru a reduce efectul de tangaj.

Cum? Ei bine, perioada de timp de tangaj este direct proporțională cu distanța longitudinală a greutăților față de LCG a navei. Atunci când vârful de prova este balastat, crește greutatea la o distanță mai mare față de LCG a navei (care, în majoritatea cazurilor ideale, se află la pupa mijlocul navei). Cu alte cuvinte, raza de girație a pasului crește, crescând astfel perioada de tangaj a navei. Creșterea perioadei de tangaj are ca rezultat reducerea efectelor dinamice ale mișcării de tangaj.

În cazul navigației pe gheață, bulbul permite gheții sparte să alunece de-a lungul corpului navei, cu partea sa umedă lipită de corp. Partea umedă a gheții, având un coeficient de frecare mai mic, reduce rezistența totală la înaintare a navei.

Probele cu bulb au fost, de asemenea, avantajoase pentru a găzdui propulsoarele de prova, așa cum se poate observa la navele moderne cu unități de propulsie de prova. La navele militare care utilizează acustica subacvatică de înaltă frecvență, cum ar fi SONAR, arcurile bulboase acționează ca o carcasă protectoare, pe lângă efectele sale pozitive de reducere a rezistenței la înaintare.

După repetate proceduri de testare pe model a unei game largi de forme de corpuri de navă și forme de bulb, s-a constatat că bulbii nu sunt eficienți la toate vitezele de serviciu (se raportează la numerele Froude). În cazul numerelor Froude foarte mici, s-a constatat că arcurile bulboase cresc rezistența la înaintare. Vă întrebați de ce? Pentru că un bulb este eficient doar atunci când își face propriul val, împreună cu valul de prova. Dar, la numere Froude foarte mici, nu se produce aproape deloc formarea de valuri. Dar bulbul, aflându-se totuși sub linia de plutire, mărește suprafața totală umedă a navei, contribuind astfel la creșterea rezistenței la frecare a pielii.

Începeți dumneavoastră?

Știți mai multe despre importanța arcului bulbos al navelor?

.