Factorii ce influenteaza manevra navei

1. Generalitati

Pornind de la definitia navei, de corp etans care se deplaseaza pe apa pentru a efectua misiuni de transport, se deduce ca acest corp intra in contact cu doua medii: APA si AERUL. Practic, aceste fluide cu densitati diferite se opun deplasarii navei prin apa conform principiului actiunii si reactiunii. Se poate afirma ca apa si aerul influenteaza manevra navei intr-o anumita masura data de constructia si dotarea acesteia, adica de starea tehnica a ei. Se pune intrebarea daca factorii de mediu si cei tehnici sunt singurii care au influenta asupra manevrei navei. Raspunsul este clar, ca pe langa acesti factori, omul (specialistul in navigatie), are un rol determinant.

De competenta si buna pregatire etica si psihologica a fiecarui membru al echipajului depinde indeplinirea cu succes a misiunilor de transport ale navei.

Factorii naturali cu influenta asupra

manevrei navei

Curgerea apei pe langa bordul navei

Pe timpul deplasarii navei prin apa filoanele de apa se scurg de la prova spre pupa in doua moduri:

laminar de-a lungul bordajului

turbulent la pupa

Trecerea de la regimul laminar la cel turbulent se pune in evidenta prin parametrul Reynolds:

unde:

V - viteza navei

L - lungimea navei

- coeficientul de viscozitate cinematica a apei

strat limita

Fig.1. Curgerea apei pe langa bordajul navei

Apa care adera la corpul navei are viteza de scurgere "0".

Din experimente s-a constatat ca exista doua valori critice ale parametrului Reynolds si anume:

R_e1 - valoare inferioara

R_e2 - valoare superioara

Cand: R_e < R_e1 - curgerea laminara a fluidului

R_e > R_e2 - curgerea turbulenta a fluidului

R_e2 < R_e < R_e1 - ambele regimuri de scurgere

Valurile create de nava

Valurile create de nava sunt de doua feluri:

valuri divergente

valuri transversale

Q val de pupa  val de prova G P = mica  P = mare λ

Valuri transversale   Valuri divergente

Fig. Valurile create de nava

λ - lungimea de unda a valului

Lungimea de unda a valului are valoare mare la viteza mare a navei si valoare mica la viteza mica a navei.

Valul de prova are presiune mare, valul de pupa are presiune mai mica.

Corpul navei, deplasandu-se prin apa, intra in contact cu aceasta, care se opune deplasarii.

Intre corp si apa ia nastere o rezistenta totala de frecare care este compusa din rezistenta de frecare (W_R) si rezistenta de forma (reziduala)(W_F)

Formula:

in care:

q - coeficient de frecare in functie de lungimea navei si temperatura apei

γ - greutatea specifica a apei (γ = 1000,62 kg/m³ apa dulce, γ = 1025,14 kg/m³ apa sarata)

A - suprafata corpului navei in contact cu apa

V - viteza navei (m/sec)

La viteze mici ale navei W_R > W_F, iar la viteze mari ale navei W_R < W_F.

coeficientul FROUDE

100%

REZISTENTA

DE

75 % FORMA

Rezistenta

totala

50%

REZISTENTA

DE

FRECARE

25 %

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

12 Nd 23 Nd 28 Nd 32 Nd

Fig.3. Rezistenta de forma. Rezistenta de frecare

Rezistenta apei la inaintarea navei depinde de urmatorii factori:

suprafata operei vii (A)

gradul de curatire al operei vii

patratul vitezei navei

Cum se explica factorii:

daca suprafata operei vii (A) este mare, rezulta rezistenta (R) mare

rugozitatea mare a suprafetei carenei duce la rezistenta (R) mare

daca viteza navei este mare, rezulta rezistenta mare

Partile componente ale rezistentei apei la inaintarea navei

Partile componente ale rezistentei () apei la inaintarea navei sunt:

rezistenta de frecare (R_f)

rezistenta turbionara (de forma) datorata vascozitatii apei (R_t)

rezistenta de val datorata miscarilor ondulatorii ale apei (valuri de vant) (R_V)

rezistenta proeminentelor navei (apendicilor) data de chilele de ruliu, spada lochului, vibratorii sondelor ultrason, carma navei, axele portelice cu mijloacele de sustinere (R_ap)

Deci, valoarea totala a rezistentei apei la inaintarea navei este data de suma:

R = R_f + R_t + R_V + R_ap

Rezistenta aerului la inaintarea navei

Este direct proportionala cu viteza de deplasare a navei si se compune din:

rezistenta opusa de opera moarta (emersa) a navei

rezistenta opusa de suprastructurile navei

rezistenta opusa de arborada si greementul navei

Ca si in cazul apei, rezistenta aerului se compune din:

rezistenta de frecare

rezistenta turbionara

unde:

C_a - coeficient adimensional (1,2 - 1,4 pentru nave)

ρ_aer - densitatea aerului (1,206 kg/m³)

F - proiectia pe planul transversal a partii navei situata deasupra apei

V - viteza navei

V_vant - viteza vantului (m/s) - pozitiva pentru vant din prova si negativa pentru vant din pupa, vantul din prova scade viteza navei, cel din pupa creste viteza navei

Expresia generala a rezistentei totale la inaintarea navei este:

R = R_f + R_t + R_V + R_ap + R_val + R_a

unde:

R_val - rezistenta valurilor create de vant

Factorii tehnici cu influenta

asupra manevrei navei

a)            Dimensiunile navei - lungime, latime, inaltime de constructie, rapoarte intre dimensiuni (coeficienti de finete), forma carenei (in special in zona pupa);

b)            Inaltimea si forma operei moarte si a suprastructurilor;

c)            Tipul instalatiei de guvernare, numarul si gradul de auromatizare a carmelor;

d)            Existenta (inexistenta) mijloacelor active de guvernare si tipul acestora;

e)            Tipul instalatiei de propulsie, gradul de automatizare a propulsoarelor;

f)              Sensul de deplasare a navei si regimul ei de mars (trepte de viteza);

Factorii umani

a)      Competenta tuturor marinarilor ce formeaza echipajul pe posturile lor;

b)      Experienta profesionala, abilitate, etica, fermitate, hotarare, decizie;

c)      Simtul navei si simtul meteo-hidrologic;

Efectul combinat al carmei si elicei la mars inainte si la mars inapoi

d α

P₁ P₂

+ C F_y -

A M

O

F_t F_n

R

F_x F

α N

Fig.4. Carma profilata hidrodinamic la unghi α > 0

C - centrul de presiune

P₁ >> P₂

R - forta rezultanta

Momentele carmei

Forta utila (F_n), determina:

Moment de giratie principal (evolutiv)

Moment de redresare a carmei

Observatie: Centrul de presiune pe safran ocupa pozitii diferite in functie de sensul de deplasare a navei, astfel:

- la mars inainte se afla in vecinatatea axului carmei.

- la mars inapoi este la distanta mai mare fata de axul carmei (spre bordul de fuga al safranului).

Concluzii: La mars inapoi, navele cu viteza mare nu trebuie sa execute manevre cu viteza mai mare de 10 Nd, iar guvernarea lor se va face cu unghiuri mici de carma pentru inlaturarea riscului de avariere a instalatiei de guvernare.

F^'

F_y G

D

F^" F_x

d

C

F

α

Fig.4.3. Momentele carmei la mars inapoi

F_y - bandeaza nava in bordul opus celui in care s-a pus carma

F_x - reduce viteza navei si este proportionala cu unghiul α

Momentul de giratie secundar

Este relativ, fapt pentru care se neglijeaza in practica.

d = GC

PD

F^'_x

C^'

F^"_y F^'_y

F^"_x d

F_y C

F F_x

Fig.4.4. Momentul de giratie secundar

Momentul de inclinare longitudinala a navei

Daca G se afla deasupra lui C rezulta aprovarea navei.

Daca G se afla sub C rezulta apuparea navei.

F" G F^' L^"

W  h Ψ L

F C^'

C

W^"

Fig.4.5. Momentul de inclinare longitudinala a navei

- avand valoare mica nu se ia in considerare

Efectul de guvernare al carmei asupra navei

Mars inainte

A. Nava merge inainte, carma "0"

punctul giratoriu g

se afla in G la α = 0

P₁ g G P₂

Fig.4.6. Nava merge inainte, carma "0"

B. Nava merge inainte, carma "DREAPTA"

- punctul g se - punctul g stabilizat

deplaseaza inainte

g^" F^'

F'

f_d f_d g - valoarea finala

G - bratul cuplului de f_v D₁ a bratului

F^" f_v D₀ forte creste F" G D₀ cuplului de

forte F' - F

- f_d produce deriva

- f_v micsoreza viteza C

navei

F F

α α

Fig.4.7. Nava merge inainte, carma "DREAPTA"

C. Nava merge inainte, carma "STANGA"

F' F'

g

G f_d g f_d

D₀ f_v F" D₁ f_v F"

D₀

C

α F α F

Fig.4.8. Nava merge inainte, carma "STANGA"

Mars inapoi

A. Nava merge inapoi, carma "0"

punctul giratoriu g

se afla in G la α = 0

P₁ g G P₂

Fig.4.9. Nava merge inapoi, carma "0"

B. Nava merge inapoi, carma "DREAPTA"

f_v F"

G f_d

f_v G F"

F' g

g f_d

F'

F F

D₀

D₀

D₁

α α

Fig.4.10. Nava merge inapoi, carma "DREAPTA"

C. Nava merge inapoi, carma "STANGA"

F"

f_v

G G

f_d D₀ F" f_v

g

F' f_d g

D₀

D₁ F'

F F

α α

Fig.4.11. Nava merge inapoi, carma "STANGA"

4. Efectul de guvernare al elicei

Generalitati

Elice sens dreapta, pas constant.

ω

curent respins

curent

aspirat

Fig.4.1 Elice sens dreapta, pas constant

a) Nava mars inainte, carma "0"

P

curent respins

P" ω

G D

P'

curent aspirat

Fig.4.13. Nava mars inainte, carma "0"

b) Nava mars inapoi, carma "0"

curent respins

curent aspirat

P'

G

P"

ω P

Fig.4.14. Nava mars inapoi, carma "0"

4.3. Efectul combinat al carmei si elicei

Nava sta pe loc

P' P"

G

P

Fig.4.16. Mars inainte, carma in ax

F'

g

g f_d

P' P"

F'

P' G F" f_v D₁

f

P"

D₀

F" f_v

P P

F F

α α

Fig.4.17. Mars inainte, carma dreapta

4.3. Nava si elicea in mars inainte

P' P"

P

+ +

+ +

+ +

F'

P' P"

f_d

F'

f_v

f_d P' G P" F" G D₁

f_v D₀ D₀

F"

P P

F F

Fig.4.20. Nava si elicea in mars inainte, carma dreapta

Nava si elicea in mars inapoi

G

P" g P'

P

Fig.4.23. Nava si elicea in mars inapoi, carma dreapta

Nava merge inainte, masina inapoi

Fig. 4.26. Nava merge inainte, masina inapoi, carma dreapta

Fig. 4.27. Nava merge inainte, masina inapoi, carma dreapta: efectul combinat al carmei si elicei F₁ si F₂ au devenit egale

Nava merge inapoi, masina inainte

Fig. 4.30. Nava merge inapoi, masina inainte, carma in ax

Fig. 4.31. Nava merge inapoi, masina inainte, carma dreapta