Cap. 1

Tyukodi Szilard Calcul dimensiuni principale şi coeficienţi de fineţe

Capitolul 1. Calcul dimensiuni principale şi coeficienţi de fineţe

1.1. Calculul dimensiunilor principale

1.1.1. Calculul lungimii navei L

Lungimea pe plutirea de plină încărcare (LCWL) este distanţa măsurată în P.D. între

punctul de intersecţie a CWL cu etrava şi cu etamboul. Lungimea între perpendiculare (Lpp) este

distanţa măsurată în P.D. între perpendiculara prova şi perpendiculara pupa. În cadrul lucrării se

va considera că cele două lungimi coincid, ele fiind notate în continuare cu L = LCWL = Lpp [m]

(vezi Fig. 1.1.).

Figura 1.1. Dimensiunile principale ale navei

Lungimea L se determină în funcţie de DW cu următoarea relaţie:

; Rezultă L = 103,010 m

Observaţii : 1. Deadweight-ul DW se ia în [tdw], din tema de proiect (DW = 4.240 tdw).

2. Lungimea poate varia în limitele sus-menţionate pentru încadrarea în gama de

viteze (criteriul Froude–notat Fn) şi pentru verificarea deplasamentului.

3. Se recomandă alegerea lungimii navei L [m] valoare întreagă (fără zecimale).

Se alege L = 103,00 m

6


1.1.2. Calculul lăţimii navei B

În general, se foloseşte o singură lăţime a navei şi anume cea de la cuplul maestru B.

Lăţimea B este distanţa măsurată la cuplul maestru, pe plutirea de plină încărcare, între punctele

de intersecţie ale acesteia cu liniile teoretice ale bordajelor (vezi Fig. 1.1.). Pentru determinarea

lăţimii B se folosesc relaţiile:

; Rezultă B = 17,231 m

Observaţie: 1. În formule, lungimea L se ia în metri.

2. Se recomandă alegerea lăţimii B [m] valoare întreagă.

Se alege B = 17,30 m

1.1.3. Calculul pescajului navei T

Pescajul T este distanţa de la planul de bază P.B. la plutirea de plină încărcare C.W.L.,

măsurată la cuplul maestru (vezi Fig. 1.1.). Pescajul se determină cu relaţia:

; Rezultă T = 6,700 m

Se alege T = 6,700 m

Orientativ, raportul B / T trebuie să fie situat în limitele: B / T = 2,2 …..2,85

Rezultă B / T = 2,582 (valoare relativ ridicată însă acceptabilă în această fază)

Observaţii: 1. Lăţimea B se ia în metri.

2. Gama de valori este expresia necesităţii ajustării dimensiunilor pentru

verificarea deplasamentului şi a stabilităţii iniţiale.

1.1.4. Calculul înălţimii de construcţie H

Înălţimea de construcţie H este distanţa între planul de bază P.B. şi linia punţii în bord,

măsurată în planul cuplului maestru (vezi Fig. 1.1.). Relaţia de definiţie pentru înălţimea de

construcţie este:

H = T + F [m],

unde: T – pescajul navei, în metri, calculat la 1.1.3. 7


F – bordul liber, în metri, care se calculează cu următoarea relaţie empirică:

mmLF 8,7358142,21

Rezultă F = 1.514,062 mm = 1,514 m şi H = 8,214 m

Bordul liber F este distanţa, măsurată în planul cuplului maestru, de la linia de plutire la

intersecţia punţii cu bordajul sau mai este definit ca diferenţa dintre înălţimea de construcţie şi

pescajul navei. El caracterizează rezerva de flotabilitate a navei. În relaţia de mai sus, lungimea

se ia în metri iar rezultatul va fi în mm. Dacă înălţimea de construcţie rezultată din calculul

anterior respectă inegalitatea , atunci bordului liber F i se adaugă

următoarea corecţie:

mmRL

HF

1533,8

în care

2194 m

Deci pentru cazul H > L/15, înălţimea de construcţie corectată devine: Hcorectat = H = T + (F + F) [m]

Rezultă Hcorectat = H = 9,712 m ≈ 9,73 m

Înălţimea de construcţie H este folosită pentru a determina volumul total al corpului

navei şi bordul liber, fiind din punct de vedere geometric în strânsă legătură cu pescajul T.

Această dimensiune este legată şi de rezistenţa longitudinală a navei, societăţile de clasificare

impunând restricţii asupra gamei de valori ale raportului L / H (de exemplu Germanischer Lloyd

specifică gama de valori L / H = 10 ÷ 16).

Observaţie: În cazul modificării pescajului (vezi obs.2 punctul 1.1.3.), bordul liber rămâne acelaşi.

1.2. Calculul coeficienţilor de fineţe

8


Coeficienţii de fineţe reprezintă raportul adimensional al unei curbe închise sau volumul

unui corp şi figura geometrică regulată sau poliedrul regulat care-l încadrează. Coeficienţii de

fineţe ai unei nave sunt de două feluri: de arie şi de volum.

1.2.1. Calculul coeficientului bloc CB

Coeficientul bloc este un coeficient de fineţe volumic şi este definit ca raportul dintre

volumul carenei, notat V sau şi volumul paralelipipedului cu laturile L, B, T în care se înscrie

carena navei.

Relaţia de definiţie este:

unde:

V = – volumul carenei, [m3] ;

L – lungimea navei, [m] ;

B – lăţimea navei, [m] ;

T – pescajul navei, [m] .

Coeficientul bloc depinde de tipul navei şi de viteza acesteia prin intermediul unui

criteriu de similitudine (adimensional) şi anume criteriul Froude ( ) ce are expresia:

unde: vN – viteza navei, în [m/s] ;

g – acceleraţia gravitaţională, în [m/s2] ;

L – lungimea navei, în [m] .

Dacă folosim viteza navei în noduri [Nd], vom avea relaţiile de transformare: 1 Nd = 1852 m/h = 1 Mm/h = 0,5144 m/s şi deci:

9


unde: vN – viteza navei în [Nd] ;

L – lungimea navei în [m].

În faza iniţială, coeficientul bloc nu poate fi determinat din relaţia de definiţie, nefiind

cunoscut volumul carenei . De aceea pentru determinarea coeficientului bloc se foloseşte

Diagrama 1.1. în modul următor:

Mod de lucru practic pentru determinarea lui :

– Se intră în diagramă cu lungimea navei L calculată la 1.1.1. (pe ordonată) pe

orizontală până în zona haşurată corespunzătoare tipului de navă din tema de proiect

(C.L., C.R., B.K., T.K.), rezultând astfel gama de viteze;

– Se alege o viteză vN din gama de viteze astfel determinată.

Rezultă o gamă de viteze de 14,00 ÷ 16,00 Nd. Pentru o viteză aleasă vN = 14,00 Nd şi lungimea calculată a navei, vom avea:

= 0,2265 (valoare medie către ridicată)

ATENŢIE !! : Există porţiuni în care zonele proprii diferitelor tipuri de nave se suprapun. Acest

lucru exprimă asemănarea de forme proprie gamelor de viteze şi lungimi în

porţiunea respectivă, indiferent de tipul de navă.

Cu criteriul Froude astfel calculat se calculează în final coeficientul bloc cu relaţia:

Rezultă CB = 0,724

De asemenea, cu coeficientul bloc astfel determinat rezultă şi volumul preliminar al carenei:

= CB L B T [m3]

Rezultă = 12.213,325 m3

1.2.2. Calculul coeficientului plutirii de plină încărcare CWP

10


Coeficientul de plină încărcare este un coeficient de fineţe de arie şi este definit ca fiind

raportul dintre aria suprafeţei plutirii şi aria dreptunghiului cu laturile L şi B, în care se înscrie.


unde:

SCWL – aria plutirii de plină încărcare,

[m2]

L – lungimea navei, [m]

B – lăţimea navei, [m]

Relaţia de calcul a lui CWP este o relaţie

empirică în funcţie de coeficientul bloc

, relaţie ce are următoarea formă:

unde este

calculat la punctul 1.2.1.

Rezultă CWP = 0,807

1.2.3. Calculul coeficientului prismatic vertical CVP

Coeficientul prismatic vertical CVP este un coeficient de fineţe volumic ce reprezintă

raportul dintre volumul carenei şi volumul cilindrului drept având aria bazei SCWL şi înălţimea

T , în care se înscrie carena navei.


unde:

= V – volumul carenei, [m3]

SCWL – aria plutirii de plină încărcare, [m2]

T – pescajul navei, [m]

Relaţia de calcul a lui CVP este următoarea:

11


unde: - calculat la punctul 1.2.1.

- calculat la punctul 1.2.2.

Rezultă CVP = 0,896

1.2.4. Alegerea coeficientului secţiunii maestre CM

Coeficientul secţiunii maestre CM este un coeficient de fineţe de arie ce reprezintă

raportul dintre aria suprafeţei imerse a cuplei maestre şi aria dreptunghiului cu laturile B şi T

în care aceasta se înscrie.


unde:

– aria secţiunii imerse la cuplul maestru, [m2]B – lăţimea navei, [m]T – pescajul navei, [m]

Întrucât la trasarea planului de forme se vor folosi carenele de referinţă ale Seriei 60 iar

ajustarea deplasamentului se va face prin modificarea porţiunii cilindrice (CM = ct.), se va alege

în această fază o carenă de referinţă din Tabelul 1.1. şi anume carena cu CBi cel mai apropiat de

CB calculat la punctul 1.2.1 (de preferat CBi CB).

Tabelul 1.1

Carena I II III IV V

CBi 0,60,65 0,6350,70 0,6650,75 0,6910,80 0,750,85

CMi 0,977 0,982 0,986 0,990 0,994

Se alege Carena de referinţă III şi deci CM = 0,986

1.2.5. Calculul coeficientului cilindric (prismatic longitudinal) CP

12


Coeficientul cilindric CP este un coeficient de fineţe volumic ce reprezintă raportul

dintre volumul carenei şi volumul cilindrului drept având aria bazei şi înălţimea L, în care

se înscrie carena navei.


unde:

= V – volumul carenei, [m3]– aria secţiunii imerse la cuplul maestru, [m2]


Relaţia de calcul a lui CP este următoarea:

iM

BP C

CC

unde CB este calculat la punctul 1.2.1 iar CMi este ales la punctul 1.2.4 din Tabelul 1.1.

Rezultă CP = 0,734

1.3. Verificarea stabilităţii iniţiale

Este necesară în această fază pentru a nu modifica ulterior un volum mare de date

(desene, plan de forme, etc.) dacă dimensiunile şi coeficienţii de fineţe aleşi iniţial duc la o

stabilitate insuficientă. Se foloseşte relaţia (vezi şi Fig. 1.2):

unde: – înălţimea metacentrică transversală [m];

– raza metacentrică transversală [m];

– cota centrului de carenă B [m];

– cota centrului de greutate G [m].

13


Fig. 1.2. Componentele înălţimii metacentrice transversale

În această fază a proiectării, mărimile sus-menţionate se estimează cu diferite relaţii empirice în modul următor:

1.3.1. Raza metacentrică transversală

Raza metacentrică transversală reprezintă distanţa de la centrul de carenă al

plutirii orizontale B0 la metacentrul transversal MT (vezi şi Fig. 1.2).

[m]

[m]

[m]

unde: CWP – coeficientul plutirii de plină încărcare (vezi punctul 1.2.2)

CB – coeficientul bloc (vezi punctul 1.2.1)

B – lăţimea navei, în [m]

T – pescajul navei, în [m]

Se va alege valoarea minimă obţinută, adică

14


Rezultă:

m

m

m

Se alege m

1.3.2. Cota centrului de carenă

Cota centrului de carenă reprezintă distanţa de la fundul navei (măsurată în planul

diametral din punctul notat cu K) la centrul de carenă al plutirii orizontale B0 (vezi Fig. 1.2). Se

calculează cu una din relaţiile:

[m] (relaţia lui Normand)

[m] (relaţia lui Vlasov)

[m] (relaţia lui Pozdiunin)

[m] (relaţia lui Wobig)

unde: CVP = coeficientul prismatic vertical (vezi punctul 1.2.3); CB - coeficientul bloc (vezi

punctul 1.2.1); CWP - coeficientul plutirii de plină încărcare iar T este pescajul navei [m]. Se va

alege valoarea minimă obţinută adică:

Rezultă:

m

m

m

m

Se alege m

1.3.3. Cota centrului de greutate

15


Cota centrului de greutate reprezintă distanţa dintre planul de bază (măsurată în planul

diametral din punctul K) şi centrul de greutate G (vezi Fig. 1.2). Relaţia empirică de determinare

a lui este:

unde: H – înălţimea de construcţie [m];

– coeficient cu valorile: = 0,52 0,55 pentru T.K.

Pentru = 0,550 rezultă m

1.3.4. Calculul înălţimii metacentrice transversale

Înălţimea metacentrică transversală reprezintă distanţa măsurată pe verticală

dintre metacentrul transversal MT şi centrul de greutate G, valoarea numerică rezultând din

relaţia (vezi şi Fig. 1.2) :

unde valorile mărimilor , şi sunt calculate la punctele 1.3.11.3.3. Pentru navele tip cisternă (tancuri), valorile lui trebuie să se încadreze în limitele:

= 1,5 2,5 [m]

Rezultă = 2,410 m (valoare acceptabilă în această fază, dat fiind că nu s-au calculat încă corecţiile pentru suprafeţele libere)

1.4. Verificarea deplasamentului

Verificarea deplasamentului este necesară în această fază pentru a vedea dacă

dimensiunile principale şi coeficienţii de fineţe aleşi sau calculaţi asigură, în limite rezonabile,

realizarea deadweight-ului din tema de proiect. Deplasamentul masic al navei, notat cu D sau cu

, reprezintă mărimea masei totale a unei nave şi se măsoară în tone [t], fiind de asemenea

numeric egal cu deplasamentul măsurat în tone-forţă [tf ]. Deşi unitatea de măsură tone-forţă nu

este o unitate a S.I. (în S.I. forţa se măsoară în N), acesta este tolerată deoarece în practică

mărimile implicate în operarea navei (marfa, combustibilul, rezervele) sunt caracterizate de

16


mărimea masei acestora în [kg] şi nu de valoarea greutăţii lor în [N]. Deplasamentul are

următoarele componente:

D = DC + DM + DW + D [tone]

unde: D – deplasamentul navei, [tone]

DC – mărimea masei corpului metalic, [tone]

DM – mărimea masei maşinilor şi instalaţiilor, [tone]

DW – deadweight- ul navei, [tdw]

D – rezerva de deplasament, [tone]

1.4.1. Deplasamentul navei D

[tone]

unde: = 1,025 pentru apa de mare, [tone / m3]

CB – coeficientul bloc, adimensional



T – pescajul navei, [m]

Rezultă D = 8.859,731 tone

1.4.2. Masa corpului metalic DC

DC este masa corpului metalic, a amenajărilor şi a dotărilor, fără marfă, rezerve lichide

sau solide, maşini şi instalaţii aferente. Metodele de determinare preliminară ale lui DC se

bazează pe relaţii empirice de forma:

[tone]

unde: L – lungimea navei, [m]


H – înălţimea de construcţie, [m]

pC – coeficient [tone/m3] cu valorile: pC = 0,165 0,185 pentru tancurile considerate de

mici dimensiuni (DW < 25.000 tdw).

17


Adoptând pentru pC valoarea de 0,181 tone/m3, rezultă DC = 1.744,033 tone

1.4.3. Masa maşinilor şi instalaţiilor aferente DM

Cu toate că determinarea masei maşinii de propulsie şi a instalaţiilor aferente funcţie de

cea a unui motor principal de propulsie cunoscut reprezintă o metodă cu un grad scăzut de

precizie, ea oferă totuşi rezultate suficient de bune pentru faza de proiectare preliminară (dacă

există suficiente date disponibile). În lipsa unor astfel de date şi specificaţii tehnice date de

producător, se apelează frecvent la relaţii empirice de forma:

DM = pm PE [tone]

unde: PE – puterea efectivă, în [CP]

pm – coeficient [tone / CP], cu valori în gama: pm = 0,04 0,10.

PE se calculează cu relaţia empirică:

[CP]

unde: vN – viteza navei, în [Nd]

CM – coeficientul secţiunii maestre, adimensional

B, T – lăţimea respectiv pescajul navei, în [m]

m3 – coeficient ce se determină funcţie de criteriul Froude astfel:

– pentru Fn = 0,13 0,23: m3 = 160Fn + 13,2

– pentru Fn = 0,23 0,30: m3 = 785,7Fn – 130,7

Rezultă o putere PE =6.635,574 CP şi adoptând un coeficient pm = 0,066 tone / CP vom avea

DM = 437,947 tone

1.4.4. Deadweight-ul DW

18


Este dat în tema de proiectare (DW = 4.240 tdw) şi este o măsură cantitativă a capacităţii

de încărcare a navei.

1.4.5. Rezerva de deplasament D

D = D – DC – DM – DW

Gama valorilor admisibile pentru rezerva de deplasament este:

D = (0,51%) D = (0,005 0,01) D

Rezultă D = 1.437,750 tone (16,227 % ·D), o valoare inacceptabilă (dimensiunile

sunt cu mult prea mari pentru deadweight-ul respectiv). Reluând calculele pentru valorile

B' = 16,344 m şi T ' = 5,98 m, va rezulta o rezervă de deplasament D = 48,658 tone

(0,651% · D – valoare acceptabilă de această dată ) şi prin urmare:

B = B' = 16,344 ≈ 16,30 m , T = T ' = 5,98 m ≈ 6,00 m şi H ' = H = F + T ' = 7,808 m

În urma calculelor efectuate s-au obţinut următoarele valori finale ale caracteristicilor

geometrice şi mecanice pentru nava de proiectat:

Lungime la plutire: L = 103,00 m

Lăţime la plutire: B = 16,30 m

Pescaj: T = 6,00 m

Bord liber: F = 1,808 m

Înălţime de construcţie: H = 7,808 m

Coeficient bloc: CB = 0,724

Coeficient arie CWL: CWP = 0,807

Coeficient cilindric: CP = 0,734

Coeficient arie maestră: CM = 0,986

Coeficient prismatic vertical: CVP = 0,896

Volum carenă: = 7.293,141 m3

Deplasament masic: D = 7.474,470 tone

Viteză de marş: vN = 14,00 Nd.

19


Fig. 1.3. Diagrama 1.1

20

Cap. 1

Documents

Transcript of Cap. 1