Particularitile hidrodinamice ale proiectrii navelor mici . . 1 CUPRINS 1.TIPURI DE NAVE MICI. PRINCIPII CONSTRUCTIVE SI FUNC|IONALE............3 1.1. Clasificarea navelor mici......................................................................................3 1.1.1. Natura for|elor de sustenta|ie.................................................................3 1.1.2. Stabilirea regimului de naviga|ie............................................................5 1.2. Nave n regim de deplasament............................................................................10 1.2.1. Nave propulsate cu motoare.................................................................10 1.2.1.1. Caracteristici constructive.....................................................10 1.2.1.2. Tendin|a actual si perspectivele proiectrii navelor de transport de mare vitez......................................14 1.2.2. Veliere...................................................................................................22 1.2.2.1. Clasificarea velierelor............................................................22 1.2.2.2. Iahturi.....................................................................................23 1.2.2.3. Brci cu derivor......................................................................26 1.2.2.4. Veliere multicorp...................................................................29 1.3. Nave n regim de sustenta|ie................................................................................35 1.3.1. Nave glisoare.........................................................................................35 1.3.1.1. Formarea for|elor hidrodinamice pe placa plan....................35 1.3.1.2. Ecua|iile de echilibru ale navei glisoare.................................40 1.3.1.3. Formele optime ale navelor glisoare.......................................46 1.3.2. Nave pe aripi portante...........................................................................51 1.3.2.1. Particularit|ile hidrodinamice ale aripilor portante..............51 1.3.2.2. Cavita|ia aripilor portante......................................................62 1.3.2.3. Ecua|iile de echilibru ale navei pe aripi portante...................65 1.3.2.4. Particularit|ile constructive ale aripilor portante..................67 1.3.3. Nave pe pern de aer.............................................................................73 1.3.3.1. Particularit|ile constructive ale navelor pe pern de aer.......73 1.3.3.2. Sustenta|ia cu camer de aer..................................................77 1.3.3.3. Sustenta|ia cu jet periferic......................................................80 1.3.3.4. Ecua|iile de form ale structurilor flexibile............................87 1.3.3.5. Extinderea conceptelor specifice navelor pe pern de aer, la transportul pe distan|e mari..........................................91 1.3.4. Ecranoplane............................................................................................95 2. DETERMINAREA DIMENSIUNILOR PRINCIPALE SI A DEPLASAMENTULUI NAVELOR MICI.......................................................................100 2.1. Nave mici, n regim de deplasament....................................................................100 2.2. Nave glisoare........................................................................................................106 2.3. Nave pe aripi portante..........................................................................................106 2.4. Nave pe pern de aer, amfibii...............................................................................111 2.5. Nave cu efect de suprafa|....................................................................................113 Particularitile hidrodinamice ale proiectrii navelor mici . . 2 3. DETERMINAREA REZISTEN|EI LA NAINTARE SI A PUTERII DE PROPULSIE A NAVELOR MICI......................................................................................119 3.1. Nave mici, n regim de deplasament si n regim tranzitoriu.................................119 3.2. Rezisten|a la naintare a glisoarelor.......................................................................136 3.3. Rezisten|a la naintare a navelor pe aripi portante................................................141 3.4. Particularit|ile calculului rezisten|ei la naintare a navelor pe pern de aer. Puterea total a instala|iei energetice.........................................................145 4. PROPULSOARE.................................................................................................................150 4.1. Particularit|ile hidrodinamice ale elicelor navelor mici......................................150 4.2. Alegerea numrului de pale si a raportului de disc...............................................153 4.3. Alegerea numrului de elice, a sensului de rota|ie si a amplasrii n raport cu corpul navei............................................................................................157 4.4. Sisteme de transmitere a puterii la propulsor........................................................158 4.5. Propulsoare cu jet..................................................................................................162 5. MANEVRABILITATEA NAVELOR MICI.......................................................................169 5.1. Particularit|ile hidrodinamice ale crmelor navelor mici.....................................169 5.2. Caracteristicile hidrodinamice ale corpului navei..................................................182 5.3. Gira|ia navei............................................................................................................187 5.4. Stabilitatea deplasrii navei pe drum drept............................................................192 5.5. For|ele si momentele hidrodinamice care ac|ioneaz asupra crmei......................194 6. COMPORTAREA PE VALURI A NAVELOR MICI.........................................................199 6.1. Considera|ii generale...............................................................................................199 6.2. Particularit|ile comportrii pe valuri a navelor mici.............................................200 6.2.1. Nave multicorp de mare vitez................................................................200 6.2.2. Nave glisoare............................................................................................202 6.2.3.Navepearipiportante..............................................................................2026.2.4. Nave pe pern de aer................................................................................203 Particularitile hidrodinamice ale proiectrii navelor mici . . - 3 -1.TIPURI DE NAVE MICI. PRINCIPII CONSTRUCTIVE I FUNCIONALE 1.1. Clasificarea navelor mici 1.1.1. Natura forelor de sustentaie Navelemicisedeosebescdenavelemari,clasice,prindimensiuni principale mai reduse, destina|ii diverse, comportare diferit n timpul naviga|iei si raz de ac|iune mai mic. n general, se consider c navele mici, fluviale sau maritime, au lungimi maximede60m.nunele|riintrnaceastcategorienaveleculungimide pn la 90 m [1]. Naveleculungimeamaximcuprinsntre3040mconstituiepartea cea mai important a flotei mondiale de nave mici, de mare vitez, care cuprinde attmonocorpuri,ctsicatamarane.Cercetrirecente[2]demonstreazcsi navele trimaran pot deveni o solu|ie promi|toare pentru transportul maritim de mare vitez. Proprietateaunuicorpdeasemen|inelaunanumitnivelnmasaunui fluid, prin mijloace adecvate, se numeste sustenta|ie. Natura for|elor de sustenta|ie determin regimul de naviga|ie caracteristic navelor mici si tipurile principale de nave mici. Echilibruluneinavededeplasamentestedeterminatdeinterac|iunea for|ei de greutate cu for|a de mpingere, de natur hidrostatic, care se manifest pezoneleimersealecorpului.Alturidefor|elehidrostaticesemaicunosc urmtoarelecategoriidefor|edesustenta|iecareac|ioneazasupracorpului navei: for|e hidrodinamice, for|e aerostatice si for|e aerodinamice [3]. For|elehidrodinamicedesustenta|iecrescpemsuracresteriivitezei naveisiconduclaiesireatreptatacorpuluidinapsilareducereaariei suprafe|ei udate. Regimul de deplasare n care sustenta|ia navei este determinat, n principal, de for|ele hidrodinamice se numeste regim de glisare. Principaleletipuridenavecareopereazn regim deglisaresunt:navele glisoare si navele pe aripi portante. ncazulnavelorglisoare,for|elehidrodinamicedesustenta|iese manifest direct pe corpul navei, care are o form special. Lanavelepearipiportante,for|elehidrodinamiceac|ioneazpearipile portante imerse. n principiu, este posibil realizarea unor nave dup o schem combinat desustenta|ie,carespermitexisten|afor|elorhidrodinamicedesustenta|ie alturidecelehidrostaticedatorateexisten|eiunorgondolecuvolum considerabil. For|eleaerostaticedesustenta|iesefolosesclanavelepeperndeaer. Sustenta|iaacestornaveserealizeazpeseamapresiuniiridicatedinzona nchis a pernei de aer. Particularitile hidrodinamice ale proiectrii navelor mici . . - 4 -Lanaveleamfibii,sustenta|iaseproducenumaipeseamafor|elor aerostatice.Navelepeperndeaercupere|ilaterali,rigizi,suntnavecu principiucombinatdesustenta|ie.Zonaperneideaerestelimitatlaprovasi pupa de o fust elastic. Pe pere|ii laterali rigizi apar for|e de natur hidrostatic sihidrodinamic,careseadaugfor|eloraerostaticedinpernadeaer.Aceste nave se mai numesc si nave cu efect de suprafa| (SES). For|eleaerodinamicedesustenta|ieseformeazpeelementeleportante aerienesipearipi.Aparatelecarefolosescnumaifor|eleaerodinamicepentru sustenta|iesunthidroavioanelesiecranoplanele.Primelesedeplaseazla distan|maredesuprafa|aapeisisuntnzestratecudispozitivedeamerizare care nlocuiesc trenul de aterizare si i permit s pluteasc pe ap. Ecranoplanele sunt aparate zburtoare care realizeaz efectul suprafe|ei de sprijin, deplasndu-selaonl|imemicfa|desuprafa|aapei.Elesemainumescsinavede concept WIG . n mod evident, n faza de iesire din ap corpul ecranoplanului se aflntr-unregimtranzitoriudeglisare,caracterizatprinexisten|afor|elor hidrodinamicedesustenta|iedepearipaportanthidrodinamic,alturide for|ele aerodinamice de sustenta|ie. nfig.1.1suntprezentateschematictipurileprincipaledenavemici, mpreuncufor|eledesustenta|iecaracteristice.Liniilentreruptedefinesc for|elesecundaredesustenta|ie,denaturhidrostatic(for|eledempingere) care participlaschemele combinate de sustenta|ie, alturi de for|ele principale hidrodinamice sau aerostatice. Destina|ia navelor mici este extrem de divers. Navele mici pot fi utilizate ca ambarca|iuni de agrement sau turism, ambarca|iuni sportive pentru concursuri devitez,ambarca|iunidesalvare,ambarca|iunideserviciuaflatendotarea administra|iilorportuare,navedepatrulare,navedeinterven|ie,navede transport maritim rapid n ariile costale aglomerate etc. Din punctul devedere al asigurrii propulsiei, navelemici pot fi: nave cu motor, nave cu vele si nave mixte (cu vele si motor). Motorul de propulsie poate fi situatninteriorulcorpului,saupoatefimontatnafarabordului(amovibil). Cele mai folosite tipuri de propulsoare sunt: elicea hidraulic, propulsorul cu jet sieliceaaerian.Transmisiadelamotorulfixlaeliceahidraulicpoatefi direct, unghiular sau n form de Z. Particularitile hidrodinamice ale proiectrii navelor mici . . - 5 - Fig.1.1 Tipurile principale de nave mici si for|ele de sustenta|ie caracteristice 1.1.2. Stabilirea regimului de navigaie Oprimetapimportantaproiectriinavelorcumotoroconstituie stabilirearegimuluidenaviga|ie,decaredepinde,nprimaproxima|ie, adoptareaunormrimifiziceesen|iale,cumarfi:dimensiunileprincipale, deplasamentul, viteza impus, rezisten|a la naintare si puterea instalat. Regimuldenaviga|iepoatefiapreciatnfunc|iedevaloareanumrului Froude, VnF , definit cu rela|ia:

3 / 1V =VgvFn (1.1) n care v este viteza navei n [m/s],V este deplasamentul volumetric n [m3], iar g este accelera|ia gravita|ional n [m/s2]. Dac1 VnF, nava se afl n regim de glisare. HidrostaticeHidrodinamice AerostaticeAerodinamice Veliere Nave glisoare Nave pe aripi portante Nave amfibii Nave cu efect de suprafa| (SES) Ecranoplane FOREDE SUSTENTAIE Nave propulsate cu motoare Hidroavioane Nave n regim de deplasament Nave n regim de glisare Nave pe pern de aer Nave WIG Particularitile hidrodinamice ale proiectrii navelor mici . . - 6 -Pentru3 1