Interactiunea corp-propulsor

Interactiunea corp-propulsor

Functionarea reala a elicei in pupa navei are loc in curent neuniform, perturbat de corp. În zona darei de vartejuri formata la pupa navei se formeaza un contracurent, care se deplaseaza in sensul de miscare a navei si care poarta numele de siaj. Un alt sens al termenului de siaj este chiar dara corpului navei aflat in miscare de avans in mediul fluid.

S-a stabilit ca siajul este compus din patru elemente principale :

siajul potential, datorat curgerii potentiale in jurul corpului navei ;

siajul de strat limita ;

siajul de desprindere, datorat desprinderii curentului in pupa navei ;

siajul de val, datorat miscarii orbitale a particulelor la formarea valurilor din pupa navei .

În absenta elicei, miscarea de siaj se numeste nominala, iar in prezenta elicei se obtine siajul efectiv. Intereseaza in primul rand miscarea de siaj in planul discului elicei. Viteza medie a curgerii din planul discului elicei se numeste viteza de avans, v_A si este in general mai mica decat viteza v a navei fata de apa de la infinit amonte.

Taylor a definit coeficientul de siaj, w, prin raportul dintre viteza medie a siajului (v-v_A) si viteza navei :

. (10.59)

De multe ori, se intelege prin siaj chiar viteza medie a acestuia.

La deplasarea navei in mediul fluid elicea aspira apa din fata sa, marind viteza curentului si determinand o scadere a presiunii in fata discului elicei. Apare o forta suplimentara de presiune, orientata in sens contrar miscarii navei, care conduce la cresterea rezistentei la inaintare cu marimea

. (10.60)

Fenomenul de aspiratie a curentului de fluid de catre elicea care functioneaza in pupa navei, care conduce la cresterea rezistentei la inaintare, se numeste suctiune. În relatia de mai sus, t reprezinta coeficientul de suctiune, iar T este impingerea elicei, data de relatia :

. (10.61)

Tinand cont de relatiile (10.60) si (10.61), coeficientul de suctiune devine :

. (10.62)

O relatie echivalenta cu (10.62) are forma :

. (10.63)

În fazele preliminare de proiectare literatura de specialitate recomanda o serie de formule aproximative si diagrame pentru estimarea coeficientilor de siaj si suctiune.

Astfel, metoda Holtrop-Mennen ofera o prima posibilitate pentru determinarea coeficientilor de siaj si suctiune, prezentata in paragraful 10.2.1.

Pentru navele cu o singura elice, coeficientul de siaj se poate calcula cu relatia [23] :

(10.64)

in care, C_v este coeficientul prismatic vertical, C_p este coeficientul prismatic longitudinal, L, B, si T sunt lungimea, latimea si respectiv pescajul navei, D_e este diametrul elicei, k este unghiul de inclinare al palei spre pupa (unghiul de rake, masurat in radiani), k₁ este un coeficient care tine cont de forma extremitatii pupa, iar E este distanta axului elicei fata de planul de baza.

Preliminar, pentru distanta E se adopta urmatoarea recomandare :

. (10.65)

Pentru pupa normala k₁ = 0,3 iar pentru pupa prevazuta cu etamboul carmei k₁= 0,5.0,6.

Pentru navele cu o singura elice coeficientul de suctiune se calculeaza cu formula :

(10.66)

in care coeficientul k_t poate avea urmatoarele valori :

0,5.0,7 pentru nave cu carme profilate ;

k_t = 0,7.0,9 pentru nave cu etambou de carma patrat ;

0,9.1,05 pentru nave cu carme formate dintr-o singura placa.

Pentru navele cu doua elice, coeficientul de siaj se poate calcula cu urmatoarele relatii :

daca elicele se rotesc spre exterior, iar arborele portelice este protejat cu pantaloni

; (10.67)

daca elicele se rotesc spre interior, iar arborele portelice este protejat cu pantaloni

; (10.68)

pentru nave cu cavaleti

, (10.69)

in care y, masurat in grade, este unghiul dintre dreapta care materializeaza inclinarea partii inferioare a pantalonilor si planul de baza.

Pentru navele cu doua elice, coeficientul de suctiune se poate estima cu relatiile:

daca nava are pantaloni

; (10.70)

daca nava are cavaleti

. (10.71)

În continuare, se prezinta expresiile pentru calculul impingerii (T), momentului (Q₀) si randamentului (h ) elicei in apa libera :

(10.72)

in care k_T este coeficientul de impingere, este coeficientul momentului elicei in apa libera, n_e este turatia elicei, D_e este diametrul elicei, iar J este avansul relativ definit cu relatia :

. (10.73)

Momentul rezistent al elicei aflata in pupa navei, Q, difera de momentul rezistent al elicei in apa libera, Q₀, din cauza neuniformitatii si turbulentei diferite a curentului de fluid. În consecinta, randamentul elicei in pupa corpului h_B difera de randamentul elicei in apa libera, iar raportul celor doua randamente defineste randamentul relativ de rotatie, h_R

. (10.74)

Coeficientul k_Q este coeficientul momentului rezistent al elicei aflata in pupa corpului navei.

Randamentul relativ de rotatie pentru navele cu o elice este situat in domeniul h_R = 1,02.1,06. Pentru navele cu doua elice, h_R

Coeficientul de influenta a corpului h_H, este raportul dintre puterea efectiva de remorcare P_E, data de formula (10.50) si puterea de impingere a elicei, P_T, definita cu relatia :

. (10.75)

În consecinta, eficienta corpului devine :

. (10.76)

Tinand cont de expresia (10.59), viteza de avans se poate calcula cu relatia :

. (10.77)

Înlocuind relatiile (10.63) si (10.77) in expresia (10.76) se obtine pentru eficienta corpului urmatoarea forma care depinde de coeficientii de siaj si suctiune :

. (10.78)

Între puterea disponibila la elice, P_D si puterea de impingere a elicei, P_T, exista o diferenta care caracterizeaza randamentul elicei in pupa corpului :

. (10.79)

În continuare, aplicand relatia de definitie a coeficientului cvasipropulsiv (10.53) si tinand cont de expresiile (10.76), (10.79) si (10.74), se obtine :

(10.80)

În concluzie, puterile si randamentele definite mai sus pot fi integrate in urmatorul sir de egalitati :

, (10.81)

unde P_B >P_D >P_T > P_E .