Esercitazioni di Architettura Navale 2

S

L’andamento della potenza effettiva della nave è tracciato nel seguente diagramma.

60000

50000

40000

[W] 30000

ES

P 20000

10000

0 4 5 5 6 6 7

V [m/s]

S

3

ESERCITAZIONE 2

ESPERIENZA DI AUTOPROPULSIONE

,

I dati nave, denotati con il pedice sono:

• = 15 ℃

Temperatura acqua marina

• 2 4

⁄

= 104.61 ∙

Densità acqua marina

• −6 2 ⁄

= 1.8831 ∙ 10

Viscosità cinematica

• ∆ = 4845

Dislocamento

• = 80

Lunghezza nave tra le perpendicolari

• = 86.58

Lunghezza nave al galleggiamento

• = 86.62

Lunghezza nave fuori tutto

• = 14.2

Larghezza massima al galleggiamento

• 2

= 1693.3

Superficie bagnata

I dati modello relativi all’esperienza di rimorchio e di autopropulsione, denotati con il pedice

, sono:

• = 20

Scala modello

• = 13.3 ℃

Temperatura acqua dolce

• 2 4

⁄

= 101.895 ∙

Densità acqua dolce

• −6 2 ⁄

= 1.196 ∙ 10

Viscosità cinematica

Dall’esperienza di rimorchio sono ottenuti i seguenti risultati.

V [m/s] R [kg ]

M TM f

1,150 1,232

1,265 1,482

1,380 1,776

1,495 2,157

1,610 2,683

1,725 3,781

1,840 5,995

4

L’esperienza di elica isolata è stata condotta con un modello avente le seguenti caratteristiche

tecniche:

• =4

Numero di pale

• = 180

Diametro

• = 48.06

Diametro del mozzo

• 0.7 ∙ = 159.12

Passo a 0.7

• 0.7 ∙ = 58.9

Lunghezza corda a 0.7

• 0.7 ∙ = 2.73

Spessore a 0.7

• ⁄ ⁄

= 0.47

Rapporto 0 0

• ⁄ ⁄

0.7 ∙ = 0.884

Rapporto a 0.7

L’esperienza di elica isolata ha fornito una serie di dati che sono stati trasferiti, sotto forma di

equazioni di regressione, nelle seguenti espressioni delle relazioni funzionali:

2 3 4

= 0.372701 − 0.267282 ∙ − 0.302685 ∙ + 0.315514 ∙ − 0.196440 ∙

0 2 3 4

= 0.042353 − 0.011415 ∙ − 0.049147 ∙ + 0.050766 ∙ − 0.033857 ∙

0 = 0 = 0.8805.

operando da un valore iniziale ad un valore finale ⁄

= 30.789

L’esperienza di elica isolata è stata condotta con un numero di giri medio ,

2 4

⁄

= 14.4 ℃ = 101.88 ∙

con acqua ad una temperatura avente densità e

−6 2 ⁄

= 1.16 ∙ 10

viscosità cinematica .

I risultati dell’esperienza di autopropulsione al punto propulsivo nave sono riportati nella

seguente tabella.

V [m/s] F [kg ] n [giri/s] T [kg ] Q [kg cm]

M D f M M f M f

1,150 0,450 7,480 1,039 2,762

1,265 0,530 8,230 1,277 3,360

1,380 0,616 9,030 1,563 4,078

1,495 0,708 9,950 1,955 5,038

1,610 0,805 11,040 2,531 6,397

1,725 0,907 12,990 3,892 9,469

1,840 1,014 16,100 6,715 15,686

5

Si chiede di calcolare le seguenti grandezze, fornendo anche una rappresentazione grafica:

• La resistenza al rimorchio e la potenza effettiva della nave al vero in funzione della velocità

−4

Δ = 2 ∙ 10

nave. Si utilizzi la procedura di trasferimento vasca-mare I.T.T.C. '57 con ;

• La caratteristica di funzionamento dell’elica isolata, in funzione del coefficiente di

;

avanzo

•

I valori di , e , in funzione della velocità nave;

• I valori dei fattori di autopropulsione e il rendimento propulsivo totale, in funzione della

velocità nave.

RESISTENZA AL RIMORCHIO E LA POTENZA EFFETTIVA

Lo schema di calcolo è analogo a quello impiegato nello svolgimento dell’Esercizio 1. Si inizia

= −

con la determinazione del coefficiente di resistenza specifica residua e del

coefficiente di resistenza specifica di attrito della lastra piana equivalente relativo alla nave

. Il Metodo di trasferimento vasca-mare I.T.T.C. '57 consente il calcolo del coefficiente di

resistenza specifica totale della nave:

= + + Δ

e conseguentemente la resistenza totale della nave:

1 2

= ∙ ∙ ∙ ∙

2

La potenza effettiva viene definita come:

= ∙

Nella tabella sono riportati i valori di , e .

6

2

V [m/s ] R [N] P [W] C

S TS ES TS

5,143 65513,004 336930,520 0,00285

5,657 79636,118 450521,587 0,00286

6,172 96890,582 597964,843 0,00293

6,686 120750,013 807315,661 0,00311

7,200 155895,677 1122470,525 0,00346

7,714 236738,816 1826306,097 0,00458

8,229 407116,851 3350054,710 0,00692

Nel diagramma è tracciato l’andamento di , in funzione della velocità nave.

500000

400000

300000

[N]

TS

R 200000

100000

0 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5

V [m/s]

S

L’andamento di , in funzione della velocità nave, è riportato nel seguente diagramma.

4000000

3500000

3000000

2500000

[W] 2000000

ES

P 1500000

1000000

500000

0 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5

V [m/s]

S

7

CARATTERISTICA DI FUNZIONAMENTO DELL’ELICA ISOLATA

Il calcolo delle relazioni funzionali adimensionali e , in funzione del coefficiente di

0 0

⁄ (

= ∙ )

avanzo , è condotto impiegando le espressioni ricavate dall’esperienza di elica

isolata. Il rendimento dell’elica in condizioni isolate è definito dall’espressione:

∙

0

=

0 2∙∙

0

Nel seguito sono riportati i valori delle relazioni funzionali dell’elica in funzionamento isolato.

J K K η

T0 Q0 0

0,00 0,37270 0,04235 0,00000

0,05 0,35862 0,04167 0,06853

0,10 0,34324 0,04077 0,13407

0,15 0,32676 0,03969 0,19665

0,20 0,30935 0,03846 0,25618

0,25 0,29113 0,03709 0,31248

0,30 0,27220 0,03560 0,36524

0,35 0,25265 0,03401 0,41408

0,40 0,23252 0,03231 0,45844

0,45 0,21183 0,03050 0,49763

0,50 0,19055 0,02859 0,53068

0,55 0,16865 0,02656 0,55620

0,60 0,14606 0,02439 0,57217

0,65 0,12267 0,02207 0,57536

0,70 0,09834 0,01956 0,56031

0,75 0,07293 0,01685 0,51689

0,80 0,04624 0,01389 0,42402

0,85 0,01804 0,01064 0,22943

0,88 0,00030 0,00854 0,00498

10 ∙

Inoltre, nel seguente diagramma sono riportati gli andamenti di , e , in funzione

0

0 0

del coefficiente di avanzo. 8

0,7

0,6

0,5

0,4 KT0

0,3 10KQ0

0,2 η0

0,1

0 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

J [-]

TRASFERIMENTO ALLA NAVE DEI RISULTATI SPERIMENTALI

La Metodologia di trasferimento al punto propulsivo nave I.T.T.C. '57 afferma che è possibile

scalare alla nave la spinta propulsiva ottenuta sul modello, mediante la relazione:

3

= ∙ ∙

Tra le coppie, sussiste la seguente relazione: 4

= ∙ ∙

Per il numero di giri, la legge di trasferimento è:

=

√

Noti i valori di e , si procede con il calcolo della potenza al mozzo:

= 2 ∙ ∙ ∙

Nella tabella sono disposti i valori di , e .

9

V [m/s] T [N] n [giri/s] P [W]

S S S DS

5,143 83713,379 1,673 467497,439

5,657 102889,302 1,840 625738,788

6,172 125932,638 2,019 833276,120

6,686 157516,511 2,225 1134319,004

7,200 203925,468 2,469 1598083,209

7,714 313582,743 2,905 2783346,223

8,229 541034,974 3,600 5714681,770

Il seguente diagramma evidenzia l’andamento di , in funzione velocità nave.

600000

500000

400000

[N] 300000

S

T 200000

100000

0 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5

V [m/s]

S

L’andamento di , in funzione della velocità nave, è tracciato nel diagramma sottostante.

4

3,5

3

2,5

[giri/s] 2

S 1,5

n 1

0,5

0 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5

V [m/s]

S

10

Infine, l’andamento di , in funzione della velocità nave, è riportato nel diagramma seguente.

7000000

6000000

5000000

[W] 4000000

DS 3000000

P 2000000

1000000

0 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5

V [m/s]

S

FATTORI DI AUTOPROPULSIONE E IL RENDIMENTO PROPULSIVO TOTALE

Il rendimento propulsivo totale è definito come:

=

Attraverso il confronto delle prestazioni in autopropulsione con quelle di rimorchio e di elica

isolata, si scompone il rendimento totale in fattori, detti di autopropulsione, mediante le relazioni:

= ∙ ∙ ∙

0

dove è l’efficienza di risucchio:

=

è l’efficienza di scia:

=

è il rendimento dell’elica isolata:

0 ∙

0

=

0 2∙∙ 0

11

è il rendimento relativo rotativo:

0 ∙

0

=

∙

0

Il calcolo delle dei fattori di autopropulsione si può effettuare attraverso l’analisi dei dati ad

identità di spinta e giri. Questo metodo ritiene che il funzionamento dell’elica dietro la carena

sia equivalente a quello isolato nei riguardi della spinta propulsiva sviluppata e del numero dei

giri, pertanto: = =

0

Noti i valori di , in funzione della velocità nave, è possibile calcola