“NOU CONCEPT DE IMBUNATATIRE A FORMELOR NAVELOR IN ZONA PUPA, PENTRU OBTINEREA DE PERFORMANTE HIDRODINAMICE SUPERIOARE”

1. “NOU CONCEPT DE IMBUNATATIRE A FORMELOR NAVELOR IN ZONA PUPA, PENTRU OBTINEREA DE PERFORMANTE HIDRODINAMICE SUPERIOARE”dr. Horatiu Tanasescu

2. “No one, whether he be a naval architect, a ship owner, or a simple passenger, can look over the stern of a ship and view the turbulent tossing above the propeller race without an instinctive realization that most of this upheaval is wasted effort. When he takes time to visualize the irregular nature of the currents which flow into the propeller disc he must certainly feel great admiration for a propulsion device which can take such confused water and make so much out of it in the way of useful thrust. By the same token, he must have confidence that some day, somehow, the turmoil surging out of the propeller disc can be converted into useful power that will speed him faster on his way. How, he asks, is this to be done? The answer is simple: by a greater knowledge of the basic phenomena and a better understanding of the fundamental principles governing the flow and motion of water and the reasons for the particular behavior of a ship and its propulsion devices.”HAROLD E. SAUNDERS – HYDRODYNAMICS IN SHIP DESIGN

3. “Oricine ai fi, indiferent ca esti un arhitect naval, un proprietar de nava sau un simplu pasager, privind in spatele pupei unei nave nu poti sa nu remarci, curgerea turbulenta, extrem de violenta a apei, de deasupra elicei in miscare. Totodata, nu poti sa nu realizezi (in mod instinctiv) ca, cea mai mare parte din aceasta ridicare (umflare a straturilor de apa), reprezinta energie mecanica irosita. In aceeasi ordine de idei, daca ne rezervam mai mult timp pentru a observa mai atenti natura neregulata a suvoaielor care traverseaza discul elicei, simtim o mare admiratie (avem un sentiment de respect deosebit), pentru dispozitivul de propulsie (elice), care preluand o astfel de apa atat de confuza (incurcata, incalcita), poate sa faca atat de mult din ea in directia realizarii unei impingeri folositoare. In aceste viziuni, analizand lucrurile mai in profunzimea lor, devenim constienti de faptul ca intr-o buna zi, acest turmoil (aceasta dezordine, harababura, agitatie), din discul elicei va putea fi redirijata (convertita printr-un anumit procedeu), intr-un procent mult mai mare de putere utila, care va misca nava mai eficient si mai rapid catre inainte, pe drumul (pe ruta) ei de navigatie. Cum? Raspunsul este simplu: printr-o superioara cunoastere a fenomenelor de baza si o mai buna intelegere a principiilor fundamentale care guverneaza curgerea si miscarea apei, a cauzelor comportarii particulare a formelor fiecarei nave si dispozitivelor ei de propulsie aferente” “HYDRODYNAMICS IN SHIP DESIGN” HAROLD E. SAUNDERS (PARINTELE HIDRODINAMICII NAVALE).

4. OBIECTIVE: FUNDAMENTALE: • reducerea rezistentei la inaintare si cresterea eficientei de propulsie (pentru obtinerea de consumuri energetice minime); • reducerea cavitatiei elicei (pentru micsorarea nivelului de zgomote si vibratii induse la bord si in structura pupa); • cresterea stabilitatii; • aplicarea in practica la nave reale; CONEXE: • validarea conceptelor si ideilor originale; • optimizari; • stabilirea unor noi metodologii si tehnologii;

5. STATE OF THE ART-ul in domeniu: Cele mai recente realizari industriale cunoscute sunt concentrate pe imbunatatirea curgerilor din zona pupa prin aplatisarea suprafetelor laterale ale pupei carenei, simetric catre planul diametral. Acest concept prezinta neajunsuri uriase in aplicarea practica la navele reale: - amplasarea neconvenabila a echipamentelor; - lipsa spatiilor, imperios necesare, pentru ins-pectii, reparatii etc.

6. Proiectul atrage atentia asupra a doua idei strict originale in hidrodinamica navala mondiala: • Un nou concept hidrodinamic de forma pupa (forma pupa Tanasescu) pentru reducerea re-zistentei la inaintare, inlaturarea aparitiei feno-menului de cavitatie in propulsor, micsorarea nivelului de zgomote si vibratii induse la bord si in structura pupa, cresterea eficientei de propulsie, cresterea stabilitatii; 2. Folosirea efectului piezoelectric invers (curent electric→generator de putere de inalta frec-venta→driver piezoelectric ceramic), pentru inducerea unei miscari vibratorii eliptice, in ultrasonic (cu o frecventa de peste 20 kHz), in tablele carenei pupa (15 mm grosime), in vederea reducerii rezistentei la inaintare.

7. CERCETARE CU CARACTER INTERDISCIPLINAR: - fizica matematica (ecuatii cu derivate partiale si integrale); - metode numerice specifice; - programare; - fizica aplicata (tehnica); - fizica materialelor; - modelare si simulare; - hidraulica si mecanica fluidelor; - hidrodinamica navala.

8. EFECTE: • Stiintifice: acumularea unor cunostinte de varf intr-un domeniu foarte important, de mare actualitate si complexitate cum este hidrodinamica navala; • Economice: aplicarea in practicǎ va conduce atat la reducerea consumurilor energetice (prin obtinerea unor randamente superioare) cat si la cresterea duratei de viata a elicei insasi precum si a structurilor navale din zona pupa (prin micsorarea nivelului zgomotelor si vibratiilor induse în acestea); • Sociale:protectia personalului navigant impotriva zgomotelor si vibratiilor daunatoare sanatatii.

9. NOUL CONCEPT HIDRODINAMIC DE FORMA PUPA PROPUS (FORMA PUPA TANASESCU): Siajul nominal pentru pupa clasica Siajul nominal conform noului concept

10. NOUL CONCEPT HIDRODINAMIC DE FORMA PUPA PROPUS (FORMA PUPA TANASESCU): Forma pupa (ORIGINAL) Forma pupa (CONFORM NOULUI CONCEPT)

11. NOUL CONCEPT HIDRODINAMIC DE FORMA PUPA PROPUS (FORMA PUPA TANASESCU):

12. MODELUL CONFORM NOULUI CONCEPT REALIZAT FIZIC IN CADRUL ICEPRONAV-GALATI

13. MODELUL CONFORM NOULUI CONCEPT REALIZAT FIZIC IN CADRUL ICEPRONAV-GALATI

14. REZULTATE EXPERIMENTALE: Verificarea imbunatatirii siajului – rezultate experimentale obtinute în Bazinul de Rezistenta la inaintare (proba de siaj) –ICEPRONAV (sus - siaj model de referinta, stanga – siaj model conform noului concept Versiunea V4.1; dreapta – siaj model conform noului concept Versiunea V4.3).

15. REZULTATE EXPERIMENTALE: Verificarea disparitiei fenomenului de cavitatie al elicei în siajul imbunatatit simulat fizic (viteza de rotatie a elicei: 25 rps) – rezultat experimental obtinut in Tunelul de Cavitaţie-ICEPRONAV.

16. REZULTATE EXPERIMENTALE SI NUMERICE: Profilul valului in lungul carenei – VOF (FLUENT 6.3) (se observa vizual apropierea evidenta)

17. REDUCEREA REZISTENTEI LA INAINTARE. REZULTATE EXPERIMENTALE: Se remarca - pentru Varianta V4.3 (construita in conformitate cu NOUL CONCEPT DE FORMA PUPA)- o reducere cu 7,7 % a rezistentei la inaintare fata de Varianta V0 (de referinta - clasica) – REZULTATE obtinute in cadrul ICEPRONAV.

18. CONCLUZIE: NOUL CONCEPT HIDRODINAMIC DE PUPA PROPUS S-A DOVEDIT DEOSEBIT DE VIABIL CONDUCAND ATAT LA REDUCEREA SUBSTANTIALA A REZISTENTEI LA INAINTARE CAT SI LA DISPARITIA PRACTIC TOTALA A FENOMENULUI DE CAVITATIE IN DISCUL PROPULSO-RULUI.

19. PERSPECTIVE DE VIITOR (1): Reducerea rezistentei la inaintare prin folosirea efectului piezoelectric invers (curent electric → generator de inalta frecventa → driver piezoelectric din material ceramic), care sa induca o miscare vibratorie eliptica (cu o frecventa de peste 20 kHz), in tabla elastica a invelisului (groasa de maximum 15 mm), in directia liniilor de curent(ale apei care curge in exterior).

20. PERSPECTIVE DE VIITOR (2): • Realizarea unui model geometric parametrizat tub curgere unidimensionala (care sa includa efectele noii pupe, avand practicate sectiuni pupa radial crenelate-rotunjite, asupra curgerii din interiorul elicei); • Analiza a sensitivitatii campurilor pupa generate:

21. BIBLIOGRAFIE: • [1] G. K. Batchelor, F.R.S. “An Introduction to Fluid Dynamics”, Cambridge University, 1991; • [2] C. A. J. Fletcher, “Computational Techniques for Fluid Dynamics”, Springer-Verlag, 1991; • [3] FLUENT 6.3, “User’s Manual”, Fluent Incorporated, Lebanon, NH, 2006; • [4] J. P. Ghose, R. P. Gokarn, “Basic Ship Propulsion”, ALLIED PUBLISHERS Pvt. LIMITED, New Delhi, Mumbai, Kolkata, Lucknow, Chennai, Nagpur, Bangalore, Hyderabad, Ahmedabad, 2004; • [5] S. K. Godunov, V. S. Reabenki, “Finite Difference Computing Schemes”, Bucharest, 1977; • [6] Sir Horace Lamb, “Hydrodynamics”, Cambridge University, 1952; • [7] J. N. Newman, “Marine Hydrodynamics”, Massachusetts Institute of Technology, 1982; • [8] W. H. Press, S. A. Teukolsky, W. T. Vetterling, B. P. Flannerly, “Numerical Recipes in Fortran – The Art of Scientific Computing”, Cambridge University, 1992; • [9] K. J. Rawson, E. C. Tupper, “Basic Ship Theory”, Longman Group Limited, 1995 • [10] M. G. Salvadori, M. L. Baron, “Numerical Methods in Engineering”, Bucharest, 1972; • [11] H. E. Saunders, “Hydrodynamics in Ship Design”, The Society of Naval Architects and Marine Engineers 74 Trinity Place, New York 6, N.Y. 1957 • [12] N. Tanasescu, “Numerical Methods in MATLAB”, MATRIXROM, Bucharest, 2002; • [13] H. C. Tanasescu, Al. A. Vasilescu, “Fluid Mechanics”, Course for engineers, University of Galati, 2000; • [14] H. C. Tanasescu, “Numerical Analysis”, Course for master of science engineers, University of Galati, 2001; • [15] H. C. Tanasescu, “Contributions concerning surface ships forward resistance studied by numerical simulation”, thesis, University of Galati, 1998; • [16] Al. A. Vasilescu, “Hydromechanics Course”, University of Galati, 1962.

22. VA MULTUMESC PENTRU ATENTIE !