Mirosław Grygorowicz

Andrzej Rogalski

Badania modelowe statku pasażerskiego,

turystyczno – hotelowego.

1.     Wstęp.

W ramach projektu badawczego EUREKA, w Katedrze Teorii i Projektowania Okrętów, Wydziału Oceanotechniki i Okrętownictwa Politechniki Gdańskiej, wykonano projekt kształtu kadłuba statku pasażerskiego, turystyczno – hotelowego, przeznaczonego do eksploatacji na wodach śródlądowych w warunkach pływania na wodzie głębokiej, płytkiej oraz kanale. Statek ten to zestaw składający się z pchacza, autonomicznego statku z własnym napędem i barki wyposażonej w aktywne urządzenia sterujące. Projekt obejmuje dwie wersje kształtu kadłuba pchacza, różniące się rozwiązaniem części rufowej oraz dwie wersje barki o odmiennej konfiguracji kształtu części dziobowej. Badania modelowe obejmowały pomiar charakterystyk oporowych statku i hydrodynamicznych zespołu śruba-dysza.

2.     Badania modelowe charakterystyk oporowych statku.

2.1.  Dane charakterystyczne statku pasażerskiego.

Dane charakterystyczne obu wersji pchacza i barki.

                                                                                                                Pchacz P-I i P-II              Barka B-I i B-II

Długość całkowita                                                        LOA              -              55,00 m                            55,00 m

Długość między pionami                                          LPP              -              54,00 m                            53,30 m

Szerokość kadłuba                                                        B              -                 9,00 m                              9,00 m

Zanurzenie konstrukcyjne                                          T              -                 1,00 m                              1,00 m

Współczynnik pełnotliwości kadłuba              CB              -                 0,819                        0,869/0,855

Współczynnik pełnotliwości owręża                            CM              -                 0,937                              0,937

Wyporność konstrukcyjna                                                        -              398,034 m3                    416,859/410,143 m3

Powierzchnia zwilżona                                          S              -              524,910 m2                    521,190/512.680 m2

Dane charakterystyczne Zestawu Pchanego (pchacz + barka).

Długość całkowita                                                                      LOA                            -              110,00 m

Długość wodnicy pływania                                                        LWL                            -              108,30 m

Szerokość kadłuba                                                                      B                            -                   9,00 m

Zanurzenie konstrukcyjne                                                        T                            -                   1,00 m

Wyporność konstrukcyjna                                                                                    -                827,002 m3

Powierzchnia zwilżona                                                        S                            -              1033,870 m2

Kształt kadłubów obu wersji pchacza i barki przedstawiono na rysunkach od 1 do 4.

Rys. 1. Linie teoretyczne pchacza P-I.

Rys. 2. Linie teoretyczne pchacza P-I

I.

Rys. 3. Linie teoretyczne barki B-I.

Rys. 4. Linie teoretyczne barki B-II.

2.2. 



Technika i zakres pomiarów.

Modele, bez części wystających, wykonano w skali 1:30. Badania oporu, na wodzie głębokiej i płytkiej, przeprowadzono w basenie holowniczym Katedry Teorii i Projektowania Okrętu Wydziału Oceanotechniki i Okrętownictwa Politechniki Gdańskiej przy pomocy urządzenia grawitacyjnego. W trakcie pomiarów rejestrowano prędkość modelu [m/s] i odpowiadającą mu wartość oporu całkowitego RTM [N]. Nie rejestrowano położenia modelu względem powierzchni wody. Modele pchacza i barki, tworzące zestaw pchany, połączono sztywno bez możliwości wzajemnych obrotów i przemieszczeń.

              Pomiary na wodzie płytkiej wykonano dla trzech wartości względnej głębokości wody h/T = 1,5; 2,0 i 2,5. Zakresy prędkości holowania, w przypadku modeli pchacza i barki wynosiły i dla modelu zestawu pchanego.

2.3.  Metoda ekstrapolacji wyników badań.

Ekstrapolacja wyników badań modelowych na jednostkę rzeczywistą została przeprowadzona metodą Froude’a z zastosowaniem ekstrapolacji trójwymiarowej, w której współczynnik kształtu przyjęto zgodnie z wyrażeniem ITTC – 72. Współczynnik oporu tarcia ekwiwalentnej płyty określono ekstrapolatorem ITTC – 57. Dodatek na chropowatość poszycia obliczona dla standardowej chropowatości poszycia kadłuba .

2.4.  Badania modelowe na wodzie głębokiej.

Badania na wodzie głębokiej h/T = ∞ obejmowały pomiary wielkości oporu całkowitego modeli, w funkcji prędkości holowania, dla obu wersji kształtu kadłuba barki, pchacza i czterech możliwych konfiguracji zestawów pchanych. Celem badań było wybranie, najkorzystniejszej oporowo, wersji pchacza oraz zestawu pchanego do dalszych badań na wodzie o ograniczonej głębokości.

Pomiary wykonano w zakresie względnej prędkości holowania, dla obu modeli  barki i pchacza oraz , dla modeli zestawu pchanego, co odpowiada prędkości statku km/h.

2.3.1. Barka  B-I i B-II.

Wersje kadłuba barek różnią się ukształtowaniem wodnic w części dziobowej. Barka B-I ma wodnice wypukłe, bardziej pełnotliwe (rys. 3), natomiast barka B-II wklęsłe, wyostrzone (rys. 4). Na rys. 5 przedstawiono zmiany prognozowanego oporu całkowitego obu wersji barki. Z przebiegu krzywych oporu wynika, że ukształtowanie części dziobowej barki B-I jest bardziej korzystne w całym zakresie mierzonych prędkości i dla prędkościkm/h ma wielkość oporu całkowitego mniejszą o 12,1%.

Rys. 5. Zmiany prognozowanego oporu całkowitego barki B-I i B-II.

2.3.2. Pchacz  P-I i P-II.

Wersje kadłuba pchacza  P-I i P-II różnią się ukształtowaniem części rufowych (rys. 1 i 2). Pchacz P-I ma wręgi od 0 do 10 w postaci łamanych linii prostych natomiast P-II w postaci płynnych linii krzywych. Zmiana powyższa spowodowała, że pchacz P-II ma mniejsze wartości oporu całkowitego w całym badanym zakresie prędkości – rysunek 6. Dla prędkości km/h zysk na oporze wynosi 7,1%.

Rys. 6. Zmiany prognozowanego oporu całkowitego pchacza P-I i P-II.

2.3.3. Zestawy pchane.

Z dwóch wersji pchacza i barki złożono cztery wersje zestawu pchanego o następujących oznaczeniach:

ZP-I                             -              pchacz              P-I  i barka B-I

ZP-IA                            -              pchacz  P-I  i barka B-II

ZP-II                            -              pchacz  P-II i barka B-I

ZP-IIA                            -              pchacz  P-II i barka B-II

Porównanie prognozowanych wartości oporu całkowitego dla wszystkich powyższych wersji zestawów pchanych przedstawiono na rys. 7.

Z analizy uzyskanych wyników badań wynika, że na wielkość oporu całkowitego zestawu pchanego decydujące wpływ ma ukształtowanie części dziobowej barki. Zestaw pchany ZP-I i ZP-II, złożony z różnych wersji pchacza P-I i P-II i barki B-I, o korzystniejszym kształcie części dziobowej, ma najmniejsze wielkości oporu całkowitego w całym zakresie mierzonych prędkości. Dla prędkości konstrukcyjnej na wodzie głębokiej km/h, zestaw pchany ZP-I i ZP-II ma o 12% mniejszy opór niż ZP-IA i ZP-IIA.

Rys. 7. Zmiany prognozowanego oporu całkowitego zestawu pchanego ZP-I, IA, II i IIA.

2.5.  Badania modelowe na wodzie płytkiej.

Badania modelowe przeprowadzono dla pchacza P-II i zestawu pchanego ZP-II na wodzie płytkiej o względnej głębokości h/T = 1,5; 2,0 i 2,5. Ze względu na niekorzystne zjawiska występujące w czasie badań, takie jak osiadanie i zmiany kąta przegłębienia, zakresy prędkości holowania modeli dobrano w zależności od prędkości krytycznej, liczonej dla danej głębokości wody. Dla rozpatrywanych głębokości wody prędkości krytyczne mają następujące wartości:

Przedziały prędkości holowania modeli, dla każdej głębokości wody, wynosiły odpowiednio: dla pchacza i zestawu pchanego.

Prognozowane wartości oporu całkowitego pchacza P-II, dla wszystkich badanych głębokości łącznie z wodą głęboką h/T = ∞, przedstawiono na rys. 8, natomiast zmiany mocy efektywnej na rys. 9. Analogiczne wielkości dla zestawu pchanego ZP-II ilustrują rys.10 i 11.

Z analizy uzyskanych wyników wynika, że ograniczenie głębokości wody powoduje znaczący wzrost oporu całkowitego i mocy efektywnej. Towarzyszy temu intensyfikacja niekorzystnych zjawisk takich jak osiadanie i przegłębienie statku. Z rys. 9 wynika, że aby osiągnąć prędkość km/h pchacza P-II na wodzie płytkiej, niezbędna jest następująca...