Forma do Casco Sumário - Centro de Engenharia e Tecnologia

Forma do Casco
Manuel Ventura
Projecto de Navios I
Mestrado em Engenharia e Arquitectura Naval
Sumário
1. Introdução
2. Tipos de carenas
3. Criação da forma
•
•
Séries sistemáticas
Modelação geométrica
4. Alteração da forma
•
•
M.Ventura
Alteração do Coeficiente Prismático
Alteração do LCB
Forma do Casco
2
1
Introdução
A forma do casco deve ser um compromisso resultante da
necessidade de satisfazer um conjunto de requisitos:
•
Capacidade
– Volume
– Deslocamento
•
Estabilidade
– Intacta
– Em Avaria
•
Hidrodinâmica
– Velocidade de serviço (carga / lastro)
– Comportamento no mar
– Manobrabilidade
•
•
Funcionalidade
Estéticos
– Forma agradável
M.Ventura
Forma do Casco
3
Classificação das Carenas
Tipo de Sustentação:
• Carenas de Deslocamento
• Carenas Planantes
• Semi-Planantes
• Hidrofoil
Forma do Casco:
• Monocasco
• Multi-casco
– Catamaran
– Trimaran
– SWATH
M.Ventura
Forma do Casco
4
2
Tipos de Sustentação
M.Ventura
Forma do Casco
5
Carenas de Deslocamento (1)
•
Geralmente com o fundo redondo e com uma velocidade máxima de
deslocamento que é determinada pelo comprimento na linha de
água.
•
Quanto maior for o comprimento na linha de água maior é a
velocidade da carena no modo de deslocamento.
Na sua velocidade de deslocamento, a carena mantém-se imersa na
sua totalidade.
•
Comprimento
[ft]
√Comprimento
Vel. Máx.
[nós]
Porta-Contentores
950
30.8
31
Navio Tanque
550
23.5
24
Taça America
75
8.7
9
Tipo de Navio
M.Ventura
Forma do Casco
6
3
Carenas de Deslocamento (2)
Forma Típica de Carena de Deslocamento de Baixa Velocidade
Forma Típica de Carena de Deslocamento de Alta Velocidade (Series 64)
M.Ventura
Forma do Casco
7
Carenas Planantes
• Carenas cuja forma é caracterizada por uma forte
descontinuidade ao longo do fundo, que pode ser ou plano ou
em V.
• A descontinuidade tem a forma de uma aresta bem vincada
(hard chine)
• O objectivo é que a embarcação plane em duas pequenas
áreas e assim a superfície molhada pode ser reduzida em
60% ou mais.
Forma Típica de Carena Planante (Series 62)
M.Ventura
Forma do Casco
8
4
Carenas Planantes com Aresta Dupla
Existem também carenas planantes com duas arestas.
M.Ventura
Forma do Casco
9
Carenas Semi-Planantes
• Algumas carenas de deslocamento quando submetidas a
potências mais elevadas podem adquirir velocidades
superiores à sua velocidade de deslocamento.
• Nestas condições, a proa eleva-se acima da linha de água à
medida que a velocidade aumenta e diz-se que a carena é
semi-planante.
• Existem dois tipos principais:
– Com boca estreita e encolamento circular (Nelson-style)
– Com arestas acentuadas (hard-chine)
M.Ventura
Forma do Casco
10
5
Hydrofoil
• A aplicação de perfis alares sob o casco de modo a obter um
impulso que, a velocidades elevadas permite ao casco elevarse acima da água reduzindo a resistência.
• O primeiro hydrofoil foi projectado pelo italiano Forlanini em
1906.
M.Ventura
Forma do Casco
11
Carenas Multi-Casco
• Catamaran
• Trimaran
• SWATH
M.Ventura
Forma do Casco
12
6
Catamaran
Tipos de Carena:
• Carena em Túnel
• Carenas de Deslocamento
• Carenas Planantes
M.Ventura
Forma do Casco
13
Tipos de Carenas Catamaran
• Carenas em Túnel
–
–
–
–
Força de sustentação (lift)
Alta velocidade
Elevada potência
Mau comportamento em ondas devido ao fundo plano
• Carenas de Deslocamento
–
–
–
–
Impulsão
Superfície molhada, resistência de atrito
Velocidade máxima limitada
Sujeitas a slamming
M.Ventura
Forma do Casco
14
7
Trimaran
Ferry Trimaran “Benchijigua Express” construído pelo estaleiro Austal (Austrália)
em 2005.
M.Ventura
Forma do Casco
15
Trimaran
Veleiro Trimaran
M.Ventura
Forma do Casco
16
8
EarthRace
Hull:
Wavepiercing Trimaran
Length: 24m (78ft)
Beam:
8m (24ft)
Draft:
1.3m (4ft)
Range: 3000nm (6000km)
Maximum speed: 45 knots (90km/h)*
Fuel:
B100 Biodiesel (100%)
Fuel Capacity: 10,000 liters (2500 gallons)
Displacement: 10 ton
Construction: Carbon , Kevlar composites
Crew:
4
Beds:
8
Engines: 2 x 350kW (540 hp) Cummins
Mercruiser
Gearboxes: ZF 305A (single speed)
Air intakes: top of wings to remain above
waves while piercing
Windscreen: 17mm laminated toughened glass
M.Ventura
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17
Pentamaran
M.Ventura
Forma do Casco
18
9
Evolução do Pentamaran
•
Patenteado em Setembro de 1996 - Patente expira em Septembro
de 2016
•
Desenvolvimento e ensaios em tanque ADX 1996-1998
•
11 artigos técnicos publicados de 1997 a 2003
•
MARAD (USA) Sealift Desenvolvimento e ensaios em tanque 1998
•
Navio sealift rápido DER em 1998
•
Projecto “ADX Express” 1999-2000 Fast Transatlantic container
service
•
IZAR assina licença em Septembro 2001 – licença exclusiva para
Ro-Ro e Ro-Pax na Europa
•
2003 primeiro contracto de navio na IZAR com Buquebus –
construção iniciada em 2004
•
July 2003 conceito da fragata F5
•
September 2003 IZAR renova licença
M.Ventura
Forma do Casco
19
SWATH
• Small Waterplane Area Twin Hull
M.Ventura
Forma do Casco
20
10
Hovercraft
• Designação comercial patenteada em 1955
• O primeiro hovercraft for construído por Sir Christopher
Cockrell em 1959
M.Ventura
http://www.hovercraft-museum.org
Forma do Casco
21
Surface Effect Ship (SES)
• Conceito de casco que tem simultaneamente uma almofada de
ar, como um hovercraft, e um casco duplo, como um
catamaran
•
•
A marinha dos EUA
iniciou testes com
modelos em 1961
No anos 60 foram
construídos dois
protótipos com cerca de
100 t de deslocamento,
designados por SES 100A/B que atingiram
velocidades entre os 60’
e os 100’
SES 100-B
• Actualmente, alguns navios SES são usados em pequenos ferries
M.Ventura
Forma
do Casco
e em aplicações militares
(caça-minas
e patrulhas rápidos) 22
11
Skjold SES
• Navio patrulha rápido
construído em 1997, no
estaleiro Umoe Mandal, para a
Marinha Norueguesa
• Propulsão por duas turbinas a
gás, 2 x 8160 Hp accionando
dois waterjets
• A almofada de ar é
pressurizada por ventiladores
accionados por dois motores
Diesel 2 x 735 KW
• Atinge a velocidade de 47´
com estado de mar Beaufort
3 e 55’ em águas tranquilas
M.Ventura
www.knmskjold.org
Forma do Casco
23
Air-Lubricated Ship (ALS)
Conceito patenteado por Donald E. Burg (2005)
Air Lubricated Lifting Body Ship
• A lifting body ship that has a blower pressurized air layer
disposed in the underside of its lifting body such that the
air layer reduces wetted area friction and hence the
propulsive power required is greatly reduced.
• Further, a water propulsor is supplied that takes in water
through transversely oriented water inlets in the top of the
lifting body to thereby reduce turbulence and its associated
drag that would normally occur over the top of the lifting
body.
M.Ventura
US PatentForma
No. 6899045
- 2005-05-31
do Casco
24
12
Casco SWEEP (1)
• Don Burg inventou um novo conceito
de forma de casco denominado
SWEEP (Ship with Wave Energy
Engulfing Propulsors)
• Combina as vantagens da proa com
bolbo com as de um navio ALS (AirLubricated Ship)
• Reduz a resistência de onda de
cascos de deslocamento
M.Ventura
The
Architect, February 2006
FormaNaval
do Casco
25
Casco SWEEP (2)
M.Ventura
Forma do Casco
26
13
Criação da Forma do Casco
Criação da Forma da Carena
Métodos de criação da forma da carena:
• Séries Sistemáticas
• Criação directa a partir das curvas principais
• Alteração de carena semelhante já existente
M.Ventura
Forma do Casco
28
14
Séries Sistemáticas (1)
• Série de Taylor, 1933
– Carena base do cruzador britânico “LEVIATHAN”, 1900
– Forma original com esporão, popa de cruzador e 2 hélices
• SSPA (Swedish State Shipbuilding Experimental Tank)
– Navios de linha de alta velocidade, 2 hélices (1951)
– Navios de carga rápidos, 1 hélice (1948/1950)
– Navios tanques
• Cb = 0.725 ~ 0.80
• B/T= 2.30 ~ 2.50
• L/B= 7.20 ~ 8.10
– Navios de carga, 1 hélice
• Cb = 0.525 ~ 0.750
M.Ventura
Forma do Casco
29
Séries Sistemáticas (2)
•
Séries 60, DTMB, 1953
–
Testados 62 modelos
–
Encolamento circular, sem pé-de-caverna
–
Carenas sem bolbo, forma de U
–
Cb = 0.60-0.65-0.70-0.75-0.80
–
B/T = 2.50 ~ 3.50
–
L/B = 5.50 ~ 8.50
–
8 L.A. (0, 0.075, 0.25, 0.50, 0.75, 1.00, 1.25 e 1.50 T)
–
25 Secções (numeradas de vante para ré):
• AR: 20, 19.5, 19, 18.5, 17, 16, 15, 14, 13, 12, 11
• AV: 10,9,8,7,6,5,4,3,2,1,0.5,0
–
Contornos AR e AV (7 L.A- no plano de mediania)
–
Raios de concordância das LA, AV
M.Ventura
Forma do Casco
30
15
Séries Sistemáticas (3)
• BSRA (British Ship Research Association)
– Carenas com/sem bolbo e com pé-de-caverna
– Original 1961:
• Cb = 0.65 ~ 0.80
• B/T= 2.10 ~ 3.45
• L/B= 7.27
– Ampliada em 1965:
• Cb = 0.65 ~ 0.85
• B/T= 2.10 ~ 3.20
• L/B= 5.80 ~ 8.40
M.Ventura
Forma do Casco
31
Séries Sistemáticas (4)
• Séries 62 (Séries de Clemens), DTMB, 1963
– Carenas planantes
– Pé-de-caverna constante (12.5°)
• Séries 64, DTMB, 1965
– L/B = 8.45
• Ship Research Institute of Japan, 1966
– Cb = 0.80 ~ 0.82
– B/T = 2.60 ~ 3.06
– L/B = 5.50 ~ 6.70
M.Ventura
Forma do Casco
32
16
Séries Sistemáticas (5)
• FDS (Forschungszentrum des Deutschen Schiffbau), 1968
– Cb = 0.85
– B/T = 2.70
– L/B = 6.60
• NSMB (Netherlands Ship Model Basin), 1970
– Cb = 0.80 ~ 0.85
– B/T = 2.65
– L/B = 6.50
• HSDHF (High-Speed Displacement Hull Forms), 1984
– Projecto patrocinado pelas Royal Netherlands Navy, United
States Navy, Royal Australian Navy e MARIN
– 40 modelos testados
– Resultados nunca publicados
M.Ventura
Forma do Casco
33
Séries Sistemáticas (6)
• NPL Series, 1976 (National Physical Laboratory)
–
–
–
–
–
Carenas de deslocamento, com encolamento circular
L/B = 3.33 ~ 7.50
Popa em painel
Secções à proa com flare junto da linha de água de projecto
Navios de alta velocidade
• NPL Alongada
– 10 carenas com Cb = 0.397
– Aplicações a catamarans
• USCG Systematic Series of High Speed Planing Hulls
– Dina H. Kowalyshyn and Bryson Metcalf (2006), SNAME
Transactions, pp.268-309.
M.Ventura
Forma do Casco
34
17
Séries Sistemáticas (7)
• MARAD Systematic Series of Full-Form Ship Models, 1987
–
–
–
–
–
Baixo valor de L/B
Elevado valor de B/T
Cb = 0.80 ~ 0.875
B/T = 3.00 ~ 4.75
L/B = 4.50 ~ 6.50
• AMECRC (Autralian Maritime Engineering Cooperative
Research Centre), 1998
–
–
–
–
–
Baseado no HSDHF
Cb = 0.395 ~ 0.5
L/B = 6.0 ~ 8.0
B/T = 2.5 ~ 4.0
Utilizada em multi-cascos
M.Ventura
Forma do Casco
35
Séries Sistemáticas - Veleiros
•
Delft Systematic Series, Modern Yacht Conference (1998) or
Chesapeake Symposium (1999) ????
M.Ventura
Forma do Casco
36
18
Exemplo: Séries de Taylor
idetaylo
Dimensions in M ?
LPP
B
T
DISV ?
90, 18.5, 6.5, 6500
AreaF, M2
LCB, M
4.8, 0.1
M.Ventura
Forma do Casco
37
Exemplo: Séries 60
ideser60
Dimensions in M ?
LPP
B
T
DISV ?
90, 20, 6.5, 6800
Area, M2
LCB, M
1.5, -0.5
M.Ventura
Forma do Casco
38
19
Exemplo: Séries BSRA (1)
idebsra
chose without bulb, 0 or with bulb, 1
Dimensions in M ?
LPP
B
T
DISV ?
120,
22.0, 7.0,
12500
Standard areas of sections at FWD and AFT and LCB
With bulb: AreaF= 9.90 M2 AreaR=1.70 M2 LCB, M=0.034
AF, M2 AA, M2 LCB, M ?
10.0, 1.80, .05
M.Ventura
Forma do Casco
39
Exemplo: Séries BSRA (2)
M.Ventura
Forma do Casco
40
20
Exemplo: Séries Taylor (1)
idetaylo
Dimensions in M ?
LPP
B
T
DISV
160, 24, 7.5, 22500
Standard areas of sections FWD and AFT PP and LCB(M)
AreaF, M2
LCB, M
7.164
0.022
7.2, 0.05
M.Ventura
Forma do Casco
41
Exemplo: Séries Taylor (2)
M.Ventura
Forma do Casco
42
21
Criação Directa da Forma da Carena
Manuel Ventura
Projecto de Navios II
Mestrado em Engenharia e Arquitectura Naval
Dados para Desenvolvimento da Forma do
Casco
•
•
•
•
A forma da carena é definida a partir de um conjunto de
parâmetros e de um conjunto de curvas principais
Os parâmetros são as dimensões principais e algumas
características hidrostáticas (Ex.: ∆, Lcb, coeficientes de finura,
etc.)
As dimensões principais são:
– Comprimento entre perpendiculares (Lpp)
– Boca, na ossada (B)
– Pontal (D)
– Imersão de projecto (T)
Os coeficientes de finura são:
– Coeficiente de Finura Total
(CB)
– Coeficiente Prismático
(CP)
– Coeficiente de Casa Mestra
(CM)
– Coeficiente da Figura de Flutuação (CWP)
M.Ventura
Forma do Casco
44
22
Coeficiente de Casa Mestra (CM)
Secções mestras típicas e valores do CM respectivos
M.Ventura
Forma do Casco
45
Curvas Principais
• Secção Mestra
• Curva de Áreas (SAC)
• Linha de Água Carregada (LWL)
• Linha do Convés à borda (DKL)
• Linha de Tangência do Fundo (FOB)
• Linha de Tangência do Costado (FOS)
• Perfil
M.Ventura
Forma do Casco
46
23
Secção Mestra
R = 2.33 ⋅ (1 − C M ) ⋅ B ⋅ T
R=
K=
M.Ventura
B ⋅ T ⋅ (1 − CM ) − 0.5h ⋅ ( B − 2b )
K
4 ⋅ ( B − 2b )
h2
2
− 1.5711
Forma do Casco
47
Curva de Áreas (1)
• L1 – corpo de entrada
• Lx – corpo cilíndrico
• L2 – corpo de saída
M.Ventura
• Am – área da secção
mestra
Forma do Casco
48
24
Curva de Áreas (2)
Extensão do Corpo Cilíndrico (Lx)
Cb ≥ 0.80
0.30 Lpp ≤ Lx ≤ 0.35 Lpp
0.70 ≤ Cb < 0.80
0.15 Lpp ≤ Lx ≤ 0.20 Lpp
Cb < 0.70
0
L = L1 + LX + L2
L.CP = L.Cp1 + LX + L2.Cp2
Critério de Baker (Hidrodinâmica)
L2 = 4.08 B ⋅ T ⋅ C M
M.Ventura
Forma do Casco
49
Curva de Áreas (3)
Navios de Forma Cheias
0.75 L2 ≤ L1 ≤ 0.95 L2
( )
δ L B = 0.1 ⇒ 1% δ LX
M.Ventura
p/ (L/B) = 7
p/ (L/B) < 7
Forma do Casco
50
25
Linha de Água Carregada (1)
• Linha 2D (curva plana)
• Influência na
– Equilíbrio hidrostático (posição do centro de flutuação)
– Estabilidade intacta (raios metacêntricos transversal e
longitudinal)
– Resistência hidrodinâmica
M.Ventura
Forma do Casco
51
Linha de Água Carregada (2)
• Valores do semi-ângulo de entrada (P2) recomendados em
função do Coeficiente Prismático (CP):
Cp
0.55
0.60
0.65
0.70
0.75
0.80
0.85
P2
8°
9°
9-10°
10-14°
21-33°
33°
37°
Os valores indicados devem ser multiplicados pelo factor
M.Ventura
Forma do Casco
7
(L B )
52
26
Linha do Convés à Borda
• Linha 3D resultante da intersecção do convés com o costado
• Influenciada pela necessidade de área útil no convés
M.Ventura
Forma do Casco
53
Perfil
•
•
Linha plana, resultante da intersecção do casco com o plano de
mediania
Constituída por 4 segmentos distintos
–
–
–
–
Linha do fundo (keel line)
Contorno de proa (stem contour)
Contorno de popa (stern contour)
Linha do tosado (sheer line)
M.Ventura
Forma do Casco
54
27
Plano Vertical e Contornos de Proa e Popa
M.Ventura
Forma do Casco
55
Contorno de Popa
• A figura representa algumas das evoluções das linhas da
popa, desde a popa em colher (1) à popa em painel (2).
• A forma do contorno tem
evoluído desde as soluções
com cadaste (stern post)
até ao bolbo de popa que
se encontra em muitos
navio recentes.
• Em navios com propulsão
POD a forma da popa
torna-se bastante mais
simplificada
M.Ventura
Forma do Casco
56
28
Influência dos Sistemas de Propulsão e
Manobra na Forma da Popa
•
Alguns parâmetros relacionados com o Sistema de Propulsão:
– Tipo de propulsor (Hélice, POD)
– Número de propulsores
– Existência de tubeira
– Cota vertical do veio propulsor
– Diâmetro do hélice
– Tolerâncias da clara do hélice
– Diâmetro do veio propulsor
– Diâmetro da manga do veio
•
Alguns parâmetros relacionados com o Sistema de Manobra:
– Tipo de porta do leme
– Dimensões da porta do leme
– Posição da porta do leme (distância ao hélice)
M.Ventura
Forma do Casco
57
Tolerâncias na Clara do Hélice (1)
Det Norske Veritas
a ≥ 0 .2 ⋅ R
[m]
b ≥ (0.7 − 0.04 ⋅ Z p )⋅ R
c ≥ (0.48 − 0.02 ⋅ Z p )⋅ R
e ≥ 0.07 ⋅ R
[m]
[m]
[m]
em que:
R : raio do hélice [m]
Zp: número de pás
M.Ventura
Forma do Casco
58
29
Tolerâncias na Clara do Hélice (2)
Lloyds Register of Shipping
No. de Pás
a
b
c
3
0.12 D
1.800 KD
1.20 KD
4
0.12 D
1.500 KD
1.00 KD
5
0.12 D
1.275 KD
0.85 KD
6
0.12 D
1.125 KD
0.75 KD
tR
0.15 D
0.10 D
Valor min.
em que:
M.Ventura
tR = espessura do leme, medido a 0.7R
acima do eixo do veio [m]
P = potência SHP [kW]
L ⎞ ⎛ 3.48 ⋅ Cb ⋅ P
⎞
⎛
+ 0.3 ⎟
K = ⎜ 0.1 +
R = raio do hélice [m]
⎟⎜
3
3050
L
⎝
⎠⎝
⎠
D = diâmetro do hélice [m]
Cb =diâmetro do hélice [m]
L = comprimento do navio, das regras [m]
Forma do Casco
59
Tolerâncias na Clara do Hélice (3)
Germanischer Lloyd
M.Ventura
Forma do Casco
60
30
Popa
Clara do hélice
Popa Redonda
M.Ventura
Forma do Casco
61
Painel de Popa
M.Ventura
Forma do Casco
62
31
Painel de Popa
M.Ventura
Forma do Casco
63
Roda de Proa
M.Ventura
Forma do Casco
64
32
Proa
M.Ventura
Forma do Casco
65
Arestas (1)
Utilizam-se arestas para obter algumas
características requeridas, como o aumento
da boca no convés, sem criar mais zonas de
dupla curvatura ou de curvatura muito
acentuada.
M.Ventura
Forma do Casco
66
33
Arestas (2)
• As aresta aplicam-se
geralmente em zonas
acima da linha de água,
sem impacto no
desempenho
hidrodinâmico
• No entanto, são usadas
algumas vezes em
regiões da carena,
como na transição do
bolbo para o casco (em
bolbos de adição)
M.Ventura
Forma do Casco
67
Knuckles
• Kunckles can be created to:
– Enable a high angle of flare to be used in the lower part of the
sections, without this carrying on become too extreme in the
upper part
– Avoid the end of forecastle deck projecting in a way that might
cause contact with dockwise cranes or similar
– Improve seakeeping (although there is disagreement over this)
by the detachment of waves from the shell
– Reduce shipbuilding cost by increasing the number of plates
that do not need to be rolled in two directions.
• For economy in fabrication, knuckles are generally best
positioned a short distance above a deck.
M.Ventura
Forma do Casco
68
34
Proa Elíptica (1)
Características:
• Sem bolbo
• Máxima producibilidade
• Secções de paredes verticais
• Raio do encolamento pequeno
• Linhas de água entre o encolamento e a aresta com
extremidades elípticas na roda de proa
• Transição fundo/proa com forma de quarto de circunferência
M.Ventura
Forma do Casco
69
Proa Elíptica (2)
Produção:
• Zona de dupla curvatura muito reduzida
• Estrutura das balizas muito simplificada
M.Ventura
Forma do Casco
70
35
Proa Cónica (1)
Características:
• Bolbo com forma de uma seção cónica de grandes dimensões
coberta por uma zona semi-esférica, prolongando-se para
vante da roda de proa
• Bolbo com boas características hidrodinâmicas reduzindo
significativamente o perfil da onda criada pelo navio
M.Ventura
Forma do Casco
71
Proa Cónica (2)
Produção:
• Aumento de 175% chapas com dupla curvatura no corpo de
vante por comparação com a proa elíptica
• Estrutura transversal complexa
• Aumento do custo de cerca de 21% em relação à proa elíptica
M.Ventura
Forma do Casco
72
36
Proa em Colher (1)
Características:
• Proa sem bolbo
• Semelhante à proa elíptica mas modificada para melhorar o
escoamento
• Raio do encolamento aumentando para vante
• Perfil mais suave
• Transição fundo/proa de forma elíptica de grandes dimensões
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Forma do Casco
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Proa em Colher (2)
Produção:
• Aumento de 142% chapas com dupla curvatura no corpo de
vante por comparação com a proa elíptica
• Estrutura transversal mais complexa
• Aumento do custo de cerca de 12.5% em relação à proa
elíptica
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37
Proa c/ Bolbo Simplificado p/ Produção (1)
Características:
• Bolbo com forma simplificada para a produção
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Proa c/ Bolbo Simplificado p/ Produção (2)
Produção:
• Aumento de 112% chapas com dupla curvatura no corpo de vante
por comparação com a proa elíptica
• Redução de 30% em comparação com a proa de colher
• Redução de 63% em comparação com a proa cónica
• Estrutura transversal relativamente simples
• Aumento do custo de cerca de 14.1% em relação à proa elíptica
• Aumento do custo de cerca de 7.1% em relação à proa cónica
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38
Criação Directa do Plano Geométrico
Fases principais:
• Traçar a linha de água carregada
• Desenhar a secção mestra e três secções a vante e três
secções a ré de modo a obter para cada uma a área definida
na curva de áreas
• Criar duas linhas de água a partir das secções existentes e
desempolar as linhas obtidas
• Proceder a modificações sucessivas das secções iniciais até
obter linhas desempoladas de modo satisfatório
• Desenhar uma secção longitudinal e desempolar a linha
fazendo em seguida as correcções requeridas
• Continuar a criar secções e linhas de água pelo processo
descrito…
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Criação do Convés e Pavimentos
• Para criar o convés há que definir primeiro dois tipos de
linhas:
– Linha do tosado (sheer line)
– Linha(s) da flecha do vau (camber line)
• Em geral, outros pavimentos que não o convés principal têm
forma mais simples, porque a linhas são rectas (sem tosado e
sem flecha) e a forma resulta portanto da intersecção de um
plano de nível com o costado
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Forma do Casco
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39
Linha do Tosado
Linha de tosado
normal, de acordo
com a definição da
Convenção
Internacional das
Linhas de Carga
Linha de tosado
poligonal, utilizada
na maioria dos navios
mercantes actuais
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Linha da Flecha do Vau
Linha de flecha parabólica
Linha de flecha poligonal
O valor da flecha máxima no plano de mediania é definido
geralmente em função do valor da boca do navio. Exemplo:
f = B/50
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40
Geração da Superfície do Convés
Sweep 1 Rail (1 section)
Trim
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Linha do Convés à Borda
Curve From Objects/ Intersection
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Forma do Casco
82
41
Aberturas no Costado
•
•
As pequenas aberturas, tais como as caixas de mar, não têm
impacto no Plano Geométrico
As aberturas de grandes dimensões devem ser posicionadas
e orientadas no Plano Geométrico
–
–
Túneis de impulsores
Intersecção dos escovéns com o casco
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Túnel do Impulsor (1)
• O túnel do impulsor deve estar
localizado o mais a vante possível
para maximizar o momento, e o
mais abaixo possível
• O topo do túnel deve estar pelo
menos um diametro abaixo da
linha de água
• A linha de eixo do cilindro
deve ser normal ao plano de
mediania
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Forma do Casco
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42
Túnel do Impulsor (2)
A intersecção do túnel com o
costado pode ser chanfrada ou
ter concordância circular
Próximo da intersecção com o
costado o túnel passa de
cilíndrico a cónico para
melhorar o escoamento e
diminuir a influência negativa
na resistência ao avanço.
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Forma do Casco
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Túnel do Impulsor (3)
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•
Geralmente as aberturas são
protegidas por grelhas
•
As grelha devem ser fabricadas
com barras com arestas
boleadas, igualmente espaçadas
•
As barras devem ser alinhadas
paralelamente à direcção
predominante do fluxo de água.
Forma do Casco
86
43
Escovéns (Hawse pipes)
A orientação do escovem
e a forma da abertura no
costado são condicionadas
essencialmente pela
necessidade de facilitar
os movimentos de
entrada/saída do ferro.
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Forma do Casco
87
Bibliografia (1)
•
Abt, C., Bade, S., Birk, L. E Harries, S. (2001), “Parametric Hull
Form Design – A Step Towards one Week Ship Design”, Proceedings
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Bryant, Dennis M. (2009), "Small Craft Hull Form Surface
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M.Ventura
Forma do Casco
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Bibliografia (2)
•
Celniker, George and Welch, Will (1992), “Linear Constraints for
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3D Graphics, pp.165-170, Cambridge. (CD-ROM#34)
•
Gerritsma, J. ; Kerwin, J. E. and Newman, J. N. (1962), "Polynomial
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•
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•
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M.Ventura
Forma do Casco
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Bibliografia (4)
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Holtrop, J. (1984), "A Statistical Re-Analysis of Resistance and
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9 Narli, E. e Sarioz, K. (2004), "The Automated Fairing of Ship Hull
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Engineering and Environmenta Science", No.28, pp.157-166. (CDArchive#2)
9 Todd, F.H. (1963), “Series 60 - Methodical Experiments with
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Research and Development Report No.1712. (CD-ROM#44)
9 Westgaard, G. and Nowacki, H. (2001), “Construction of Fair
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Information Science in Engineering, Vol.3, 2001. (CD-ROM#41)
M.Ventura
Forma do Casco
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Formas de Carena Simplificadas Definidas
Matematicamente
47
Forma de Casco de Wigley
• Forma de casco simplificada, definida de modo puramente
matemático (Wigley, 1934)
• Usada em estudos de hidrodinâmica e em processos de
optimização
2
2
B ⎧⎪ ⎛ 2 x ⎞ ⎫⎪ ⎧⎪ ⎛ z ⎞ ⎫⎪
y ( x, z ) = ⎨1 − ⎜
1
−
⎟ ⎬⎨ ⎜ ⎟ ⎬
2 ⎩⎪ ⎝ L ⎠ ⎭⎪ ⎩⎪ ⎝ T ⎠ ⎭⎪
x – distância do meio-navio (positiva pra AV)
y – semi-boca no ponto (x,z)
z – distância medida da linha base (positiva na direcção da quilha)
Wigley, W.C.S. (1934), "A Comparison of Experiment and Calculated Wave
Profiles and Wave Resistance for a Form Having Parabolic Waterlines",
Proceedings of Royal Society, Series A.
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Carena de Wigley
Carena com simetria AV/AR e com
linhas de água parabólicas.
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Forma do Casco
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48