Contribuţia la studiul curgerii în jurul corpului navei echipate cu elice şi cârmă

Abstract

La nivelul anului 2012, studiul curgerii în jurul corpului navei echipate cu elice şi cârmă este un subiect de actualitate, în lumea hidrodinamicii navale. Transportul pe apă este un domeniu în expansiune–motiv care impune investigarea avansată a tuturor fenomenelor ce iau naştere şi se dezvoltă în jurul configuraţiei corp–elice–cârmă, atunci când nava urmează un drum drept sau efectuează o mişcare de manevră. Direcţie principală de analiză a curgerii în jurul navei echipate cu elice şi cârmă, studiul proceselor turbulente care însoţesc mişcarea fluidului în zona pupa este, în aceste condiţii, un subiect de actualitate în mediul ştiinţific internaţional. Rigiditatea crescută a regulilor International Maritime Organization (IMO, abreviere în engleză), în materie de siguranţă pe mare şi de protejare a mediului marin, impune abordarea scrupuloasă a acestei direcţii de cercetare. Astfel, o serie de concepte precum ”safety at sea” sau „environmentally friendly ships” sunt transformate în adevărate motoare ale progresului pentru hidrodinamica navală contemporană. Viteza şi rezistenţa la înaintare, siajul, sucţiunea şi împingerea, puterea şi consumul motorului, forţele şi momentele pe corpul navei sunt mărimi care depind de hidrodinamica curgerii turbulente din jurul carenei echipate cu elice, cârmă sau diverşi apendici, de formele navei, precum şi de fizica fenomenelor ce iau naştere la interacţiunea corp–elice–cârmă. Nevoia de a pătrunde esenţa hidrodinamică a acestor fenomene în sensul îmbunătăţirii performanţelor hidrodinamice ale unei carene date a fost şi este una dintre provocările, la care, colective de cercetare de renume mondial încearcă să răspundă de mai bine de un secol. Trebuie menţionat, în acest context, primul bazin de încercări experimentale construit de Froude, în anul 1871, în curtea casei sale de lângă Torquay. Acesta fost primul pas făcut în sensul investigării experimentale a câmpului de curgere din jurul carenei navale, precum şi în direcţia determinării, prin măsurători la scară, a mărimilor care definesc performanţele hidrodinamice ale acesteia. Deşi extrem de eficiente, metodologiile de tip Experimental Fluid Dynamics (EFD, abreviere în engleză) sunt mari consumatoare de timp şi bani fapt care justifică implementarea hidrodinamicii numerice în direcţia soluţionării problemelor de hidrodinamică navală. Această tehnică este cunoscută, pe plan mondial, sub denumirea de Computational Fluid Dynamics (CFD, abreviere în engleză). Această “a treia dimensiune” (Anderson, 1995) a dinamicii fluidelor este folosită, în condiţiile prezentei cercetări, pentru a realiza studiul curgerii în jurul corpului navei echipate cu elice şi cârmă. Pe fondul investigării numerice a câmpului de viteze şi presiuni, este considerată validarea metodologiilor de tip CFD utilizate, o alternativă computaţională a testelor experimentale de rezistenţă la înaintare şi propulsie, precum şi a testelor statice de manevrabilitate cu mecanismul de mişcări plane (PMM, abreviere în engleză) fiind, de asemenea, prezentată.