Αρχικός στόχος αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι η επέκταση του «αρχείου» για την πρόλεξη της
αντίστασης κυματισμού, που εμφανίζουν μοντέλα της συστηματικής σειράς 60 όταν κινούνται σε αδιατάρακτη ελεύθερη επιφάνεια χωρίς αρχική διαγωγή. Για την επίτευξη αυτού του στόχου έγινε
χρήση του προγράμματος panelw.f, το οποίο έχει αναπτυχθεί στο Εργαστήριο Ναυτικής και Θαλάσσιας Υδροδυναμικής του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου(ΕΜΠ) από τον Καθηγητή Γεώργιο Τζαμπίρα
και ενσωματώνει τη θεωρία δυναμικού, η οποία δίνει ικανοποιητικά αποτελέσματα για την αντίσταση κυματισμού.Η παραπάνω θεωρία βασίζεται σε ορισμένες παραδοχές. Το ρευστό θεωρείται μη -συνεκτικό και ασυμπίεστο και το πεδίο ροής αστρόβιλο, προκειμένου να γίνει δυνατή η επίλυση του συστήματος εξισώσεων Navier–Stokes που χαρακτηρίζει τη ροή γύρω από τη γάστρα του πλοίου.
Η μέθοδος αυτή, όμως, προϋποθέτει την εξ’αρχής γνώση της μορφής της ελεύθερης επιφάνειας, κάτι που δεν ισχύει για τις περιπτώσεις που μελετούνται. Κάνοντας, όμως,χρήση μιας επαναληπτικής διαδικασίας γίνεται δυνατός ο υπολογισμός της ελεύθερης επιφάνειας με ικανοποιητική ακρίβεια,εκτός
βέβαια από την περιοχή του ομόρρου για την οποία δεν ισχύουν οι παραδοχές που αναφέρθηκαν στην αρχή.Η ελεύθερη επιφάνεια, όπως και η βυθισμένη επιφάνεια της γάστρας αναπαριστώνται με τη βοήθεια κάποιων τετράπλευρων στοιχείων που καλούνται panels. Σε κάποιο ενδιάμεσο βήμα της διαδικασίας η ελεύθερη επιφάνεια θεωρείται γνωστή και επιβάλλεται η κινηματική οριακή συνθήκη θεωρώντας την ένταση της πηγής σε κάθε στοιχείο σταθερή και επιλύεται το ευθύ πρόβλημα της
θεωρίας δυναμικού. Σε κάθε ενδιάμεσο βήμα η δυναμική οριακή συνθήκη δεν ικανοποιείται, δηλαδή η πίεση που υπολογίζεται δεν είναι ίση με την πραγματική (στατική = 0 + υδροστατική = ρgz). Η διαφορά τους εισάγεται σαν όρος πηγής στην ατριβή εξίσωση μεταφοράς για την κατακόρυφη συνιστώσα
uz*. Με τη διορθωμένη κατακόρυφη συνιστώσα επαναπροσδιορίζεται η ελεύθερη επιφάνεια σε δύο βήματα.Για τη νέα ελεύθερη επιφάνεια επιλύεται ξανά το ευθύ πρόβλημα της θεωρίας δυναμικού. Η σύγκλιση της μεθόδου επιτυγχάνεται με την ταυτόχρονη ικανοποίηση της κινηματικής και της δυναμικής
οριακής συνθήκης.Στη συνέχεια με ολοκλήρωση της πίεσης σε κάθε στοιχείο της γάστρας υπολογίζεται η αντίσταση πίεσης που θεωρείται εδώ ίσημε την αντίσταση κυματισμού, λόγω των παραδοχών της θεωρίας δυναμικού για αστρόβιλο και ατριβές πεδίο. Για την παραγωγή των panels γίνεται υποδιαίρεση της γάστρας σε 5 περιοχές. Κάθε περιοχή αποτελείται από διδιάστατες εγκάρσιες τομές που περιγράφονται αναλυτικά από το σύμμορφο μετασχηματισμό.Δεύτερος στόχος της εργασίας αυτής είναι να διαπιστώσει τα οφέλη που παρουσιάζει ο βολβός, όταν αυτός εισάγεται στα πλοία της γεωμετρίας της σειράς 60, συγκρίνοντας την αντίσταση που υπολογίζεται,με το αντίστοιχο μοντέλο χωρίς βολβό. Οι βολβοί επιλέχθηκαν με βάση τις σχεδιαστικές οδηγίες του A.M. Kracht ως οι βέλτιστοι. Για τον υπολογισμό της αντίστασης πλοίου με βολβό έγινε πάλι χρήση του υπολογιστικού προγράμματος
panelw.f που αναφέρθηκε παραπάνω. Η γεωμετρία των πλοίων σειράς 60 τροποποιήθηκε έτσι ώστε να ενσωματωθεί ομαλά ο βολβός. Η τελευταία ενέργεια υλοποιείται από το πρόγραμμα adbulb.exe, που
έχει αναπτυχθεί στο Εργαστήριο Ναυτικής και Θαλάσσιας Υδροδυναμικής και η λειτουργία του περιγράφεται παρακάτω. Στη συνέχεια τα τετράπλευρα στοιχεία κατασκευάστηκαν για τη νέα γεωμετρία της γάστρας όπως και για την ελεύθερη επιφάνεια,με χρήση του σύμμορφου μετασχηματισμού.Για όλες τις καταστάσεις που εξετάστηκαν, δηλαδή, για λεπτόγραμμα πλοία με μεγάλες ταχύτητες και για πιο «γεμάτες» γεωμετρίες με μικρές ταχύτητες διαπιστώθηκε μείωση της αντίστασης με τη χρήση βέλτιστου βολβού, κάτι που ήταν και αρχικά αναμενόμενο.Ως τελικό στόχο
η εργασία αυτή έχει την επαλήθευση ή απόρριψη των προβλέψεων του A. M. Kracht σχετικά με την επίδραση των γεωμετρικών χαρακτηριστικών του βολβού στην αντίσταση κυματισμού με χρήση
της θεωρίας δυναμικού . Εξυπηρετώντας αυτό το σκοπό , 4 ακόμα βολβοί για κάθε γεωμετρία επιλέχθηκαν, δηλαδή 12 στο σύνολο,και αφού υπολογίστηκαν οι επί μέρους αντιστάσεις τους, έγινε σύγκριση με αυτές των βέλτιστώντους γεωμετριών. Παρατηρήθηκε απόκλιση των προβλέψεων του
Kracht,από τα αποτελέσματα αυτής της εργασίας και η απόκλιση αυτή δικαιολογείται εν μέρει από την μη πληρότητα των διαγραμμάτων που χρησιμοποίησε ο Kracht
(EL)
By solving the potential theory, numerical experiments were conducted for ship models without and with a bulbous bow. The program used which implemented the potential solver is panelw.f and is developed by Professor Mr. Georgios Tzabiras. The results are evaluated and a conclusion about the benefits of the use of the bulb is drawn. Also, more numerical experiments were conducted for bulbs with different geometrical properties.
(EN)
National Technical University of Athens
