CONVEGNO NAVI ED AMBIENTE CONTRIBUTO TEORICO- SPERIMENTALE ALLA TRANQUILLITÀ A BORDO DI NAVI MEDIO-PICCOLE Gaetano Messina C.N.R. - Istituto di Scienze del Mare, Sezione Pesca Marittima, Ancona
CONSIDERAZIONI GENERALI - flotta peschereccia italiana: età media elevata - esigenza di ammodernamento della flotta - proposta di un modello di peschereccio: economicamente valido, con elevate caratteristiche di marinità e di sicurezza operativa. - soluzioni tecniche per la sicurezza della nave: come mezzo nautico, come ambiente di lavoro.
Si sono svolti, su alcuni pescherecci commerciali mediterranei, calcoli e indagini sperimentali riguardanti: - la stabilità statica e dinamica - la tenuta del mare (seakeeping( seakeeping), Infine si sono individuati i parametri geometrici della nave che influenzano principalmente questi due aspetti.
CONSIDERAZIONI SULLA STABILITA Condizioni considerate: - nave in acqua tranquilla - nave con cresta d onda in mezzeria - nave con cavo d onda in mezzeria Si sono calcolati i valori delle aree (m*rad( m*rad) sottese dalle curve dei bracci di stabilità in funzione degli angoli d inclinazione. d
Graduatoria di merito per i tre casi di mare nave Mare calmo Graduat. Cavo in mezz. Graduat. Cresta in mezz. Graduat. Graduat. Compl. Graduat. Ordinale A...7.09.0.. 7 B.0.80.9.09 9. 7.7 C.0.7..... D..7.8.7.09..8 E.0...0.09.7.9 8 F.89..8.7.99.. G..90 9.9. H.0.08.99 9 I..0. 7.9.99 7..
Caratteristiche ottimali dello scafo per la stabilità L pp B T D L/B B/T D/T C B C P C WP C M L/ / NAVE [m] [m] [m] [m] [-] [-] [-] [-] [-] [-] [-] [m ] [-] G.0 8.00.77.00.0.890. 0.0 0.70 0.787 0.8 0. NAVE A WP [m ] A M [m ] x CF [*] [m] x CB [*] [m] KB [m] BM T [m] BM L [m] G.8 7.8 -.7-0.97.7. 8.0
Nota sulla stabilità dinamica Allo scopo di esaminare il comportamento del momento raddrizzante con la velocità, si sono svolti, presso il Krylov Shipbuilding Research Institute (KSRI) di St. Petersburg, alcuni esperimenti sul modello della nave G (migliore( migliore) Il modello (G), parzialmente vincolato e collegato a un dinamometro a componenti, è stato trainato a differenti inclinazioni trasversali, sia in acqua calma che ondosa,, a numeri di Froude = 0, = 0.7 e = 0. Durante le corse, con il modello inclinato a un dato angolo a dritta, si sono registrati: - il momento raddrizzante - la velocità di rimorchio e i parametri dell onda onda.
Si nota che, a = 0. i momenti raddrizzanti in acqua calma aumentano in maniera significativa. Ciò mostra che la velocità ha un effetto positivo sulla stabilità.
Le prove mostrano che, a nave ferma e con mare da poppa, il momento raddrizzante subisce oscillazioni crescenti con l inclinazione trasversale del modello stesso.
Confronto tra i momenti raddrizzanti in acqua tranquilla e quelli massimi e minimi, alla velocità di trasferimento, con mare da poppa.
TENUTA DEL MARE (SEAKEEPING) Una nave può operare in mare fino a quando l entitl entità di un qualsiasi evento (i.e. accelerazione, imbarco d acqua d sul ponte, slamming,, emersione dell elica etc.), che ne fa degradare le prestazioni, si mantiene al di sotto di un certo valore limite.
Valutazione della tenuta del mare (seakeeping( seakeeping) - per pescherecci del database, - percentuale di tempo operativo, durante il quale la nave è in grado di lavorare al di sotto del valore di soglia assunto per un singolo attributo, a velocità relative = 0, = 0.7 e = 0. e per le seguenti condizioni: - (LC): partenza dal porto (00% carichi consumabili), - (LC): partenza dalla zona di pesca (cattura massima e 0% di carichi consumabili), - (LC): nave al rientro in porto (0% di carichi consumabili). In totale si è ottenuto un gruppo di x =8 scafi.
Le componenti delle accelerazioni sono state calcolate nei punti: POSIZIONE x [m] y [m] z [m] A Ponte di comando.7 0.000 9.00 B Area di lavoro a poppa -.00.70.000 C Murata a centro nave 0.000.000.000 Valori del vincolo per il calcolo dei tempi operativi Attributo Moto di sussulto Moto di rollìo Moto di beccheggio Acc. vert. ponte comando Acc. tras. ponte comando Acc. vert. area lav. poppa Acc. tras. area lav. poppa Acc. vert. murata c. nave Acc. vert. murata c. nave Simbolo z A - a z A a t B - a z B a t C - a z C a t Valore del Vincolo 0.0 m..0 m/s 0. m/s. m/s 0.0 m/s. m/s 0.70 m/s
Indice operativo OI (tempi operativi percentuali riferiti ai singoli attributi) Position CG A B C Ship Attribute z a z a t a z a t a z a t Value of the 0.0.00.0 0.. 0.0. 0.70 constraint [m] [ ] [ ] [m/s ] [m/s ] [m/s ] [m/s ] [m/s ] [m/s ] LC = 0.7 8.80 9.9 9.7 8.88 70.8 9.7 8.80 9.88 9.8 Genova LC = 0.00 88.8 89.9 88. 9.8 9.0 97.0 7.9 99. 87.8 LC = 0. 7.8 97.0 80. 87.0 7.0 9.9 7. 9. 7.9 LC = 0.7 87.00 88. 9.0 90. 8.9 9.9 77. 9. 8.08 Russo LC = 0.00 88.8 8.9 9.7 97.9 9.07 97.7 7.8 99. 8. LC = 0. 7. 9. 7.7 8. 70.8 8.. 9.0 7.7 LC = 0.7 88.9 8.7 9. 88.7 80. 9. 8. 9. 78.8 NT8 LC = 0.00 90. 8.9 90.79 9.7 9.0 98. 7.7 99. 8.8 LC = 0. 80.9 98.0 8.7 87.0 7.79 9. 7. 9. 77. LC = 0.7 87. 9.99 9.80 90.0 90. 9. 8. 9. 9.0 Ligny LC = 0.00 89.0 9. 9. 9. 9.7 98.88 80.9 99. 90.0 LC = 0. 80.9 98.7 8. 9.9 77. 9. 7. 9.90 77.8 LC = 0.7 8.0 8.0 9.7 90.0 8.7 9.0 7. 9. 8. Gemma LC = 0.00 9. 8. 89.0 9. 9.8 97.8 7.9 99. 8.8 LC = 0. 77.7 9.80 8.0 8.08 8.78 9.0.80 90.70 9.0 LC = 0.7 8. 9.8 9. 9.7 87. 9. 79.8 97. 88. TS0 LC = 0.00 88.8 88.0 9. 98. 9.77 98.0 7.8 99.8 8.78 LC = 0. 7.0 9.97 77.07 87. 70.9 89.8. 9.8 7. Per il peschereccio GENOVA, alla velocità relativa = 0.7, il valore (z) del sussulto (riga, colonna ) si manterrà al di sotto del limite (0.0 m) per l 8.80% del tempo considerato. Prendendo come riferimento un periodo di ore, si ha che per 0. ore circa i valori saranno al di sotto del valore di soglia mentre per. ore questo valore di soglia verrà superato.
INCIDENZA DEL MAL DI MARE (MSI) NEI PUNTI CONSIDERATI Ship Posizione Stato del mare SS A SS SS SS B SS SS SS C SS SS LC = 0.7..87.0.8 8.7...9 7.8 Genova LC = 0.00.. 7.9.8.7 0...08 0.9 LC = 0....9. 9.90...0 9.0 LC = 0.7.9 0...0..0.9 0.. Russo LC = 0.00. 9.0...8 0..8. 0. LC = 0..0 7.0.79. 7..9.8.90 9. LC = 0.7.. 9.. 9..9.0 0.9.97 NT8 LC = 0.00.8 0.90.87.0.0 7.90.0.7.0 LC = 0..79..8.8...00.8 7.7 LC = 0.7..9.8.0 9.7.8.7.77 8.0 Ligny LC = 0.00.7..80.9 0..0.7 7.7.0 LC = 0.7..9 0..0.9 7.00.8.80 7.78 Gemma LC = 0.00..9 7.9.8...8.9. LC = 0..0.9.8.. 9..8.9.7 LC = 0.7..9 8...08 7.07.8 8.9. TS0 LC = 0.00. 7..8..79 9.7 0.9. 8.9 LC = 0.....9. 0.7. 0. 7. Per il M/P Genova, alla velocità relativa = 0.7, il valore. (riga, colonna ) indica che, con mare forza (SS), dopo ore, il.% dell equipaggio soffrirà il mal di mare. Questo valore, per mare forza (SS), diventa pari a.0%. In queste condizioni operative, se l equipaggio è di 0 persone, due di loro soffriranno il mal di mare.
Allo scopo di valutare più esattamente i valori globali degli indici operativi, si è assegnato un peso a ciascuna frazione di tempo durante la quale la nave viaggerà a una data velocità, come appresso specificato: 0% a nave ferma ( = 0) % a velocità moderata ( = 0.7) % a velocità massima ( = 0.).
Percentuale del tempo operativo per i singoli attributi Ship z CG a z A a t a z B a t a z C a t Genova 8.90 9. 88.9 89.0 8. 9.8 77.9 9.78 8. Russo 8. 88.8 89. 9.80 8. 9.8 7.0 9.9 8.0 NT8 87.9 88. 9 9.0 8. 9.97 7.0 9. 80.0 Ligny 8. 9.8 9.00 9.0 89. 9. 80.87 9. 87.79 Gemma 88.00 87.8 90.07 9.0 8.07 9.0 7. 9. 79. TS0 8. 9.0 90.7 9. 8.9 9.7 7.9 97. 8.0
Incidenza complessiva del mal di mare (MSI) rappresenta il numero di persone che soffrono di mal di mare nel corso di due ore per assegnate condizioni meteo-marine. A B C Ship SS SS SS SS SS SS SS SS SS Genova..0.0...7.7 9.0. Russo.7. 7.77.7.9 9.8.8 9..8 NT8.0.8 8.9.99..9.08 9..09 Ligny.8. 0.0. 0... 0.7. Gemma..90 0.0.7. 9.0. 0.80.9 TS0. 0.7 7.7.00. 8.9.08 7.7.0
Per valutare l indice di merito di tenuta al mare si è assegato il voto 0 alla nave migliore (caratterizzata da tempo operativo massimo e MSI minimo) e il punteggio alla peggiore (minimo tempo operativo e massimo MSI). Graduatoria delle navi in base al tempo operativo per ciascun attributo NAVE z CG a z A a t a z B a t a z C a t Genova. 8. 9.8 7..09 8.9 Russo.0.9.0..0.0..87 NT8 8.9. 7.08.. 7.9.8.8 Ligny.8.87 Gemma.8.8.77.9. TS0.. 8.0..0.99.99
Graduatoria delle navi per l incidenza complessiva del mal di mare NAVE SS A SS SS SS B SS SS SS C SS SS Genova. 8.89 7. 7..9.. Russo 7. 7.9 8...0.9 NT8.9.89 7.8 7.80 8..8.8 7. Ligny..8..0..79 Gemma...9..8.7 TS0 7..8.8
Graduatoria di merito delle navi, per attributo, in base ai tempi operativi TS0 Gemma Ligny NT8 Russo Genova a t a z a t a z a t a z z C B A CG NAVE
Graduatoria delle navi sulla base del MSI TS0 Gemma Ligny NT8 Russo Genova SS SS SS SS SS SS SS SS SS C B A NAVE
Per consentire la valutazione, sin dalle prime fasi del progetto, delle prestazioni di tenuta al mare di diverse forme di scafo, si cita infine l indice RF di tenuta al mare dedotto da Wijngaarden (98) dalla sperimentazione di una serie di 7 carene: RF = -. +. [C P ] +.0 L CB 0.0 C WL. L BP /B + +.7 L BP /T. L CF Si osserva che un valore elevato di C P e il posizionamento del centro di carena (CB) a proravia [con una marcata separazione tra centro di spinta (CB) e centro di galleggiamento (CF)] fornisce un elevato indice di tenuta al mare.
Influenza dei diversi parametri sul seakeeping A giudicare dall indice di tenuta al mare, un allungamento dello scafo riduce la prestazione di tenuta al mare. Lunghezza larghezza/ lunghezza L B/L Le carene dotate di maggiore lunghezza, a parità di angolo di beccheggio, risultano chiaramente svantaggiate per ciò che riguarda le ampiezze dei moti della prua. Sono vantaggiosi valori elevati di tale rapporto che influenza notevolmente i moti verticali di poppa, di prua e, secondariamente, il sussulto. Non sembra influenzare particolarmente né il beccheggio né lo slamming.
immersione/ lunghezza T/L - Tale rapporto ha rilevante importanza in ogni caso tranne che per i moti di prua. E sempre conveniente un basso valore eccettuato lo slamming per il quale vale l inverso. Il rapporto T/L risulta influire significativamente e con proporzionalità pressoché lineare, sia sul sussulto che sul beccheggio: le carene aventi moderato pescaggio in rapporto alla lunghezza presentano le migliori risposte. La medesima tendenza si rileva per ciò che riguarda l accelerazione di sussulto e i moti della poppa. - Il rapporto T/L incide marcatamente anche sulle probabilità di slamming: una carena dotata di immersione limitata ha più facilità a fuoriuscire con la prua dall acqua. - Risultano migliori le carene caratterizzate da bassi valori di T/L e da alti valori di B/L. - Con immersione poco profonda le massime ampiezze di sussulto e di beccheggio sono considerevolmente minori rispetto a quelle con immersioni maggiori Centro di Carena CB - Il centro di carena dev essere quanto più possibile spostato a proravia. - Una posizione del centro di carena, avanzata verso prora, risulta vantaggiosa in ogni caso fuorché per gli spostamenti e per le accelerazioni relativi al moto di sussulto per i quali risulta vero l opposto. - Quanto al beccheggio, gli spostamenti relativi e le accelerazioni in corrispondenza della perpendicolare avanti (FP) la proporzionalità risulta pressoché lineare.
Coefficiente di finezza totale Coefficiente di finezza prismatico Coefficiente di finezza della figura di galleggiamento Coefficiente di finezza poppiero della figura di galleggiamento Coefficiente di finezza prismatico verticale poppiero Coefficiente di finezza prismatico verticale prodiero Coefficiente di finezza prodiero della figura di galleggiamento C B C P C WL C WA C VPA C VPF C WF In mare ondoso, una nave piena compie moti più modesti rispetto ad una affinata Un valore elevato di tale coefficiente è vantaggioso È uno dei parametri più importanti ai fini della tenuta al mare: un suo decremento dell % implica un miglioramento sulla massima velocità operativa raggiungibile in mare ondoso Tale coefficiente sembra avere limitata rilevanza per tutte le risposte; comunque risultano sempre moderatamente vantaggiosi valori elevati del coefficiente di finezza poppiero della figura di galleggiamento. Bassi valori risultano vantaggiosi per l incidenza dello slamming e l ampiezza di beccheggio. Per il moto di sussulto vale il contrario. In generale l influenza del coefficiente prismatico verticale poppiero sembra essere di modesta entità Valori elevati minimizzano soprattutto i moti verticali di poppa, secondariamente il beccheggio, lo slamming e, limitatamente, i moti in corrispondenza della PPAV. Per il moto di sussulto invece si rivelano positivi bassi valori di C VPF Forme di prora, svasate a V, ed un elevato bordo libero a prora implicano una riduzione dell imbarco d acqua e dello slamming Elevati valori del coefficiente di finezza prodiero della figura di galleggiamento risultano minimizzare in primo luogo i moti verticali di prua ed in secondo luogo lo slamming e l accelerazione di sussulto. Al contrario, per i moti di poppa, convengono aree di galleggiamento ridotte a prua
Dislocamento relativo alla lunghezza Δ (0.0L) - una riduzione di esso attraverso una riduzione del coefficiente di finezza ha come risultato un aumento dell ampiezza dei moti - una riduzione di esso attraverso un aumento del rapporto L/B provoca verosimilmente un aumento dei moti - una riduzione mediante un aumento di L/T porta a una diminuzione delle ampiezze dei moti esclusivamente per /L >. - l incremento della lunghezza relativa al dislocamento L/ / ed una riduzione della velocità relativa migliorano il comportamento della nave in mare ondoso - bassi valori di /(0.0L) e forme di prora affinate provocano minori riduzioni di velocità in mare mosso
CONCLUSIONI - Il momento raddrizzante in mare mosso è soggetto a considerevoli fluttuazioni. - E da tenere in considerazione la diminuzione del momento raddrizzante con cavo d onda in mezzeria. - Le forme di scafo a spigolo smorzano maggiormente il rollìo e sono soggette a moti e accelerazioni trasversali nettamente minori di quelle arrotondate. - A velocità superiori a FN > 0., il beccheggio e la perdita di velocità di una nave con prua a bulbo sono minori di quelli di una nave senza bulbo, mentre per il sussulto la situazione è inversa. - in presenza del bulbo le accelerazioni verticali verso prua sono minori.
GRAZIE