Definitia, calitatile si geometria navei

DEFINITIA, CALITATILE si GEOMETRIA NAVEI

A. DEFINITIA NAVEI

Nava este o constructie speciala, etansa, capabila sa pluteasca si sa se deplaseze pe apa intr-o directie voita, cu o viteza stabilita si cu un scop determinat: transport de marfuri si pasageri, lucrari hidro-tehnice, cercetare stiintifica, pescuit, agrement etc.

Pentru ca o nava sa poata naviga in siguranta si sa-si indeplineasca menirea pentru care a fost construita, ea trebuie sa posede anumite insusiri, anumite calitati, care deriva din insasi definitia navei.

Orice nava trebuie sa fie capabila sa pluteasca ; pentru aceasta, nava trebuie sa posede anumite calitati nautice.

Orice nava trebuie sa fie capabila sa se deplaseze in directia voita si cu o viteza stabilita ; pentru aceasta nava trebuie sa posede anumite calitati evolutive.

B. CALITATILE NAUTICE

Prin calitatile nautice se inteleg acele insusiri ale navei, specifice plutirii pe apa, si care sunt determinate de interactiunea nava-mediu inconjurator. Calitatile nautice ale oricarei nave sunt : flotabilitatea, stabilitatea, nescufundabilitatea si soliditatea.

1. FLOTABILITATEA

Flotabilitatea reprezinta proprietatea navei de a pluti la un pescaj mediu determinat, avand la bord incarcatura necesara indeplinirii misiunii sale (scopul pentru care a fost creata).

In conformitate cu principiul lui Arhimede asupra oricarui corp scufundat in apa actioneaza doua forte opuse, fenomenul aplicandu-se si asupra navei in acelasi fel.

Prima forta notata cu P este determinata de insasi greutatea navei, ea are punctul de aplicatie in centrul de greutate al navei G si este indreptata pe verticala in jos. Sub influenta acestei forte, nava tinde sa se scufunde sub apa (sa intre in imersiune).

A doua forta este determinata de presiunea apei asupra corpului navei. Aceasta forta de impingere notata cu D actioneaza pe verticala in sus si are punctul de aplicatie in centrul de greutate al volumului imers al navei C care se numeste centrul de carena.

Marimea acestei forte de presiune D, care actioneaza de jos in sus este egala cu greutatea apei dislocuite de nava :

D = gV;

in care :

D este greutatea apei dislocuita de nava in stare de plutire (aceasta greutate se mai numeste si deplasament si se exprima in daN, iar in practica marinareasca in unitatea toleranta tona-forta);

g - greutatea specifica a apei, in daN/m³ sau in tf/m³;

V - volumul carenei (adica a acelei parti din corpul navei scufundate in apa), in m³;

Pentru ca o nava sa pluteasca in stare de echilibru este necesar sa fie indeplinite urmatoarele doua conditii :

prima - greutatea apei dislocuite de nava sa fie egala cu greutatea navei :

D = P = g.V

Aceasta egalitate se numeste ecuatia flotabilitatii

a doua- centrul de greutate al navei si centrul de carena sa se gaseasca pe aceeasi verticala

a) Deplasamentul Greutatea volumului de apa dislocuit de nava se numeste deplasament. Tot prin deplasament se mai intelege si greutatea navei, pentru ca o nava pluteste numai atunci cand greutatea ei P este egala cu greutatea apei D dislocuita de carena ei (partea corpului navei scufundata in apa).

In mod obisnuit greutatea unei nave se poate obtine prin insumarea tuturor greutatilor aflate la bord, cu alte cuvinte prin insumarea greutatii corpului navei, masinilor si instalatiilor, rezervelor de combustibil, lubrifianti, apa, echipajului si incarcaturii utile (marfa care se incarca in magazii). Deci greutatea navei nu este intotdeauna aceeasi, ci difera de la o situatie de incarcare la alta.

Daca pe o nava se incarca diferite greutati (combustibil, apa, marfuri etc.) greutatea ei creste si nava incepe sa se scufunde in apa, pana cand carena sa care-si mareste volumul in acest fel ajunge sa dislocuiasca o cantitate de apa a carei greutate este egala cu greutatea navei.

Daca se pleaca de la ecuatia flotabilitatii (legea plutirii) :

D = P = g.V

si la greutatea navei P se adauga o greutate p egala cu greutatea marfurilor, sau combustibilului incarcate la bord, pentru ca nava sa pluteasca cu noua incarcatura, este necesar sa creasca si forta arhimedica D cu o valoare d. Aceasta inseamna ca de fapt a crescut volumul imers al navei.

Daca :

P = D = g.V, atunci P+p = D+d = g(V+v)

In cazul cand se descarca greutati de la bord, sau pur si simplu se consuma combustibil in mars, fenomenul se produce exact invers. Greutatea navei scade

P p, iar nava are tendinta de a se ridica deasupra apei, deoarece pentru a pluti este nevoie de o forta arhimedica mai mica D d, obtinuta prin dislocuirea unui volum mai mic de apa g(V v)

In concluzie deplasamentul navei se modifica in functie de starea de incarcare a acesteia. Din acest motiv in practica se folosesc mai multe notiuni pentru exprimarea deplasamentului :

-deplasamentul navei goale (D₀) reprezinta greutatea navei goale fara combustibili, lubrifianti, apa, balast, echipaj, provizii, marfa. Aceasta este o marime constanta calculata de santierul constructor si inscrisa in documentatia tehnica a navei;

-deplasamentul de plina incarcare (D₁) reprezinta greutatea navei incarcate pana la linia de plutire de plina incarcare. Se compune din deplasamentul navei goale, combustibili, lubrifianti, apa, balast, echipaj, provizii si marfa;

-deplasamentul maxin (D_max) reprezinta deplasamentul corespunzator incarcarii navei pana cand aceasta se afunda pana la nivelul ultimei punti continue si etanse (punte principala). Daca se continua incarcarea navei dupa aceasta situatie, nava va dobandi o flotabilitate negativa si se va scufunda.

b) Rezerva de flotabilitate.Orice nava este astfel construita incat greutatea navei incarcate sa fie mai mica decat deplasamentul ei maxim. Aceasta inseamna ca deasupra liniei de plutire, pana la ultima punte etansa a navei, mai ramane un volum din corpul navei care constituie rezerva de flotabilitate Aceasta rezerva de flotabilitate este direct proportionala cu inaltimea bordului liber, si are menirea sa asigure plutirea navei in cazul inundarii unuia sau a mai multor compartimente.

c) Tonajul. In limbajul marinaresc expresia tonaj este folosita pentru a exprima marimea navei. Prin tonaj se intelege capacitatea volumetrica a compartimentelor interioare ale navei. Tonajul este o masura de volum exprimata in tone-registru, iar tona registru este egala cu volumul a 100 picioare cubice sau 2,83 m³.

In practica, marimea navelor se exprima in doua feluri : tonaj registru net TRN si tonaj registru brut TRB.

Tonajul registru net reprezinta volumul compartimentelor destinate transporturilor marfurilor si pasagerilor.

Tonajul registru brut reprezinta volumul tuturor compartimentelor destinate pentru masini si instalatii, magazii de marfa, tancuri de combustibil, compartimente de locuit.

d) Capacitatea de incarcare reprezinta greutatea incarcaturii utile (marfuri, combustibil, apa, materiale, echipaj etc.) si se exprima in tone deadweight (tdw) o tona avand valoarea a 1000 kgr. Deadweight-ul unei nave este egal cu diferenta de greutate dintre deplasamentul cu plina incarcatura si delpasamentul navei goale.

2. STABILITATEA

Stabilitatea navei constituite a doua calitate nautica de mare importanta a oricarei nave. Prin stabilitate se intelege capacitatea pe care o are o nava, scoasa din echilibru sub influenta unor forte exterioiare, de a reveni in pozitia initiala in momentul cand au incetat cauzele care au scos-o din echilibru. De regula, orice nava care are asezate greutatile in mod simetric si uniform la bord, pluteste pe chila dreapta, avand planul diametral in pozitie verticala. Sub influenta vanturilor, a valurilor, a fortei cetrifuge ce iau nastere pe timpul giratiei, nava se poate inclina intr-un bord sau altul.

Inclinarea navei care se produce in jurul axului longitudinal se numeste banda sau inclinare transversala, iar miscare oscilatorie provocata de inclinarile transversale se numeste ruliu.

Calitatea navei bandate de a reveni in pozitia initiala se numeste stabilitate transversala. Cand o nava bandata nu revine la pozitia initiala, pe chila dreapta si continua sa navige inclinata, se spune ca este canarisita.

Inclinarea navei care se produce in jurul axului transversal se numeste inclinare longitudinala sau diferenta de asieta. Miscarea oscilatorie provocata de inclinarile longitudinale se numeste tangaj.

Calitatea unei nave de a reveni in asieta dreapta se numeste stabilitate longitudinala. Se spune despre o nava ca are asieta dreapta (sau normala) atunci cand pescajul prova este egal cu pescajul pupa. Daca o nava ramane inclinata longitudinal se spune ca este aprovata, cand pescajul prova este mai mare decat pescajul pupa si apupata cand pescajul prova este mai mica decat pescajul pupa. Deci asieta navei se exprima prin diferenta de pescaj.

Sensul fizic al stabilitatii. Pentru intelegerea sensului fizic al notiunii de stabilitate a navei se urmareste in fig. 11 urmatoarea explicatie :

In pozitia initiala (fig.11, a) nava avea linia de plutire W₀L₀. Sub influenta unei forte exterioare (val, vant) nava se inclina transversal cu un unghi q si are o noua linie de plutire W₁L₁ (fig.11, b). In momentul inclinarii, greutatea navei nu se modifica cu nimic, deci centrul de greutate G ramane in acelasi loc.

a b c

fig.11 - Elementele de stabilitate in cazul inclinarii transversale

q - Unghiul de inclinare transversala ( banda )

In schimb, dupa cum se poate observa in fig. 11, b, se modifica forma partii imerse a corpului navei, ceea ce face ca centrul de carena sa se mute intr-o pozitie noua C₁. In figura 11, c au fost suprapuse imaginile a si b pentru a se putea observa ca volumul partii care a intrat in apa este egal cu volumul partii care a iesit din apa. Aceasta inseamna ca desi forma carenei s-a schimbat volumul ei a ramas acelasi, deci si deplasamentul navei a ramas neschimbat. In aceasta situatie fortele P (greutatea navei) si D (forta de flotabilitate) raman egale ca valoare si vor actiona pe verticala in sens contrar din punctele lor de aplicatie G si C₁.Dar trebuie remarcat ca prin mutarea centrului de carena din C in C₁, cele doua forte egale si de sens contar P si D nu mai sunt pe aceeasi verticala si formeaza un cuplu de forte care tinde sa reduca nava in pozitia initiala. Din figura 11, b sau c se poate observa ca bratul cuplului este GK. Momentul acestui cuplu, care se opune momentului de inclinare si tinde sa readuca nava in pozitia avuta inainte de a fi bandata se numeste moment de redresare.

3. NESCUFUNDABILITATEA

Nescufundabilitatea este capacitatea navei de a pluti si de a-si mentine stabilitatea in cazul cand unul sau mai multe compartimente au fost inundate cu apa, ca urmare a avariilor la corp.

Teoria nescufundarii are doua aspecte :

-primul se refera la studiul flotabilitatii si stabilitatii navei avariate ;

-al doilea la elabolarea metodelor de refacere si mentinere a flotabilitatii si stabilitatii navei care a fost avariate.

4. SOLIDITATEA

Soiliditatea reprezinta capacitatea navei de a nu se deforma si a-si pastra etanseitatea atunci cand asupra ei actioneaza forte exterioare (vanturi, valuri, etc.).

In documentatia tehnica a navei sunt inscrise date referitoare la calitatile nautice ale navei. Cunoasterea acestora de catre navigatori prezinta o deosebita importanta in vederea mentinerii navei permanent in stare de plutire.

C. CALITATILE EVOLUTIVE

Calitatile unei nave care-i permit sa se deplaseze pe mare si sa se indrepte in directia voita se numeste calitatile evolutive sau de manevra. Principalele elemente de manevra ale unei nave sunt : viteza, inertia, giratia si stabilitatea de drum.

1.VITEZA

Viteza navei reprezinta spatiul parcurs in unitatea de timp.

La navele maritime, viteza este exprimata, de regula, in noduri ceea ce reprezinta mile parcurse pe ora. Pentru manevra pe spatii mici viteza navelor maritime mai poate fi exprimata in cabluri pe minut sau metri pe secunda.(1Nd = 1Mm/1h ; 1Mm = 1852 m ; 1Cb = 1/10Mm = 185,2 m). La navele fluviale viteza se exprima in Km pe ora si metri pe secunda. Viteza unei nave poate fi de mai multe feluri (functie de numarul de rotatii ale motorului, de consumul de combustibil). Viteza navei este clasificata in :

-viteza maxima, cea mai mare viteza pe care o poate dezvolta o nava folosind masinile principale si auxiliare la capacitatea lor completa ;

-toata viteza, viteza pe care o dezvolta o nava folosind puterea masinilor la parametrii nominali ;

-viteza economica, viteza pe care o poate dezvolta o nava cu un consum minim de combustibil ;

-viteza minima, cea mai mica viteza la care nava mai poate guverna (adica viteza pe care nava mai asculta de carma).

2. INERTIA

Inetia navei reprezinta capacitatea acesteia de a-si continua deplasarea dupa schimbarea regimului de mars al masinilor. De exemplu o nava merge cu toata viteza inainte si se pun masinile la stop. Nava nu se opreste in acest moment ci continua sa se deplaseze datorita inertiei.

Inertia navei se caracterizeaza prin doua elemente : distanta parcursa de nava datorita inertiei si timpul cat miscarea se mentine.

De regula aceste elemente ale inertiei se calculeaza prin doua situatii :

-distanta parcursa si intervalul de timp din momentul stoparii masinilor si pana la oprirea definitiva a navei ;

-distanta parcursa si intervalul de timp necesar opririi navei din momentul rasturnarii masinilor de la mars inainte, la mars inapoi.

3. GIRATIA

Giratia navei reprezinta capacitatea acesteia de a-si schimba directia de deplasare sub influenta carmei si elicelor sau a efectului combinat al acestora. Curba descrisa de centrul de greutate al navei, care-si schimba directia de deplasare, din momentul in care s-a pus carma si pana la venirea la noul drum se numeste curba de giratie.

Curba de giratie pe care o descrie o nava in conditii de calm plat, fara vant, fara valuri sau curenti, are forma aratata in figura.

b

D

Dg

Elementele principale ale curbei de giratie a navei sunt :

-diametrul giratiei (Dg) distanta masurata intre drumul initial si axul longitudinal al navei dupa o intoarcere a acestei de 180⁰ ;

diametrul cerculuui de giratie (D) ;

-unghiul de deriva (b cu unghiul format intre directia axului longitudinal al navei si tangenta la curba de giratie in centrul de greutate al navei;

-durata giratiei timpul necesar navei pentru o intoarcere de 360⁰.

4. STABILITATEA DE DRUM

Stabilitatea de drum este proprietatea unei nave de a-si mentine directia de deplasare neschimbata atunci cand carma este in axul longitudinal al navei. Stabilitatea de drum si giratia sunt doua calitati opuse ale navei ; o nava care are o buna stabilitate de drum gireaza mai greu si invers.

Stabilitatea de drum este influentata de directia curentului si a vantului in raport cu directia de deplasare a navei. Nava care in timpul mersului, cu carma in axul longitudinal al navei are tendinta de a veni cu prova in vant se numeste nava ardenta, iar nava care tinde sa vina cu pupa in vant se numeste nava moale. Fenomenul care determina abaterea navei de la un drum prin salturi bruste, indiferent de actiune carmei, se numeste ambardee.

Cunoasterea calitatilor evolutive ale navei prezinta o mare importanta ata in navigatia din largul marii cat si in timpul manevrelor de prevenire a abordajelor si manevrelor din porturi sau locuri inguste.

D. GEOMETRIA si DIMENSIUNILE NAVEI

Calitatile nautice ale unei nave sunt determinate de forma corpului si caracteristicile contururilor acestuia. Corpul navei nu seamana cu niciuna din formele geometrice cunoscute. Din aceasta cauza, pentru a prezenta clar si exact forma navei (contururile corpului), in constructiile navale se foloseste reprezentarea grafica prin planul de forme.Reprezentarea grafica a contururilor navei se obtine prin proiectia fiecarui punct de pe corpul navei pe trei plane de referinta

Aceste plane sunt :

-planul diametral al navei 1 este planul vertical longitudinal care imparte nava in doua parti simetrice numite borduri. Pentru un observator aflat la bordul navei orientat cu fata spre sensul de miscare al navei bordul din dreapta se numeste tribord (Tb), iar cel din stanga se numeste babord (Bb)   

-planul cuplului maestru 2 este planul vertical transversal care imparte nava in doua parti. Partea din fata se numeste prova, iar partea din spate se numeste pupa. Prin cuplu maestru se intelege sectiunea transversala verticala care trece prin punctul unde nava are latimea maxima ;

-planul liniei de plutire 3 este un plan orizontal care coincide cu suprafata apei linistite si imparte corpul navei in partea imersa si partea emersa.

Babord (Bd )

Pupa ( Pp ) Prova ( Pv )

Tribord ( Td )

Parte imersa este acea parte a corpului navei care se afla in apa sub linia de plutire si in limbaj marinaresc mai este denumita opera vie (carena), iar partea emersa este acea parte a corpului navei care se afla la suprafata, deasupra liniei de plutire si este denumita in limbaj marinaresc opera moarta .

Opera moarta

Linia de plutire

Opera vie

Aceste trei plane constituie principalele plane de proiectie cu ajutorul carora se poate reprezenta forma geometrica a suprafetei exterioare a corpului navei. Prin intersectia suprafetei corpului navei cu plane paralele cu cele trei plane de proiectie se obtin trei sisteme de sectiuni si anume :

-sectiuni longitudinale sunt curbele obtinute prin intersectia corpului navei cu niste plane paralele cu planul diametral ;

-sectiuni transversale sau cupluri curbele obtinute prin intersectia corpului navei cu plane paralele cu planul sectiunii maestre ;

-sectiuni orizontale numite si linii de plutire sau linii de ape sunt curbe obtinute prin intersectia corpului navei cu plane paralele cu planul plutirii.

In afara de cele trei planuri principale de proiectie, pentru a intelege geometria si dimensiunile navei, se mai foloseste si notiunea de plan de baza si linie de baza.

Planul orizontal care trece prin marginea inferioara a chilei se numeste in mod conventional plan de baza, pentru ca de la el se masoara pe verticala toate cotele punctelor caracteristice ale navei. Linia care se formeaza prin intersectia planului de baza cu planul diametral al navei se numeste linie de baza sau linie de constructie a navei.

2. DIMENSIUNILE NAVEI

Dimensiunile care definesc geometria navei sunt :

-lungimea maxima (L_max) este distanta masurata pe orizontala intre punctele extreme ale navei ;

-lungimea la linia de plutire (L) este distanta masurata pe orizontala intre punctele de intrsectie ale extremitatilor prova si pupa ale navei cu planul liniei de plutire de plina incarcare ;

-lungimea intre perpendiculare (L_pp, sau lungimea de calcul) este distanta masurata pe orizontala intre perpendicularele prova si pupa. Perpendiculara prova este perpendiculara pe planul de baza coborata din punctul de intersectie al extremitatii prova cu planul liniei de plutire de plina incarcare . Perpendiculara pupa este perpendiculara pe planul de baza care trece prin axul carmei ;

-latimea maxima (B_max) este distanta masurata pe orizontala in planul cuplului maestru intre extremitatile celor doua borduri ;

-latimea de calcul (B) este distanta masurata pe orizontala pe planul cuplului maestru la nivelul liniei de plutire de plina incarcare ;

Linia de plutire

Tpp Tm Tpv

Lpp

L

Lmax

F

Linia de plutire

T H

B

B_max

-pescajul navei este distanta masurata pe verticala de la linia de baza pana la linia de plutire. Pescajul navei se noteaza cu T si poate fi de trei feluri, in functie de locul unde se masoara : pescajul prova Tpv, pescaj pupa Tpp si pescaj mediu Tm . Cand nava sta pe chila dreapta pescajul prova este egal cu pescajul pupa si cu cel mediu :

Tpv = Tpp = Tm

In cazul cand intre pescajul prova si pupa exista o diferenta, pescajul mediu al navei se poate determina cu formula :

Tm = (Tpv + Tpp) /

Pescajul este deci o marime variabila in functie de stare a de incarcare a navei. Cu alte cuvinte daca se cunoaste pescajul se poate determina cu usurinta deplasamentul si deadweightul unei nave, folosind scala de incarcare care exista la bordul fiecarei nave