ΤΕΛΕΥΤΑΙΑ ΑΡΘΡΑ

Yπολογίζοντας με ακρίβεια την αντίσταση στα κύματα

kumata_ploio1

Αποτελεί παράδοση τα περισσότερα πλοία να σχεδιάζονται και να βελτιστοποιούνται έτσι ώστε να αποδίδουν σε συνθήκες θαλάσσιας ηρεμίας. Στην πραγματικότητα, ωστόσο, τα πλοία καλούνται να λειτουργούν κατά κύριο λόγο σε μετρίου επιπέδου θαλάσσιες διαδρομές που μειώνουν την ταχύτητα ή αυξάνουν τις απαιτήσεις σε ενέργεια. Αυτή η επιπλέον αντίσταση από τα κύματα αποκτά ιδιαίτερη σημασία για τα πλήρες φορτίου, αργά πλοία, όπως είναι τα φορτηγά πλοία και τα δεξαμενόπλοια. Για αυτά τα πλοία, η αντίσταση στα κύματα μπορεί να είναι μέχρι και 20% μεγαλύτερη, κατά μέσο όρο, από την αντίσταση σε ήρεμη θάλασσα, σε μια τυπική εμπορική διαδρομή.

Μέχρι πρόσφατα, ο ακριβής υπολογισμός της επιπρόσθετης αντίστασης (ή ακριβέστερα της επιπλέον απαιτούμενης ενέργειας) σε κύματα θεωρούνταν κάτι αδύνατο ή έστω πρακτικά δύσκολο, με τον υπολογισμό να γίνεται βάση της εμπειρίας. Αντίθετα, τα νέα εργαλεία προσομοίωσης που αναπτύχθηκαν από την DNV GL Maritime Advisory ενδέχεται να αλλάξουν τους κανόνες του παιχνιδιού, δίνοντας μια πολύ πιο ρεαλιστική και ακριβή εικόνα της επιπρόσθετης αντίστασης στα κύματα. Το λογισμικό υπολογίζει τη σε τρεις διαστάσεις αξιοπλοΐα (seakeeping) ενός πλοίου για κύματα που φτάνουν μέχρι και το 10% του μήκους του, τη χαμηλότερη δηλαδή τιμή που έχει πρακτική χρησιμότητα αν μελετηθεί. Οι δοκιμές σε ειδικά προσαρμοσμένα περιβάλλοντα δείχνουν να επιβεβαιώνουν τα συμπεράσματα του software.

Αυτή η εντυπωσιακή ανακάλυψη έχει επιπτώσεις που ξεπερνούν τον μικρό κύκλο των επιστημονικών ερευνητών. Η ακριβής πρόβλεψη της επιπλέον απαιτούμενης ενέργειας για τα κύματα αποτελεί την τεχνολογία-κλειδί για τη βελτίωση του σχεδιασμού των πλοίων και της λειτουργίας τους. Ίσως το πιο σημαντικό είναι η επέκταση των τεχνικών βελτιστοποίησης κύτους που χρησιμοποιούνται μέχρι σήμερα. Οι πιο ρεαλιστικοί υπολογισμοί, θα επιτρέψει το σχεδιασμό της μορφής του κύτους για εν δράση συνθήκες (και όχι μόνο για ήρεμες θάλασσες). Σε μία από τις πρώτες χρήσεις των νέων εργαλείων προσομοίωσης, μια πρόσφατη μελέτη πεδίου της DNV GL καταδεικνύει τις δυνατότητες για περαιτέρω εξοικονόμηση καυσίμου αν η απόδοση στα κύματα υπολογίζεται κατά το σχεδιασμό του κύτους, ειδικά για φορτηγά πλοία και δεξαμενόπλοια.

Πιο συγκεκριμένα, μελετήθηκα δύο παραλλαγές του κύτους ενός Handymax πλοίου μεταφοράς χύδην φορτίου: μία με ένα συμβατικό βολβώδη τόξο και μία με ένα τόξου μ’ ευθύ περίγραμμα. Ως περιβάλλον δοκιμής θεωρήθηκε μια τυπική εμπορική διαδρομή με δύο διαφορετικές συνθήκες φορτίου (με πλήρες φορτίο και με κενό φορτίο) και δύο διαφορετικές ταχύτητες (υπηρεσιακή ταχύτητα και ταχύτητα αργής καύσης). Ο σχεδιασμός με το ευθύ περίγραμμα τόξου μείωσε τη μέση κατανάλωση καυσίμου ετησίως κατά 3%.

Υπάρχουν πολλές άλλες υπηρεσίες που θα μπορούσαν να επωφεληθούν από τις νέες δυνατότητες που προσφέρουν οι προσφάτως ανεπτυγμένες προηγμένης τεχνολογίας προσομοιώσεις.

-Τα περιθώρια ενέργειας: Η σημερινή τάση προς σχέδια για χαμηλότερες ταχύτητες έχει σημαντικές παρενέργειες. Το σύνηθες είναι ένα περιθώριο 15% στις προδιαγραφές σχεδιασμού, χωρίς να τίθένται παραπάνω ερωτήματα. Ωστόσο, με μειωμένη ταχύτητα η αντίσταση σε ήρεμες θάλασσες μειώνεται ταχύτερα από την επιπρόσθετη αντίσταση σε κύματα. Θα πρέπει συνεπώς να επιλεγούν υψηλότερα θαλάσσια περιθώρια. Αυτά θα μπορούσαν και θα πρέπει να επιλέγονται με βάση τις προσομοιώσεις, λαμβάνοντας υπόψη το σχήμα του κύτους και την επιθυμητή εμπορική χρήση. Ομοίως, η εκ των προτέρων γνώση της επιπλέον απαιτούμενης ενέργειας για μια δεδομένη θαλάσσια διαδρομή θα μπορούσε να καθορίσει και τον κατάλληλο σχεδιασμό του έλικα και του κινητήρα.

-Η παρακολούθηση της απόδοσης: Η καταγραφή κι ο έλεγχος των επιδόσεων αποκτά ολοένα και μεγαλύτερη σημασία σε ένα αυστηρότερο επιχειρηματικό περιβάλλον όπου τα αντισυμβαλλόμενα μέρη επιζητούν περισσότερες εγγυήσεις και διαφάνεια στην απόδοση. Οι καλύτερες διορθώσεις σε σχέση με τις περιβαλλοντικές συνθήκες οδηγούν σε μικρότερη σπατάλη δυνάμεων στην παρακολούθηση των επιδόσεων και ταχύτερη διορατικότητα.

-Δρομολόγηση: Η βελτιστοποίηση της διαδρομής βασίζεται στην πρόγνωση του καιρού και τις απαιτήσεις σε επιπλέον ενέργεια ως συνάρτηση της θαλάσσιας διαδρομής, της ταχύτητας και την πορείας που θα ακολουθηθεί. Η χρησιμότητα των συμβουλών δρομολόγησης εξαρτάται από την ακρίβεια των προβλεπόμενων θαλασσίων οδών και την προβλεπόμενη επιπλέον απαιτούμενη ενέργεια.

Εν κατακλείδι, οι αναβαθμισμένες δυνατότητες προσομοίωσης έχουν τη δυνατότητα να βελτιώσουν περαιτέρω τα συστήματα λήψης αποφάσεων στο σχεδιασμό και τη λειτουργία, οδηγώντας σε μια πιο έξυπνη και φιλική προς το περιβάλλον ναυτιλία.

Για παρατηρήσεις που έχετε να κάνετε για το παραπάνω θέμα ή για προτάσεις, περιμένουμε τα σχόλια σας στο e.nautilia@gmail.com ή στα σχόλια του άρθρου.