Aluno de doutorado da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ)
Programa de Engenharia Naval e Oceânica (COPPE – PENO)
Área de Hidrodinâmica
Resumo:
Embarcações de Superfície de Alto Desempenho (AMVs)
Definição: são embarcações de superfície que operam na interface ar/água ou na sua proximidade, conjugando altas velocidades com um bom comportamento em ondas.
O surgimento de estas embarcações se deu como a necessidade de atingir altas velocidades e posteriormente buscou-se manter estas velocidades de forma segura. Para isto foi necessário que uma porção significativa do casco seja retirada da água para reduzir a resistência do veículo, sabendo-se que a massa específica do ar é 815 vezes menos que a da água.
Se percibe que a resistência ao avanço de um veículo imerso em água será muito maior do que a imersa em ar.
Classificação pelo modo de sustentação:
· Hidrostática
-Sustentação explicada pelo principio de Arquimedes.
-Pode operar na superfície da água ou totalmente submerso.
-Exemplo: Navios convencionais, SWATHs, plataformas, submarinos
· Hidrodinâmica
-Operam na superfície e fazem uso de propriedades hidrodinâmicas para ter a maior parte de sua sustentação origianaria da interação de dispositivos submersos como o fluxo de fluido líquido.
-Ex.: Embarcações planadoras, sustentação pode ser explicada pelo principio de escoamento em placa plana. Aerobarcos: sustentação dinâmica originada por fólios submersos e cujos princípios podem ser explicados pela teoria de asa.
· Aerostática
-Operam em médio aéreo, sua sustentação não depende de seu movimento.
-Ex.: Hovercraft, veículos a colchão de ar (ACVs), navios de efeito de superfície (SESs).
· Aerodinâmica
-Operam em médio aéreo e eventualmente próximos à superfície, sustentação fornecida pelo escoamento aerodinâmico em torno de algum dispositivo.
-Ex.: Aeroplanos, sustentação fornecida por asas, asas em efeito solo (WIGs) se sustentam por asas que operam na proximidade da superfície.
Tipos de Embarcações de Superficíe de Alto Desempenho
1. Embarcações Planadoras
2. Aerobarco (Hydrofoils)
3. ACVs (Air Cushion Vehicles)
4. SESs (Surface Effect Ships)
5. SWATH (Small Water Area Twin – Hulls)
6. WIGs (Wings in Ground Effect)
1. EMBARCAÇÕES PLANADORAS
www.limernautica.com.br/nova%20pagina/Lanchas.htm
· CARACTERÍSTICAS
-Sustentação dominantemente hidrodinâmica.
-A sustentação pode ser explicada pelo principio de escoamento de placa plana.
-As principais aplicações podem ser classificadas em: militares, de recreio e de serviço.
-Os catamarãs também estão incluídos dentro de embarcações de planeio.
· VANTAGENS
-Concepção e construção bastante simples.
-Baixo consumo de combustível quando comparado com outros AMVs.
-Baixo custo de construção e de manutenção, devido a sua estructura simples e leve.
-Simplicidade na operação e de manobra em porto além de não demandar instalações portuarias muito especializadas.
-Operam muito bem em modo hidrostático, tem boa qualidade aerodinâmica.
· DESVANTAGENS
-Comportamento em ondas deficiente, grande perda de velocidade em ondas de baixa freqüência.
-A estabilidade dinâmica tende a ser deficiente em altas velocidades.
-Velocidade relativamente limitada, em comparaçõa com embarcações de superfície de sustentação aerostática e aerodinâmica.
-Baixa capacidade de carga comparada com outras AMVs.
holycoast.blogspot.com/2008/05/boat-racer-run...
1.1 CATAMARÃS DE PLANEIO
http://www.defenseindustrydaily.com/cat/logistics-support/logistics/page/3/
· VANTAGENS
-Grande superfície de plataforma.
-Grande estabilidade transversal.
-Possibilidade de se adotar maiores ângulos de dedrise.
· DESVANTAGENS
-Estructura e instalações mais complexas aumentam custo e peso.
-Aumento da resistência friccional devido ao aumento da superfície molhada e novas componentes da resistência devido à interação entre cascos.
-Aparecimento ou amplificação de diversas componenentes da aceleração.
-Custos adicionais de instalação de uma segunda praça de máquinas.
-Quando atravessam um trem de ondas estão sujeitos a esforçõs mecânicos mais intensos que os monocascos.
2. AEROBARCOS
Aerobarco (hydrofoils) com fólios secantes
www.ships-for-sale.com/hydrofoil_for_sale.htm
· CARACTERÍSTICAS
-São embarcações que, no regime de operação, têm sustentação fornecida por fólios submersos.
-Os fólios determinam os dois grandes grupos de aerobarcos: os de fólios submersos e os de fólios secantes.
Aerobarco (hydrofoils) com fólios submersos
www.boeing.com/history/boeing/hydro.html
· VANTAGENS
-Bom comportamento em ondas, reduzindo a demanda de potência quando opera sobre fólios.
-A operação de manobras em calados menores, na condição de operação sobre o casco, pode ser facilitada pela adoção de hidrofólios retrateis.
-Os aerobarcos com fósios secantes não apresentam problemas com os efeitos de ponta.
Aerobarco de Passageiros
www.boeing.com/history/boeing/hydro.html
· DESVANTAGENS
-O sistema submerso é a necessidade da existência de um sistema de controle ativo dos movimentos (Auto Pilot on Foils), cujo custo é muito elevado.
-Têm limitação de tamanho e capacidade de carga, devido a que a sustentação fornecida pelos fólios é proporcional à área que impede que os aerobarcos cresçam indefinidamente.
-Aerobarcos que operam em água agitadas podem atingir impactos de ondas com o casco durante a operação.
3. ACVs (Air Cushion Vehicles)
anggun3.wordpress.com/2008/05/31/1borneo/
· CARACTERÍSTICAS
-Também chamados HOVERCRAFTS, são embarcações de sustentação aerostáticas que operam sobre colchões de ar formados pela inflação de ar no interior de uma saia flexível.
-A propulsão é quase sempre aérea.
-Têm operação anfíbia, podendo ultrapasar obstáculos sobre a terra.
www.boeing.com/history/boeing/hydro.html
· VANTAGENS
-Podem alcançar altas velocidades devido à pequena resistência ao avanço.
-Grande capacidade de carga, pode ser controlada através da variação da pressão do colchão.
-A operação facilita a operação de embarque de passageiros ou de carga.
anggun3.wordpress.com/2008/05/31/1borneo/
· DESVANTAGENS
-Pequena estabilidade direcional e dificuldade de se controlar o curso e a velocidade de avanço e frenagem.
-Necessidade de complexo sistema de direcionamento operando em conjunto com a propulsão.
-O baixo nível de conforto resultante das grandes acelerações verticais ariginadas pela forma plana do colchão.
-O grande consumo de combustível.
-Alto custo de manutenção pelo complexo dos sistemas de propulsão e de insuflamento.
-Fabricação leve e cara.
4. SESs (SURFACE EFFECT SHIPS)
defense-update.com/products/s/skjold.htm
· CARACTERÍSTICAS
-Os navios de efeito de superfície são embarcações de sustentação aerostática cujo colchão de ar está contido em um compartimento não completamente flexível.
-Têm dois cascos laterias rígidos e apresentam estruturas flexíveis insufladas à vante e à ré.
-Seu casco atravessa a superfície da água o qual não é assim com os ACVs.
-Na condição estática, a pressão do colchão, expressa em coluna de água salgada não pode nunca exceder o menor valor de calado.
-Têm propulsão aquática.
defense-update.com/products/s/skjold.htm
· VANTAGENS
-Grandes velocidades obtidas podem chagar a 100 nós já que a resistência ao avanço é muita baixa.
-Concebidos a partir dos ACVs, os SES também têm uma grande capacidade de carga.
-Têm maior estabilidade direcional que os ACVs, mais manobrabilidade e atingem maiores velocidades.
-Bom rendimento do sistema propulsivo, pois a resistência ao avanço é pequena e o rendimento da propulsão aquática é sempre bem superior ao da propulsão aerea.
-O pequeno calado quando operam sobre o colchão.
-Possibilidade de duplo modo de operação: um sobre o colchão, mais rápido e com menos calado; e outro sobre o casco, mais lento e com maior autonomia.
· DESVANTAGENS
-Não tem operação anfíbia.
-O seakeeping é ainda mais crítico do que dos ACVs já que o amortecimento fornecido pelo colchão e pela saia é menor.
-Um sistema ativo de insuflamento se faz necessário no caso de operação em altas velocidades.
-Grande consumo de combustível.
-Custo de manutenção alto, pelo rápido desgaste.
-O sistema de insuflamento ativo capaz de controlar a pressão interna do colchão é complexo e custo caro.
5. SWATHs (SMALL WATER AREA TWIN-HULLS)
defense-update.com/products/s/skjold.htm
· CARACTERÍSTICAS
-Embarcações de deslocamento não convencionais que operam em velocidades intermediárías.
-Têm excelente comportamento em ondas devido a sua pequena área de linha de água.
-O SWATH é um catamarã com cascos afilados na altura da linha de operação, adquirindo a forma de “torpedos” em sua porção submersa.
http://www.superyachttimes.com/editorial/2/article/id/1829
· VANTAGENS
-O excelente comportamento em ondas é garantido em todos os estados de mar.
-Grande superfície na plataforma.
-Alta velocidade comparada com outras embarcações de deslocamento.
-Possível redução das vibrações e ruídos no caso que a instalação propulsora estaja localizada no interior dos torpedos.
-Um excelente comportamento em mar quando parado.
· DESVANTAGENS
-A velocidade limitada devido à grande superfície molhada, o que aumenta a resistência friccional.
-O grande calado que reduz a área de operação e pode dificultar a operação em portos normalmente destinados a embarcações do mesmo porte.
-A exterma sensibilidade às variações de peso o que implica na necessidade de sistema de lastro.
-A complexidade estructural devido à forma do casco vai conduzir a um grande volume de material.
-A necessidade de operar sempre com um mínimo de trim, para não comprometer o escoamento do fluido nos torpedos.
-A estabilidade avariada precária.
-A dificuldade de instalação dos motores devido à forma dos torpedos.
-A ocorrência de instabilidade de heave e pitch.
6. WIGs (WINGS IN GROUND EFFECT)
http://www.australianhovercraft.com/hovercraft_photos.htm
· CARACTERÍSTICAS
-Embarcações de sustentação aerodinâmica que operam muito próximas da superfície sem necessidade de estar em contacto com elas.
-A diferença com os aviões convencionais é que operam sempre com suas asas próximas à superfície utilizando o chamado “efeito de solo” para obter uma maior razão sustentação/arrastro.
-Têm asas bastantes mais curtas comparado com os aviões.
http://www.australianhovercraft.com/hovercraft_photos.htm
· VANTAGENS
-Altíssimas velocidades atingidas em comparação com qualquer embarcação aquática, já que sua resistência é apenas a resistência aerodinâmica.
-A excelente relação lift/drag obtidas graças ao efeito solo e a pequena perda de sustentação devido à grande capacidade de inibição de vórtices de ponta.
-A possibilidade de atuarem como veículos de espionagem já que sua operação muito próxima à superfície dificulta a detecção por radares e também por sonares.
Turbulencia entre as asas de um avião convencional (Figura Superior) e um WIG (Figura Inferior)
http://www.australianhovercraft.com/hovercraft_photos.htm
· DESVANTAGENS
-O seakeeping crítico já que a condição de operação está limitada a estados de mar mais baixos.
-O perigo de se operar a velocidades muito altas nas proximidades da superfície aliada à limitada capacidade de ultrapassar pequenos obstáculos.
-O payload reduzido quando comparado com os outros AMVs.
-Tendem a oscilar em torno de uma altura de equilibrio onde a sustentação é igual ao peso.
-Altos custos de construção e de operação, pela tecnología de construção.
-A manobrabilidade tende ser deficiente para a operação na superfície.
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