Esta página é uma coletânea de posts sobre o projeto de RG 65 e ao mesmo tempo sobre como usar o Freeship.
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Já que vou fazer meu projeto de RG 65, resolvi aproveitar e fazer um passo a passo de como fazer um projeto usando o Freeship.
A primeira coisa que um projetista deve fazer ao iniciar um projeto é pesquisar o que já existe de barcos semelhantes e fazer um apanhado de dados de dimensões, pesos etc.
Eventualmente ao longo do tempo vamos formando o projeto na cabeça e ao iniciar já temos mais ou menos as dimensões e pesos, mas podemos sair também do zero e aí essa pesquisa é fundamental.
O Projeto do RG 65 deve começar pela escolha da boca máxima, boca na linha d’água, calado do casco, coeficiente prismático, superfície molhada, posição do LCB, posição do LCF, borda livre a vante, borda livre a ré. Na página Projeto aqui do blog, que aparece no menu aí em cima, você pode ver o significado destas grandezas.
Os RG 65 tem as seguintes características segundo minha pesquisa:
Boca máxima - 0,13 m a 0,18m
Boca na linha d’água de projeto – 0.10 m a 0,17 m
Peso total – 0,7 kg a 1,1 kg
Bulbo – 0,3 kg a 0,8 kg
Borda livre AV – 0,05 m a 0,07 m
Borda livre AR – 0,02 m a 0,04 m
Calado do casco – 0,03 m a 0,06 m
Coeficiente prismático – apesar de não se ter dados a respeito o Cp fica entre o,52 e 0,58
Área molhada – outra grandeza difícil de se conhecer tenho uma referência que está em torno de 0,05 m² e 0,07 m², nada confiável.
Vamos então definir as seguintes medidas para começarmos nosso projeto:
Comprimento – 0,65 m
Boca máx – 0,13 m
Calado – 0,04 m
O Freeship pode ser obtido aqui:
http://www.hydronship.net/index.php?lang=en
Se por acaso você cair numa página com algo em russo, no alto da página tem uma bandeira inglesa, clique nela que ela vai para a página em inglês, mas este link acima já é da página em inglês. O software é desenvolvido por um russo. É idêntico ao Delftship mas tem um pouco mais de recurso.Se você usar Windows não tem problema, se for Linux tem que usar o programa no ambiente Wine.
Um problema do Freeship é não ter precisão para barcos pequenos, os cálculos são arredondados e não tem o menor valor. O que eu faço para contornar esse problema é fazer o desenho de um barco 10 vezes maior, assim eu vou fazer um barco com 6,5 m de comprimento, 1,3 m de boca e 0,40 m de calado, ou seja, vou trabalhar num barco em escala 10/1. Para saber os valores calculados pelo programa para o meu RG eu divido as dimensões lineares por 10, as áreas por 100 e os volumes por 1000.
O Freeship tem que ser usado com a forma inglesa de números, ponto no lugar da vírgula e vice-versa. Abra o Freeship e clique em File –> New e você vai ver a tela:
Quando você clica em New aparece a pequena janela, caixa de diálogo, com alguns dados já preenchidos e outros em branco como Length (comprimento), Beam (boca), e draft (calado) que eu prenchi com os dados que eu escolhi acima.
As duas primeiras linhas já vem preenchida com 6 e 5 que são os pontos da malha de controle da forma do casco. Quanto maior os números mais difícil fica em trabalhar, deixe estes valores, que definem bem a forma, no futuro você pode aumentá-los.
Escolha metros na última linha. Após preenchido toda a caixa de diálogo, clique no simbolo de OK em verde, no topo da caixa e aí aparece o desenho do seu barco:
Com certeza as cores da minha tela não são iguais a sua, isso porque eu fui em File –>Preferences e escolhi como padrão essas cores para ajudar a explicar melhor, mas o desenho é o mesmo.
Se você olhar com atenção vai ver o desenho das linhas do barco e uma malha verde com pontos verdes nas interseções da malha. Estes pontos são aqueles 5 e 6 da janela de diálogo anterior. Você muda a forma do casco desenhado clicando e arrastando estes pontos, que são 5 * 6 = 30 ptos.
A janela do freeship é composta de 4 janelas minimizadas e arrumadas lado a lado na ordem usada em desenho técnico, vista de lado – Profile View, vista de cima – Plan View, vista de frente – Bodyplan View e uma janela para mostrar o barco em 3D – Perspective Vew. Para visualizar cada uma destas janelas na tela inteira é só clicar no botão de maximizar da janela. Se depois você clicar no botão de minimizar, a janela volta para seu lugar, minimizada. Se você clicar com o botão do lado direito do mouse em cada uma das janelas vai abrir a caixa de diálogo:
Esta linha da caixa em azul é para você fazer uma nova janela, se por acaso você clicar errado no botão de fechar a janela, é só abrir essa caixa no lugar vago e escolher a janela, ela volta do mesmo jeito que estava antes, isto porque na realidade você está trabalhando em 3D e as janelas são apenas vistas deste objeto em 3D, fechando a janela nada muda no objeto.
A linha Camera e Mode é para se usar na Perspective View.
Com Mode você pode renderizar a perspectiva de 4 modos:
Wireframe – só linhas, como está agora,
Shade, que é uma renderização que mostra a parte imersa e emersa em cores, que você pode mudar a vontade em File –> Preferences
Gaussian Curvature e Zebra Shadding que colocam as cores de acordo com o grau de curvatura da forma do casco.
A linha Camera são formas de ver a figura. Pode usar a que preferir.
A linha Background image é para você inserir uma imagem de fundo na janela, Print para imprimir e Save Image para salvar o instante da janela como figura.
O zoom pode ser feito por esta janela mas o mais prático é clicar com o botão esquerdo na janela, fora das linhas do desenho, e arrastar para cima para aumentar ou arrastar para baixo para diminuir.
O menu Visibility :
Control net – serve para deixar visível ou não a malha de forma. Clique para ver como fica, para voltar a ver a malha, use o menu de novo.
Show both sides – serve para mostrar ou não os dois lados do casco, veja a figura abaixo com a opção Both sides acionada:
Se clicarmos com o botão direito na janela Perspective View e escolhermos a opção Mode –> Shade, veja como fica:
Não dá para ver muito bem a figura, use então o botão de maximizar a janela e use os botões de movimentar a janela situados em baixo e á direita da janela, com eles você pode colocar o casco em qualquer posição:
Para voltar é só clicar no botão de minimizar a janela que você volta para a janela com 4 vistas.
As outras linhas do menu servem para você visualizar ou não as diversas linhas do desenho – Grid, Stations, Buttocks, Waterlines. Clique nelas e veja o que acontece. Para voltar a ver as linhas acione o menu de novo.
A linha do menu – Hydrostatics features coloca (ou tira) os valores de algumas propriedades hidrostáticas do casco, é interessante em certas ocasiões em que você quer modificar a forma do casco e ver instantaneamente as variações nos valores destas grandezas.
Neste menu assim como nos outros menus existem algumas linhas que não funcionam na versão Free. Só funcionam na versão paga.
Existem vários ícones na barra de ferramenta que agilizam estas funções do menu:
É só clicar neles e ver para que servem. Para voltar ao que era antes clique no botão de novo.
Talvez você ache interessante ter sua tela como a minha, vá então no Menu File –> Preferences e coloque as cores como as minhas, para mudar a cor click em cima da cor atual:
Vamos dar uma olhada no Menu –> Calculations e ver quais são os valores que o barco na tela possui para as grandezas principais que precisamos controlar no projeto.
Ao clicar em Calculations abre uma caixa de Menu com:
Intersections – mais tarde usaremos este recurso
Design Hydrostatics – Click nele, ao clicar neste sub menu você terá acesso a uma caixa com os leak points.
Leak points são pontos da malha que indicam onde a malha não tem continuidade como na parte superior do casco na altura do convés e na popa. Procure ver no desenho os pontos verde claro da malha, estes são os leak points. Estes leak points são normais e nem precisamos nos preocupar com eles, no entanto se por acaso houver um leak point na linha de centro do barco os cálculos não serão feitos e você precisará corrigi-lo colocando o valor de y destes pontos da linha de centro igual a zero. Quando você clica num ponto verde ( claro ou escuro ) qualquer da malha aparece na tela uma caixa dando o valor x, y, z do ponto. Se qualquer ponto da linha de centro da malha não estiver com y = 0 será um leak point e você terá que alterar o valor de y na caixa para zero.
Como nós não mexemos em nenhum ponto do desenho clique num ponto da linha de centro e veja a caixa com x, y, e z aparecer e veja que ela possui para y o valor zero.
Os eixos tem a seguinte direção:
x –> Origem ( x=0 ) na popa e direção positiva para a proa
y –> Origem ( y = 0 ) na linha de centro ( center line) direção positiva para esquerda ( BB )
z –> Origem ( z = 0 ) na linha de base (Base line) direção positiva para cima
Você na realidade não precisa se preocupar com a caixa dos leak points, clique em OK. Se a página dos cálculos aparecer com todos os dados do barco é porque está tudo OK, se aparecer uma caixa de diálogo dizendo que não foi possível calcular, verifique qual ponto da malha da linha de centro não está com y = 0, corrija e volte ao menu que a página dos cálculos vai aparecer ( a não ser que tenha mais pontos com y diferente de zero, mas aí é só verificar qual não está e colocar y = 0 ).
Esta janela dá os valores das dimensões principais do casco e das grandezas hidrostáticas no calado de projeto que estipulamos na abertura do projeto, naquela primeira caixa de diálogo.
Vamos ver alguns pontos desta janela:
Water density – 1.025 t/m³ Esta densidade é da água salgada e devemos trocá-la para água doce que é de 1.000 t/m³. Devemos projetar o barco para água doce porque é a condição mais desfavorável pois o barco cala mais na água doce que salgada. Vamos fazer logo esta mudança:
Vá no menu Project e depois click em Project Settings e click na aba Hydrostatics e mude Water Density de 1.025 para 1.000
Feito isto voltemos ao Menu Calculatios a abramos de novo a janela com os cálculos feitos:
Beam over all – apesar de estipularmos uma boca máxima de 1.3 m a malha formada está com 1.292 m, isto é inerente a criação da malha, ao processo que gera a malha. Não tem muita diferença para o que pensávamos, lembrando que o nosso RG 65 terá uma boca 10 vezes menor ou seja 0,1292, portanto uma diferença de apenas 8 décimos de milímetro da boca pretendida.
Displaced Volume – 0.859m³ – Volume de água deslocada pelo casco é igual ao volume imerso do casco. O peso desta água deslocada é igual ao peso do barco ( Princípio de Arquimedes)
Displacement – 0.859 t ( Na água doce o Displaced Volume será igual ao Displacement porque a densidade da água doce é de 1.0 t/m³ ). Esta grandeza é uma das mais importantes porque nos mostra que o barco que o Freeship gerou ao calar 0.4 m deverá estar pesando o.859 t.
Aqui tenho que fazer uma pausa para explicar o seguinte:
Por acaso o número que representa o peso em toneladas nesta escala 10:1 que estamos usando é o mesmo número que nosso barco RG 65 teria em kg, assim se este barco da janela no calado 0.40 m possui displacement (deslocamento) de 0.859 t o barco 10 vezes menor, nosso RG 65, teria um deslocamento de 0.859 kg, caso tenha esta mesma forma (10 vezes menor – escala 1/10).
Assim quando eu vejo nesta janela que o deslocamento é de 0.859 t eu visualizo que o meu RG 65 que é 10 vezes menor teria, se tivesse esta forma de casco, 0.859 kg = 859 g de deslocamento.
Ao iniciarmos o Freeship não estipulamos para ele o nosso deslocamento porque ele não pediu. Se por acaso o RG 65 que estamos querendo construir for de 1 kg precisaremos mexer na malha, mudando a forma do casco para aumentar o volume submerso até que o deslocamento fique com 1.0 t. Esta é a vantagem de deixarmos acionado o ícone que mostra algumas das grandezas hidrostáticas na tela, vamos mexendo na forma do casco e instantaneamente vemos para que valor foi o displacement.
Se por acaso eu quiser que meu RG 65 tenha um peso de 700 g, o barco da tela deverá ter 0.700 t de displacement e eu tenho que diminuir o volume da parte submersa do casco modificando a forma do casco por meio da malha, mexendo nos pontos da malha.
Prismatic coefficient – 0.5287 Este coeficiente prismático é bom para pouco vento, onde o barco não alcança a velocidade máxima que ele pode alcançar, pessoalmente não uso coeficiente prismático baixo como este, uso 0.55 para cima, dê uma olhada lá na página Projeto o texto sobre coeficiente prismático. O coeficiente prismático está ligado a resistência de onda que junto com a resistência de atrito são as mais importantes.
Wetted Surface – 5.153 m² ( nosso RG 65 teria uma superfície molhada de 0,05153 m² — dividindo o valor da tela por 100 por se tratar de área). Esse valor, pelos dados que tenho é razoável para bom, aqui seria interessante se alguém dispusesse de dados de superfície molhada (área do casco em contato com a água) dos RG 65 pudesse acrescentar algo.
Longitudinal Center of Buoyancy ( CE – Centro de Empuxo ) – 3.144 m Aqui temos a indicação que o centro de gravidade do volume, local da aplicação do Empuxo, que é a resultante das forças de pressão da água que empurra o casco para cima, fica a 3.144 m da popa. Este é um dos mais primordial dado que precisamos porque a resultante dos centros de gravidade dos pesos que compõe o peso total do casco tem que ficar exatamente a 3.144m da popa para que o barco fique exatamente na linha d’água de projeto.
Longitudinal Center of Buoyancy ( CE – Centro de Empuxo em % )= – 3.496 % ( valor negativo porque está a ré da seção que fica no meio do comprimento do barco ) No entanto este dado, que é a relação entre a distância do Center of Buoyancy à seção que fica no meio do barco e o comprimento da linha d’água de projeto (Total Length of submerged body), tem um aspecto importante na resistência ao avanço do casco na água. Acho que um valor entre -1% a -2% seria melhor. Para modificar este valor atual teria que colocar mais volume submerso para vante, deslocando o Longitudinal Center of Buoyancy (Centro de Empuxo) para vante.
Waterplane Center of Floatation (CF – Centro de Flutuação da linha d’água – Centro de Gravidade da linha d’água) – 3.018 m Pessoalmente gosto de manter o CF perto do CE e perto do meio do barco (% CE entre -1% a 2% )
Bem, em vista destes valores tenho:
1 – Se eu quiser fazer um RG com 900 g, logo meu projeto 10 vezes maior terá que ter 0.900 t de Displacement, terei que aumentar meu volume aumentando as formas das balizas (stations) na parte imersa.
Aqui cabe uma boa conversa – Naturalmente quanto mais leve for o barco menos resistência ao avanço terá, no entanto um barco muito leve significa um bulbo de menos peso logo de menor momento de endireitamento para colocar o barco num ângulo de banda bom para se ter uma boa eficiência da vela. Aqui está o X da equação do RG 65.
Qual o peso do bulbo a ser escolhido? Qual o comprimento da quilha?
Imaginando-se que todos os barcos tenham um mesmo peso de casco (o menor possível) qual seria o peso total ideal do barco? Na realidade, mais para o final quando o projeto estiver mais adiantado é que eu vou escolher o peso final do barco, por enquanto vamos deixar ele com 0.900 kg ou 900 g ou no desenho 0.900 t
2 – Aumentar o coeficiente prismático para 0.55 ou mais. Para aumentar o coeficiente prismático eu posso diminuir a área imersa da seção mestra e aumentar as áreas imersas das outras balizas, realmente um coeficiente prismático mais alto significa que o volume é mais distribuído ao longo do casco. Diminuindo a área imersa da seção mestra e aumentando a área imersa das outras seções eu estou mexendo no volume imerso, logo no deslocamento, e eu posso aproveitar para aumentar o volume para o.900 m³ que nos dará 0.900 t de deslocamento e que nos ajudará a aumentar o coeficiente prismático.
3 – Quando eu estiver mexendo nas balizas e aumentando o volume, vou preferir aumentar o volume avante da seção mestra, na parte de vante do barco, para que o meu LCB e LCF se aproxime da seção mestra.
4 – Vou ficar atento a mudança dos valores da superfície molhada para que não aumente e até diminua se possível.
5 – Vamos mudar a posição da roda de proa e da parte de ré do casco
Antes de começarmos a modificar a forma do casco vamos dar uma olhada na resistência ao avanço deste casco que o Freeship lançou.
Vamos ao menu Calculations e clicamos em Resistance e depois em Delft Yacht Series or Holtrop-88 for sea ships e aí temos que preencher vários dados e agora é necessário se falar sobre velocidade.
A maior velocidade que um barco chamado de deslocamento ( porque a força que o empurra para cima é advinda principalmente do deslocamento da água feita pelo casco) pode alcançar é dada pela fórmula:
Vmax = 1,34 * √ (Comprimento da linha d’água em m / 0.3048)
O casco na tela tem comprimento de linha d’água de 5,256 m logo:
Vmax = 1,34 * √ 5,256/0.3048 = 5,56 nós
Bem, como temos que estabelecer a velocidade máxima para colocar na caixa de diálog no lugar – End speed – vamos estabelecer 6 nós e estabelecer 10 cálculos de resistência na faixa de 0 a 6, logo um Step de 0.6.
Na parte seguinte da caixa – Hull – Vamos marcar a opção – Extract data from current hull e colocar 0.4 na opção Draft Hull no lugar de 0.000 atual, como estamos somente no casco nada faremos em keel e rudder e clicaremos na máquina de calcular que se encontra na parte superior da caixa de diálogo:
Vemos que aparece o gráfico da resistência ao avanço do barco e se clicarmos na orelha Results teremos:
Nas figuras acima temos os dados de entrada
Aqui os resultados numéricos da resistência ao avanço
Pelos resultados obtidos vemos que para as velocidades acima de 4.8 nós a recomendação de se usar um Coeficiente Prismático Cp = 0.55 ou mais está confirmada porém os cálculos indicam uma posição ideal para o Centro de Empuxo – CE – de – 3.2 %, diferente portanto do que eu acho, mas a medida que o projeto for se desenvolvendo veremos como vai evoluir esta porcentagem.
Bem, vamos dar uma mexida na forma do casco, portanto vamos na janela Profile View e a maximizamos :
Para acertar o zoom da janela, para a figura ficar toda na janela, clique o botão esquerdo do mouse e arraste-o para cima ou para baixo.
Como vimos que quanto maior o comprimento da linha d’água maior é a velocidade do barco necessitamos aumentá-la o máximo possível. Faremos isso colocando a roda de proa na vertical e abaixando a popa da embarcação. A popa eu não abaixo totalmente, deixo-a ficar ligeiramente acima da linha d’água para que quando o barco estiver navegando a onda que se forma na popa não a enterre causando vórtices que aumentam a resistência. Para modificar a roda de proa, é só clicar em cada ponto da malha na roda de proa e colocar x = 6.5 e dar um enter, vejamos:
E faremos o mesmo para os três pontos da malha acima deste :
Pronto, a proa está no limite máximo do comprimento. E veja, o deslocamento como já aumentou – Displ = 0.87 t quase os 0.9 t que queremos. Vamos para a popa. Clico no ponto mais baixo da malha na popa e o arrasto para baixo até onde eu quiser:
De imediato eu vejo que o meu deslocamento foi para 0.89 t.
Esta figura mostra também que ao movermos os pontos com o mouse nós perdemos um pouco a precisão da posição, este ponto movido com o mouse deveria estar com x = o porque é um ponto da popa, no entanto, apesar de não parecer, ele está a – 0,0071 ou seja a ré do limite da popa, neste caso é só ir na caixa e colocar x = 0.
Vamos dar uma olhada nos cálculos de resistência e ver a resistência ao avanço do nosso novo barco:
Ao aumentarmos o comprimento da linha d’água modificamos o Cp e a relação Lwl/Bwl (Lwl = comprimento da linha d’água de projeto e Bwl = Boca na linha d’água de projeto, Cp – coeficiente prismático)
A fórmula do Cp = Volume imerso / Área da Seção Mestra * Comprimento da linha d’água logo como aumentamos o comprimento da linha d’água e o volume imerso não aumentou na mesma proporção o coeficiente prismático diminuiu. Além disso com o aumento da Lwl a razão Lwl/Bwl aumentou muito. Estas duas consequências impedem o Freeship calcular a resistência pelas fórmulas da Delft porque estes novos valores fazem com que o nosso barco esteja fora das dimensões válidas para uso das fórmulas.
Por este motivo o Freeship passa a calcular a resistência pelas fórmulas de Holtrop e aí o problema, não dá para comparar os valores calculados agora com os valores da resistência que calculamos antes porque os processos de cálculo são diferentes.
Um barco real de 6.5 m de comprimento tem para boca mais ou menos 2,8 m, uma relação Lwl/Bwl = 6.5/2.8 =2.3, o nosso tem para Lwl/Bwl o valor 6.5/1.093 = 5.94, como estes cálculos de resistência são feitos para barcos reais não adiantam muito para nossos barquinhos.
Para podermos usar os cálculos da Delft nossa boca teria que ser no mínimo Bwl = 1,3 m e o Cp no mínimo 0,52. O nosso Cp é de 0.474.
Aí ficamos sem poder saber se estamos modificando para pior a resistência do nosso projeto cada vez que o modificamos. E não adianta querermos fazer o projeto dentro das relações geométricas que nos permitiriam usar a Delft porque não sabemos a resistência dos barcos que se encontram fora das relações geométricas válidas para se usar a fórmula, que podem ter uma resistência menor.
Daí a necessidade do projetista saber as resistências dos barcos RG 65 que existem por aí, mas não sabemos. E aí o projeto se torna uma loteria.
Vamos então começar a modificar a forma do nosso barco para que ele fique do jeito que gostaríamos que ele ficasse, o jeito que achamos que um barco RG 65 andasse bem e mais tarde dar uma olhada na resistência já que pelo menos o Cp eu quero passar no mínimo para 0,55, o que está dentro dos parâmetros da Delft.
Bem já vimos bastantes recursos do Freeship que podem nos ajudar a projetar um RG 65. Vamos acertar agora o contorno do casco, colocar uma borda livre compatível com o do nosso RG 65, mudar o numero de balizas passando para 11 que é o que nós usamos normalmente para fazer um RG 65, colocar as linhas d’água em múltiplo de o,05 m para podermos ter dados de cálculo para escolhermos o peso final do nosso barco.
Para mudar a quantidade de balizas e linhas d’água e mudar os espaçamentos entre elas usaremos o menu Calculations –> Intersections
Vamos clicar no ícone das balizas – primeiro ícone, e aparece a caixa de diálogo:
Cliquemos na lixeira e a lista de balizas desaparecem, em seguida clicamos em +N e surge uma caixa de diálogo pedindo para você colocar o espaçamento que você quer para as novas balizas, vamos colocar 0.65 para ficarmos com 10 espaçamentos entre baliza e 11 balizas:
Clicamos em OK e a nova janela indicando a posição das 11 balizas aparece:
Vamos mudar as linhas d’água,cliquemos no ícone delas, o terceiro:
Clicamos na lixeira e em seguida em +N e aparece a caixa de diálogo para colocarmos o espaçamento que queremos, no caso 0.05 m:
Clicamos em OK e aparece a posição das nossas novas linhas d’água.
Não mexeremos nos planos de alto, os buttocks, nem usaremos por enquanto as diagonais.
Vamos acertar agora nossa borda do casco. Vou escolher para o nosso RG 65 3,5 cm de borda livre a ré e 5 cm a vante o que corresponde a 0.35 m e 0.50 m no nosso desenho.
Para isso vou clicar nos pontos superiores da malha e abaixarmos até a linha do casco ficar onde quero, para isto vou maximizar o Profile View e acertar o desenho dentro da janela para poder ver as alturas das linhas d’água e tê-las como referência:
Você pode ver a caixa de diálogo das coordenadas do ponto que eu abaixei ,que ele está em Z = 0.8935, como eu quero uma borda livre de 0.50 e tenho um calado de 0,40 o Z deveria estar com 0.90, mas aí é só acertar passando para 0.90. Você vê claramente que a ponta da malha de cima passou pelos pontos inferiores, então eu vou abaixar todos os pontos inferiores antes de continuar:
Agora posso abaixar todos os demais pontos superiores da malha:
Vamos minimizar o Profile View e ver como está a aparência do nosso barco:
Bem agora eu vou começar a mudar a forma do casco clicando e arrastando os pontos tendo em vista o seguinte:
1 – colocar o CB mais para vante, mantendo perto o CF
2 – procurar aumentar o Cp diminuindo a área imersa da seção mestra e aumentando ás áreas imersas das outras balizas
3 – Colocar volume no casco avante da seção mestra e acima da linha d’água de projeto para evitar o afundamento da proa tanto no vento de popa como em banda (inclinação lateral devido a força transversal do vento na vela)
4 – diminuir o volume do casco acima da linha d’água, a ré, para evitar que um excesso de flutuação a ré auxilie o afundamento da proa quando em banda
5 – Colocar as seções imersas a ré mais planas ( é uma das minhas pesquisas)
6 – Tentar fazer as seções de tal forma, consultando frequentemente Calculations, que eu tenha a menor área molhada possível
7 – aumentar, se for interessante, a boca na linha d’água de projeto para entrar numa relação Lwl/Bwl que seja adequada ás fórmulas da Delft
Como seria exaustivo colocar aqui o andamento dessas modificações vou fazendo imagens de vez em quando e colocando aqui:
Como eu quero tirar bastante volume a ré, acima da linha d’água de projeto, vou introduzir uma quina no casco na altura da linha d’água. Para isso clico com o mouse nos dois segmentos de linha da malha que passam para a cor vermelha em seguida vou no menu Edge e clico em Crease e a quina está feita, após isto mexo nos pontos da malha de tal forma que a parte de cima da baliza fique reta:
Vamos dar uma olhada geral no desenho, minimizando o Bodyplan:
Não se pode dizer que seja um simples RG 65 convencional, é simplesmente um RG de estudo, e será construído e testado depois de verificado as linhas d’água inclinadas:
Vamos dar uma mexida no término da linha d’água para elas ficarem mais planas:
Naturalmente eu tenho sempre, ao modificar as linhas, ido em Calculations –> Resistance para ver como as formas estão influindo na resistência, vejamos como está neste momento:
Vamos ver como o resultado atual está em relação ao anterior, já que eu aumentei a boca na linha d’água e os cálculos estão sendo feitos pela Delft:
– Antes Agora
Posição do CB -3.5 % -2.241%
Cp 0.5287 0.5290
Boca na WL 1.055 1.299
Área molhada 5.15 m² 6.59 m²
Deslocamento 0.859 m³ 0.953 m³
Lwl/Bwl 4.982 4.78
Resistência
v = 4,8 knot
. Rf Rr Rt Cp ótimo % CB ótimo
Antes 49.4 48.1 97.5 0.55 -3.22
Depois 61.4 26.5 87.9 0.50 -2.88
Antes de tirarmos alguma conclusão precisamos perceber que o deslocamento aumentou, logo as resistências tem que aumentar. Mais na frente veremos como colocarmos estes dados no mesmo deslocamento.
A resistência de atrito ( Rf ) aumentou em função do aumento da área molhada
A resistência residual ( Rr) que se compõe principalmente pela resistência de ondas desabou
A resistência total, em função da grande queda da resistência residual, abaixou.
Com a nova forma do casco o Cp ótimo sugerido pela fórmula da Delft caiu de 0.55 para 0.50 e a % CB ótimo sugerido passou de -3.22 para -2,88
Lembrando que o deslocamento atual penaliza os resultados atuais, se compararmos este casco atual num calado mais baixo ou seja, este casco com deslocamento 0.859 m³ possivelmente terá muito menos resistência.
Aqui uma figura das linhas diagonais. Estas linhas são a interseção de planos inclinados transversalmente que mostram (um pouco) as formas das linhas d’água inclinadas:
Vamos ver o menu Mode –> Gaussian Curvature. Clique com o botão direito na janela Perspective View selecione Mode e depois Gaussian Curvature
A perspectiva fica vermelha com umas manchas azul e algumas partes verdes. Estas manchas azuis indicam locais do casco onde existem calombos, dizemos que estas manchas são partes não carenadas e é então necessário tirarmos estas manchas mexendo nos pontos da malha perto dela de tal forma que fique tudo vermelho, veja abaixo as figuras:
Vamos mexer no ponto indicado pela seta e selecionado em vermelho na figura acima, eventualmente temos também que mexer em pontos próximos
Quando o calombo acaba a cor fica vermelha e o trabalho está feito. Veja os outros calombos:
Finalmente o casco todo carenado:
A escolha do deslocamento
Quanto menor o peso total do casco menor a resistência. Vamos imaginar que todos consigam fazer o menor peso de casco possível, digamos 350 g, não sei qual seria o valor real.
Vamos supor que esse barco possua um bulbo com 500g e está posicionado à 0.30 m abaixo da linha d’água. podemos separar o momento de endireitamento do casco em dois componentes, o momento devido ao empuxo se deslocar de sua posição quando o barco estiver inclinado e o momento causado pelo bulbo quando se afasta da linha de centro em função do barco ficar em banda.
O momento feito pelo empuxo não deve variar muito de um barco para o outro em função do pequeno comprimento do RG 65. Vamos supor que todos os barcos tenham mais ou menos o mesmo valor para esse momento.
O momento do bulbo será M = Peso do bulbo * Q * senα
onde:
Q = distância do CG do bulbo a linha de centro da linha d’água de projeto inclinada
α = ângulo de banda
Então o nosso bulbo com a quilha gerará um momento: M = 0,5 * o,30 * senα = 0,15 * senα ( kg*m )
Bem, qual seria distância para que um bulbo com 300 g fizesse o mesmo momento? 0,50 m porque M= 0,3 * 0,5 * senα = 0,15 * senα (kg*m )
E o nosso barco passaria para um deslocamento bem menor, de 850 g passaria para 650 g e teria muito menos resistência.
Evidente que este pode ser um exercício com pesos e medidas exageradas, mas o funcionamento é este.
E quanto a quilha? A quilha deve ter uma determinada área para gerar uma força lateral capaz de contrabalançar a força lateral da vela introduzida pelo vento. Temos então que manter a área da quilha. Se nossa quilha tinha para largura 7 cm e 0,30 m de comprimento (Área = 2.1 cm*m) a nova quilha pode ter 4 cm de largura e 0.50 m de comprimento (Área = 2.0 cm * m ) . Esta nova quilha pode inclusive ter uma eficiência maior que a anterior em função da razão de aspecto maior. Mas tudo tem um limite.
Assim o projeto do RG 65 deve levar em conta este aspecto, e então deve ser um projeto estudado em vários deslocamentos pois para cada competição em função da estatística da velocidade dos ventos locais poderemos usar um determinado bulbo e uma determinada quilha, logo, um determinado deslocamento .
Assim um RG 65 deve ter ( mais ou menos, não fui a fundo ainda nesta matemática, mas é um alerta apenas para este detalhe ) uns 3 bulbos e cada bulbo umas 3 quilhas.
Óbvio que para ventos bem fracos o bulbo leve e a quilha mais curta e ventos muito forte bulbo o mais pesado possível e quilha o mais comprida possível, são os dois extremos.
Em função de conhecermos a área máxima da vela, dá para fazermos uns cálculos e determinarmos qual bulbo com qual quilha para para cada vento.
Óbvio que a natureza não é matemática, mas quem conhece a região com certeza sabe qual a velocidade do vento mais constante.
Essa é a solução para o x do RG 65:
1 – Um casco otimizado para vários deslocamentos
2 – Uma família adequada de quilhas e bulbos.
Assim esse nosso procedimento destes dias, em que trabalhamos só num deslocamento, na realidade tem que ser feito todo de novo para uns quatro deslocamentos principalmente: 0,7 kg, 0,8 kg, 0,9 kg e 1.0 kg e talvez 1.1 kg. Na realidade temos que fazer vários projetos, com várias opções e escolher o melhor, o que tenha menos resistência para os vários deslocamentos.
Estudar os momentos de uma família de quilha e bulbos que gerem uma curva de momentos adequados ao seu uso no RG 65.
Vamos dar uma olhada em que se pode fazer sobre uma família de bulbos e quilhas:
Vemos que até 0.15 kg*m podemos usar o bulbo de 300 g (0,3 kg ) com quilhas de comprimento 0,30 m até 0,5 m a partir daí pode-se usar o bulbo de 400 g (0,4 kg ) com quilha de comprimento 0,4 m e 0,5 m e o bulbo de 500 g usaria-se com quilhas a partir 0,45 m sempre priorizando o bulbo de menor peso. O problema, pelo menos para mim é conhecer os dados dos momentos na vela em função da direção do vento para escolher o melhor bulbo e saber até onde a quilha pode ser aumentada sem introduzir problemas como baixa eficiência ou outro problema qualquer. De qualquer modo esta planilha mostra bem o problema (e a solução).
Uma conclusão fica óbvia se a quilha de 0,5 m é viável, é eficiente para o RG 65: quem usa bulbo de 4oo g com quilhas menores que 0,4 m está se penalizando em 100 g no peso total do barco e se usa o bulbo de 500 g em quilhas menores que 0,4 m está se penalizando também em 100 g.
Óbvio também que uma pesquisa nas dimensões da vela é extremante necessária, ela pode ajudar em muito a solução.
Dei uma modificada na forma do casco para a melhora do desempenho em 3 deslocamentos – 0.8 kg, 0.9 kg e 1 kg e passei para a escala 1/10, tamanho real, ficou um pouco diferente do último desenho postado aqui.
Para passar para o tamanho real, comprimento 65 cm, é só ir no menu Transform –> Scale :
e clicar em ok, o desenho final é este.
No Autocad com uma rotina Autolisp fiz o desenho das linhas inclinadas para os ângulos 10⁰, 20⁰, 30⁰ e 40⁰:
Me parecem boas, sem deformações exageradas no lado imerso.
Darei uma olhada nos cálculos hidrostáticos inclinados, também com uma rotina Autolisp no Autocad, vendo principalmente – deslocamento, área molhada, posição longitudinal do CB e CF e coeficiente prismático, verificando se esses parâmetros se comportam bem inclinados:
- não aumentar área molhada
- CB deve se deslocar para vante ou ficar onde está
- Idem CF
- Não modificar demasiado o Cp
Acredito, a julgar pelas linhas d’água inclinadas aí de cima que não vai haver surpresas.
O cálculo da resistência final ficou:
Gostaria de pedir aos companheiros que acompanharam estas postagens durante esses dias para ficarem a vontade e se tiverem dúvidas, acharem que tem algo errado, fazerem algum comentário, fiquem a vontade, pois eu também quero aprender 
e saber o que as pessoas acharam destes posts, darem sugestões etc.
Os cálculos com o barco em banda (inclinação transversal):
-Volume
0,0008 m³ –> 800 g : at 20⁰ o calado é 0.03 m, a 30⁰ é 0.027 m, a 40⁰ é 0.020
0,0009 m³ –> 900 g : at 20⁰ o caladot é 0.032 m, a 30⁰ é 0.03 m, a 40⁰ é 0.022
0,001 m³ –> 1000 g : at 20⁰ o calado é 0.034 m, a 30⁰ é 0.032 m, a 40⁰ é 0.024
- LCB
A variação do LCB é pequena se não vai para frente inclinado pelo menos fica onde está.
- Área Molhada
Não é a evolução dos meus sonhos mas fica para melhorar na versão 2.0
- Cp
O Cp está com bons valores aumentando com a inclinação o que quer dizer – aumentando com a o aumento da velocidade, o que é bom.
Bem, ja recortei as balizas e amanhã começo a prende-las na base. Quem vai junto? Quem quiser ir fazendo também é só me pedir o arquivo .fbm do Freeship por e-mail ou pelos comentários que eu mando pelo e-mail. Pode pedir o arquivo para modificar, servir de base para outros projetos, etc. É só pedir.
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Construção
Onde está o CG ?
Posição da quilha e bulbo
Em azul são os dados em verde o calculado.
Formulas e dados:
D6 = volume do Freeship
D7 = LCB do Freeship
CGs = como achado pelas figuras acima:
F12 –> F19 = column D * column E
F20 = Sum F12 –> F19
D21 = Sum D12 –> D19
D22 = F20/D21
D25 = D6-D21
E25 = (D6*D7 – D21*D22)/D25
D28 = D25+D21
D29 = (D25*E25+D21*D22)/D28
O problema é : onde colocar a quilha e o bulbo.
A quilha tem que ser colocada de acordo com o CG da vela e o bulbo deve ser colocado de acordo com os demais CG de maneira que o x CG final fique na mesma vertical do LCB.
Como o bulbo deve ser colocado na quilha, o arranjo da posição da vela, posição da quilha e do bulbo deve ser tal que se atenda aos compromissos entre eles.
Estipulado a distância entre o CG da vela e o CG da área imersa nós podemos ter múltiplas posições da quilha, bulbo e mastro.
Colocando-se na planilha os dados na coluna E para o mastro e a quilha (uma regra usada por muitos é colocar o mastro 2 cm avante do bordo de ataque da quilha) a planilha calcula a posição do CG bulbo.
Com o resultado da posição do Cg do bulbo podemos verificar se o valor achado é razoável para permitir a fixação do bulbo na quilha, se não for é só fazermos novas tentativas para a posição da quilha e mastro.
Não estranhe a posição do meu mastro, é uma posição experimental de mastro à ré e uma única vela.
As células D28 e D29 são para checar se o CG final está na mesma posição do LCB – células D6 e D7.
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O projeto acima, construído e navegando.
