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Oct 13, 2023

L'hélice expérimentale de 1975 se casse à mi-parcours, mais l'équipage ne remarque aucune différence

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FreightWaves explore les archives de la collection de près de 70 ans de publications d'expédition et maritimes d'American Shipper pour présenter des histoires de fret intéressantes d'il y a longtemps.

Dans cette édition, tirée du numéro de mai 1975 d'American Shipper, FreightWaves revisite le récit détaillé d'une expérience sur les mers.

Premiers navires O/B/O américains utilisés pour tester un nouveau concept d'hélice. L'Ultrasea a cassé une pale quelque part entre Hambourg et Galveston mais l'équipage ne l'a jamais su jusqu'à son arrivée au port. Considéré comme une aubaine pour les porte-conteneurs avec des problèmes de vibrations.

Les navires jumeaux Ultramar et Ultrasea sont aussi similaires que deux pois dans une cosse jusqu'à ce que vous regardiez attentivement leurs poupes.

Là, hors de vue ordinaire sous le fantail et derrière le gouvernail, l'Ultrasea affiche une hélice pointue qui ressemble plus à un ensemble d'éperons de cow-boy qu'aux courbes complètes associées à la plupart des hélices de navire - y compris celle d'Ultramar.

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En fait, la roue de l'Ultrasea propulse le navire à une vitesse supérieure d'un nœud (à 950 tr/min) à celle de l'Ultramar et permet à l'opérateur d'économiser jusqu'à 250 000 $ par an en frais de carburant.

De plus, la nouvelle hélice - officiellement décrite comme une "hélice fortement asymétrique" - fait son travail avec une perfection si silencieuse que les vibrations à bord du navire sont réduites à un minimum surprenant. Ce point était d'autant plus surprenant pour l'équipage lorsque le navire est arrivé à Galveston l'automne dernier et que le personnel à terre a signalé qu'une pale de l'hélice était cassée et manquante. Avec n'importe quelle autre hélice, l'équipage aurait su l'instant où l'accident s'est produit et aurait enduré la misère vibrante de la pale manquante jusqu'à ce que le voyage soit terminé. Le navire lui-même aurait souffert et des instruments finement calibrés auraient été désajustés, des raccords desserrés et des pièces d'arbre et de moteur usées avant l'heure.

L'Ultrasea et l'Ultramar sont des "tubes à essai" dans une expérience à grande échelle entreprise par des architectes navals, des ingénieurs maritimes et l'administration maritime pour améliorer l'efficacité opérationnelle des navires. MaRad n'a pas encore rendu ses conclusions formelles, mais il n'y a guère de doute quand on passe quelques minutes à discuter avec les hommes à bord des navires et les responsables de la compagnie qui les exploite.

Ils savent, et la réponse est "Right On!"

Au fur et à mesure que les navires deviennent plus gros afin de réduire les coûts de transport, les centrales électriques qui les déplacent doivent en faire de même. Pour des raisons économiques, la plupart des grands navires sont à vis unique. Avec une telle puissance sur une seule hélice, des difficultés sont survenues à cause de la cavitation et des vibrations du navire.

Les forces agissant sur l'hélice lorsqu'elle tourne dans l'eau varient. Cela affaiblit le métal de l'hélice et est transmis au navire sous forme de vibrations.

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En utilisant des hélices plus grandes qui tournent plus lentement, la cavitation peut être réduite. De plus, les vibrations de la coque peuvent être réduites en utilisant des conceptions structurelles spéciales, des poupes d'eau claire, des lignes de coque fines et de grandes hélices ; cependant, les effets de telles méthodes sont limités et pas toujours satisfaisants.

Une méthode expérimentale pour réduire le problème est l'hélice fortement asymétrique qui réduit la cavitation et les vibrations en égalisant les forces agissant sur l'hélice.

Le premier test d'une hélice fortement asymétrique sur un grand navire est mené par MaRad sur l'Ultrasea et l'Ultramar, propriété d'Aries Marine Shipping Company et des premiers transporteurs de minerai/vrac/pétrole (O/B/O) des États-Unis.

Les deux navires mesurent 875 pieds de long, 105 pieds de large et fonctionnent à un tirant d'eau allant jusqu'à 45,9 pieds. Les navires déplacent 98 855 tonnes chacun et sont propulsés par des centrales électriques identiques qui génèrent 24 000 chevaux. Ils ont été construits par la National Steel and Shipbuilding Company (NASSCO) à San Diego, en Californie.

La première étape du programme de test de MaRad a commencé avant la construction des deux O/B/O. Hydronautics, Inc. a été désignée pour concevoir et tester une hélice conventionnelle pour le modèle existant de la classe O/B/O de San Clemente, dans toutes les conditions de fonctionnement possibles.

Dans le même temps, le Naval Ship Research & Development Center (NSRDC) a été désigné pour concevoir et tester un modèle d'hélice fortement asymétrique pour l'O/B/O. Les deux hélices ont été conçues avec cinq pales et un diamètre de 26 pieds.

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Les deux premiers O/B/O ont été choisis pour l'essai, l'Ultramar étant équipé d'une hélice conventionnelle et l'Ultrasea de la pale très oblique. Parce que les navires sont presque identiques dans les moindres détails, ils étaient idéaux pour une étude comparative.

Il a alors été décidé de tester une grande lame oblique sur une application à grande échelle.

Enfin, une conception a été sélectionnée pour l'hélice asymétrique avec une pointe de pale à angle oblique de 72 °, et Ferguman Propeller du New Jersey a été engagé pour construire l'hélice tandis que des instruments ont été conçus pour les navires afin de mesurer l'effet des hélices sur les navires.

L'Ultramar entre en service à l'été 1973 et l'Ultrasea en mars 1974.

Preuve d'économies possibles, avant la mise en service de l'Ultrasea, une pale de son hélice très asymétrique a été endommagée et restaurée par la méthode de conduction électrique. Cette méthode, qui fragilise la pale, n'est pas pratique sur une hélice conventionnelle car la cavitation normale provoquerait la rupture quasi immédiate de la pale.

La lame s'est finalement cassée lors du dernier voyage du navire avant d'être désarmé, mais selon Peter Constans, vice-président d'Aires Shipping, l'équipage du navire ignorait que la lame était cassée jusqu'à ce qu'il atteigne le port et il n'y a pas eu de diminution notable de l'efficacité opérationnelle avec la moitié des une pale disparue comme il y en aurait eu si la pale était équipée d'une hélice conventionnelle. Selon Constans, l'hélice fortement asymétrique fonctionne bien mieux que l'hélice conventionnelle.

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En plus des économies de maintenance, Constans a déclaré que l'efficacité opérationnelle accrue de l'Ultrasea a entraîné des économies de carburant de 800 $ par jour. Avec son hélice très asymétrique, l'Ultrasea fait en moyenne un nœud de mieux que l'Ultramar à 950 tr/min, ce qui se traduit par une économie de carburant d'environ 10 $.

Constans a estimé que sur une période de vingt ans, les propriétaires économiseraient un million de dollars sur les coûts d'entretien.

Selon le Capitaine Louis Kingma de l'Ultramar, "Nous obtenons environ 1,7 milles pour un baril (de BunkerC), comme l'Ultrasea, mais avec notre hélice conventionnelle, nous avons beaucoup plus de vibrations qui peuvent affecter l'étalonnage de l'équipement électronique dans la salle des machines."

À propos de l'hélice déformée, le capitaine James D. Bennett à bord de l'Ultrasea a déclaré : "C'est une vraie pale de fantaisie. Ce qui est étonnant, c'est que l'hélice a été endommagée et qu'il manque la moitié d'une pale et je ne vois aucun changement dans le Nous ne pouvons détecter aucun changement dans les vibrations du navire en ce qui concerne l'arbre et ce qui vous concerne. »

Le capitaine Bennett a déclaré que même s'ils savaient que la lame avait été cassée quelque part entre Hambourg, en Allemagne, et Galveston, au Texas, lors de leur dernier voyage, ils ne savaient pas où car la rupture n'a été découverte qu'à leur arrivée à Galveston.

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Joseph Bond, ingénieur en chef de l'Ultramar, était à bord lorsque l'Ultrasea a effectué ses essais en mer et a été surpris par le manque de vibrations dans le navire.

Dans un rapport à MaRad sur la première phase du test, NASSCO a rapporté : "Les principaux avantages de l'hélice fortement asymétrique sont la réduction des forces et des moments d'appui instables ; et la réduction des forces de pression instables. Il est démontré que ces avantages sont obtenus sans un effet négatif sur l'efficacité de l'avance ou du recul."

Les avantages supplémentaires signalés étaient des améliorations de l'habitabilité en raison de la réduction du bruit et de la réduction considérable des vibrations des machines avec la lame fortement inclinée. Cette réduction des vibrations, selon le rapport, aura un grand effet sur la réduction de l'entretien des machines.

Un autre avantage indirect est une amélioration de l'analyse coût/bénéfice du navire grâce aux économies dues à la réduction des vibrations. L'étude a rapporté que la nouvelle flotte américaine de grands navires marchands pourrait réaliser des économies considérables grâce à l'utilisation d'hélices très asymétriques. En 1972, les dépenses supplémentaires des navires ayant des problèmes de vibration s'élevaient en moyenne à 250 000 $. Dans la flotte de porte-conteneurs, dont 63 % des navires ont des problèmes de vibrations, les économies potentielles pourraient atteindre 125 000 $ pour chaque navire de la flotte.

Les navires sont maintenant désarmés à Jacksonville. Avant leur remise en service, ils subiront tous deux une mise en cale sèche à Jacksonville Shipyards, Inc. L'Ultramar sera équipé de la lame skewback et l'Ultrasea d'une lame conventionnelle pour vérifier les résultats de l'étude.

L'Ultrasea, qui est arrivé à Jacksonville vers la fin janvier, n'avait effectué que quatre voyages depuis son lancement il y a près d'un an.

Lors de son voyage inaugural, il a transporté du grain de Vancouver au Bangladesh. Elle a ensuite récupéré une cargaison de bauxite à Grove, en Australie, et l'a livrée à Rotterdam.

Lors des voyages trois et quatre, elle a transporté du grain de la Nouvelle-Orléans à Hambourg. C'est au retour du quatrième voyage que la pale du navire a été brisée.

La dernière cargaison de céréales a été livrée en décembre et le navire a ensuite navigué vers Rotterdam pour les soutes avant de naviguer vers Galveston, où il était au mouillage en attendant les commandes.

Les deux navires ont une capacité céréalière de 3 217 510 pieds cubes et une capacité de cargaison liquide de 561 549 barils.

L'Ultramar, en plus de 18 mois de service, n'a effectué que sept voyages. Les voyages partaient de Rastanura, en Arabie saoudite, avec 553 494 barils de pétrole brut vers Naples, en Italie, et Sète, en France ; de la Nouvelle-Orléans à Rotterdam avec 63 510 tonnes de céréales ; de la Nouvelle-Orléans à Rotterdam avec 62 644 tonnes de céréales ; de Sept-Îles, Québec, à Ijmuiden, Hollande, avec 79 200 tonnes de pétrole iranien ; de Norfolk à Fanakawa, Japon, via le canal de Panama avec 55 719 tonnes de charbon puis de Hay point, Australie, à Ijmuiden avec 77 970 tonnes de charbon ; de Norfolk à Kakogawa, Japon, avec 59 350 tonnes de charbon ; et enfin, du golfe Persique au Delaware avec 471 763 barils de pétrole brut.

La dernière cargaison a été livrée le 1er février 1975 et le navire a navigué directement à Jacksonville pour y être désarmé.

Les deux capitaines ont convenu que si le projet de loi devant le Congrès était adopté, qui allouerait 30% des approvisionnements en pétrole entrant aux États-Unis aux navires battant pavillon américain, cela serait certainement bénéfique pour leurs navires.

Selon le capitaine Bennett, "Tout ce qui va augmenter la quantité de pétrole qui est amenée dans le pays par des pétroliers battant pavillon américain va augmenter la rentabilité de nombreux navires sous pavillon américain capables de transporter du pétrole, et nous pouvons transporter du pétrole. Vous pourrait appeler cela un bébé superpétrolier s'il était dans le pétrole."

L'Ultrasea n'a pas encore transporté de pétrole, mais selon le capitaine Kingma, l'Ultramar, qui a manipulé deux fois du pétrole, peut transporter du pétrole sans aucune préparation spéciale.

Les navires ont été construits pour transporter n'importe quelle cargaison pouvant être manutentionnée en vrac et, selon le capitaine Kingma, leur concurrence vient des navires battant pavillon étranger.

Les deux navires naviguent à une vitesse de 16,5 nœuds et consomment environ 1,7 baril par mille, ce qui, selon le capitaine Kingma, est un excellent taux de consommation.

En plus d'une faible consommation de carburant, les navires sont entièrement automatisés et transportent un équipage de seulement 26 personnes contre un équipage de 48 pour les pétroliers Victory seulement un septième de la taille des OBO.

Les navires sont également les plus grands autorisés à traverser le canal de Panama et peuvent traverser le canal de Suez s'il est à nouveau ouvert. Pour la direction, les grands navires ont des gouvernails surdimensionnés et manœuvrent très bien, selon le capitaine Bennett.

Cliquez ici pour lire le reste du numéro de mai 1975.

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