Составляющие сопротивления воды движению судна, их физическая сущность и пути снижения
В судовых проектных документах, в частности в расчетах ходкости, встречаются следующие составляющие силы полного сопротивления среды движению судна; R = Rтр + Rволн + Rф + Rвч + Ra , где Rтр- составляющая сопротивления трения; Rволн - составляющая волнового сопротивления; Rф - составляющая сопротивления формы; Rвч - составляющая сопротивления выступающих частей; Ra - аэродинамическое сопротивление.
Сопротивление трения Rтр зависит от числа Рейнольдса Re = VL/ν и представляет горизонтальную составляющую суммы касательных сил, возникающих при обтекании корпуса потоком при движении судна. Волновое сопротивление Rволн зависит от числа Фруда Сопротивление форма Rф зависит от числа Рейнольдса. Rвч - сопротивление выступающих частей, т.е. скуловых килей, увеличивающих смоченную поверхность судна, а следовательно, сопротивление трения ахтерштевня, руля, шахт эхолота, гирокомпаса и др., увеличивающих сопротивление формы. Ra- воздушное сопротивление, зависящее от числа Рейнольдса Ra= f (Re)и представляет сопротивление воздуха движению судна на сдаточных испытаниях при штилевой погоде. В эксплуатации на судне дополнительно возникают следующие составляющие сопротивления ; Rл - ледовое сопротивление; Rмет-метеорологические сопротивления, т.е. сопротивление ветра и волнения; Rрв- сопротивление разрушений волны;
Rтр - наибольшая из трех составляющих, равная 65-80% суммы Rтр + Rволн + Rф Rтр в эксплуатации существенно увеличивается за счет повышения шероховатости корпуса от коррозии, вспучивания краски и обрастания животными организмами и водорослями. В целях уменьшения Rтрпериодически (раз в год для пассажирских судов и раз в два года для ледоколов и судов активного ледового плавания) осуществляют плановые докования с полной очисткой и окраской корпуса. Для судов, эксплуатирующихся в тропиках, систематически осуществляют междоковые очистки корпуса под водой. В стадии натурного эксперимента находятся методы снижения сопротивления трения за счет подачи в пограничный слой растворов полимеров и применения "воздушной смазки". Расчет Rтрне требует проведения модельных испытании. Гипотеза Фруда об эквивалентной технически гладкой пластине позволила средствами теории пограничного слоя установить зависимость xпл = f (lg Re) Волновое сопротивление Rволн является следствием возникновения при движении судна носовой и кормовой систем волн, включающих каждая две группы волн: расходящихся и поперечных. Природа волнообразования - гравитационная. Выведенные из равновесия (за счет избытка гидродинамического давления в носу и в корме) частицы жидкости колеблются вследствие сил гравитации. Эти колебания воспринимаются как волновой профиль. Длина волн зависит от скорости судна: Носовая система волн интерферирует с кормовой. Интерференция может быть благоприятной и неблагоприятной. Характер интерференции зависит от числа Фруда, т.е. от скорости хода и длины судна. Волновое сопротивление сдерживает рост скоростей морских судов. Это наглядно видно из графика xпл = f (Fr) Системы и группы волн показанына рисунке выше.На глубокой воде угол между лучами, соединяющими середины стругов расходящихся волн с диаметральной плоскостью, α= 18-20°. Угол между продолжением следа расходящихся волн и диаметральной плоскостью b=2 α . Реальное уменьшение волнового сопротивления достигается двумя путями: - путем непересечения ватерлиний свободной поверхности (суда на крыльях, суда на воздушной подушке, экранопланы, подводные суда) - применением бульбовых образований носовой оконечности, обеспечивающих более благоприятную интерференцию. Сопротивление формы Rфсоставляет часть сил давления вязкостной природы. Физическая сущность его определяется характером распределения давления по длине судна и физическими явлениями, происходящими в пограничном слое судна (см.рис.).
Вследствие потери кинетической энергии частиц жидкости, движущихся из зоны понижения давления в зонуповышения давления, возникает противопоток частиц ивследствие этого вихреобразование. На создание вихревых систем затрачивается энергия, что определяет сопротивление формы. Воздушное сопротивление Rвозд. При обтекании воздухом надводной части судна создается результирующая аэродинамическая сила сопротивления Rа Аэродинамическая сила Rапри произвольном направлении скорости потока воздуха Vвозд относительно диаметральной плоскости судна, определяемая углом α составляет с диаметральной плоскостью угол b1> α1. Rвоздявляется проекцией Rа на направление скорости движения судна. При попутном ветре Rвозд совпадает с направлением движения судна. Проекция Rана направление, перпендикулярное скорости движения судна, характеризует силу дрейфа Rдp.
Сила сопротивления воздуха Rвозд = Rа cos b1 . Вектор Vвозд - кажущийся ветер. Воздушное сопротивление где С - коэффициент воздушного сопротивления, определяемый путем продувки моделей подводной части корпуса в аэродинамической трубе. Для транспортных судов С = 0,7-1,2; rв - массовая плотность воздуха; Fx - площадь проекции надводной части судна на плоскость мидельшпангоута.
Воздушное сопротивление максимально при встречном ветре, направленном в скулу под углом α1 = 25-30°.
Популярное: Как вы ведете себя при стрессе?: Вы можете самостоятельно управлять стрессом! Каждый из нас имеет право и возможность уменьшить его воздействие на нас... Почему стероиды повышают давление?: Основных причин три... Модели организации как закрытой, открытой, частично открытой системы: Закрытая система имеет жесткие фиксированные границы, ее действия относительно независимы... Почему человек чувствует себя несчастным?: Для начала определим, что такое несчастье. Несчастьем мы будем считать психологическое состояние... ![]() ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (2628)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |