Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Выпуклая носовая часть «тарана» изгибается снизу вверх и имеет «кулак», если вершина выше, чем место соединения с корпусом - сквозные туннели в бортах являются носовыми подруливающими устройствами . [1]

Луковичный лук является выступающей лампой на носовом (или спереди) судны чуть ниже ватерлинии . Колба изменяет способ обтекания корпуса водой , уменьшая лобовое сопротивление и, таким образом, увеличивая скорость, дальность полета, топливную экономичность и стабильность. Большие корабли с луковицеобразной носовой частью обычно имеют на 12-15% большую топливную эффективность, чем аналогичные суда без них. [2] Выпуклая носовая часть также увеличивает плавучесть передней части и, следовательно, в небольшой степени снижает килевую качку судна.

Суда с высокой кинетической энергией , которая пропорциональна массе и квадрату скорости, выигрывают от луковичной носовой части, рассчитанной на их рабочую скорость; сюда входят суда с большой массой (например, супертанкеры ) или с высокой скоростью обслуживания (например, пассажирские и грузовые суда ). [3] Суда с меньшей массой (менее 4 000 дедвейт ) и суда, которые работают с меньшей скоростью (менее 12 узлов ), имеют меньшую выгоду от луковичных носов из-за возникающих в этих случаях водоворотов; [3] примеры включают буксиры, моторные лодки, парусные суда и небольшие яхты.

Было обнаружено, что луки с луковицами наиболее эффективны при использовании на судах, отвечающих следующим условиям:

  • Длина по ватерлинии превышает 15 метров (49 футов). [4]
  • Конструкция груши оптимизирована для рабочей скорости судна. [5]

Основной принцип [ править ]

Комбинированное влияние подповерхностной луковицы и обычного лука на формирование волн, при котором волна, создаваемая луковицей, компенсирует влияние обычного лука.
  1. Профиль лука с лампочкой
  2. Профиль лука без колбы
  3. Волна, созданная лампочкой
  4. Волна, создаваемая обычным луком
  5. Ватерлиния и область погашенных волн

Эффект выпуклой дуги можно объяснить с помощью концепции деструктивной интерференции волн: [6]

Лук традиционной формы вызывает волну лука . Сама по себе луковица заставляет воду течь вверх, образуя желоб. Таким образом, если к обычному носу добавляется луковица в правильном положении, впадина луковицы совпадает с гребнем носовой волны, и они компенсируются, уменьшая след от судна . В то время как создание другого волнового потока истощает энергию корабля, подавление второго волнового потока в носовой части изменяет распределение давления по корпусу, тем самым уменьшая волновое сопротивление. Эффект распределения давления на поверхности известен как эффект формы . [6]

Острый нос на корпусе обычной формы вызовет волны и низкое сопротивление, как выпуклый нос, но волны, идущие сбоку, ударили бы по нему сильнее. Тупой выпуклый изгиб также создает более высокое давление в большой области впереди, из-за чего волна изгиба начинается раньше. [6]

Добавление лампы к корпусу корабля увеличивает общую смачиваемую площадь. По мере увеличения площади увлажнения увеличивается и сопротивление. На больших скоростях и на больших судах именно носовая волна является наибольшей силой, препятствующей продвижению судна по воде. Для небольшого судна или судна, которое большую часть времени проводит на медленной скорости, увеличение лобового сопротивления не будет компенсировано преимуществом в гашении генерации носовой волны. Поскольку эффекты противодействия волнам значительны только в более высоком диапазоне скоростей судна, выпуклые носы не являются энергоэффективными, когда судно движется за пределами этих диапазонов, особенно на более низких скоростях. [6]

Луковичные дуги могут быть сконфигурированы по-разному, в зависимости от задуманного взаимодействия между головной волной и встречной волной от колбы. Конструктивные параметры включают: а) искривление вверх (баллон «таран») по сравнению с прямым («загнутый» баллон), б) положение баллона по отношению к ватерлинии и в) объем баллона. [1] Луковичные носы также уменьшают качку судна , когда они балластированы, за счет увеличения массы на расстоянии, удаленном от продольного центра тяжести судна. [1]

Развитие [ править ]

Слева виден выпуклый нос USS Lexington , судно строилось в 1925 году.

Буксировочные испытания военных кораблей продемонстрировали, что форма тарана, расположенного под водой, уменьшала сопротивление в воде до 1900 года. [5] Концепция выпуклой носовой части приписывается Дэвиду У. Тейлору , военно-морскому архитектору, который служил главным конструктором ВМС США во время первая мировая война и которые использовали понятие (известное как луковичные плюсны) в своей конструкции USS  Делавэра , который поступил на вооружение в 1910 г. конструкция носовой первоначально не пользуется широким признанием, хотя он был использован в Lexington -класса крейсера к большому успеху после того, как два корабля этого класса пережили Вашингтонский военно-морской договорбыли переоборудованы в авианосцы . [7] Это неприятие изменилось в 1920-х, когда Германия открыла Бремен и Европу . Их называли немецкими североатлантическими борзыми, двумя большими коммерческими океанскими лайнерами, которые конкурировали за трансатлантические пассажирские перевозки. Оба корабля выиграли желанный Blue Riband , Bremen в 1929 году со скоростью перехода 27,9 узла (51,7 км / ч; 32,1 мили в час), а Europa превзошла ее в 1930 году со скоростью перехода 27,91 узла. [8]

Дизайн начал внедряться повсюду, например, в пассажирских лайнерах SS Malolo , SS President Hoover и SS President Coolidge, построенных в США в конце 1920-х - начале 1930-х годов. Тем не менее, многие судостроители и судовладельцы сочли эту идею экспериментальной. [9]

В 1935 году Владимир Юркевич спроектировал французский суперлайнер Normandie, который сочетал в себе выпуклую носовую часть с массивными размерами и измененную форму корпуса. Она могла развивать скорость более 30 узлов (56 км / ч). Нормандия была известна многими вещами, включая ее чистый вход в воду и заметно уменьшенную волну носа. Normandie ' большой конкурент s, британский лайнер Queen Mary , достиг эквивалентных скоростей с использованием традиционного стержня и конструкции корпуса. Однако решающим отличием было то, что Normandie достигла этих скоростей примерно на 30% меньше мощности двигателя, чем Queen Mary, и с соответствующим сокращением расхода топлива. [цитата необходима ]

Луковичные носовые конструкции также были разработаны и использовались Императорским флотом Японии . Скромный луковичный лук использовался в ряде их кораблей, в том числе в легком крейсере Ōyodo и авианосцах Shōkaku и Taih . Гораздо более радикальное решение выпуклой формы носа было использовано в их огромном линкоре класса Ямато , включая Yamato , Musashi и авианосец Shinano . [10]

Современный луковичный лук был разработан доктором Такао Инуи в Токийском университете в 1950-х и 1960-х годах независимо от японских военно-морских исследований. Инуи основывал свое исследование на более ранних выводах ученых, сделанных после того, как Тейлор обнаружил, что корабли, оснащенные выпуклой передней частью стопы, обладают значительно более низкими характеристиками лобового сопротивления, чем предполагалось. Концепция луковичной дуги была впервые окончательно изучена Томасом Хэвлоком, Сирилом Вигли и Георгом Вайнблюмом, включая работу Уигли 1936 года «Теория луковичной дуги и ее практическое применение», в которой рассматривались вопросы образования и затухания волн. Первые научные статьи Инуи о влиянии выпуклой дуги на волновое сопротивление были собраны в отчет, опубликованный Мичиганским университетом.в 1960 году. Его работа привлекла широкое внимание благодаря его статье «Волновое сопротивление кораблей», опубликованной Обществом морских архитекторов и морских инженеров в 1962 году. В конечном итоге было обнаружено, что сопротивление может быть уменьшено примерно на пять процентов. Эксперименты и усовершенствования постепенно улучшали геометрию луковиц, но они не использовались широко, пока методы компьютерного моделирования не позволили исследователям из Университета Британской Колумбии повысить свои характеристики до практического уровня в 1980-х годах. [ необходима цитата ]

Соображения по дизайну [ править ]

Луковицы с луковицами обладают следующими определяющими характеристиками: [5]

  • Продольная форма
  • Поперечное сечение
  • Длина прямой проекции
  • Положение оси фигуры (например, вперед или вверх)

Хотя основная цель таких лампочек - снизить мощность, необходимую для движения судна на его рабочей скорости, их мореходные характеристики также важны. Волноводные характеристики корабля на его рабочей скорости отражаются в его числе Фруда . [11] [Примечание 1] Судовой конструктор может сравнить длину по ватерлинии для конструкции с баллоном и без него, необходимого для питания судна на его рабочей скорости. Чем выше скорость, тем больше польза от луковицы, уменьшающей необходимость в более длинной водяной линии для достижения той же потребности в мощности. Луковицы обычно имеют V-образную форму на дне, чтобы свести к минимуму удары при сильном волнении. [5]

Купола гидролокатора [ править ]

Некоторые военные корабли , специализированные для ведения войны противолодочного использования специфический профилированная лампочку в качестве гидродинамического корпуса для гидролокатора преобразователя , который напоминает выпуклый лук , но гидродинамические эффекты являются лишь случайными. Преобразователь является большой цилиндр или сфера состоит из фазированной антенной решетки из акустических преобразователей. [12] Весь отсек залит водой, а акустическое окно лампы сделано из армированного волокном пластика или другого материала (например, резины.) прозрачны для подводных звуков при их передаче и приеме. Лампа преобразователя размещает гидроакустическое оборудование на максимально возможном расстоянии от собственной шумогенераторной двигательной установки. [13]

Заметки [ править ]

  1. ^ В морских гидродинамических приложениях число Фруда обычно обозначается обозначением Fn и определяется как:
    где u - относительная скорость потока между морем и судном, g - это, в частности, ускорение свободного падения , а L - длина судна на уровне ватерлинии, или L wl в некоторых обозначениях.
    Это важный параметр относительно лобового сопротивления или сопротивления корабля , особенно с точки зрения волнового сопротивления .

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c Чакраборти, Сумья (9 октября 2017 г.). "Какое значение имеет луковичный нос кораблей?" . Морское понимание . Проверено 17 марта 2019 .
  2. ↑ Брей, Патрик Дж. (Апрель 2005 г.). «Луковичные луки» .
  3. ^ a b Баррасс, Брайан (2004-07-09). Дизайн и характеристики корабля для капитанов и помощников капитана . Эльзевир. ISBN 9780080454948.
  4. ^ Уигли, WCS (1936). Теория луковичного лука и ее практическое применение . Ньюкасл-апон-Тайн.
  5. ^ a b c d Бертрам, Фолькер; Шнеклут, Х. (1998-10-15). Эффективность и экономичность конструкции судов . Эльзевир. ISBN 9780080517100.
  6. ^ а б в г Грозенбо, Массачусетс; Йунг, Р.В. (1989), "Нелинейные носовые потоки - экспериментальное и теоретическое исследование", семнадцатый симпозиум по морской гидродинамике: следы, эффекты свободной поверхности, пограничные слои и вязкие потоки, двухфазный поток, взаимодействие гребной винт / выступ / корпус , Вашингтон, округ Колумбия: Управление военно-морских исследований, стр. 195–214, ISSN 0082-0849. 
  7. ^ Фридман, Норман (1985). Линкоры США: иллюстрированная история дизайна . Аннаполис , Мэриленд: Издательство военно-морского института . п. 235. ISBN 978-0-87021-715-9. OCLC  12214729 .
  8. ^ Kludas, Арнольд (2000). Рекордсмены Северной Атлантики, Blue Riband Liners 1838–1952 . Лондон: Чатем. ISBN 1-86176-141-4.
  9. ↑ «Дядя Сэм вступает в атлантическую гонку», февраль 1931 г., статья « Популярная механика» о новом строительстве в 1930-х гг.
  10. ^ "Музей Ямато" (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 27 июня 2011 года.
  11. ^ Ньюман, Джон Николас (1977). Морская гидродинамика . Кембридж, Массачусетс: MIT Press . ISBN 978-0-262-14026-3., п. 28.
  12. ^ "Системы подводной войны Джейн" . 5 декабря 2010 года Архивировано из оригинального 13 сентября 2012 года .
  13. ^ Крокер, Малкольм Дж (1998-03-09). Справочник по акустике . Нью-Йорк: Джон Вили и сыновья. С. 417–8. ISBN 9780471252931.