Сопротивление корабля и движущая сила

Эта статья требует дополнительных ссылок для проверки . Пожалуйста, помогите улучшить эту статью , добавив цитаты из надежных источников . Материал, не полученный от источника, может быть оспорен и удален. Найти источники:  «Сопротивление корабля и его тяга»  -  новости  · газеты  · книги  · ученый  · JSTOR ( июнь 2014 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения )

Корабль должен быть разработан , чтобы эффективно перемещаться по воде с минимумом внешней силы. На протяжении тысячелетий конструкторы кораблей и строители парусных судов использовали практические правила, основанные на площади миделя, для определения размеров парусов для данного судна. Например, форма корпуса и план парусов клипера были разработаны на основе опыта, а не теории. Лишь с появлением паровой энергии и постройки больших железных кораблей в середине 19 века судовладельцам и строителям стало ясно, что необходим более строгий подход.

Определение [ править ]

Сопротивление судна определяется как сила, необходимая для буксировки судна на тихой воде с постоянной скоростью.

Компоненты сопротивления [ править ]

Тело в воде, неподвижное по отношению к воде, испытывает только гидростатическое давление. Гидростатическое давление всегда действует против веса тела. Если тело находится в движении, то на него также действуют гидродинамические давления.

Общее сопротивление ${\ displaystyle R_ {T}}$

Остаточное сопротивление ${\ displaystyle R_ {R}}$

Сопротивление трению кожи ${\ displaystyle R_ {FO}}$

Эффект формы на трение кожи

Сопротивление давлению ${\ displaystyle R_ {P}}$

Сопротивление трению ${\ displaystyle R_ {F}}$

Волновое сопротивление ${\ displaystyle R_ {W}}$

Сопротивление вязкому давлению ${\ displaystyle R_ {PV}}$

Волновое сопротивление ${\displaystyle R_{WM}}$

Волновое сопротивление ${\displaystyle R_{WB}}$

Вязкое сопротивление ${\displaystyle R_{V}}$

Общее сопротивление ${\displaystyle R_{T}}$

Эксперименты Фруда [ править ]

При тестировании моделей кораблей и последующем сравнении результатов с реальными кораблями модели склонны переоценивать сопротивление корабля.

Фруд заметил, что когда корабль или модель движутся на так называемой скорости корпуса, волновая картина поперечных волн (волны вдоль корпуса) имеет длину волны, равную длине ватерлинии. Это означает, что нос корабля находился на гребне одной волны, как и его корма. Это часто называется скоростью корпуса и зависит от длины корабля.

${\displaystyle V=k{\sqrt {L}}}$

где константа (k) должна быть принята как: 2,43 для скорости (V) в узлах и длины (L) в метрах (м) или 1,34 для скорости (V) в узлах и длины (L) в футах (футах).

Наблюдая это, Фруд понял, что проблема сопротивления корабля должна быть разбита на две разные части: остаточное сопротивление (в основном сопротивление возникновению волн) и сопротивление трения. Чтобы получить должное остаточное сопротивление, необходимо было воссоздать волновой цуг, созданный кораблем в модельных испытаниях. Он обнаружил, что для любого корабля и геометрически подобной модели, буксируемой с подходящей скоростью, он:

Существует сопротивление трения, которое создается сдвигом из-за вязкости. Это может привести к 50% общего сопротивления в конструкциях быстрых кораблей и 80% от общего сопротивления в конструкциях более медленных кораблей.

Чтобы учесть сопротивление трения, Фруд решил буксировать серию плоских пластин и измерить сопротивление этих пластин, которые имели ту же площадь и длину смачиваемой поверхности, что и модель корабля, и вычесть это сопротивление трения из общего сопротивления и получить остаток как остаточное сопротивление.

Трение [ править ]

В вязкой жидкости образуется пограничный слой. Это вызывает чистое сопротивление из-за трения. В пограничном слое подвергается сдвигу при различных скоростях , проходящих от поверхности корпуса до тех пор, пока не достигнет поля потока воды.

Волновое сопротивление [ править ]

Корабль, движущийся по поверхности невозмущенной воды, создает волны, исходящие в основном от носа и кормы корабля. Волны, создаваемые кораблем, состоят из расходящихся и поперечных волн. Расходящиеся волны наблюдаются как след корабля с серией диагональных или наклонных гребней, движущихся наружу от точки возмущения. Эти волны были впервые изучены Уильямом Томсоном, 1-м бароном Кельвином., которые обнаружили, что независимо от скорости корабля, они всегда находились в симметричном клине в 19,5 градусов (каждая сторона: см. «Принципы конструкции яхты»), идущем по направлению к кораблю. Расходящиеся волны не вызывают большого сопротивления движению корабля вперед. Однако поперечные волны выглядят как впадины и гребни по длине корабля и составляют основную часть волнового сопротивления корабля. Энергия , связанная с системой поперечной волны проходит в одной половине фазовой скорости или групповая скорость волн. Первичный двигатель судна должен вложить в систему дополнительную энергию, чтобы преодолеть этот расход энергии. Связь между скоростью кораблей и скоростью поперечных волн можно найти, приравняв скорость волны и скорость корабля. s скорость.

См. Также [ править ]

• Уильям Фроуд

Ссылки [ править ]

• Е.В. Льюис, ред., Принципы военно-морской архитектуры , т. 2 (1988)