Волновое сопротивление

редактировать
Энергия, необходимая для отталкивания воды от корпуса, которая создает связанные волны MS Viking Grace, создавая волны в спокойном море на низкой скорости.

Сопротивление возникновению волн - это форма сопротивления, которая влияет на надводные плавсредства, например лодки и корабли, и отражает энергию, необходимую для того, чтобы оттолкнуть воду от корпуса. Эта энергия идет на создание волны.

Содержание

  • 1 Физика
  • 2 Способы уменьшения волнового сопротивления
    • 2.1 Уменьшение смещения
    • 2.2 Точный вход
    • 2.3 Луковица
    • 2.4 Фильтрация формы корпуса
  • 3 Полу - водоизмещающий и глиссирующий корпуса
  • 4 См. также
  • 5 Ссылки

Физика

График зависимости мощности от скорости для водоизмещающего корпуса с отметкой для отношения скорости к длине, равного 1,34

Для небольших водоизмещающих корпусов, таких как парусные лодки или гребные лодки, волновое сопротивление является основным источником сопротивления морского судна..

Важным свойством водных волн является дисперсность; т.е. чем длиннее волна, тем быстрее она движется. На волны, генерируемые кораблем, влияют его геометрия и скорость, и большая часть энергии, выделяемой кораблем для создания волн, передается воде через носовую и кормовую части. Проще говоря, эти две волновые системы, то есть носовая и кормовая волны, взаимодействуют друг с другом, и возникающие в результате волны несут ответственность за сопротивление.

Фазовая скорость глубоководных волн пропорциональна квадратному корню из длины волны генерируемых волн, а длина судна вызывает разницу в фазах волн, генерируемых носом и кормой. части. Таким образом, существует прямая зависимость между длиной ватерлинии и величиной волнового сопротивления. Скорость распространения волны, которая означает то же самое, что и фазовая скорость глубоководной волны, не зависит от длины корпуса, вызывающего волну, но зависит от скорости корпуса.

Простой способ учесть волновое сопротивление - это посмотреть на корпус по отношению к носовой и кормовой волнам. Если длина корабля равна половине длины генерируемых волн, результирующая волна будет очень маленькой из-за подавления, а если длина такая же, как длина волны, волна будет большой из-за усиления.

Фазовая скорость c {\ displaystyle c}c волн определяется по следующей формуле:

c = g 2 π l {\ displaystyle c = {\ sqrt {{\ frac {g} {2 \ pi}} l}}}c = {\ sqrt {{\ frac {g} {2 \ pi}} l}}

где l {\ displaystyle l}l - длина волны, а g {\ displaystyle g}g ускорение свободного падения. Подстановка в соответствующее значение для g {\ displaystyle g}g дает уравнение:

c в узлах ≈ 1,341 × длина в футах ≈ 4 3 × длина в футах {\ displaystyle {\ t_dv {c в узлах}} \ приблизительно 1,341 \ times {\ sqrt {\ t_dv {длина в футах}}} \ приблизительно {\ frac {4} {3}} \ times {\ sqrt {\ t_dv {длина в футах}} }}{\ t_dv {c в узлах}} \ приблизительно 1,341 \ times {\ sqrt {{\ t_dv {длина в футах}}}} \ приблизительно {\ frac {4} {3}} \ times { \ sqrt {{\ t_dv {длина в футах}}}}

или, в метрических единицах:

c в узлах ≈ 2,429 × длина в м ≈ 6 × длина в м ≈ 2,5 × длина в м {\ displaystyle {\ t_dv {c in узлов}} \ примерно 2,429 \ times {\ sqrt {\ t_dv {длина в м}}} \ примерно {\ sqrt {6 \ times {\ t_dv {длина в м}}}} \ примерно 2,5 \ times {\ sqrt { \ t_dv {длина в м}}}}{\ t_dv {c в узлах}} \ приблизительно 2,429 \ times {\ sqrt {{\ t_dv {длина в м}}}} \ приблизительно {\ sqrt {6 \ times {\ t_dv {длина в м}}}} \ приблизительно 2,5 \ раз {\ sqrt {{\ t_dv {длина в м}}}}

Эти значения, 1,34, 2,5 и очень easy 6, часто используются в эмпирическом правиле скорости корпуса, используемом для сравнения потенциальных скоростей водоизмещающих корпусов, и это соотношение также является фундаментальным для числа Фруда, используемого при сравнении гидроциклов различных масштабов.

Когда судно превышает "отношение скорости к длине " (скорость в узлах, деленная на квадратный корень из длины в футах), равное 0,94, оно начинает опережать большую часть своей носовой части. волна, корпус фактически немного оседает в воде, поскольку теперь он поддерживается только двумя пиками волн. Поскольку отношение скорости к длине судна превышает 1,34, длина волны теперь больше, чем у корпуса, и корма больше не поддерживается следом, в результате чего корма приседает, а носовая часть поднимается. Корпус теперь начинает набирать высоту собственной носовой волны, и сопротивление начинает расти с очень высокой скоростью. Хотя возможно управлять водоизмещающим корпусом быстрее, чем отношение скорости к длине 1,34, это непомерно дорого. Большинство крупных судов работают с соотношением скорость-длина намного ниже этого уровня, с соотношением скорость-длина менее 1,0.

Способы уменьшения волнового сопротивления

Поскольку волновое сопротивление основано на энергии, необходимой для отталкивания воды от корпуса, существует несколько способов, которыми это можно свести к минимуму.

Уменьшение смещения

Уменьшение смещения аппарата за счет устранения лишнего веса - это наиболее простой способ уменьшить сопротивление, вызывающее волну. Другой способ - придать корпусу такую ​​форму, чтобы генерировать подъемную силу, когда он движется по воде. Это делают корпуса с полуводоизмещением и глиссирующими корпусами, и они могут преодолевать скоростной барьер корпуса и переходить в область, где сопротивление увеличивается с гораздо меньшей скоростью. Недостатком этого является то, что глиссирование практично только на небольших судах с высоким соотношением мощности к весу, таких как моторные лодки. Это непрактичное решение для большого судна, такого как супертанкер .

Хороший вход

Корпус с тупым носом должен очень быстро отталкивать воду, чтобы пройти сквозь нее, а такая высота ускорение требует большого количества энергии. При использовании тонкого лука с более острым углом, который более плавно отталкивает воду, количество энергии, необходимое для вытеснения воды, будет меньше. Современным вариантом является конструкция проникающей волны. Общее количество воды, которое должно вытесняться движущимся корпусом и, таким образом, вызывать волновое сопротивление, представляет собой площадь поперечного сечения корпуса, умноженную на расстояние, которое проходит корпус, и не останется прежним, когда призматический коэффициент увеличивается для тех же значений lwl и такое же смещение и та же скорость.

Луковидный лук

Особый тип лука, называемый луковицеобразным, часто используется на больших моторных судах для уменьшения волнового сопротивления. Колба изменяет волны, создаваемые корпусом, изменяя распределение давления перед носом. Из-за природы его деструктивного взаимодействия с носовой волной существует ограниченный диапазон скоростей судна, при котором он эффективен. Выпуклая носовая часть должна быть правильно спроектирована, чтобы уменьшить волнообразное сопротивление конкретного корпуса в определенном диапазоне скоростей. Лампа, которая работает для одной формы корпуса и одного диапазона скоростей, может нанести ущерб другой форме корпуса или другому диапазону скоростей. Поэтому при проектировании луковичной носовой части необходимы надлежащая конструкция и знание предполагаемых рабочих скоростей и условий эксплуатации судна.

Фильтрация формы корпуса

Если корпус спроектирован для работы на скоростях существенно ниже, чем скорость корпуса, то можно улучшить форму корпуса по его длине, чтобы уменьшить волну сопротивление на одной скорости. Это практично только там, где коэффициент блочности корпуса не имеет большого значения.

Полуводоизмещающие и глиссирующие корпуса

График, показывающий отношение сопротивления к массе как функцию отношения скорости к длине для водоизмещающих, полуводоизмещающих и глиссирующих корпусов

Поскольку корпуса с полуводоизмещением и глиссирующим корпусом генерируют значительную подъемную силу во время работы, они способны преодолевать барьер скорости распространения волн и работать в областях гораздо меньшего сопротивления, но для этого они должны быть способны сначала преодолеть эту скорость, что требует значительной мощности. Эта стадия называется переходной, и на ней уровень волнового сопротивления самый высокий. Как только корпус преодолеет выступ носовой волны, скорость увеличения волнового сопротивления начнет значительно снижаться. Корпус глиссера поднимется вверх, очищая корму от воды, и его дифферент будет высоким. Подводная часть глиссирующего корпуса будет мала в режиме глиссирования.

Качественная интерпретация графика волнового сопротивления заключается в том, что водоизмещающий корпус резонирует с волной, имеющей гребень у носа и впадину у кормы., потому что вода отталкивается на носу и отводится назад на корме. Глиссирующий корпус просто толкается на воду под ним, так что он резонирует с волной, имеющей желоб под собой. Если его длина примерно вдвое больше, значит, он будет иметь только квадратный корень (2) или в 1,4 раза больше скорости. На практике большинство глиссирующих корпусов обычно движутся намного быстрее. При четырехкратной скорости корпуса длина волны уже в 16 раз длиннее корпуса.

См. Также

Ссылки

Последняя правка сделана 2021-06-20 09:50:50
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте