Составляющие сопротивления движению судов

сумма составляющих
RT = RAA + RW + RV
RAA = Сопротивление

надводной части корпуса, надстроек и т.п.
RW = Волновое сопротивление (потери на волнообразование)
- функция отношения длины к ширине, водоизмещения, формы обводов, числа Фруда (соотношения длины и скорости)
RV = Вязкостное сопротивление (сопротивление сил трения в воде)
- Функция вязкости воды, скорости, площади и формы смоченной поверхности

Вязкостное сопротивление

Волновое сопротивление

Сопротивление воздуха

(Данное деление принято для водоизмещающих судов на тихой воде)

kts)
Сопротивление (Н)
На малых скоростях : Вязкостное сопротивление – основная

составляющая сопротивления
На больших скоростях : волновое
Локальный минимум (максимум) : их положение зависит от формы обводов и числа Фруда.

Локальный
максимум

Локальный минимум

формы обводов
CB=V/LBd

тележкой, а в 1873 году он разработал метод пересчёта сопротивления с модели

на натуру, пользуясь законом гравитационного подобия, идея которого принадлежит Реху (1844).
Фруд впервые предложил научный метод пересчёта на натуру результатов измерений, полученных на моделях в бассейне. Метод Фруда является одним из самых замечательных по своей практичности. Для выделения сопротивления трения Фруд высказал идею об эквивалентных досках. Проводятся буксировочные испытания тонких досок, площадь которых равна площади смоченной поверхности корпуса судна, а потом их сопротивление вычитается из полного сопротивления судна. Таким путём получается остаточное сопротивление, которое пересчитывается на натуру по закону подобия Фруда. Кроме того, Фруд получил критерий подобия гравитационных сил модели и судна, который называется числом Фруда. Экспериментальная теория Фруда до сих пор сохраняет своё преимущественное значение, потому что приближения теории всё ещё менее точны, чем эксперименты.

пластины?
Толщина пограничного слоя
Касательные напряжения
максимально!
to
здесь

прямо пропорциональна корню квадратному oт расстояния до входящей кромки!
По одной

стороне пластины!

Предполагаем подобие безразмерных эпюр скоростей в пограничном слое

Интегрируем вдоль пластины

числах Рейнольдса порядка 500,000 (Х по длине пластины)
В этом месте

пластины толщина пограничного слоя
становится критически большой!

Red = 3500

=

t0.
Переход к турбулентному течению

105 < Rel < 107

1м/сек. Какова протяженность ламинарного участка?
x = 0.5 метра!!!

в ТПС
Относительная Шероховатость

шероховатость, вызванная разрушением краски, коррозией корпуса и его
обрастанием, представляют

собой случайные, сугубо нерегулярные процессы,
которые анализируются в форме профилограмм или по результатам измерений.
Эти процессы исследованы на опытных установках и судах и обработан
статистическими методами.
Технологическая шероховатость обшивки корпуса характеризуется высотой микронеровностей свежевыкрашенной поверхности, то есть равномерным распределением по поверхности микровыступов и микровпадин. К технологической шероховатости следует отнести сварные швы. Шероховатость свежеокрашенных поверхностей изменяется от 100 до 350 мкм. В результате испытаний судов установлено, что каждые 10 мкм шероховатости свежеокрашенного корпуса свыше 165 мкм увеличивают сопротивление корпуса или потребную мощность судна для достижения заданной скорости на 1%. При шероховатости более 230 мкм ее увеличение на каждые 10 мкм требует увеличения мощности на 0,5 %.
Коррозия и разрушение краски снижают скорость хода судов, увеличивают потребную мощность, повышают расход топлива. В среднем разрушение краски и коррозия приводят к уменьшению скорости хода на 10-25%.

судна t :
- шероховатость корпуса в мкм;

-приращение мощности при увеличении
шероховатости корпуса для удержания скорости хода,
соответствующей = 125 мкм;
1-верхний предел шероховатости (качественно окрашенные суда);
2- нижний предел шероховатости (некачественно окрашенные суда).

коррозии и обрастания:
1 – снижение скорости, вызванное коррозией;

2 –снижение скорости, вызванное обрастанием

необратимым процессом увеличения шероховатости обшивки корпуса вследствие некачественной подготовки корпуса

перед окраской при очередных докованиях и вследствие усиления коррозии обшивки со сроком службы судна. Подводные очистки и очередные докования не восстанавливают полностью ходовых качеств судна.

сил на модели и натуре, что в опытовом бассейне полностью

осуществить невозможно!!!

Полное сопротивление : Вязкостное+ Волновое+Oстальное

!!!!!

а влияние вязкости приходится
учитывать приближенными методами

модели
К-т сопр. воздуха модели
К-т сопротивления. модели
-
К-т. Остаточного сопр. модели
=
=
-
Корреляционная добавка
К-т

сопр. трения судна

К-т сопр. воздуха судна
+

К-т. Остаточного сопр. судна

=

+

К-т сопротивления судна

+

= Вычисляем по эмпирическим формулам

водой создаёт систему избыточного скоростного давления, когда на большей части

длины оно отрицательное. В результате формируется тормозящий турбулентный пограничный слой и значительно растёт сопротивление трения (в носу, где избыточное давление положительное, обтекание ламинарное). Если же длину корпуса уменьшать, то существенно растёт сопротивление формы в результате неизбежного образования срывов потока и крупных вихрей, а также из-за образования вихревого следа.

Сопротивление формы

вихрей, зависит величина вихревого сопротивления. Так, при тупых кормовых образованиях

тела точка отрыва приближается к миделю, область пониженного давления в кормовой части
становится шире, и, следовательно, сопротивление формы больше, чем в случае острых образований. Интенсивность образования вихревой системы обуславливает величину сопротивления формы. Это значит, что для уменьшения вихревого сопротивления тел необходимо либо вовсе устранить отрыв пограничного слоя , либо точку отрыва пограничного слоя по возможности сдвинуть к самой задней кромке тела, например, в судостроении для соблюдения этого положения еще в процессе проектирования выбирают определенные соотношения главных размерений и обводов судна, т.е. задают отношение L:B > 6 и длину кормового заострения 

Обтекание корпусов кораблей
с разными формообразованиями

Для хорошо обтекаемых форм корпусов применяем гипотезу
аффинности составляющих вязкостного сопротивления

количества модельных экспериментов

В методе Фруда сопротивление формы входит в

остаточное сопротивление!!!

Форм-фактор

где

resistance
Определяем в модельном эксперименте
CRm  CTm  (1 ko )CFm

 CAAm  CBDm  CRs

Residual resistance model

Residual resistance ship

=

CTs  CRm (CFs  CF )(1 ko )  CA  CAAs  CBDs

Measured model resistance

Viscous resistance

Full scale resistance

Viscous resistance

Air resistance

Вычисляем для натурного судна

Correlation coef

Transom stern drag

частей

 2)2
0.075
C 
n
F
(ITTC’57)

пересчета результатов с модели на натуру
Изменяется в пределах (-0.15E-03 

CA  -0.3E-03) для водоизмещающих судов. Величина его также зависит от формы кормовой оконечности и выступающих частей.
В опытовых бассейнах к определению корреляционной надбавки («масштабного эффекта») подходят с особой тщательностью!

волновой системы, включающей поперечные и расходящиеся волны, ограниченные
лучами под углом

19 градусов и 28 минут от диаметральной плоскости.

повышением в оконечностях и понижением в районе миделя. Вследствие этого

форма поверхности воды искажается: там, где давление в потоке выше атмосферного, образуется бугор, а где оно ниже атмосферного - образуется впадина. Выведенные из положения равновесия частицы жидкости под действием сил тяжести и сил инерции стремятся вернуться в свое первоначальное положение. Это приводит к возникновению колебательного движения воды, внешним проявлением которого являются так называемые корабельные волны, образующиеся на спокойной поверхности воды.

развивается носовая система волн, у ахтерштевня - кормовая. В каждой

из них можно выделить расходящиеся и поперечные волны. На создание этой волновой системы судном затрачивается энергия и происходит потеря скорости, что принято объяснять волновым сопротивлением. 

меняя ни величины, ни расположения. Если корабль идет малым ходом,

хорошо заметны расходящиеся волны, представляющие собой короткие валы, приблизительно параллельные друг другу, которые зарождаются в носовой и кормовой частях корабля. С увеличением скорости корабль сопровождают поперечные волны, располагающиеся между расходящимися, перпендикулярно к направлению курса, которые также зарождаются в носовой и кормовой частях корабля. На месте первой расходящейся волны в носовой части появляется бугор, который затем превращается в первую поперечную волну носовой системы волн. Эта волна начинается гребнем, а первая поперечная волна кормовой системы волн — впадиной. Длина гребня у каждой последующей поперечной волны обеих систем больше, чем у предыдущей, а высота меньше. При значительном развитии поперечных волн расходящиеся теряют рельефность, а у быстроходных кораблей вообще становятся малозаметными.

носовой и кормовой систем
Типичный график 

водоизмещающего судна:

1 -  - от расходящихся волн,
2 -  - от поперечных волн,
3 -  - суммарное волновое сопротивление.
Расходящиеся волны меньше подвержены влиянию интерференции.

волн на волнообразующей длине
вершина впадина

вершина впадина Fn Fn Fn Fn

которые интерферируют с поперечными волнами судна. В случае,
если такая

интерференция будет благоприятной (гребни одних волн
совпадают с подошвами других), то поверхность воды может
сглаживаться, тем самым происходит уменьшение сопротивления
воды движению судна. Здесь следует отметить, что длина
поперечной волны пропорциональна квадрату скорости судна,
поэтому при движении с разными скоростями интерференция может
быть не только благоприятной, но и неблагоприятной (когда гребни
одних волн совпадают с гребнями других), что вызывает увеличение
волн и тем самым увеличение сопротивления воды движению судна.

носового перпендикуляра судна до передней точки бульба;
н.б

– угол подъёма нижней кромки бульба над основной плоскостью судна, замеренный в районе носового перпендикуляра;
Нн.бп – высота передней точки бульба от основной плоскости;
Нн.б – наибольшая высота шпангоута наибольшей площади бульба;
Вн.б – наибольшая ширина бульба

гребных валов, рудерпост, скуловые кили и т.д. Выступающие части создают

добавочное сопротивление Rapp которое определяется вязкостными составляющими. Если выступающие части рационально спроектированы и правильно расположены относительно корпуса, то их сопротивление вызывается силами трения. При нарушении этих требований резко возрастает сопротивление формы. Величина Rapp определяется экспериментально, путем сравнительных буксировочных испытаний модели судна с выступающими частями и без них в опытовых бассейнах.

площадь проекции надводной части судна
VR – скорость воздуха относительно судна
Обычно

CD = 1.2, = 1.225 кг/м3
CD – коэффициент сопротивления

Метод Тейлора
D.W. Taylor’s

в аэродинамической трубе или стенде.
Модель судна помещают в рабочее

пространство и обдувают потоком воздуха, скорость которого может быть задана и измерена.
Сопротивление модели измеряют с помощью аэродинамических весов.

Сопротивление воздуха и ветра

ветра:




VR = скорость воздуха относительно судна
= угол

результирующей с ДП
AL = площадь проекции надв. части на ДП
AT = площадь проекции надв. части на МШ
= угол силы ветра с ДП

Сопротивление воздуха и ветра

Метод Хагеса
Hughes method

одолеть самостоятельно:
Сопротивление вырезов и отверстий
Сопротивление на волнении
Сопротивление в сплошном и

битом льду
Сопротивление на мелководье и в каналах
Сопротивление буксируемых объектов
Сопротивленин неводоизмещающих судов
Афоризм Козьмы Пруткова, из собрания мыслей и афоризмов «Плоды раздумья» (1854) , афоризм под номером 160 «Опять скажу: никто не обнимет необъятного!»