Луковичный лук

Выпуклая носовая часть — это расширяющийся или выступающий бульб обтекаемой формы в носовой части (или передней части) корабля чуть ниже ватерлинии . Расширитель или бульбус изменяет способ обтекания водой корпуса , уменьшая сопротивление и, таким образом, увеличивая скорость, дальность полета, топливную экономичность и устойчивость. Большие корабли с выпуклой носовой частью обычно имеют топливную экономичность на двенадцать-пятнадцать процентов выше, чем аналогичные суда без них. ^[2] Выпуклая носовая часть также увеличивает плавучесть носовой части и, следовательно, в небольшой степени уменьшает качку корабля.

Суда с высокой кинетической энергией , которая пропорциональна массе и квадрату скорости, выигрывают от наличия выпуклой носовой части, рассчитанной на их рабочую скорость; сюда входят суда с большой массой (например, супертанкеры ) или высокой скоростью обслуживания (например, пассажирские и грузовые суда ). ^[3] Суда меньшей массы (менее 4000 тонн дедвейта ) и суда, которые работают на более низких скоростях (менее 12 узлов ), имеют меньшую выгоду от выпуклых носов из-за вихрей , которые возникают в этих случаях; ^[3] примеры включают буксиры, моторные лодки, парусные суда и небольшие яхты.

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

Длина ватерлинии превышает примерно 15 метров (49 футов). ^[4]
Конструкция колбы оптимизирована для рабочей скорости судна. ^[5]

Основной принцип

Эффект выпуклого лука можно объяснить, используя концепцию деструктивной интерференции волн: ^[6]

Лук традиционной формы вызывает волну . Одна только лампочка заставляет воду течь вверх и по ней, образуя желоб. судна Таким образом, если к обычному носу добавить бульб в правильном положении, впадина бульба совпадает с гребнем носовой волны, и они уравновешиваются, уменьшая след . В то время как создание другого волнового потока отнимает энергию у корабля, подавление второго волнового потока в носовой части меняет распределение давления вдоль корпуса, тем самым уменьшая волновое сопротивление. Эффект распределения давления на поверхности известен как эффект формы . ^[6]

Острый нос корпуса обычной формы будет вызывать волны и низкое сопротивление, как у выпуклого лука, но волны, идущие сбоку, будут ударять по нему сильнее. Тупая выпуклая дуга также создает более высокое давление в большой области спереди, в результате чего волна лука начинается раньше. ^[6]

Добавление бульба к корпусу корабля увеличивает его общую смачиваемую площадь. По мере увеличения площади смачивания увеличивается и сопротивление. На больших скоростях и на более крупных судах именно носовая волна является наибольшей силой, препятствующей движению судна вперед по воде. Для небольшого судна или судна, проводящего большую часть времени на низкой скорости, увеличение сопротивления не будет компенсировано преимуществами гашения носовой волны. Поскольку эффекты противодействия волнам существенны только в более высоком диапазоне скоростей судна, выпуклые носы не являются энергоэффективными, когда судно курсирует за пределами этих диапазонов, особенно на более низких скоростях. ^[6]

Луковичные луки могут иметь различную конфигурацию в зависимости от предполагаемого взаимодействия между головной волной и встречной волной луковицы. Параметры конструкции включают в себя:

а) кривизна вверх («баранная» лампочка) по сравнению с прямой вперед («обтекаемая» лампочка),
б) положение бульба относительно ватерлинии, и
в) объем колбы. ^[1]

корабля Выпуклые носы также уменьшают качку при наличии балласта за счет увеличения массы на расстоянии от продольного центра тяжести корабля. ^[1]

Разработка

подводного Буксировочные испытания военных кораблей показали, что форма тарана снижает сопротивление воды до 1900 года. ^[5] Идея создания выпуклой носовой части принадлежит Дэвиду Тейлору , военно-морскому архитектору, который служил главным конструктором ВМС США во время Первой мировой войны и использовал эту концепцию (известную как выпуклая носовая часть) в своем проекте военного корабля США « Делавэр» . который поступил на вооружение в 1910 году. Носовая конструкция первоначально не получила широкого признания, хотя с большим успехом использовалась на «Лексингтон» типа линейном крейсере после того, как два корабля этого класса, пережившие Вашингтонский военно-морской договор, были преобразованы в авианосцы . ^[7] Это неприятие изменилось в 1920-х годах, 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 заветную «Голубую ленту» Бремена в 1929 году со скоростью пересечения 27,9 узлов (51,7 км/ч; 32,1 миль в час), а Европа превзошла ее в 1930 году со скоростью пересечения 27,91 узла. ^[8]

Этот дизайн начал внедряться в других местах, как это видно на построенных в США пассажирских лайнерах SS Malolo , SS President Hoover и SS President Coolidge, спущенных на воду в конце 1920-х - начале 1930-х годов. Тем не менее, многие судостроители и владельцы считали эту идею экспериментальной. ^[9]

французский суперлайнер «Нормандия», спроектировал В 1935 году Владимир Юркевич сочетавший выпуклую переднюю часть стопы с массивными размерами и измененной формой корпуса. Она могла развивать скорость более 30 узлов (56 км/ч). «Нормандия» славилась многим, в том числе чистым заходом в воду и заметно уменьшенным носовым волнением. Главный конкурент Нормандии , достиг эквивалентной скорости , , британский лайнер «Куин Мэри» используя традиционную конструкцию форштевня и корпуса. Однако решающее отличие заключалось в том, что «Нормандия» достигла этих скоростей с примерно на тридцать процентов меньшей мощностью двигателя, чем «Куин Мэри» , и соответствующим сокращением расхода топлива. ^{[ нужна ссылка ]}

Выпуклая конструкция носовой части также была разработана и использовалась Императорским флотом Японии . Скромный выпуклый нос использовался в ряде проектов их кораблей, в том числе в легком крейсере «Ойодо» и авианосцах «Сёкаку» и «Тайхо» . Гораздо более радикальное решение конструкции выпуклой носовой части было использовано в их огромных «Ямато» линкорах класса , включая «Ямато» , «Мусаси» и авианосец «Синано» . ^[10]

Современный луковичный лук

Современный выпуклый лук был разработан доктором Такао Инуи из Токийского университета 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, демонстрируют существенно более низкие характеристики сопротивления, чем предполагалось. Концепция выпуклого лука была впервые тщательно изучена Томасом Хэвлоком, Сирилом Вигли и Георгом Вайнблюмом, включая работу Вигли 1936 года «Теория выпуклого лука и ее практическое применение», в которой рассматривались вопросы образования и затухания волн. Первоначальные научные работы Инуи о влиянии выпуклой носовой части на сопротивление волнению были собраны в отчет, опубликованный Мичиганским университетом в 1960 году. Его работа привлекла широкое внимание благодаря статье «Сопротивление кораблей волнению», опубликованной Обществом военно-морских сил. Архитекторы и морские инженеры в 1962 году. В конечном итоге было обнаружено, что сопротивление можно уменьшить примерно на пять процентов. Эксперименты и усовершенствования постепенно улучшали геометрию выпуклых луков, но они не получили широкого применения до тех пор, пока методы компьютерного моделирования не позволили исследователям из Университет Британской Колумбии, чтобы повысить свою эффективность до практического уровня в 1980-х годах. ^{[ нужна ссылка ]}

См. также

Лук-топор § LEADGE-лук

Примечания

^ В морских гидродинамических приложениях число Фруда обычно обозначается обозначением $Fn$ и определяется как:
$\mathrm {Fn} _{L}={\frac {u}{\sqrt {gL}}}$
где $u$ — относительная скорость течения между морем и кораблем, $g$ — это, в частности, ускорение свободного падения , а $L$ — длина корабля на уровне ватерлинии, или $L wl$ в некоторых обозначениях.
Это важный параметр относительно сопротивления судна , или сопротивления, особенно с точки зрения сопротивления образованию волн .

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Чакраборти, Сумья (9 октября 2017 г.). «В чем важность выпуклой носовой части кораблей?» . Морское понимание . Проверено 17 марта 2019 г.
^ Брей, Патрик Дж. (апрель 2005 г.). «Луковичные бантики» . www.dieselduck.ca . Проверено 9 декабря 2023 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б Баррасс, Брайан (9 июля 2004 г.). Проектирование и производительность кораблей для капитанов и помощников капитана . Эльзевир. ISBN 9780080454948 .
^ Вигли, WCS (1936). Теория луковичного лука и ее практическое применение . Ньюкасл-апон-Тайн.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д Бертрам, Волкер; Шнеклут, Х. (15 октября 1998 г.). Проектирование кораблей для эффективности и экономии . Эльзевир. ISBN 9780080517100 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д Грозенбо, Массачусетс; Юнг, Р.В. (1989), «Нелинейные носовые течения - экспериментальное и теоретическое исследование», Семнадцатый симпозиум по гидродинамике военно-морского флота: следы, эффекты свободной поверхности, пограничные слои и вязкие потоки, двухфазный поток, взаимодействие гребного винта/придатка/корпуса , Вашингтон, округ Колумбия: Управление военно-морских исследований, стр. 195–214, ISSN 0082-0849.
^ Фридман, Норман (1985). Линкоры США: иллюстрированная история дизайна . Аннаполис , Мэриленд: Издательство Военно-морского института . п. 235. ИСБН 978-0-87021-715-9 . OCLC 12214729 .
^ Клудас, Арнольд (2000). Рекордсмены Северной Атлантики, лайнеры Blue Riband 1838-1952 гг . Лондон: Чатем. ISBN 1-86176-141-4 .
^ Дядя Сэм вступает в Атлантическую гонку (статья о новостройке 1930-х годов) . Популярная механика. Февраль 1931 года . Проверено 9 декабря 2023 г. - через book.google.com.
^ «Музей Ямато» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 27 июня 2011 г.
^ Ньюман, Джон Николас (1977). Морская гидродинамика . Кембридж, Массачусетс: MIT Press . ISBN 978-0-262-14026-3 . , с. 28.

[12] В морских гидродинамических приложениях число Фруда обычно обозначается обозначением $Fn$ и определяется как:
$\mathrm {Fn} _{L}={\frac {u}{\sqrt {gL}}}$
где $u$ — относительная скорость течения между морем и кораблем, $g$ — это, в частности, ускорение свободного падения , а $L$ — длина корабля на уровне ватерлинии, или $L wl$ в некоторых обозначениях.
Это важный параметр относительно сопротивления судна , или сопротивления, особенно с точки зрения сопротивления образованию волн .

[:1-1] Перейти обратно: ^а ^б ^с Чакраборти, Сумья (9 октября 2017 г.). «В чем важность выпуклой носовой части кораблей?» . Морское понимание . Проверено 17 марта 2019 г.

[2] Брей, Патрик Дж. (апрель 2005 г.). «Луковичные бантики» . www.dieselduck.ca . Проверено 9 декабря 2023 г.

[:0-3] Перейти обратно: ^а ^б Баррасс, Брайан (9 июля 2004 г.). Проектирование и производительность кораблей для капитанов и помощников капитана . Эльзевир. ISBN 9780080454948 .

[4] Вигли, WCS (1936). Теория луковичного лука и ее практическое применение . Ньюкасл-апон-Тайн.

[:2-5] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д Бертрам, Волкер; Шнеклут, Х. (15 октября 1998 г.). Проектирование кораблей для эффективности и экономии . Эльзевир. ISBN 9780080517100 .

[Bowflows-6] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д Грозенбо, Массачусетс; Юнг, Р.В. (1989), «Нелинейные носовые течения - экспериментальное и теоретическое исследование», Семнадцатый симпозиум по гидродинамике военно-морского флота: следы, эффекты свободной поверхности, пограничные слои и вязкие потоки, двухфазный поток, взаимодействие гребного винта/придатка/корпуса , 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. ИСБН 978-0-87021-715-9 . OCLC 12214729 .

[kludas-8] Клудас, Арнольд (2000). Рекордсмены Северной Атлантики, лайнеры Blue Riband 1838-1952 гг . Лондон: Чатем. ISBN 1-86176-141-4 .

[9] Дядя Сэм вступает в Атлантическую гонку (статья о новостройке 1930-х годов) . Популярная механика. Февраль 1931 года . Проверено 9 декабря 2023 г. - через book.google.com.

[10] «Музей Ямато» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 27 июня 2011 г.

[11] Ньюман, Джон Николас (1977). Морская гидродинамика . Кембридж, Массачусетс: MIT Press . ISBN 978-0-262-14026-3 . , с. 28.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[Примечание 1]