Волновое сопротивление

Сопротивление волны -это форма сопротивления , которая поражает поверхностное водное судно, например, лодки и корабля, и отражает энергию, необходимую для отталкивания воды с пути корпуса. Эта энергия входит в создание волны.

Физика

График мощности в зависимости от скорости для корпуса смещения, с отметкой с соотношением скорости и длины 1,34

Для малых корпус смещения , таких как парусники или гребные лодки, сопротивление для приготовления волн является основным источником сопротивления морских сосудов .

Существенным свойством водных волн является рассеянность; то есть, чем больше длина волны, тем быстрее он движется. Волны, создаваемые кораблем, влияют на ее геометрию и скорость, и большая часть энергии, данной кораблем для изготовления волн, передается в воду через лук и строгие части. Просто говоря, эти две волновые системы, то есть лук и строгие волны, взаимодействуют друг с другом, и полученные волны ответственны за сопротивление. Если результирующая волна велика, она несет много энергии от корабля, доставляя его на берег или где бы то ни было, волна заканчивается или просто рассеивает ее в воде, и эта энергия должна поставлять движущей силой корабля (или импульс) , чтобы корабль испытывал его как перетаскивание. И наоборот, если результирующая волна маленькая, переживаемая перетаскивание мало.

Количество и направление (аддитивное или вычищенное) интерференции зависит от разности фаз между луком и строгими волнами (которые имеют одинаковую длину волны и фазовую скорость), и это является функцией длины корабля на ватерлинии. Для данной скорости корабля разность фаз между волной лука и строгой волной пропорциональна длине корабля на ватерлинии. Например, если корабль занимает три секунды, чтобы пройти свою собственную длину, то в какой -то момент корабль проходит, коральная волна инициируется через три секунды после волны лука, что подразумевает определенную разность фаз между этими двумя волнами. Таким образом, длина ватерлинии корабля непосредственно влияет на величину сопротивления волновой форме.

Для данной длины ватерлинии разность фаз зависит от скорости фазы и длины волны волн, а те, которые зависят от скорости корабля. Для глубоководной волны скорость фазы такая же, как скорость распространения и пропорциональна квадратному корню длины волны . Эта длина волны зависит от скорости корабля.

Таким образом, величина сопротивления для изготовления волн является функцией скорости корабля по отношению к его длине на ватерлинии.

Простой способ рассмотреть устойчивость к волновым приводам-взглянуть на корпус по отношению к лук и строгим волнам. Если длина корабля составляет половину длины сгенерированных волн, полученная волна будет очень мала из -за отмены, и если длина такая же, как длина волны, волна будет большой из -за усиления.

Фазовая скорость $c$ волн определяется следующей формулой:

$c={\sqrt {{\frac {g}{2\pi }}l}}$

где $l$ Длина волны и $g$ гравитационное ускорение. Заменить в соответствующее значение для $g$ дает уравнение:

${\mbox{c in knots}}\approx 1.341\times {\sqrt {\mbox{length in ft}}}\approx {\frac {4}{3}}\times {\sqrt {\mbox{length in ft}}}$

или в метрических единицах:

${\mbox{c in knots}}\approx 2.429\times {\sqrt {\mbox{length in m}}}\approx {\sqrt {6\times {\mbox{length in m}}}}\approx 2.5\times {\sqrt {\mbox{length in m}}}$

Эти значения, 1,34, 2,5 и очень простой 6, часто используются в правиле эмпирического пальца корпуса , используемого для сравнения потенциальных скоростей смещения корпус, и эта связь также является фундаментальной для числа Фруда , используемых при сравнении различных масштабов воды Полем

Когда сосуд превышает « соотношение скорости и длины » (скорость в узлах, деленные на квадратный корень длины в футах), на 0,94, он начинает опережать большую часть своей волны -лука , корпус фактически слегка оседает в воде, поскольку теперь она только сейчас. Поддерживается двумя волновыми пиками. Поскольку сосуд превышает соотношение длины скорости 1,34, длина волны теперь длиннее корпуса, а корма больше не поддерживается следами, в результате чего строгий приседает, а лук поднимается. Корпус теперь начинает подниматься на собственную волну лука, и сопротивление начинает увеличиваться с очень высокой скоростью. Несмотря на то, что в корпусе перемещения можно привести коляску быстрее, чем отношение длины скорости 1,34, это чрезмерно дорого. Большинство крупных сосудов работают при соотношении скорости, значительно ниже этого уровня, при соотношении скорости до 1,0.

Способы снижения сопротивления волновой

Поскольку сопротивление для изготовления волн основана на энергии, необходимой для отталкивания воды с пути корпуса, существует ряд способов, которыми это можно свести к минимуму.

Уменьшенное смещение

Сокращение смещения ремесла путем устранения избыточного веса является наиболее простым способом уменьшения перетаскивания волн. Другим способом является формирование корпуса, чтобы генерировать подъем , когда он движется через воду. Полумезиционные корпус и плановые корпус делают это, и они могут прорваться через скоростный барьер корпуса и переходить в сферу, где сопротивление увеличивается с гораздо более низкой скоростью. Недостаток этого заключается в том, что плоская плана практична только на более мелких сосудах, с высокими соотношениями мощности к весу, таким как моторные лодки. Это не практическое решение для большого сосуда, такого как супертанкер .

Прекрасный вход

Корпус с тупым луком должен очень быстро оттолкнуть воду, чтобы пройти, и это высокое ускорение требует большого количества энергии. Используя тонкий лук, с более четким углом, который отталкивает воду более постепенно, количество энергии, необходимой для вытеснения воды, будет меньше. Современный вариант-это волновой дизайн. Общее количество воды, которая должна быть смещена с помощью движущегося корпуса, и, следовательно, вызывая сопротивление, создавая волны, представляет собой площадь поперечного сечения времени времени корпуса, которое проходит в корпусе, и не останется прежним, когда призматический коэффициент увеличивается для одного и того же LWL и Такое же смещение и та же скорость.

Выпуклый лук

Специальный тип лука, называемый выпуклым луком , часто используется на больших силовых сосудах, чтобы уменьшить волновое сопротивление. Лампа изменяет волны, генерируемые корпусом, путем изменения распределения давления перед луком. Из -за характера его разрушительного вмешательства в лук -волну существует ограниченный диапазон скоростей сосудов, на которых она эффективна. Выпуклый лук должен быть должным образом спроектирован, чтобы смягчить сопротивление для изготовления волн определенного корпуса в определенном диапазоне скоростей. Лампа, которая работает для формы корпуса одного суда и одного диапазона скоростей, может быть вредной для другой формы корпуса или другого диапазона скорости. Поэтому при разработке выпуклого лука необходим правильный дизайн и знание предполагаемых рабочих скоростей и условий корабля.

Форма корпуса фильтрация

Если корпус предназначен для работы на скорости, значительно ниже, чем скорость корпуса , то можно уточнить форму корпуса вдоль его длины, чтобы снизить сопротивление волны на одной скорости. Это практично только там, где коэффициент блока корпуса не является существенной проблемой.

Полусвязанные и планирующие корпус

Поскольку полусвязанные и спланирующие корпуса генерируют значительное количество подъема в эксплуатации, они способны преодолеть барьер скорости распространения волн и работать в сферах гораздо более низкого сопротивления, но для этого они должны быть способны сначала протолкнуть мимо этого скорость, которая требует значительной мощности. Эта стадия называется переходной стадией, и на этом этапе скорость сопротивления изготовления волн является самой высокой. Как только корпус преодолевает горб боловой волны, скорость увеличения волнового сопротивления начнет значительно уменьшаться. ^{[ 1 ]} Планирующий корпус поднимется, очищая свою строгость с воды, и его отделка будет высокой. Подводная часть планового корпуса будет мала во время режима планирования. ^{[ 2 ]}

Качественная интерпретация графика сопротивления волны заключается в том, что корпус смещения резонирует с волной, которая имеет гребень возле его лука и впадиной возле его кормы, потому что вода отталкивается к луку и отступается на корму. Планирующий корпус просто толкнул на воду под ней, поэтому он резонирует с волной, которая имеет впадину под ней. Если он имеет примерно вдвое большую длину, он будет иметь только квадратный корень (2) или в 1,4 раза выше скорости. На практике большинство плановых корпусов обычно движутся намного быстрее, чем это. При четыре раза скорость корпуса длина волны уже в 16 раз длиннее корпуса.

Смотрите также

Ссылки

^ Squire, H. B (1957). «Движение простого клина вдоль поверхности воды». Труды Королевского общества Лондона. Серия A, математические и физические науки . 243 (1232): 48–64. Bibcode : 1957rspsa.243 ... 48 с . doi : 10.1098/rspa.1957.0202 . JSTOR 100279 . S2CID 121875606 .
^ Сукас, Омер Фарук; Киначи, Омер Кемал; Какичи, Ферди; Gokce, Metin Kemal (2017-04-01). «Гидродинамическая оценка плановых корпусов с использованием сетки с перевальникой». Прикладное исследование океана . 65 : 35–46. doi : 10.1016/j.apor.2017.03.015 . ISSN 0141-1187 .

На тему высокоскоростных монохолдов , Даниэль Савицкий, почетный профессор, Лаборатория Дэвидсона, Технологический институт Стивенса

[1] Squire, H. B (1957). «Движение простого клина вдоль поверхности воды». Труды Королевского общества Лондона. Серия A, математические и физические науки . 243 (1232): 48–64. Bibcode : 1957rspsa.243 ... 48 с . doi : 10.1098/rspa.1957.0202 . JSTOR 100279 . S2CID 121875606 .

[2] Сукас, Омер Фарук; Киначи, Омер Кемал; Какичи, Ферди; Gokce, Metin Kemal (2017-04-01). «Гидродинамическая оценка плановых корпусов с использованием сетки с перевальникой». Прикладное исследование океана . 65 : 35–46. doi : 10.1016/j.apor.2017.03.015 . ISSN 0141-1187 .

[ 1 ]

[ 2 ]