Окончание 9 вопроса(
. Кривая 1 ограничивает область влияния мелководья на вязкостную составляющую сопротивления. Как видно из рис. 5.9, влияние мелководья начинает сказываться при d/H > 0,33. Кривая 2 иллюстрирует влияние мелководья на волновую составляющую сопротивления.
)
8. Волновое сопротивление и корабельные волны.
Волновое сопротивление - это часть проекции на ДП результирующей гидродинамических давлений, возникающих в результате образования судовых волн. Для уяснения сущности волнового сопротивления и связанных с ним явлений целесообразно прежде всего рассмотреть природу образования судовых волн, тем более, что волновое сопротивление занимает особое место в ряду других составляющих по своему влиянию на проектирование судов, их эксплуатацию и перспективу развития.
Судовые волны состоят из двух групп - носовой и кормовой:
Носовая группа зарождается несколько позади форштевня, а кормовая - несколько впереди ахтерштевня. Каждая из этих групп разделяется в свою очередь на две системы волн - расходящихся (с короткими гребнями) и поперечных. Гребни расходящихся волн носовой и кормовой групп располагаются по обоим бортам судна в эшелонном порядке, и если соединить их середины, то получаются практически прямые линии, направленные под углом α=18-20° к ДП судна. Каждый гребень расходящихся волн составляет с ДП угол β =2α. Поперечные волны располагаются между расходящимися волнами по нормалям к ДП судна. Первая поперечная волна носовой группы зарождается несколько позади форштевня бугром (гребнем), а первая поперечная волна кормовой группы - несколько впереди ахтерштевня впадиной (подошвой), захватывающей кормовую оконечность. Длина гребня каждой последующей поперечной волны больше, чем предыдущей, а высоты волн соответственно уменьшаются. Носовая группа волн обладает большей интенсивностью, чем кормовая, и более ярко выражена. При относительной скорости судна Fr < 0,15 практически наблюдаются только расходящиеся волны. С увеличением скорости интенсивность поперечных волн возрастает, а расходящиеся волны становятся малозаметными.
Длина поперечной волны (расстояние между соседними гребнями) зависит от скорости судна и для синусоидального профиля определяется формулой:
где υs- скорость судна, уз. Соответственно длина поперечной волны в долях длины судна будет равна:
Изменение скорости движения судна на неограниченной глубине фарватера незначительно сказывается на Структуре расходящихся волн, и взаимодействие носовой и кормовой групп этих волн практически можно не принимать во внимание. Однако сростом скорости длина поперечных волн увеличивается и происходит их интерференция (сложение). При некоторой скорости судна может получиться совпадение фаз, когда гребни носовых волн накладываются на гребни кормовых волн, в результате чего за кормой судна образуются волны увеличенной высоты (неблагоприятная интерференция). При другой скорости, при обратных фазах, гребни носовых волн уменьшаются (благоприятная интерференция) и интенсивность волнообразования ослабляется.
В результате перераспределения давления по корпусу, вызванного возникновением волн, появляется дополнительная составляющая горизонтальных сил давления, которая и называется волновым сопротивлением. С энергетической точки зрения волновое сопротивление объясняется тем, что на создание и поддержание системы волн необходима затрата определенной энергии.
Резкое увеличение волнового сопротивления с ростом относительной скорости является весьма неблагоприятным фактором, сдерживающим рост скоростей судов.
Снижение волнового сопротивления в настоящее время осуществляется практически на основе двух принципов: его избежания и погашения. Принцип избежания предусматривает отдаление корпуса судна от поверхности воды путем погружения его под воду или подъема его над поверхностью воды. В первом случае степень уменьшения волнового сопротивления зависит от глубины погружения. Принцип погашения предусматривает обеспечение благоприятной интерференции носовой и кормовой групп поперечных волн.
9. Влияние мелководья на полное сопротивление и на картину волнообразования.
Характеристиками движения судна на мелководье являются относительная глубина фарватера H/dи относительная скорость движения
где H - глубина фарватера; d- осадка. Изменение глубины фарватера в сторону уменьшения влияет на все составляющие полного сопротивления воды движения судов. В основном увеличивается волновое сопротивление, частично возрастает вязкостное. В результате влияния относительно близкого грунта (дна фарватера) возрастают скорости обтекания вдоль внешней границы пограничного слоя судна, а также перепады давления вдоль поверхности судна и соответственно увеличиваются вязкостные составляющие сопротивления. При H/d > 4 изменение незначительно, однако при H/d= 1,5-2,0 вязкостное сопротивление может увеличиться на 10-15 % по сравнению с его значением на глубокой воде. Значительно более существенные изменения претерпевает картина волнообразования на мелководье, которая, как показывают наблюдения и теоретические исследования, определяется значением относительной скорости
При скорости судна
характер волнообразования на мелководье практически не отличается от наблюдаемого в условиях неограниченной глубины. По мере дальнейшего увеличения скорости судна при данном отношении H/dдлина поперечных волн, образуемых судном, а также угол раствора фронта расходящихся волн постепенно увеличиваются.
Это приводит к увеличению площади поверхности воды, покрытой волнами, и соответственно к увеличению волнового сопротивления. Наибольшего значения полное сопротивление движению судна достигает при так называемой критической скорости
когда носовая и кормовая системы судовых волн вырождаются в две поперечные (одиночные) волны, движущиеся вместе с судном. При малых значениях H/dэти волны, особенно носовая, имеют значительные амплитуды и на их образование затрачивается много энергии.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.