Спротив рідини руху судна.Види спротиву, їх характеристика.Буксировочна потужність, пропульсивний коєфіцієнт.
Вода обладает свойствами вязкости и весомости, которые вызывают два вида сопротивления при движении судна: вязкостное и волновое. Вязкостное сопротивление имеет две составляющих: трения и формы. Сопротивление трения зависит от площади и шероховатости смоченной поверхности корпуса. Сопротивление формы зависит от обводов корпуса. Волновое сопротивление связано с образованием судовых волн при взаимодействия корпуса движущегося судна с окружающей его водой. Для решения практических задач сопротивление воды движению судна принимают пропорциональным квадрату скорости:
R = k V² ,
где k - коэффициент пропорциональности, зависящий от осадки судна и степени обрастания корпуса.
Как указано в предыдущем разделе, силу сопротивления на полном ходу можно рассчитать по следующей формуле:
Ro = Ne h hв hр / Vo.
Промежуточные значения сопротивления ( R ) для любой скорости хода определяются:
Способность судна двигаться в окружающей среде с заданной скоростью при определенной мощности главных двигателей и соответствующем движителе называется ходкостью. Судно движется на границе двух сред — воды и воздуха. Поскольку плотность воды примерно в 800 раз больше плотности воздуха, то и сопротивление воды значительно больше воздушного сопротивления.
Сила сопротивления воды состоит из сопротивления трения, сопротивления формы, волнового сопротивления и сопротивления выступающих частей.
Вследствие вязкости воды между корпусом судна и ближайшими к корпусу слоями воды возникают силы трения, на преодоление которых затрачивается часть мощности главного двигателя. Равнодействующая этих сил называется сопротивлением трения RT. Сопротивление трения зависит также от скорости, от смоченной поверхности корпуса судна и от степени шероховатости. На величину шероховатости влияет качество окраски, а также обрастание подводной части корпуса морскими организмами. Чтобы сопротивление трения по этой причине не увеличилось, судно подвергают периодическому докованию и очистке подводной части. Сопротивление трения определяют расчетным путем.
При обтекании корпуса судна вязкой жидкостью происходит перераспределение гидродинамических давлений по его длине. Равнодействующая этих давлений, направленная против движения судна, называется сопротивлением формы RФ. Сопротивление формы зависит от скорости судна и от его формы. При плохо обтекаемой форме в кормовой части судна образуются вихри, что приводит к понижению давления в этом районе и увеличению сопротивления формы судна. Волновое сопротивление RВ возникает из-за образования волн в зонах повышенного и пониженного давления при движении судна. На волнообразование также расходуется часть энергии главного двигателя. Волновое сопротивление зависит от скорости судна, формы его корпуса, а также от глубины и ширины фарватера. Сопротивление выступающих частей RВЧ зависит от сопротивления трения и от формы выступающих частей (рулей, скуловых килей, кронштейнов гребных валов и пр.). Сопротивление формы и волновое объединяются в остаточное сопротивление, которое можно рассчитать только приближенно. Для точного определения величины остаточного сопротивления проводят испытания моделей судов в опытовом бассейне.
Воздушное сопротивление RВОЗД движению судна можно найти путем продувки надводной части модели в аэродинамической трубе.
Таким образом, полное сопротивление движению судна определяется как сумма отдельных составляющих
R= RФ + RT + RВ + RВЧ + RВОЗД
Это сопротивление называют буксировочным, так как оно равно усилию в тросе, возникающему при буксировке судна. Мощность, необходимая для буксировки судна со скоростью v, называется буксировочной мощностью (кВт или л. с):
EPS = Rv / 102 или EPS = Rv / 75,
где R — полное сопротивление, Н или кГс; v — скорость судна м/с.
Мощность на фланце главного двигателя больше буксировочной, так как при ее определении необходимо учитывать пропульсивный коэффициент η (η=ηPηK, где ηP — коэффициент полезного действия движителя, а ηK — коэффициент влияния корпуса), КПД редуктора ηРЕД, КПД валопровода ηВ (опорных и упорных подшипников) или других специальных передач:
Ne=EPS / η ηРЕД ηВ
Следует отметить, что скорость судна на волнении уменьшается. Поэтому на некоторых судах мощность двигателя увеличивают с целью получения заданной скорости на определенном волнении