8.5 Методы снижения сопротивления воды

Существуют различные методы воздействия на процессы и структуру обтекания судна с целью уменьшения сопротивления воды движению судов, которые подразделяются на методы снижения вязкостного (трения и формы) и волнового сопротивления. .

Известны следующие методы снижения сопротивления трения: замена при данном числе Рейнольдса Re турбулентного течения в пограничном слое ламинарным (ламинаризация потока), для которого характерно меньшее сопротивление трения; изменение физических свойств жидкости на смоченной поверхности обтекаемого тела; уменьшение смоченных поверхностей. Ламинаризация пограничного слоя достигается приданием телу формы, которая обеспечивает более равномерное распределение давления по его длине, повышающее устойчивость ламинарного течения в пограничном слое. При больших числах Re, вплоть до натурных, ламинаризация потока обеспечивается отсасыванием жидкости внутрь обтекаемого тела через его пористую поверхность (распределенный отсос) либо через отдельные щели (дискретный отсос). Отсасывание уменьшает толщину пограничного слоя и изменяет эпюру его скоростей, что способствует сохранению ламинарного течения (снижение сопротивления трения на 60- 70%). Изменение физических свойств жидкости и поверхности корпуса судна достигается различными способами, приведенными ниже.

1) Введением в пограничный слой растворов полимеров - полиэтиленоксидов, полиакриламидов и др., отличающихся большой относительной молекулярной массой (до - 106) и малой долевой концентрацией по массе (порядка 105-10 6). Эти вещества с молекулами в виде длинных цепей способствуют частичному гашению турбулентности в пристенной области слоя (снижение сопротивления трения на 60-80%);

2) Применением поверхностно-активных веществ (натриевых и алюминиевых мыл с долевой концентрацией по массе порядка( 10 2- 10 3), влияющих на силы поверхностного натяжения и изменяющих молекулярную структуру потока (снижение сопротивления трения на 30-60%);

3) Подогревом или введением в жидкость пузырьков воздуха;

4) Гашение в пограничном слое турбулентности возможно благодаря покрытию поверхности тела упругим, легко деформирующимся материалом, изменяющим физические свойства поверхности типа «кожи дельфина» (ламинфло).

5) Также уменьшение смоченной поверхности обтекаемого тела достигается благодаря формированию на его поверхности воздушной каверны за счет непрерывной подачи воздуха. В области расположения каверны удается почти полностью устранить сопротивление трения.

6) Снижению сопротивления формы способствуют такие меры, как повышение плавности обводов кормовой оконечности, предотвращающее образование поперечных вихрей на корпусе судна, и применение носовых бульбов для снижения интенсивности продольных вихрей.

Для уменьшения волнового сопротивления при числах Фруда Fr более 0,2 применяют S-образные формы носовых ватерлиний, а при Fr> 0,4 - клиновидные. Дополнительное снижение сопротивления может быть достигнуто за счет применения носовых бульбов. При малых числах Fr и полных обводах они способствуют разрушению носовой подпорной волны, а при Fr= 0,25- 0,35 обеспечивается благоприятная интерференция создаваемой бульбом волновой системы с волнообразованием корпуса судна. Эффективный способ снижения волнового сопротивления-- применение полупогружных судов, вертикальные стойки которых благодаря узкой ватерлинии создают незначительное волнообразование. Снижение всех составляющих сопротивления воды движению судна может быть достигнуто применением динамических принципов поддержания судов, то есть за счет подъема корпуса из воды (судно на подводных крыльях, судно на воздушной подушке, экраноплан).