1.4 Сравнивание методов расчета остаточного сопротивления
В отечественных публикациях, посвящённых ходовым расчётам для речных судов, можно найти описание 15 методов расчёта сопротивления (Таблица 1), созданных не ранее 60-х годов, когда уже строились и проектировались суда, предназначенные для плавания в Единой глубоководной системе европейской части нашей страны.
К этим методам относятся методы прямого расчёта Л.И. Фомкинского, А.Б. Карпова, проблемной лаборатории гидромеханики НИИВТ (два варианта), метод В.В. Вьюгова, метод Е.М. Сироткина, метод ЛИВТ, метод Г.Н. Сиротиной, метод Б.М. Сахновского [1].
Таблица 1.9 – Методы расчета сопротивления
В методах В.В. Вьюгова и НИИВТ сопротивление вычисляется по способу Хьюза, то есть с разделением на вязкостную и волновую составляющие, а остальные методы
– по способу Фруда, то есть с разделением на сопротивление трения и остаточное сопротивление.
Методы пересчёта с прототипа представлены методами Г.К. Авдеева, ЦНИИРФ и Сандлера-Карпова. Все они ориентированы на пересчёт остаточного сопротивления.
Метод пересчёта ЦНИИРФ был разработан в 1953 г., но рекомендовался для расчётов сопротивления до 1986 г. Поэтому он также анализировался.
Все перечисленные методы получены обработкой результатов серийных модельных испытаний, которые проводились в ГИИВТ, НИИВТ, ЛИВТ, ВНИИ им. А.Н. Крылова и др. организациях.
Насколько можно судить по различным обзорам, за рубежом испытаний систематических серий моделей грузовых судов внутреннего плавания не проводились. В литературе можно найти лишь систематические испытания речных барж и толкачей. Тем не менее, некоторые расчётные методы, созданные для расчёта сопротивления морских судов, можно использовать для расчётов с речными судами. Такими методами являются метод Холтропа-Меннена, метод Гулдхаммера-Харвальда и метод Холленбаха. Первый метод реализован по способу Хьюза, остальные – по Фруду (таблица 1.9).
Все перечисленные методы были реализованы программно в форме процедур, вычисляющих коэффициент остаточного сопротивления CR по Фруду. Результаты вычислений CR по методам прямого расчёта сравнивались как между собой, так и с результатами испытаний 24-х моделей в двух наборах, приведённых в таблице 1.10. При расчётах учитывались пределы применимости методов (таблица 1.9), поэтому для каждой из 24-х моделей получился свой набор применимых методов [1].
Таблица 1.10 – Геометрические параметры моделей
Результаты расчётов оформлены в виде 24-х графиков, на каждом из которых приведены кривая CR модельных испытаний и кривые CR, полученные с помощью применимых для данной модели методов. Для примера на рисунке 1.1 представлен график расчета судна проекта 507.
Рисунок 1.1 – Коэффициент остаточного сопротивления для моделей проекта 507
Первым очевидным итогом, который следует из проведённых расчётов, является то, что результаты расчётов коэффициента CR у разных методов сильно разнятся между собой.
Вероятно, отчасти это можно объяснить разницей в наборе моделей судов, по испытаниям которых строились методы расчёта. Так, метод НИИВТ образца 1970 г. основывался на серийных испытаниях, проведённых в ГИИВТ М.Я. Алферьевым. В то же время для метода НИИВТ, образца 1978 г., который, судя по описанию в литературе, был создан теми же авторами (Ю.Н. Кузьменко, С.Н. Рудин и др.) и имеет точно такую же структуру, были использованы результаты испытаний крупномасштабных моделей судов внутреннего и смешанного плавания ЦНИИ им. А.Н. Крылова.
Второй итог, который можно сделать из анализа поведения графиков, состоит в том, что некоторые методы отличаются сомнительной «физикой» и потому их нельзя рекомендовать для задач, в которых варьируются размерения судна.
Чтобы убедиться в этом, можно построить графики коэффициента остаточного сопротивления, полученные варьированием L/B при фиксированных B/T = 4 и = 0,851 при значении скорости Fr0,15, которое является наиболее типичным для паспортной скорости речных судов.
Большинство методов демонстрируют умеренно убывающий характер коэффициента kR, что предположительно является корректной «физикой» для судов речного и смешанного плавания.
Согласно проведенным исследованиям, наиболее точные результаты расчета сопротивления можно получить единственно возможным способом – используя методы пересчета с прототипа.
Таким образом, можно сделать вывод, что применимость существующих в настоящее время прямых методов расчёта сопротивления весьма ограничена, так как погрешность при определении эффективной мощности силовой установки может быть неприемлема. Наиболее достоверным способом остаётся способ пересчёта с близкого прототипа [1].