Сопротивление движению судна и его составляющие

Прямолинейное равномерное движение судна происходит под действием двух прямопротивоположных сил - движущей силыи полного сопротивления,. При движении судна со скоростьюработа движущей силы в единицу времени (или буксировочная мощность) равна.

Отношение , где- мощность, подведенная к движителю, называетсяпропульсивным коэффициентом. Мощность всегда меньше мощности на валу главного двигателяна величину потерь в валопроводе и передаче, т.е.

, где —КПД валопровода;— КПД передачи (редуктор, электропередача и др.).

Сопротивлением движению судна называется результирующая проекций элементарных гидродинамических сил, действующих по его поверхности, на направление движения.

Тело создает на свободной поверхности систему волн; волнообразование приводит к изменению поля скоростей и давлений по сравнению с движением в безграничной жидкости. Возникает результирующая сила давлений, проекция которой на направление движения называется волновым сопротивлением.

Если в носовой оконечности тела разрушается возникающая подпорная волна (полнообводные суда), то волновое сопротивление увеличивается за счет составляющей -сопротивления от разрушения волн. Волновое сопротивление – характерная составляющая сопротивления надводных судов.

При движении тела с брызгообразованием (быстроходные суда) появляется еще одна составляющая силы сопротивления, вызванной давлениями. Движущееся по свободной поверхности тело деформирует поток так, что часть жидкости образует брызговую струю, которая отбрасывается под углом или в сторону движения тела. Струя вызывает реактивную силу, проекция которой на направление движения называется брызговым сопротивлением.

На подводных крыльях, выступающих частях корпуса судна, а в случае появления продольных вихрей за корпусом – и на самом корпусе возникает индуктивное сопротивление.

При больших скоростях движения тел на их поверхности может возникнуть кавитация – процесс развития каверн, заполненных парами воды и растворенным в жидкости воздухом. На участке поверхности, охваченном кавитацией, давление постоянно, т.е. иное, чем в потоке при безотрывном обтекании тела. Величина силы кавитационного сопротивления зависит от области распространения каверны и абсолютного давления в ней.

Все названные виды сопротивления мало зависят от вязкости жидкости и поэтому могут изучаться с помощью модели невязкой жидкости.

Под влиянием вязкости закон распределения давления по поверхности тела изменяется по сравнению со случаем обтекания невязкой жидкостью. Вязкость вызывает появление пограничного слоя и формирование гидродинамического следа за телом. В кормовой части тела давления понижаются (по сравнению со случаем обтекания невязкой жидкостью), возникает результирующая давлений – вязкостное сопротивление давления или сопротивление формы . Часть сопротивления, возникающая за счет касательных напряженийназываетсясопротивлением трения. Сумму сопротивления формы и сопротивления трения называют вязкостным сопротивлением.

Таким образом, сопротивление воды движению судна можно выразить так

.

Эти виды сопротивления не всегда возникают одновременно; некоторые из них могут отсутствовать.

Сопротивление воды вызывается двумя основными причинами: вязкостью жидкости () и волнообразованием (). Также полную силу сопротивления можно разделить на сопротивление движению судна воды и воздуха. Тогда

.

При изучении сопротивления принимают гипотезу: физические процессы, вызывающие возникновение отдельных составляющих силы полного сопротивления, происходят взаимно независимо.

Для морских грузовых судов при расчетах ходкости различают понятия эксплуатационной скорости и скорости на испытаниях. Значение скорости на испытаниях определяют с помощью числа Фруда, при котором начинается интенсивный рост коэффициента сопротивления. Эксплуатационную скорость судна назначают меньшей, чем скорость на испытаниях, чтобы обеспечить запас мощности судна для движения в неблагоприятных погодных условиях.