Нижче під яким числом Фруда можна знехтувати хвилетворним опором на судні?

13

Хочу зробити кілька спрощених розрахунків перетягування судна. Я сподівався, що для розрахунку стійкості до тертя шкіри буде достатньо, щоб отримати хорошу оцінку стійкості до перенапруг.

Оскільки опір створення хвилі дуже залежить від швидкості, я припускаю, що ви можете нехтувати ним, коли судно нижче певної швидкості. Я також припускаю, що мені потрібно працювати з числами Фруда замість швидкостей, щоб враховувати розмір судна.

Я бачив числа Froude нижче Fn = 0,1 та Fn = 0,2, згадані в книгах та в Інтернеті, але якщо обчислити швидкість для судна, що має 100 м. Ватерлінії, ви отримаєте:

V = 0.1 \cdot \sqrt{9.81 {m/s}^{2} \cdot 100 m} \approx 3.13 m/s \approx 6.08 knots

$V = 0.1 \cdot \sqrt{9.81\ \text{m/s}^2 \cdot 100\ \text{m}} \approx 3.13\ \text{m/s} \approx 6.08\ \text{knots}$

V = 0.2 \cdot \sqrt{9.81 {m/s}^{2} \cdot 100 m} \approx 6.26 m/s \approx 12.16 knots

$V = 0.2 \cdot \sqrt{9.81\ \text{m/s}^2 \cdot 100\ \text{m}} \approx 6.26\ \text{m/s} \approx 12.16\ \text{knots}$

На мою думку, ці значення здаються занадто високими. 12,16 вузлів - це майже швидкість обслуговування деяких суден, а 6 вузлів також досить висока.

Чи Fn = 0,1 і Fn = 0,2 розумних чисел, і якщо ні, то під якими числами Фруда я повинен залишатися, щоб мати можливість нехтувати хвилетворним опором?

drag marine-engineering

— Міка Сандленд
джерело

Я збирався запитати, яка хвиля чинить опір. en.wikipedia.org/wiki/Wave-making_resistance . Це енергія виштовхувати воду з дороги і завжди є.

— Джордж Герольд

4

Ваша інтуїція правильна, вони високі. Однак вам потрібно буде рухатися дуже повільно, щоб опір створення хвилі був незначним. А оскільки він, як правило, вищий від тертя про шкіру, я не думаю, що ви реально можете очікувати значного тертя шкіри та незначного опору, що викликає хвилі. Можливо, кращим спрощеним підходом було б ігнорувати тертя шкіри та зосереджуватися лише на опорі, що створює хвилі.

— Олек Войнар
джерело

3

Чи є це розумні цифри Фруда чи ні, залежить від довжини судна. Для корабля на 100 м вони, ймовірно, високі, але для човнів на 5 м це буде дуже низька кількість.

$V^2$ $V^6$ $1.34L$

Для малого співвідношення швидкості та довжини шкірне покриття буде домінуючим, тоді як для великих співвідношень важливе тертя хвилі. Приклад значення, яке я виявив, - тертя шкіри - 65% від загального перетягування при швидкості / довжині = 1.

Загалом великі кораблі матимуть низьку швидкість / довжину, а тертя шкіри буде домінувати. З іншого боку, у невеликих човнів, що пересуваються, наприклад, на човнах чи байдарках, буде виникати тертя шкіри, яке переважатиме перетягування хвиль.

— ниваг
джерело

2

"Швидкість корпусу" - це фактично відношення швидкості до квадратного кореня довжини. Щоб зробити речі ще більш заплутаними, довжина в ногах, а швидкість у вузлах. Ось так виникає константа 1,34. (ProTip: Давайте більше ніколи про це не говорити!)

$R_w$ $R_w$

$C_w = R_w/(0.5 \rho U^2 S)$ $\rho$ $U$ $S$

$C_w$

$F_h = U/\sqrt{g h}$ $g$ $h$

$C_w$ $F_h \rightarrow 1$ $F_h =1$

$F_h < 1$ $F_h > 1$ $0.9 < F_h < 1.1$

У транскритичному режимі корпус також відчуває сили та моменти, які суттєво змінюють його відношення щодо непорушеної вільної поверхні води. Оздоблення і підніжка корпусу відома як "присідання". Це явище важко точно передбачити. Це може мати певний вплив на опір, але, що ще важливіше, на мілководді також існує небезпека приземлення судна до морського дна. Це може призвести до великих втрат доходу, а також були випадки, пов'язані з явищем.

Моделі хвиль для кінцевої глибини досить цікаві ...

$F_h$ $F_h = 1$

Для субкритичних швидкостей видимі поперечні хвилі (перпендикулярні до корабельної колії). У надкритичному потоці поперечні хвилі зникають. (Коротше кажучи, вони не можуть бути в курсі корабля).

Розкриття: Ці схеми були зроблені за допомогою моєї (безкоштовної) програми Flotilla.

Більше моделей можна знайти за адресою:

www.cyberiad.net/wakeimages.htm

— Лисистрата
джерело

1

Ви впевнені, що для опору хвилі дуже важливе число Фруда (Fr).

Відповідь дається nivag щодо співвідношення швидкості довжини (також відоме як «швидкість корпусу») не є правильним. Ця межа часто цитується, але це міф про те, що корпуси переміщення якось неможливо перевершити її. Кораблі можуть подорожувати швидше, ніж це співвідношення передбачає, але для звичайних суден потреба в енергії зазвичай є надмірною.

$1.34 L$

Крім тертя шкіри, вам також потрібно буде врахувати "перетягування форми". Цей компонент може бути важливим для тупих корпусів (тобто тих, що мають невелике відношення довжини до пучка, L / B) при низькому Fr. Буксир-буксир матиме більший витяг форми, ніж гребний снаряд у того ж о.

Якщо на корпусі є стержень (тобто відрізаний) корм, також буде великий компонент опору, коли транця не працює повністю сухим. У такому випадку є велика кількість обертів і можливий прорив хвилі за кормою при низьких числах Фруда. При більш високих Fr трант сухий, а хвильовий опір і затримка форми значно нижчі.

Якщо ви розкажете нам трохи більше про основні пропорції човна (наприклад, маса водотонна, довжина, балка і тяга), ми можемо запропонувати більше порад.

Якщо корпус досить стрункий, скажімо, L / B> 5, ви можете спробувати трохи вільного програмного забезпечення для оцінки загального опору (в'язка + хвиля). Дивись, наприклад, Michlet і флотилії .

Глибина води також може впливати на хвильовий опір. У цьому випадку велике значення відіграє число Фруда, засноване на глибині, як і число Маха в аеродинаміці. Міхлет і Флотілла дозволять вам змінювати глибину води і бачити вплив на хвильовий опір і хвильові структури.

— Лисистрата
джерело

Цікава відповідь! Я не зовсім розумію, як використовувати співвідношення швидкості та довжини, про яке ви обговорюєте. Швидкість / довжина має одиниці 1 / час, а числа, які ви даєте (тобто 1,34 л), мають одиниці довжини. Що я пропускаю? Чи має число 1,34 одиниці? Більш конкретно; якщо у мене звичайний човен довжиною 5 метрів, яка межа його швидкості в одиницях м / с?

— Кріс Мюллер