Проектирование судов

,

где СА – адмиралтейский коэффициент.

.

Значение СА для водоизмещающих судов, в пределах относительных скоростей Fr = 0,10 – 0,60 изменяется в достаточно широких пределах, от 23 до 100. Основное влияние на изменение СА оказывают l и ξ. Несколько ме

ньше колеблется коэффициент k – зависящий от формы обводов. Пропульсивный коэффициент η в пределах одной скоростной группы можно считать постоянным, так же как величину коэффициента добавочного сопротивления с.

Поскольку значения величин l и ξ могут колебаться в достаточно широком диапазоне, формулу адмиралтейских коэффициентов следует применять с большой осторожностью и только при наличии близкого прототипа.

Непостоянство значения адмиралтейского коэффициента заставило искать другие формулы, имеющие более стабильные коэффициенты, мало зависящие от водоизмещения и скорости. К таким формулам можно отнести формулу Давыдова

,

где С1 = 150 ± 10.

В большинстве случаев (например, при составлении уравнения нагрузки) подобные формулы удобнее использовать, выражая водоизмещение в тоннах, а скорость в узлах:

.

Но в любом случае, данные результаты можно считать лишь ориентировочными, так как изменение величин l и ξ может привести к весьма значительному отклонению N по сравнению с результатами полученным по формулам подобным адмиралтейской. Для более точного определения N необходимо исследовать влияние различных элементов судна на величину его сопротивления.

Взаимосвязь элементов судна и составляющих сопротивления

Рассмотрим влияние элементов судна на каждое слагаемое сопротивления.

Сопротивление трения будет зависеть только от величин ξтр и Ω. Варьируя именно этими переменными можно изменить значение сопротивления трения.

Коэффициент ξтр является функцией числа Рейнольдса (Re = υL/ν, где ν – коэффициент кинематической вязкости жидкости, м2/с).

.

При изменении элементов проектируемого судна для выбора оптимального варианта его длина изменяется сравнительно незначительно, обычно не более 15 – 20 %, что определяет относительное постоянство Re. Следовательно, можно считать, что для всех вариантов проектируемого судна коэффициенты ξтр равны.

Площадь смоченной поверхности Ω существенно зависит от основных элементов судна. Из формулы Тейлора для Ω видно однозначное влияние величины l на площадь смоченной поверхности. Выразим абсолютную длину судна через отношение главных размерений

.

Так как Rтр зависит от Ω, а Ω от относительной длины, можно на основе формулы для l выявить влияние элементов на Rтр.

1. Увеличение δ приводит к уменьшению l, что в свою очередь уменьшает Ω. Сопротивление трения при этом снижается;

2. Увеличение отношения В/Т приводит к увеличению Rтр;

3. Увеличение L/В приводит к увеличению Rтр, причем рост сопротивления будет более интенсивным, чем в предыдущем случае, поскольку показатель степени в два раза больше.

Сопротивление формы подразумевает совокупность нескольких видов сопротивлений, обусловленных вязкостью жидкости: сопротивления, обусловленного конечностью толщины пограничного слоя и его отрывом от поверхности; сопротивления, обусловленного кривизной поверхности наружной обшивки и сопротивления, связанного с разрушением носовой подпорной волны.

Основным компонентом сопротивления формы является сопротивление, вызванное изменением давлений в потоке воды, перемещающейся по длине корпуса судна, и появлением вихрей в кормовой оконечности.

При определении элементов судна необходимо выбирать их таким образом, чтобы избежать интенсивного вихреобразования, вызывающего рост сопротивления формы. В первую очередь это требование относится к тихоходным судам с высокими значениями δ, у которых волновое сопротивление практически равно нулю. Геометрический параметр, определяющий интенсивность вихреобразования, является кривизна кормовых ветвей ватерлиний, которая связана с длиной кормового заострения Lкз, измеряемой от кормовой границы цилиндрической вставки (рис. 35). Чем больше Lкз, тем более пологими окажутся в корме ватерлинии и тем меньше вероятность срыва вихрей. С повышением скорости и степени кривизны обводов вихреобразование увеличивается и Rф растет.

Для определения минимально допустимого значения Lкз, гарантирующего отсутствие интенсивного вихреобразования используется формула Бэкера

.

Рис. 35. Протяженность носового и кормового заострений

Переходя к относительной длине кормового заострения lкз = Lкз/L можно записать,

.

Из последней формулы видно, что с увеличением отношения L/В относительная длина кормового заострения может быть уменьшена. То же самое можно утверждать в отношении величины В/Т. Влияние коэффициента β противоположно, с его увеличением величина lкз возрастает.

Значение коэффициента волнового сопротивления ξвл, в зависимости от скорости, изменяет свое значение в достаточно широком диапазоне. Не удается связать ξвл с элементами судна какой-то простой зависимостью, можно лишь выделить основные фактора влияющие на величину этого коэффициента. Кроме относительной скорости, это форма носовой оконечности, коэффициент продольной полноты φ и относительная длина l.

Увеличение относительной скорости до Fr ≤ 0,5 и уменьшение относительной длины носового заострения всегда сопровождается ростом ξвл и Rвл. К аналогичным последствиям приводит увеличение φ и уменьшение l, однако степень влияния этих параметров зависит от диапазона относительных скоростей судна. У тихоходных судов основное влияние на ξвл оказывает коэффициент продольной полноты, а изменение относительной длины сказываются в меньшей степени. Это обстоятельство позволяет принимать сравнительно низкие значения l с целью уменьшения сопротивления трения без существенного увеличения волнового сопротивления.

В диапазоне относительных скоростей, характерных для быстроходных судов величина ξвл, зависит в основном от относительной длины l, а изменение φ в достаточно широком диапазоне 0,60 – 0,72, сказывается довольно слабо.

Для среднескоростных судов интенсивное влияние на ξвл и Rвл оказывают оба параметра формы корпуса судна – и l, и φ.

Существенное влияние на величину волнового сопротивления оказывает интерференция (взаимодействие) носовой и кормовой систем поперечных волн, образующихся в оконечностях. При благоприятной интерференции, когда гребень носовой волны совпадает с подошвой кормовой, суммарная высота волны уменьшается, при неблагоприятной интерференции – увеличивается. Соответственно этому на кривой волнового сопротивления образуются небольшие впадины и более четко выраженные бугры (рис. 36), положение которых зависит от особенностей формы корпуса и относительной скорости судна. При невысоких Fr бугры и впадины располагаются близко друг от друга и характеризуются незначительной амплитудой. Отчетливо различимы и стабильны по положению бугры при Fr = 0,30, а также при Fr = 0,50.

 Скачать реферат