Силы, обусловленные вязкостью воды

В настоящее время при аналитическом методе определения усилий, возникающих на корпусе судна, широко применяется циркуляционно-отрывная теория, предложенная Алленом в 1946 г. и развитая К.К.Федяевским и Г.В.Соболевым.

Основой этой теории является допущение о возможности наложения двух, считающихся независимыми, компонентов, действующих на погруженную часть корпуса:

- циркуляционной, связанной с возникновением циркуляции вокруг корпуса и образованием подъемной силы;

- отрывной, связанной с сопротивлением сечений корпуса поперечному обтеканию.

Циркуляционная составляющая определяется обтеканием корпуса со скоростью под углом атаки .

Отрывная – поперечным отрывным обтеканием сечений корпуса со скоростью ( ).

При этом корпус судна считают крылом бесконечно малого удлинения, дублированным относительно ватерлинии, у которого хордой является его длина, высотой – удвоенная осадка, а толщиной его ширина.

При этом представление о корпусе судна, как о крыле оказывается несколько условным.

Тем не менее, это позволяет установить структурные связи между элементами корпуса и параметрами его движения, а также получить количественные зависимости для определения величин возникающих гидродинамических усилий.

При изменении судном курса и появлении угла дрейфа нарушается симметрия обтекания корпуса. Вследствие этого равнодействующая (суммарный вектор) гидродинамических сил начинает отклоняться от Д.П. (рис.7).

Рис. 7. Составляющие гидродинамической силы корпуса судна

Равнодействующая может быть разложена на отдельные составляющие двумя способами:

- на силу сопротивления , которая направлена в сторону, противоположную вектору скорости и подъемную силу (силу сноса) , перпендикулярную вектору скорости;

- в подвижных осях координат этими составляющими будут и .

Для решения практических задач управляемости удобно определять составляющие и по известным в гидродинамике выражениям для усилий на крыле:

(24)

здесь - безразмерные гидродинамические коэффициенты, которые зависят от соотношений главных размерений корпуса, величины угла дрейфа и угловой скорости;

- площадь погруженной части диаметрального батокса.

- коэффициент полноты диаметрального батокса.

Момент, создаваемый поперечной составляющей силы в очень большой степени определяет маневренность судна:

(25)

Главной особенностью результирующей гидродинамической силы является то, что место приложения её в процессе выполнения маневра изменяется. В начальный момент изменения курса она располагается в носовой части судна. По мере увеличения угла дрейфа она перемещается в сторону кормы.

Следует отметить, что гипотеза о допустимости применения основных положений теории крыла для определения гидродинамических усилий, возникающих на погруженной части корпуса судна, недостаточно корректна, поскольку форма ватерлиний судового корпуса может в некоторой степени соответствовать профилю крыла лишь для случая движения судна задним ходом.

В связи с отмеченными трудностями, в настоящее время методики различных авторов различаются как по способу определения гидродинамических усилий на корпусе судна, так и учетом влияния на них параметров движения и . Методов же, позволяющих определять эти усилия при выполнении сложных маневров судна, предложено немного.