СОПРОТИВЛЕНИЕ ВОДЫ ДВИЖЕНИЮ СУДНА

В процессе движения судна его корпус подвергается сопротивлению во­ды, которое преодолевается тягой, создаваемой гребным винтом (ГВ). Возник­новение силы, эквивалентной сопротивлению воды, при движении судна обу­словлено двумя факторами: нарушением равновесия окружающей его массы воды; перераспределением нормальных давлений по наружной обшивке. Ве­личина этих давлений отличается от гидростатических. Вектор направления равнодействующей сил нормальных давлений отличается от вертикального положения, при этом проекция равнодействующей на горизонтальную ось на­правлена противоположно скорости движения судна. При движении судна по­являются и дополнительные силы, касательные к обшивке корпуса судна. Они обусловлены силами трения.

Для изучения процессов, связанных с сопротивлением воды движению судна, объём воды, который окружает корпус судна разделяют на три харак­терные зоны :

1) область, расположенную в непосредственной близости к поверхности корпуса судна (здесь вязкость проявляется наиболее интенсивно). Её называют пограничным слоем, толщина которого увеличивается от носа к корме судна. Характер изменения скорости движения воды в пограничном

слое таков: на обшивке корпуса судна она равна нулю и достигает скорости потока на внеш­ней границе пограничного слоя;

2) область, находящуюся за пределами пограничного слоя (здесь вязкост­ные силы утрачивают свое основное значение, а преобладающую роль начи­нают играть инерционные силы и силы тяжести). Движение частиц воды в по­верхностных слоях этой области характеризуется наличием расходящихся и поперечных волн. Их интенсивность обусловлена двумя факторами:элемен­тами корпуса судна; скоростью хода судна;

3) область, охватывающую кормовую оконечность судна (здесь возникает поток, направленный в сторону движения судна, и называется попутным пото­ком). Характерная особенность этой области - она заполнена вихрями, интенсив­ность которых особенно значительна при полной (или резко срезанной) корме.

Исходя из характера движения воды в рассмотренных областях, общее сопротивление её движению судна подразделяется на трисоставляющие:

· тре­ния;

· волновое;

· формы (иначе его называют вихревым).

При изучении сопро­тивления воды принимают следующее допущение:каждая из указанных со­ставляющих считается не зависящей одна от другой. Хотя в действительности (в реальных условиях) движение воды в каждой из рассмотренных областей взаимосвязано, но на практике представление о сопротивлении воды (как о сумме трёх независимых слагаемых) является общепринятым.

Сущностьпроисхождения отдельных составляющих сопротивления воды обусловлена различными свойствами воды. Так, волнообразование и волновое сопротивление обусловлены весомостью воды, а сопротивление трения и фор­мы являются следствием вязкости воды.

Физическая сущностьволнового сопротивления состоит в перераспре­делении нормальных давлений по обшивке корпуса при движении судна и, с энергетической точки зрения, может быть объяснено дополнительной работой, которую необходимо затратить на преодоление сил тяжести при изменении положения частиц воды по отношению к их равновесному состоянию.

Сопротивление тренияпредставляет собой сумму сил, приложенных ка­сательно к смоченной поверхности корпуса судна.

Физическая сущность сопротивления формы может быть объяснена сле­дующим образом. В процессе движения судна образовавшийся в корме погра­ничный слой значительной толщины вытесняет внешний поток воды, в резуль­тате чего происходит понижение нормальных давлений в кормовой части судна.

При выборе формы обводов и соотношения главных размерений судна ре­комендуется их рассматривать в комплексе, исходя из предъявляемых к эксплуа­тационным качествам судна. Это связано с чем, что в процессе проектирования формы корпуса и выборе соотношений главных размерений ходовые качества оцениваются буксировочным сопротивлением корпуса на тихой воде и взаи­модействием его с ГВ, а также потерей скорости хода при волнении на море.

Основными элементами судна, определяющими его сопротивление, яв­ляются:

отношение длины судна к его ширине (L/B);

коэффициент полноты водоизмещения (õ );

отношение ширины судна к его осадке (^B/_T)\ характери­стики формы корпуса судна (распределение водоизмещения по длине, острота ватерлиний, форма поперечных сечений корпуса- шпангоутов).