Ниже какого числа Фруда я могу пренебречь волнообразным сопротивлением на судне?

13

Я хочу сделать очень упрощенные расчеты сопротивления на судне. Я надеялся, что расчета сопротивления трению на коже будет достаточно, чтобы получить хорошую оценку сопротивления выброса.

Поскольку сопротивление созданию волны очень сильно зависит от скорости, я предполагаю, что вы можете пренебречь им, когда судно ниже определенной скорости. Я также предполагаю, что мне нужно работать с числами Фруда, а не со скоростями, чтобы учесть размер сосуда.

Я видел числа Фруда ниже Fn = 0,1 и Fn = 0,2, упомянутые в книгах и в Интернете, но если вы вычислите скорость для судна с ватерлинией длиной 100 м, вы получите:

В знак равно 0,1 \cdot \sqrt{9,81 {Миз}^{2} \cdot 100 м} \approx 3,13 Миз \approx 6,08 узлы

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

В знак равно 0.2 \cdot \sqrt{9,81 {Миз}^{2} \cdot 100 м} \approx 6,26 Миз \approx 12,16 узлы

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

Эти значения кажутся слишком высокими, на мой взгляд. 12,16 узлов - это почти рабочая скорость для некоторых судов, а 6 узлов также довольно высока.

Являются ли Fn = 0,1 и Fn = 0,2 разумными числами, и если нет, то ниже каких чисел Фруда я должен остаться, чтобы иметь возможность пренебречь волнообразным сопротивлением?

drag marine-engineering

— Мика Сандленд
источник

Я собирался спросить, что такое сопротивление созданию волны. en.wikipedia.org/wiki/Wave-making_resistance . Это энергия, чтобы вытолкнуть воду с дороги, и она всегда рядом.

— Джордж Герольд

4

Ваша интуиция верна, они высоки. Тем не менее, вам нужно будет двигаться очень медленно, чтобы сопротивление волнам было незначительным. И поскольку оно обычно выше, чем трение на коже, я не думаю, что вы можете ожидать, что у вас будет существенное трение на коже и незначительное сопротивление созданию волн. Возможно, лучшим упрощенным подходом было бы игнорировать трение кожи и сосредоточиться только на волновом сопротивлении.

— Олек Войнар
источник

3

Являются ли они разумными числами Фруда или нет, зависит от длины рассматриваемого судна. Для 100-метрового корабля они, вероятно, высоки, но для 5-метровой лодки это были бы довольно низкие числа.

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

Для малого отношения скорости к длине трение кожи будет доминирующим, в то время как для больших отношений важно волновое трение. В качестве примера я обнаружил, что трение обшивки составляет ~ 65% от общего сопротивления при скорости / длине = 1.

В целом, у больших кораблей будет низкая скорость / длина, и трение обшивки будет доминировать. С другой стороны, небольшие водоизмещающие лодки, такие как лодки или байдарки, будут иметь трение кожи, в котором преобладает волновое сопротивление.

— nivag
источник

2

«Скорость корпуса» - это отношение скорости к квадратному корню длины. Чтобы сделать вещи еще более запутанными, длина в футах, а скорость в узлах. Так возникает постоянная 1,34. (ProTip: давайте никогда не будем говорить об этом снова!)

$R_w$ $R_w$

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

$C_w$

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

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

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

В транскритическом режиме корпус также испытывает силы и моменты, которые существенно изменяют его отношение по отношению к невозмущенной свободной поверхности воды. Отделка и высота корпуса известны как "присед". Это явление сложно предсказать точно. Это может оказать некоторое влияние на сопротивление, но, что более важно, на мелководье также существует опасность того, что судно приземлится у морского дна. Это может привести к большим потерям дохода, а также к смертям, связанным с этим явлением.

Волновые паттерны для конечной глубины довольно интересны ...

$F_h$ $F_h = 1$

Для докритических скоростей поперечные волны (те, которые перпендикулярны траектории судна) очевидны. В сверхкритическом потоке поперечные волны исчезают. (Короче говоря, они не могут идти в ногу с кораблем).

РАСКРЫТИЕ ИНФОРМАЦИИ: Эти образцы были сделаны с использованием моей (бесплатной) программы Flotilla.

Больше моделей можно найти по адресу:

www.cyberiad.net/wakeimages.htm

— Лисистрата
источник

1

Вы правы, что число Фруда (Fr) очень важно для волнового сопротивления.

Ответ дается nivag относительно соотношения скорости длины (также известное как «скорость корпуса») не является правильным. Этот предел часто цитируется, но это миф, что для корпусов смещений как-то невозможно его преодолеть. Корабли могут путешествовать быстрее, чем подразумевает это соотношение, но для обычных судов потребность в энергии обычно чрезмерна.

$1.34 L$

Помимо трения по коже, вам также необходимо учитывать «перетаскивание формы». Этот компонент может быть важен для коротких корпусов (то есть с малым отношением длины к лучу, L / B) при низком Fr. Буксир будет иметь большую форму сопротивления, чем гребной снаряд на том же Fr.

Если у корпуса есть транцевая (то есть отрезанная) корма, также будет большой компонент сопротивления, когда транец не работает полностью всухую. В этом случае происходит много вихрей и возможного прорыва волны за кормой при низких числах Фруда. При более высоком Fr транец сухой, а волновое сопротивление и сопротивление формы значительно ниже.

Если вы расскажете нам немного больше об основных пропорциях лодки (например, вес смещения, длина, ширина и осадка), мы сможем предложить больше советов.

Если корпус довольно тонкий, например, L / B> 5, вы можете попробовать бесплатное программное обеспечение для оценки общего сопротивления (вязкость + волна). См. Например, Мишлет и Флотилия .

Глубина воды также может влиять на волновое сопротивление. В этом случае основанное на глубине число Фруда играет важную роль, очень похожее на число Маха в аэродинамике. Michlet и Flotilla позволят вам изменять глубину воды и видеть влияние на волновое сопротивление и волновые характеристики.

— Лисистрата
источник

Интересный ответ! Я не совсем понимаю, как использовать соотношение скорости и длины, которое вы обсуждаете. Скорость / длина имеет единицы 1 / время, а числа, которые вы даете (т.е. 1,34 л), имеют единицы длины. Что мне не хватает? У числа 1.34 есть единицы? Говоря конкретнее; если у меня есть обычная лодка длиной 5 метров, какова ее скорость в единицах м / с?

— Крис Мюллер