Rezistența la mișcarea navei
Corpul, care se mișcă în apă, simte rezistența apei și a aerului, împiedicând mișcarea acestuia.
Rezistența la apă constă în rezistență la frecare, formă (vortex) și rezistență la unde. Dacă observați cu atenție modelul în mișcare, puteți vedea că o parte din apă se mișcă împreună cu ea. Modelul, chiar dacă fundul său este complet neted, este însoțit de un strat de apă în timp ce conduceți. La viteze reduse, fluxul de apă care curge în jurul fundului are o mișcare ordonată (acesta este un flux laminar), iar la viteze mari, un debit turbulent (dezordonat).
Froude a obținut legea care determină cantitatea de rezistență la frecare. El a descoperit că rezistența depinde de dimensiunea părții subacvatice a corpului, de starea suprafeței exterioare și este proporțională cu pătratul vitezei. O componentă subacvatică mai lungă are o rezistivitate mai mică decât una mai scurtă. O suprafață mai crăpată creează mai multă frecare decât o suprafață mai netedă.
Cu viteza crescândă, nu numai că rezistența la frecare crește semnificativ, dar se formează și valuri, ceea ce consumă o fracțiune remarcabilă de putere. Acest lucru trebuie luat în considerare la viteze mai mari de 5-6 km / h. Înălțimea valurilor create depinde în principal de lungimea și lățimea corpului navei: o coca mai scurtă determină valuri mai înalte decât cea mai lungă.
Amploarea rezistenței vortexului depinde de forma corpului, care să conducă la formarea de vârtejuri în fluxul de la pupa: vârtejuri reduce presiunea în pupa navei și, prin urmare, crește rezistența la mișcare. Rezistența turbionară crește odată cu creșterea vitezei.
Astfel, rezistența la mișcarea în modelul de apă proporțională cu densitatea medie (apa), secțiunea transversală a modelului la cadru centrul navei, dimensiunea și forma corpului și suprafața subacvatică a acesteia, precum și viteza la pătrat. Pentru a reduce rezistența, este de dorit ca partea subacvatică a corpului în raport cu lățimea să fie destul de lungă. Contururile care formează nas și pupa porțiunea de mijloc a carcasei, ar trebui să fie netedă, dacă este necesar, pentru a reduce apariția undelor și vârtejuri. Important și suprafața exterioară a carcasei: trebuie să fie complet netedă.
Vântul acționează și asupra corpului navei și a armamentului său. Aceasta provoacă rezistență la mișcare, deși într-o măsură mai mică decât apa. Pentru a reduce rezistența aerului la modelele sport cu motor și forma de suprafață a corpului navei face raționalizate, în timp ce modelele cu vele și catarg trebuie să aibă o secțiune transversală simplificată, în plus față de acestea, dacă este posibil, reduce greementul.
În cele din urmă, nu trebuie să uităm că șuruburile de pe navă produc în fluxurile de vârtej de apă, care sunt suprapuse pe vârtejurile cauzate de corpul navei. Acest lucru crește rezistența la mișcare. Este necesar să vă asigurați că împingerea elicei modelului coincide cu axa corpului. În caz contrar, modelul va începe să se miște în unghi față de planul diametral, iar rezistența la apă va crește dramatic. Această mișcare laterală este numită drift. Pentru ao reduce, multe cazuri se fac cu chile permanente sau alunecoase - shvortami. Keels contracară deplasarea laterală și contribuie la menținerea navei în curs.
REZISTENȚA LA APĂ LA CIRCULAȚIA NAVELOR
Orice formare de valuri este legată de pierderea iremediabilă a puterii motorului. Pentru un astfel de fenomen, sa găsit o definiție - rezistența formei, deoarece conceptul de "rezistență la val" nu exprimă motivul pentru apariția rezistenței. Vorbiturile se formează la toate marginile conturului raționalizat și în părțile proeminente. Face parte structurală a bărcii, cum ar fi un volan, un arbore de braț elice, sunshields apei de ploaie, chila laterale, provoca destul de o rezistență parțială semnificativă și include în termenul „formă trageți“.
O parte semnificativă a puterii motorului este cheltuită pentru a depăși o parte importantă a rezistenței - frecare a apei de pe corpul barcii. Rezistența reală la frecare nu este adesea completă și, prin urmare, nu este tratată cu suficientă grijă. Cota de frecare în rezistența maximă poate fi ușor calculată, în orice caz, mai ușoară decât rezistența formei, dar rezistența la frecare a bărcilor cu motor nu are o importanță gravă. Din vasele sportive, numai iahturile de navigație sunt o excepție laudabilă, fiind depuse eforturi pentru a le conferi o suprafață subacvatică. Apa nu poate curge de-a lungul peretelui, fără a genera frecare semnificativă. Acest lucru este tipic atât pentru pereții interiori ai conductei de apă, pentru malurile albiei, fie pentru pereții canalului, cât și pentru suprafața exterioară spălată a corpului bărcii. Evident, depunerile de frecare sunt adesea trecute cu vederea pentru că nu sunt atât de vizibile ca formarea valurilor. În plus, este aproape independent de forma barcii, dar se datorează numai dimensiunii suprafeței umede și vitezei. Frecarea este inevitabilă, deoarece barca este spălată cu apă în mișcare.
O concepție greșită obișnuită este presupunerea că nu există fricțiune într-un vas cu un fund foarte neted. Se crede că, datorită utilizării coloranților moderni pentru partea subacvatică a navei, de exemplu, vopseaua cu grafit, apa este complet respinsă, astfel încât nu există zonă pentru aplicarea forței de frecare. Greșit! Frecarea apare întotdeauna! Deși suprafețele foarte aspre sunt mai puternice decât cele netezite, dar fără grăsimi, fără grafit, fără luciu de înaltă luciu nu se poate elimina frecarea apei sau cel puțin se reduce în mod semnificativ.
Numai recent, adăugarea de substanțe chimice a fost capabilă să exercite o influență asupra capacității apei de a crea fricțiuni și de a le reduce. Chiar în spatele tulpinii, fluxul laminar al apei se schimbă și se amestecă. Curgerea turbionară a apei de-a lungul cocii barcii, în cadrul căreia crește considerabil: rezistența la frecare este numită turbulentă.
Dacă este posibilă menținerea unui flux laminar peste lungimea maximă posibilă a părții subacvatice a vasului, rezistența la frecare va scădea. Adăugarea polimerilor (molecule filamentare) i la apă contribuie atât de mult la laminarizarea fluxului de-a lungul pielii exterioare, care, în medie, elimină 30% din rezistența la frecare; La testarea modelului, s-au obținut până la 15% economii. Desigur, utilizarea unei astfel de substanțe chimice: un instrument de reducere a rezistenței la frecare este interzis de organizațiile de navigație. Între timp, sunt cunoscute rezultatele unui studiu efectuat în 1968 pe croaziera engleză "Highbeton". Din arcul vasului în timpul accidentului vascular cerebral, a fost injectată constant o soluție foarte slabă de polioxietilenă (1. 100 LLC). Rezistența la frecare a barcii a scăzut), în funcție de viteză și valuri cu 22-36%. Economiile la motor sau puterea combustibilului au fost de 12-20%. Deși polietilena este un produs ieftin, economia de combustibil nu acoperă costul utilizării polimerului.
În medie, jumătate din puterea motorului barcii cu motor este folosită pentru a depăși rezistența la frecare. În regiunea vârfului de rezistență, atunci când r = 5,25, partea de frecare scade până la polul de impedanță, deoarece cea mai mare parte a rezistenței este folosită pentru formarea valurilor. Cu mișcare foarte lentă în timpul derivei, impedanța constă aproape în întregime din frecare (Figura 17).
Fig. 17. Raportul dintre principalele tipuri de rezistență. La o viteză foarte scăzută, are loc numai rezistența la frecare la R = 1. Un vârf ridicat de rezistență crește brusc la R = 5,25; depinde de amplificarea formării undei, rezistența de aici este cea a rezistenței totale. La cursa maximă până la R = 20, formarea valurilor scade atât de mult încât rezistența de la ea devine aproape egală și cu rezistența la frecare foarte redusă. Semnalele navei indică raportul dintre tipurile de bărci și valorile vitezei relative R = v / VL.
1 - rezistența formei; 2 - rezistența stagiarului.
Până acum, am vorbit despre rezistența fricțiunii ca ceva neschimbat, însă sensul său real este determinat de starea părții subacvatice a navei. Cu cât este mai mare rugozitatea, cu atât este mai mare fricțiunea apei. Odată cu acumularea fundului, frecarea poate crește cu 50 sau chiar 100% în comparație cu cea normală. În cazul unei depuneri foarte puternice, frecarea crește uneori chiar de trei ori în comparație cu frecare cu fundul neted.
Rezistența la aer depinde în principal de mărimea și forma părții de suprafață a vasului, adică de corpul barajului cu suprastructuri și de rigidizarea corespunzătoare. În medie, este de 2-3% din rezistența totală. Dar acest lucru este într-adevăr doar într-un sens tehnic ideal, și anume, pentru zilele fără vânt, când rezistența aerului apare numai din fluxul format de mișcarea barcii și așa este introdus în considerare. La 30 de ani
vânt puternic și chiar o furtună sau o viteză foarte mare a navei, există o rezistență mult mai mare la aer. De asemenea, este recomandat să menționăm aici că vântul poate împiedica în mare măsură ancorarea și navigația, deoarece în timpul executării acestor manevre nava nu are aproape nici o întoarcere. Barcile cu motor în astfel de condiții sunt adesea deteriorate.
Orice formare de valuri este legată de pierderea iremediabilă a puterii motorului. Pentru un astfel de fenomen, sa găsit o definiție - rezistența formei, deoarece conceptul de "rezistență la val" nu exprimă motivul pentru apariția rezistenței. Vorbiturile se formează la toate marginile conturului raționalizat și în părțile proeminente. Face parte structurală a bărcii, cum ar fi un volan, un arbore de braț elice, sunshields apei de ploaie, chila laterale, provoca destul de o rezistență parțială semnificativă și include în termenul „formă trageți“. O parte semnificativă a puterii motorului este cheltuită pentru depășirea unei părți importante a rezistenței - frecare a apei de pe corpul barcii. Rezistența reală la frecare este adesea subestimată și, prin urmare, nu este tratată suficient. Cota de frecare în rezistența maximă poate fi ușor calculată, în orice caz, mai ușoară decât rezistența formei, dar rezistența la frecare a bărcilor cu motor nu are o importanță gravă. Din vasele sportive, numai iahturile de navigație sunt o excepție laudabilă, fiind depuse eforturi pentru a le conferi o suprafață subacvatică. Apa nu poate curge de-a lungul peretelui, fără a crea fricțiuni semnificative. Acest lucru este tipic atât pentru pereții interiori ai conductei de apă, pentru malurile albiei, fie pentru pereții canalului, cât și pentru suprafața exterioară spălată a corpului bărcii. Evident, frecarea apei este adesea trecută cu vederea, deoarece nu este atât de vizibilă ca formarea valurilor. În plus, este aproape independent de forma barcii, dar se datorează numai dimensiunii suprafeței umede și vitezei. Frecarea este inevitabilă, deoarece barca este spălată cu apă în mișcare. O concepție greșită este presupunerea că nu există fricțiune într-un vas cu un fund foarte neted. Se crede că datorită utilizării coloranților moderni pentru partea subacvatică a vasului, de exemplu, vopseaua de grafit, apa este complet respinsă, astfel încât nu există zonă pentru aplicarea forței de frecare. Greșit! Frecarea apare întotdeauna! Deși pe suprafețe foarte aspre este mai puternic decât neted, dar fără grăsimi, fără grafit, fără luciu de înaltă luciu nu poate elimina frecarea apei sau cel puțin să o reducă în mod semnificativ. Numai recent sa constatat că adaosul de substanțe chimice influențează capacitatea apei de a crea fricțiuni și de a le reduce. Chiar în spatele tulpinii, fluxul laminar al apei se schimbă și se amestecă. Curgerea turbionară a apei de-a lungul corpului barcii, în interiorul căreia rezistența la frecare crește semnificativ, se numește turbulent. Dacă este posibilă menținerea fluxului laminar în jurul celei mai mari lungimi posibile a părții subacvatice a vasului, atunci rezistența la frecare va scădea. Adăugarea de polimeri (molecule filamentare) la apă contribuie atât de mult la laminarizarea fluxului de-a lungul pielii exterioare, care, în medie, elimină 30% din rezistența la frecare; chiar și la testarea modelului, până la 45% din economii. Bineînțeles, utilizarea unor astfel de substanțe chimice pentru a reduce rezistența la frecare este interzisă de organizațiile de navigație. Între timp, sunt cunoscute rezultatele unui test efectuat în 1968 pe mașina de măturat engleză a Highbeton. O soluție foarte slabă de polioxietilenă (1,100,000) a fost eliberată constant din arcul vasului în timpul accidentului vascular cerebral. Rezistența la frecare a barcii a scăzut în funcție de viteză și valuri cu 22-36%. Economiile la motor sau puterea combustibilului au fost de 12-20%. Deși polioxietilenul este un produs ieftin, economia de combustibil nu acoperă costul de utilizare a polimerului. În medie, jumătate din puterea motorului barcii cu motor este folosită pentru a depăși rezistența la frecare. În regiunea vârfului de rezistență, atunci când R = 5,25, cota de frecare scade la 1/8 din rezistența totală, deoarece cea mai mare parte a rezistenței este folosită pentru formarea undelor. La mișcare foarte lent în timpul derivei impedanță alcătuit aproape în întregime de frecare sunt încă vorbesc despre rezistența de frecare ca ceva neschimbat, dar valoarea ei reală este determinată de starea părții subacvatice a navei. Cu cât este mai mare rugozitatea, cu atât este mai mare fricțiunea apei. Odată cu acumularea fundului, frecarea poate crește cu 50 sau chiar 100% în comparație cu cea normală. În cazul unei depuneri foarte puternice, frecarea crește uneori chiar de trei ori în comparație cu frecare cu fundul neted. Rezistența la aer depinde în principal de mărimea și forma părții de suprafață a vasului, adică de corpul barajului cu suprastructuri și de echipamentul corespunzător. În medie, este de 2-3% din rezistența totală. Dar acest lucru este într-adevăr doar într-un sens tehnic ideal, și anume, pentru zilele fără vânt, când rezistența aerului apare numai din fluxul format de mișcarea barcii și așa este introdus în considerare. Cu o vânt puternic și chiar o furtună sau o viteză foarte mare a navei, există mult mai multă rezistență la aer. De asemenea, trebuie menționat aici că vântul poate împiedica în mare măsură ancorarea și navigația, deoarece în timpul executării acestor manevre nava nu are aproape nici o întoarcere. Barcile cu motor în astfel de condiții sunt adesea deteriorate. Fără un curs, barca nu se supune cârma, este în mâna unui vânt puternic și cade într-o poziție dificilă; Se poate impune la parcarea altor bărci, pe lanțuri de ancoră străine, pe uscat. Comparând cele trei părți principale ale impedanței (fig. 18) - formă tragere, frecare, aerul poate fi o concluzie utilă deoarece rezistența aerului ca rezistenta la frecare este supusă în mod esențial rezistența crește legea cu pătratul vitezei, apoi de două ori pentru a crește viteza, este necesar să depășiți de patru ori rezistența crescută. Dar rezistența formei depinde de modelele specifice de formare a undelor. De la cea mai mică cursa până la vârful rezistenței la R = 5,25, rezistența la formă în raport cu viteza crește semnificativ mai mult decât în pătrat. În spatele vârfului, rezistența la formă crește mai puțin decât viteza în pătrat. Dacă bărcile cu viteză mică dezvoltă viteze mari, bărcile vor fi dezavantajate, deoarece rezistența lor va crește într-o mare măsură. Barcile cu viteze medii (semi-alunecare) vor avea un avantaj, deoarece rezistenta lor la forma devine relativ mai mica cu cresterea vitezei. Totuși, nu amestecați rezistența cu puterea. Prin legea creșterii patratice a rezistenței, dublarea rezistenței produce o rezistență de patru ori (care este, în principiu, complet corectă). Cu toate acestea, această rezistență nu poate fi depășită de o creștere de patru ori a motorului, deoarece puterea este exact rezistența înmulțită cu viteza. Dacă rezistența se ridică într-un pătrat, atunci pentru a obține puterea, trebuie să fie din nou înmulțită cu viteza. Cu alte cuvinte, puterea se ridică la a treia putere - în cubul de creștere a vitezei. Viteza dublată provoacă o rezistență de patru ori, dar acest lucru necesită 2X2x2 = de 8 ori puterea motorului!
Trimiteți-le prietenilor: