Method for analyzing viscosity resistance of the ship

1. 
   Въведение
   

Известно е, че всяко тяло движещо се в реална течност изпитва върху себе си сили от реакцията на тази течност, зависещи от нейната плътност и визкозност. Това са сили действащи във всяка точка от мократа повърхност на кораба, могат да се характеризират с пълното хидродинамично налягане „P”. Насочено по направление на нормалата към повърхността и с тангенциалното напрежение от триене „τо”, насочено по тангентата към токовата линия, успореднна на корабната повърхност в определена точка.

Съпротивлението на водата „Rт” – представлява резултатната от проекциите на тези сили по посока на движение на кораба.
За по-лесното определяне на пълното съпротивление „Rт”, то се представя като сума от отделни съставляващи

Rт=Rр+R_F (1.1)

Rp – съпротивление от налягане

R_F – съпротивление от триене

Това е най-общото разделение на съпротивлението на съставляващи. Но за практически цели е по-подробно разделение:

Rт=R_F+Rvp+Rw+R_A+R_Ap+R_AA (1.2)

Rvp – съпротивление на формата

Rw– вълново съпротивление

R_A – съпротивление на грапавостта

R_Ap – съпротивление на издадените части

R_{AA –} въздушно съпротивление

За определяне на визкозното съпротивление ще използваме друг вид разбивка на формулата за пълното съпротивление:

Rт=Rv+Rw+R_A+R_Ap+R_AA (1.3)
Rv=R_F+Rvp – визкозно съпротивление (1.4)

2. 
   Анализ
   

Визкозното съпротивление Rv, представлява сума от съпротивлението на триене R_F и съпротивлението на формата Rvp. Съпротивлението от триене възниква в следствие на триенето между течността и корабната обшивка, а също така и между съседните водни пластове вътре в граничния слой. Съпротивлението от триене на гладка корабна повърхност е близко до това на еквивалентна гладка пластина.

R_F= R_Fo+Rк+R_А (2.1)

R_Fo- съпротивление на еквивалентна технически гладка пластина.

Rк – добавка към R_Fo, отчитаща влиянието на кривината на корпусната повърхност върху съпротивлението от триене

R_А – добавка отчитаща влиянието на мократа повърхност.

Това е въображаема пластина с правоъгълна форма, дължина равна на дължината на кораба по водолинията, окра повърност равна на тази на кораба и движеща се в надлъжно направление със скоростта на кораба. Съпротивлението от триене и мократа повърхност са правопропорционални, тъй като колкото по-голяма е площа, толкова по голяма е резултатната сила на триене. То зависи от размерите и формата на корпуса, от грапавостта на обшивката в подводната част и от скоростта на движение на кораба. Корабната повърхност се приема за технически гладка, а грапавостта се отчита с с надбавка за грапавост. Надбавката за обща грапавост се приема 0,4.10^-3 по препоръки на Американски опитни басейни. Върху съпртивлението от триене влияе както напречната, така и надлъжната кривина и то поразличен начин. Напречната кривина предизвиква разтичане на течността в сравнение с плоското течение. Влиянието на надлъжната кривина може да се изследва чрез обтичане на плоски профили. Поради тези кривини съпротивлението при кораба е поголямоотколкото при пластината. Като цяло вискозното съпротивление е около 95% от общото, съпротивлението от триене е около 70% а съпротивлението на формата 25%. Съпротивлението на формата е малко защото корабите са добре обтекаеми тела. За да се намали това съпротивление се променя съотношението L∕B, и се подбира форма и дължина на кърмовото заостряне. Моделните изпитания за определяне на вискозното съпротивление се провеждат в аеродинамични тръби с подувки или дублирани спрямо КВЛ модел които да е дълбоко потопен, така няма вълново съпротивление. По този начинс помоща на формфактора може да се определи коефициентана вискозно съпротивление.

В последните години с цел детайлно изучаване на съставляващите на вискозното съпротивление Rv, се използват високо ефективни методи, основани на приложението на теоремата за количеството на движение и на резултатите от измерването на скоростите и налягането в следата зад кораба /модела/. Тези методи позволявт да се определя вискознотосъпротивление и да се получи надеждна инфорнация за особеностите на неговото формиране и структура.

К=К_F+Kvp (2.2)

Т
ози коефициент зависи само от формата на корпуса чрез съотношенията където:

отношение на дължина към широчина

отношение на широчина към газене

коефициент на обща пълнота

K – коефициент на влияние на формата

K_F – коефициент на влияние на кривината

Kvp- коефициент на формата

L-дължина на кораба

B-широчина на кораба

d- газене на кораба

Визкозното съпротивление може да се определи числено по два начина:

1. 
   Чрез неговите съставляващи R_F Rvp
   

2. 
   Чрез така нареченият формфактор или коефициент на влияние на формата К.
   

Следователно формфактора представлява сума от K_F и Kvp, при това

K_F – коефициент на влияние на кривината

Kv – коефициент на влияние на формата

Коефициент K_F и Kvp се определят с помощта на формулите:

- Формула на Лаврентиев (2.5)

- Формула на Гренвил (2.6)
Формфактора може да се определи с помощта на формули, получени в резултат на данни от експериментални изследвания. Такива са:

- за 0.60

– формула на Артюшков получена за моделите от Серия 60

Публикувани са и други формули, например на Ватанабе и Сасадзима, които не дават реални значения за К, поради което тук не са приведени. За целите на настоящата работа е използвана като най-точна формулата на Артюшков - формула (2.7).

Изчисленията на Rv по формули (2.3) и (2.4) за конкретен голямотонажен кораб са извършени таблично – таблица 1.

Главните размери на кораба са:

L – 165

B – 24

C_B - 0.79

Изчисленията са извършени за числа на Фруд Fn=0.14÷0.22, а резултатите от тях са показани на фигура 1.

υ=1,3.10^-6m²/s

ρ=1,025t/m³

s=L.T[2+1,37(C_B-0,274)B/T]=5769,49 m² – Семека

к=14C_B(B/L)²=0,23399664≈0,234 - Артюшков

3. 
   Изводи
   

Резултатите от изчисленията на визкозното съпротивление по двата метода показват, че те дават близки стойности, при това чрез формфактора се получават по-ниски стойности за Rv – около 8% при малките числа на Фруд и до 13% при големите числа на Фруд.

1. 
   Стоянов Сд, Иванов Ив, - „Ходкост на Кораба” записки част първа ТУ-Варна 1989 г.
   
2. 
   Спровочник по теорий корабля, Т.1 Л.С. 1985
   
   
   

Диан Вълчанов, студент спец. „Корабостроене и морска техника” ІІІ курс