Bir gemide hangi Froude sayısının altında dalga yapma direncini ihmal edebilirim?

13

Bir gemide çok basitleştirilmiş sürükleme hesaplamaları yapmak istiyorum. Umudum, cilt sürtünme direncini hesaplamanın dalgalanma direncini iyi bir şekilde tahmin etmek için yeterli olacağıydı.

Dalga yapma direnci çok hıza bağlı olduğundan, gemi belirli bir hızın altında olduğunda onu ihmal edebileceğinizi varsayıyorum. Ayrıca , gemi boyutunu hesaba katmak için hızlar yerine Froude sayıları ile çalışmam gerektiğini varsayıyorum .

Kitaplarda ve internette Fn = 0.1 ve Fn = 0.2'nin altında Froude sayılarını gördüm, ancak 100 m uzunluğundaki bir su hattına sahip bir geminin hızını hesaplarsanız:

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

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

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

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

Bu değerler bence çok yüksek görünüyor. 12.16 deniz mili, bazı gemiler için neredeyse servis hızı ve 6 deniz mili de oldukça yüksektir.

Fn = 0,1 ve Fn = 0,2 makul sayılar mı ve değilse, dalga üretme direncini ihmal edebilmek için hangi Froude sayılarının altında kalmalıyım?

drag marine-engineering

— Mika Sundland
kaynak

Dalga üretme direncinin ne olduğunu soracaktım. en.wikipedia.org/wiki/Wave-making_resistance . Suyu yoldan çeken enerjidir ve her zaman oradadır.

— George Herold

4

Sezginiz doğrudur, bunlar yüksektir. Bununla birlikte, dalga yapma direncinin ihmal edilebilir olması için çok yavaş hareket etmeniz gerekir . Ve tipik olarak cilt sürtünmesinden daha yüksek olduğu için, gerçekçi bir şekilde önemli bir cilt sürtünmesine ve ihmal edilebilir bir dalga yapma direncine sahip olmayı bekleyebileceğinizi düşünmüyorum. Belki de daha basitleştirilmiş bir yaklaşım, cildin sürtünmesini görmezden gelmek ve sadece dalga yapma direncine odaklanmak olacaktır.

— Olek Wojnar
kaynak

3

Bunların mantıklı Froude sayıları olup olmadığı söz konusu geminin uzunluğuna bağlıdır. 100 m'lik bir gemi için bunlar muhtemelen yüksektir, ancak 5 m'lik bir sandal için bunlar oldukça düşük sayılar olacaktır.

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

Küçük hız-uzunluk oranı için cilt sürtünmesi baskın olurken, büyük oranlar için dalga sürtünmesi önemlidir. Bir örnek değeri buldum bu sürtünme hızı / uzunluk = 1 toplam sürtünme ~% 65 dir.

Genel olarak büyük gemilerin hızı / uzunluğu düşük olacak ve cilt sürtünmesi baskın olacaktır. Öte yandan, sandal veya kayak gibi küçük yer değiştirme teknelerinde dalga sürüklenmesinin baskın olduğu cilt sürtünmesi olacaktır.

— nivag
kaynak

2

"Gövde hızı" aslında hızın uzunluğun kare köküne oranıdır. İşleri daha da karmaşık hale getirmek için, uzunluk ayaklarda ve hız düğümlerde. 1.34 sabiti bu şekilde ortaya çıkar. (ProTip: Bir daha asla konuşmayalım!)

$R_w$ $R_w$

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

$C_w$

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

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

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

Trans-eleştirel rejimde, gövde, suyun bozulmamış serbest yüzeyine karşı tutumunu önemli ölçüde değiştiren güçler ve anlar da yaşar. Bir gövdenin süslemesi ve kaldırılması "çömelme" olarak bilinir. Bu fenomenin doğru bir şekilde tahmin edilmesi zordur. Direnç üzerinde bazı etkileri olabilir, ancak daha da önemlisi, sığ suda geminin deniz yatağına karşı topraklanması tehlikesi de vardır. Bu büyük gelir kayıplarına neden olabilir ve bu fenomene bağlı ölümler de olmuştur.

Sonlu derinlik için dalga paternleri oldukça ilginçtir ...

$F_h$ $F_h = 1$

Kritik hızlar için, enine dalgalar (geminin yoluna dik olan) görünür. Süper kritik akışta, enine dalgalar kaybolur. (Kısacası gemiye ayak uyduramazlar).

AÇIKLAMA: Bu paternler benim (ücretsiz) Flotilla programı kullanılarak yapılmıştır.

Daha fazla desen şu adreste bulunabilir:

www.cyberiad.net/wakeimages.htm

— Lysistrata
kaynak

1

Froude sayısının (Fr) dalga direnci için çok önemli olduğu doğrudur.

Nivag verdiği yanıt (aynı zamanda "gövde hızı" olarak da bilinir), hızlı-uzunluk oranı ile ilgili olarak doğru değildir. Bu sınır genellikle belirtilir, ancak deplasman gövdelerinin onu aşmasının bir şekilde imkansız olduğu bir efsanedir. Gemiler bu oranın ima ettiğinden daha hızlı seyahat edebilir, ancak geleneksel gemiler için enerji gereksinimi genellikle engelleyicidir.

$1.34 L$

Cilt sürtünmesinin yanı sıra, "form sürüklemesi" ni de dikkate almanız gerekir. Bu bileşen, düşük FR'deki güdük gövdeler (yani, uzunluk / ışın oranı küçük, L / B olanlar) için önemli olabilir. Bir römorkör teknesi, aynı Fr.'deki bir kürek kabuğundan daha büyük bir form sürüklemesine sahip olacaktır.

Eğer gövdenin kıç yatırması (yani kesme) kıvrımı varsa, kıç aynalığı tamamen kuru çalışmadığında da büyük bir direnç bileşeni olacaktır. Bu durumda, düşük Froude sayılarında kıç arkasında çok sayıda girdap ve olası dalga kırılması var. Yüksek Fr'de kıç aynalığı kurudur ve dalga direnci ve form sürüklemesi çok daha düşüktür.

Bize teknenin temel oranları hakkında biraz daha bilgi verirseniz (örn. Yer değiştirme ağırlığı, uzunluk, kiriş ve taslak) daha fazla öneri sunabiliriz.

Gövde oldukça ince ise (örneğin L / B> 5), toplam direnci (viskoz + dalga) tahmin etmek için bazı özgür yazılımları deneyebilirsiniz. Bkz. Örneğin Michlet ve Flotilla .

Su derinliği dalga direncini de etkileyebilir. Bu durumda, derinliğe dayalı Froude sayısı aerodinamikteki Mach numarası gibi önemli bir rol oynar. Michlet ve Flotilla, su derinliğini değiştirmenize ve dalga direnci ve dalga paternleri üzerindeki etkisini görmenize izin verecektir.

— Lysistrata
kaynak

İlginç bir cevap! Tartıştığınız hız-uzunluk oranını nasıl kullanacağımı tam olarak anlamıyorum. Hız / uzunluk 1 / zaman birimine sahiptir ve verdiğiniz numaraların (yani 1.34 L) uzunluk birimleri vardır. Neyi kaçırıyorum? 1.34 sayısının birimi var mı? Daha somut olarak ifade etmek gerekirse; 5 metre uzunluğunda geleneksel bir teknem varsa, m / s birimleri cinsinden süratinin sınırı nedir?

— Chris Mueller