Сопротивление выступающих частей

Выступающими частями называются детали, которые выходят за пределы плавных очертаний смоченной поверхности корпуса судна. К ним относят гребные валы с кронштейнами, вертикальные и скуловые кили, шахты лага и эхолота и т.п. Судовые движители к выступающим частям не относятся, поскольку их сопротивление учитывается при расчете создаваемого ими упора. Сопротивление выступающих частей считают вязкостным, полагая, что они расположены достаточно глубоко под водой, и волновым сопротивлением их можно пренебречь. Сопротивление выступающих частей определяют по формуле:

R_вч = 0,5 ζ_вч ρv²Ω.

Коэффициент сопротивления выступающих частей ζ_вч на практике определяют экспериментальным методом. Для этой цели в опытовом бассейне проводятся сравнительные буксировочные испытания моделей судов с выступающими частями и без них.

Для приближенного определения сопротивления выступающих частей значения коэффициента ζ_вч часто устанавливаются на основании статистических данных, полученных в результате обобщения результатов натурных испытаний судов и их моделей. В расчетах ходкости рекомендуется принимать следующие значения коэффициента сопротивления выступающих частей: для одновинтовых судов ζ_вч = (0,05 0,15) 10^-3 в зависимости от длины судна; для двухвинтовых судов ζ_вч = (0,45 0,60) 10^-3 в зависимости от количества рулей и коэффициента общей полноты судна.

Воздушное сопротивление

При обтекании потоком воздуха надводной части судна возникает аэродинамическая сила R_а. Проекция этой силы на направление движения судна представляет собой воздушное сопротивление R_возд (рис.97), которое определяется по формуле:

R_возд = 0,5 ζ_возд ρ_в v_в²S ,

где ζ_возд - коэффициент воздушного сопротивления; ρ_в - плотность воздуха; S - площадь проекции надводной части судна на плоскость мидель-шпангоута; v_в- скорость обтекания воздухом надводной части судна.

В случае движения судна при ветре скорость подсчитывается по формуле:

v_в = ,

в которой: - скорость ветра, определяемая по шкале Бофорта - скорость судна; - угол между направлением ветра и диаметральной плоскостью судна.

Коэффициент воздушного сопротивления, определяемый по результатам продувки моделей судов в аэродинамических трубах, практически не зависит от скорости воздушного потока. Основное влияние на него оказывают форма надводной части судна, расположение надстроек, рубок, судовых устройств и палубного оборудования.

Рис.97.Воздушное сопротивление: а - схема действия сил; б – зависимость ζ_возд от

Существенное влияние на коэффициент воздушного сопротивления при движении оказывает направление потока воздуха относительно диаметральной плоскости, определяемое углом который можно найти по формуле:

.

На рис.97,б приведена зависимость ζ_возд от , позволяющая сделать вывод о том, что наибольшее значение коэффициент воздушного сопротивления имеет при = 25 30⁰. Объясняется это невыгодным расположением надстроек и рубок с точки зрения их обтекания потоком воздуха. При , близких к нулю, надстройки и рубки экранируют друг друга, в результате чего воздушное сопротивление

несколько снижается. Коэффициент воздушного сопротивления при углах более 90⁰ принимает отрицательное значение, т.е. R_возд совпадает с направлением движения судна. Однако даже при попутном ветре (свыше 5 6 баллов) скорость судна снижается из-за возрастания сопротивления на волнении, которое происходит вследствие ухудшения обтекаемости корпуса судна при качке, отражения волн от корпуса и взаимодействия набегающих волн и создаваемых судном. При встречном ветре коэффициент воздушного сопротивления промысловых судов ζ_возд = 0,7 1,1.

В сравнительно тихую погоду воздушное сопротивление составляет 1,5 3,0% полного, при ветре в 4 5 баллов оно может достигать 10 15%, а при сильном шторме - 30 40%.