Dưới số Froude nào tôi có thể bỏ qua điện trở tạo sóng trên tàu?

12

Tôi muốn thực hiện một số tính toán kéo rất đơn giản trên một con tàu. Hy vọng của tôi là tính toán sức đề kháng ma sát da sẽ đủ để có được ước tính tốt về sức đề kháng tăng.

Vì điện trở tạo sóng phụ thuộc rất nhiều vào tốc độ, tôi cho rằng bạn có thể bỏ qua nó khi tàu ở dưới một tốc độ nhất định. Tôi cũng cho rằng tôi phải làm việc với các số Froude thay vì vận tốc, để tính đến kích cỡ tàu.

Tôi đã thấy các số Froude dưới Fn = 0,1 và Fn = 0,2 được đề cập trong sách và trên Internet, nhưng nếu bạn tính vận tốc cho một con tàu có mực nước dài 100 m bạn sẽ nhận được:

V = = 0,1 \cdot \sqrt{9,81 {Cô}^{2} \cdot 100 m} \approx 3.13 Cô \approx 6.08 nút thắt

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

V = = 0,2 \cdot \sqrt{9,81 {Cô}^{2} \cdot 100 m} \approx 6,26 Cô \approx 12,16 nút thắt

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

Giá trị này có vẻ quá cao theo quan điểm của tôi. 12,16 hải lý gần như là tốc độ phục vụ đối với một số tàu và 6 hải lý cũng khá cao.

Là Fn = 0,1 và Fn = 0,2 số hợp lý, và nếu không, tôi nên ở lại những số Froude nào để có thể bỏ qua điện trở tạo sóng?

drag marine-engineering

— Mika Sundland
nguồn

Tôi sẽ hỏi sóng tạo ra sức cản là gì. vi.wikipedia.org/wiki/Wave-making_resistance . Đó là năng lượng để đẩy nước ra khỏi đường và luôn ở đó.

— George Herold

3

Trực giác của bạn là chính xác, những người cao. Tuy nhiên, bạn sẽ cần phải di chuyển rất chậm để điện trở tạo sóng không đáng kể. Và vì nó thường cao hơn ma sát da, tôi không nghĩ rằng bạn thực sự có thể mong đợi có một ma sát da đáng kể và khả năng chống tạo sóng không đáng kể. Có lẽ một cách tiếp cận đơn giản hơn sẽ là bỏ qua ma sát da và chỉ tập trung vào khả năng chống tạo sóng.

— Olek Wojnar
nguồn

2

Đây có phải là số Froude hợp lý hay không phụ thuộc vào chiều dài của tàu được đề cập. Đối với một con tàu 100 m, những thứ này có thể cao nhưng đối với một chiếc xuồng 5 m thì đây sẽ là những con số khá thấp.

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

Đối với ma sát da tỷ lệ tốc độ trên chiều dài nhỏ sẽ chiếm ưu thế, trong khi đối với tỷ lệ lớn ma sát sóng là quan trọng. Một giá trị ví dụ tôi tìm thấy là ma sát da là ~ 65% tổng lực kéo ở tốc độ / chiều dài = 1.

Nhìn chung các tàu lớn sẽ có tốc độ / chiều dài thấp và ma sát da sẽ chiếm ưu thế. Mặt khác, những chiếc thuyền dịch chuyển nhỏ như thuyền hoặc thuyền kayak sẽ có ma sát da bị chi phối bởi lực kéo của sóng.

— nivag
nguồn

1

Bạn đã đúng rằng số Froude (Fr) rất quan trọng đối với khả năng chống sóng.

Câu trả lời được đưa ra bởi nivag liên quan đến tỷ lệ chiều dài tốc độ (còn được gọi là "tốc độ thân tàu") là không chính xác. Giới hạn đó thường được trích dẫn, nhưng có một huyền thoại rằng bằng cách nào đó, các thân tàu dịch chuyển không thể vượt qua nó. Tàu có thể di chuyển nhanh hơn tỷ lệ đó, nhưng đối với tàu thông thường, yêu cầu năng lượng thường là cấm.

$1.34 L$

Ngoài ma sát da, bạn cũng sẽ cần xem xét "hình thức kéo". Thành phần này có thể quan trọng đối với thân tàu cứng đầu (tức là những tàu có tỷ lệ chiều dài / chùm tia nhỏ, L / B) ở mức Fr. Một tàu kéo sẽ có hình thức kéo lớn hơn so với vỏ chèo ở cùng Fr.

Nếu thân tàu có đuôi tàu (tức là cắt đứt) thì cũng sẽ có một thành phần lớn của sức cản khi bao không chạy hết khô. Trong trường hợp đó, có rất nhiều sóng xoáy và có thể phá sóng phía sau đuôi tàu với số lượng Froude thấp. Ở Fr cao hơn, transom khô và lực cản của sóng và dạng kéo thấp hơn nhiều.

Nếu bạn cho chúng tôi biết thêm một chút về tỷ lệ chính của thuyền (ví dụ trọng lượng dịch chuyển, chiều dài, chùm và bản nháp), chúng tôi có thể cung cấp thêm lời khuyên.

Nếu thân tàu khá mảnh, giả sử L / B> 5, bạn có thể thử một số phần mềm miễn phí để ước tính tổng điện trở (độ nhớt + sóng). Xem, ví dụ, Michlet và Flotilla .

Độ sâu của nước cũng có thể ảnh hưởng đến khả năng chống sóng. Trong trường hợp này, số Froude dựa trên chiều sâu đóng một vai trò quan trọng, rất giống với số Mach trong khí động học. Cả Michlet và Flotilla đều sẽ cho phép bạn thay đổi độ sâu của nước và để xem hiệu ứng trên khả năng chống sóng và dạng sóng.

— Lysistrata
nguồn

Câu trả lời thú vị! Tôi hoàn toàn không hiểu cách sử dụng tỷ lệ chiều dài tốc độ mà bạn thảo luận. Tốc độ / chiều dài có đơn vị là 1 / lần và các số mà bạn đưa ra (tức là 1,34 L) có đơn vị độ dài. Tôi đang thiếu gì? Số 1.34 có đơn vị không? Nói một cách cụ thể hơn; Nếu tôi có một chiếc thuyền thông thường dài 5 mét, thì giới hạn về tốc độ của nó tính theo đơn vị m / s là bao nhiêu?

— Chris Mueller

1

"Tốc độ thân tàu" thực sự là tỷ lệ của tốc độ với căn bậc hai của chiều dài. Để làm cho mọi thứ trở nên khó hiểu hơn, chiều dài là trong feet, và tốc độ là trong nút thắt. Đó là cách mà hằng số 1,34 phát sinh. (ProTip: Chúng ta đừng bao giờ nói về nó nữa!)

$R_w$ $R_w$

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

$C_w$

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

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

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

Trong chế độ xuyên quan trọng, thân tàu cũng trải nghiệm các lực và khoảnh khắc thay đổi đáng kể thái độ của nó đối với bề mặt tự do không bị xáo trộn. Việc cắt và dồn vỏ tàu được gọi là "ngồi xổm". Hiện tượng này rất khó để dự đoán chính xác. Nó có thể có một số ảnh hưởng đến sức đề kháng, nhưng quan trọng hơn, ở vùng nước nông cũng có nguy cơ con tàu tiếp đất dưới đáy biển. Điều này có thể gây ra tổn thất lớn về thu nhập, và cũng có những trường hợp tử vong do hiện tượng này.

Các mẫu sóng cho độ sâu hữu hạn khá thú vị ...

$F_h$ $F_h = 1$

Đối với tốc độ cực kỳ quan trọng, sóng ngang (sóng vuông góc với đường ray của tàu) là rõ ràng. Trong dòng chảy cực kỳ quan trọng, sóng ngang biến mất. (Nói tóm lại, họ không thể theo kịp con tàu).

TIẾT LỘ: Những mẫu này được tạo bằng Flotilla chương trình (miễn phí) của tôi.

Nhiều mẫu có thể được tìm thấy tại:

www.cyberiad.net/wakeimages.htmlm

— Lysistrata
nguồn