Poniżej jakiej liczby Froude'a mogę pominąć opór falujący na statku?

12

Chcę wykonać bardzo uproszczone obliczenia oporu na statku. Miałem nadzieję, że obliczenie odporności na tarcie skórne wystarczy, aby uzyskać dobre oszacowanie odporności na udary.

Ponieważ opór falowy jest bardzo zależny od prędkości, zakładam, że można go zaniedbać, gdy statek spadnie poniżej określonej prędkości. Zakładam również, że muszę pracować z liczbami Froude'a zamiast prędkości, aby wziąć pod uwagę wielkość statku.

Widziałem liczby Froude'a poniżej Fn = 0,1 i Fn = 0,2 wspomniane w książkach i Internecie, ale jeśli obliczysz prędkość statku o długości 100 m linii wodnej, otrzymasz:

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

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

Moim zdaniem wartości te wydają się zbyt wysokie. 12,16 węzłów to prawie prędkość serwisowa dla niektórych statków, a 6 węzłów jest również dość wysoka.

Czy Fn = 0,1 i Fn = 0,2 rozsądne liczby, a jeśli nie, poniżej jakich liczb Froude'a powinienem zostać, aby móc zlekceważyć opór falowy?

drag marine-engineering

— MikaS
źródło

Chciałem zapytać, jaki jest opór powodujący falę. en.wikipedia.org/wiki/Wave-making_resistance . Energia wypycha wodę z drogi i zawsze tam jest.

— George Herold

3

Twoja intuicja jest prawidłowa, są wysokie. Musisz jednak poruszać się bardzo powoli, aby opór falowania był znikomy. A ponieważ zazwyczaj jest on większy niż tarcie na skórze, nie sądzę, że można realistycznie oczekiwać znacznego tarcia na skórze i nieznacznego oporu falowania. Być może lepszym uproszczonym podejściem byłoby zignorowanie tarcia na skórze i skupienie się wyłącznie na oporze powodującym falowanie.

— Olek Wojnar
źródło

2

To, czy są to rozsądne liczby Froude, czy nie, zależy od długości danego statku. Dla statku o długości 100 m są one prawdopodobnie wysokie, ale dla pontonu o długości 5 m byłyby to dość niskie liczby.

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

W przypadku małego stosunku prędkości do długości dominować będzie tarcie skórne, natomiast w przypadku dużych stosunków ważne jest tarcie falowe. Przykładową wartością, którą znalazłem, było to, że tarcie na powierzchni wynosi ~ 65% całkowitego oporu przy prędkości / długości = 1.

Zasadniczo duże statki będą miały małą prędkość / długość i dominować będzie tarcie na skórze. Z drugiej strony małe łodzie wypornościowe, takie jak pontony lub kajaki, będą miały tarcie na skórze zdominowane przez opór fal.

— nivag
źródło

1

Masz rację, że liczba Froude'a (Fr) jest bardzo ważna dla oporu falowego.

Odpowiedź udzielona przez nivag dotyczące wskaźnika prędkości długości (znany również jako „speed kadłuba”) nie jest poprawna. Limit ten jest często cytowany, ale mitem jest, że przekroczenie go przez kadłuby wyporności jest w jakiś sposób niemożliwe. Statki mogą podróżować szybciej niż to sugeruje ten stosunek, ale w przypadku statków konwencjonalnych zapotrzebowanie na energię jest zwykle wygórowane.

$1.34 L$

Oprócz tarcia skórnego należy również rozważyć „przeciąganie formy”. Ten komponent może być ważny w przypadku kadłubów zwartych (tj. O małym stosunku długości do wiązki, L / B) przy niskiej Fr. Holownik będzie miał większy opór formy niż muszla wiosłowa przy tym samym ks.

Jeśli kadłub ma rufę (tj. Odciętą) rufę, wówczas duży element oporu będzie również występował, gdy pawęż nie będzie całkowicie suchy. W takim przypadku występuje dużo wirowania i możliwe załamanie fali za rufą przy niskich liczbach Froude'a. Przy wyższym Fr pawęż jest sucha, a opór fal i opór kształtu są znacznie niższe.

Jeśli powiesz nam nieco więcej o głównych proporcjach łodzi (np. Ciężar wyporności, długość, szerokość i zanurzenie), możemy zaoferować więcej porad.

Jeśli kadłub jest dość smukły, powiedzmy L / B> 5, możesz wypróbować darmowe oprogramowanie do oszacowania całkowitego oporu (lepkość + fala). Zobacz na przykład Michlet i Flotilla .

Głębokość wody może również wpływać na opór fal. W tym przypadku liczba Froude'a oparta na głębokości odgrywa ważną rolę, podobnie jak liczba Macha w aerodynamice. Michlet i Flotilla pozwolą ci zmieniać głębokość wody i zobaczyć wpływ na opór fal i wzory fal.

— Lysistrata
źródło

Ciekawa odpowiedź! Nie do końca rozumiem, jak używać omawianego stosunku prędkości do długości. Prędkość / długość ma jednostki 1 / czas, a podane liczby (tj. 1,34 L) mają jednostki długości. czego mi brakuje? Czy liczba 1.34 ma jednostki? Mówiąc bardziej konkretnie; jeśli mam konwencjonalną łódź o długości 5 metrów, jaki jest limit jej prędkości w jednostkach m / s?

— Chris Mueller

1

„Prędkość kadłuba” to tak naprawdę stosunek prędkości do pierwiastka kwadratowego z długości. Aby wszystko było jeszcze bardziej zagmatwane, długość wyrażana jest w stopach, a prędkość w węzłach. Tak powstaje stała 1.34. (ProTip: Nigdy więcej o tym nie rozmawiajmy!)

$R_w$ $R_w$

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

$C_w$

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

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

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

W reżimie transkrytycznym kadłub doświadcza również sił i momentów, które znacznie zmieniają jego nastawienie w odniesieniu do niezakłóconej swobodnej powierzchni wody. Kadłub i wysokość kadłuba są znane jako „przysiad”. Zjawisko to jest trudne do dokładnego przewidzenia. Może to mieć pewien wpływ na opór, ale, co ważniejsze, w płytkiej wodzie istnieje również niebezpieczeństwo uziemienia statku do dna morskiego. Może to powodować duże straty w dochodach, a także zjawiska śmiertelne.

Wzory fal dla skończonej głębokości są dość interesujące ...

$F_h$ $F_h = 1$

Dla prędkości podkrytycznych widoczne są fale poprzeczne (te prostopadłe do toru statku). W przepływie nadkrytycznym fale poprzeczne zanikają. (Krótko mówiąc, nie mogą nadążyć za statkiem).

UJAWNIENIE: Te wzory zostały wykonane przy użyciu mojego (bezpłatnego) programu Flotilla.

Więcej wzorów można znaleźć na:

www.cyberiad.net/wakeimages.htm

— Lysistrata
źródło