שְׁאֵלָה:
מתחת לאיזה מספר פרודה אני יכול להזניח התנגדות לייצור גל בספינה?
Mika Sundland
2015-01-25 22:00:44 UTC
view on stackexchange narkive permalink

אני רוצה לעשות כמה חישובי גרר פשוטים ביותר על כלי שיט. תקוותי הייתה שחישוב התנגדות חיכוך העור יספיק בכדי לקבל אומדן טוב של עמידות הנחשול.

מכיוון שהתנגדות לייצור גל תלויה במהירות רבה, אני מניחה שתוכלו להזניח אותה כשהכלי נמצא מתחת למהירות מסוימת. אני גם מניח שעלי לעבוד עם מספרי פרודה במקום מהירויות, כדי לקחת בחשבון את גודל כלי השיט.

ראיתי שהוזכרו מספרי פרודה מתחת Fn = 0.1 ו- Fn = 0.2 בספרים ובאינטרנט, אך אם מחשבים את המהירות של כלי שיט בעל קו מים באורך 100 מ ', מקבלים:

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

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

הערכים האלה נראים לדעתי גבוהים מדי. 12.16 קשרים הם כמעט מהירות שירות עבור כמה כלי שייט ו -6 קשרים הם גם די גבוהים.

האם Fn = 0.1 ו- Fn = 0.2 מספרים סבירים, ואם לא, מתחת למספרי פרודה עלי להישאר כדי להיות מסוגל להזניח התנגדות לייצור גל?

התכוונתי לשאול מהי התנגדות גלים. http://en.wikipedia.org/wiki/Wave-making_resistance. זו האנרגיה לדחוף את המים מהדרך ותמיד שם.
ארבע תשובות:
#1
+4
Olek Wojnar
2015-01-27 09:30:42 UTC
view on stackexchange narkive permalink

האינטואיציה שלך נכונה, אלה גבוהות. עם זאת, תצטרך לנוע מאוד לאט כדי שההתנגדות ליצירת גל תהיה זניחה. ומכיוון שהוא בדרך כלל גבוה יותר מחיכוך העור אני לא חושב שניתן לצפות באופן ריאלי לחיכוך משמעותי של העור ולעמידות זניחה של גל. אולי גישה פשוטה יותר תהיה להתעלם מחיכוך העור ולהתמקד רק בהתנגדות לייצור הגלים.

#2
+3
nivag
2015-01-27 17:25:25 UTC
view on stackexchange narkive permalink

אם מדובר במספרי פרודה הגיוניים או לא, תלוי באורך הכלי המדובר. עבור ספינה של 100 מ 'אלה כנראה גבוהים אך עבור סירת 5 מ' אלה יהיו מספרים נמוכים למדי.

יחס מהירות-אורך הוא הגורם הקריטי הקובע את חשיבות חיכוך העור והגלים. חיכוך העור מתרחש עם $ V ^ 2 $, בעוד שגרירת הגלים גדלה במהירות רבה יותר. לא הצלחתי למצוא את הנוסחה המדויקת בחיפוש קצר, ראיתי כזכור נאמר לי גורם של $ V ^ 6 $. גרירת הגלים מציבה מגבלה מעשית על מהירות כלי העקירה (ללא הקצעה) של $ 1.34L $.

עבור יחס מהירות-אורך קטן חיכוך העור יהיה דומיננטי, ואילו עבור יחסים גדולים גל חיכוך חשוב. דוגמה לדוגמא מצאתי כי חיכוך העור הוא ~ 65% מכלל הגרר במהירות / אורך = 1.

באופן כללי ספינות גדולות יהיו בעלות מהירות / אורך נמוכה ועור החיכוך ישלוט. מצד שני, לסירות עקירה קטנות כמו סירות או קיאקים יש חיכוך עור הנשלט על ידי גרירת גל.

#3
+2
Lysistrata
2015-06-11 06:36:11 UTC
view on stackexchange narkive permalink

"מהירות הגבעה" הוא למעשה היחס בין מהירות לשורש הריבועי של האורך. כדי להפוך את הדברים למבלבלים עוד יותר, האורך הוא ברגליים, והמהירות היא קשרים. כך נוצר הקבוע 1.34. (ProTip: בואו לעולם לא נדבר על זה שוב!)

התנגדות הגלים ($ R_w $) מתחילה את עלייתו המהירה במספר פרודה (Fr) של כ- 0.35. מתחת לאותו Fr, $ R_w $ הוא בדרך כלל קטן בהשוואה לחיכוך העור ורכיבי גרירה הידרודינמיים אחרים.

כעת, למשל, תן להגדיר את מקדם התנגדות הגל כ- $ C_w = R_w / ( 0.5 \ rho U ^ 2 S) $, כאשר $ \ rho $ הוא צפיפות מים, $ U $ הוא מהירות הספינה, ו- $ S $ הוא שטח הפנים הרטוב (הסטטי) של הספינה.

במים עמוקים, $ C_w $ גדל בערך כמו Fr לעוצמה השישית.

מספר Froude מבוסס העומק הוא $ F_h = U / \ sqrt {gh} $, שם $ g $ הוא תאוצה כבידתית, ו- $ h $ הוא עומק מים.

עבור מים בעומק סופי, $ C_w $ יכול לגדול כמעט כמו Fh לעוצמה העשירית כמו $ F_h \ rightarrow 1 $. פעם אחת (הערך הקריטי) $ F_h = 1 $, התנגדות הגלים מתחילה לרדת, והיא יכולה להיות נמוכה יותר מאשר במים עמוקים עבור אותו מספר פרודה מבוסס אורך (Fr).

$ F_h < 1 $ מכונה בדרך כלל תת קריטי; $ F_h > 1 $ הוא סופר קריטי, ו (בערך) $ 0.9 < F_h < 1.1 $ הוא טרנס-קריטי. ביחס לפני השטח החופשיים ללא הפרעה של המים. חיתוך וגוף של המכונה מכונה "גוץ". קשה לחזות במדויק את התופעה. זה יכול להיות בעל השפעות מסוימות על ההתנגדות, אך חשוב מכך, במים רדודים קיימת גם סכנה של הקרקע של הספינה על קרקעית הים. זה יכול לגרום לאבידות הכנסה גדולות והיו גם הרוגים המיוחסים לתופעה.

דפוסי הגל לעומק סופי הם די מעניינים ...

fh080.gif

fh090.gif

fh099.gif

fh101.gif

fh110.gif

fh120.gif

כאשר $ F_h $ נכנס למשטר הקריטי, דפוסי הגל הזווית של צורת ה- V נפתחת החוצה והופכת ל 90 מעלות ב $ F_h = 1 $.

עבור מהירויות תת-קריטיות, גלים רוחביים (אלה הניצבים למסלול הספינה) ניכרים. בזרימה סופר קריטית, גלים רוחביים נעלמים. (בקיצור, הם לא יכולים לעקוב אחרי הספינה).

גילוי: דפוסים אלה נוצרו באמצעות התוכנית שלי (בחינם) משט.

דפוסים נוספים ניתן למצוא בכתובת:

www.cyberiad.net/wakeimages.htm

#4
+1
Lysistrata
2015-06-11 00:35:10 UTC
view on stackexchange narkive permalink

אתה צודק שמספר הפרודה (Fr) חשוב מאוד להתנגדות הגלים.

התשובה שניתנה על ידי nivag לגבי יחס מהירות-אורך (המכונה גם " מהירות גוף ") אינה נכונה. מגבלה זו מצוטטת לעיתים קרובות, אך זהו מיתוס שאי אפשר איכשהו לקליפות העקירה לעלות עליו. אוניות יכולות לנסוע מהר יותר מכפי שיחס זה מרמז, אך עבור ספינות קונבנציונאליות דרישת האנרגיה בדרך כלל אסורה.

קליפות דקות (כמו פגזי חתירה) מסוגלות לפעול בקלות מעבר ליחס של $ 1.34 L $. ברמה האולימפית, קליפות חתירה למשל, פועלות ב- Frbetween בערך 0.45 ו- 0.7.

מלבד חיכוך העור, יהיה עליכם לשקול "גרור טופס". רכיב זה יכול להיות חשוב לקליפות מטומטמות (כלומר אלה עם יחס אורך לקורה קטן, L / B) ברמה נמוכה של Fr. לסירת גרירה תהיה גרירת צורה גדולה יותר מאשר פגז חתירה באותו פר.

אם לגוף יש מעבר תחתון (כלומר חתוך) יהיה גם מרכיב גדול של התנגדות כאשר הגן נמצא לא מתייבש לחלוטין. במקרה כזה יש הרבה ערבול, ואפשר לשבור גל מאחורי הירכתיים במספרים נמוכים של פרודה. בחזית גבוהה יותר הטרנסום יבש, והתנגדות הגלים וגרירת הצורה נמוכים בהרבה.

אם אתה מספר לנו קצת יותר על הפרופורציות העיקריות של הסירה (למשל משקל מיקום, אורך, קרן וטיוטה) אולי נוכל להציע עצות נוספות.

אם גוף הקליפה הוא די דק, נניח L / B> 5, אתה יכול לנסות תוכנה חופשית בכדי לחשוב על ההתנגדות הכוללת (צמיג + גל). ראו, למשל, Michlet ו- משט.

עומק המים יכול להשפיע גם על עמידות הגלים. במקרה זה מספר ה- Frude מבוסס העומק ממלא תפקיד חשוב, בדומה למספר המאך באווירודינמיקה. מישלט ומשט יאפשרו לכם לשנות את עומק המים ולראות את ההשפעה על עמידות הגלים ודפוסי הגל.

תשובה מעניינת! אני לא כל כך מבין איך להשתמש ביחס המהירות-אורך עליו אתה דן. מהירות / אורך כוללת יחידות של פעם אחת והמספרים שאתה נותן (כלומר 1.34 ליטר) כוללים יחידות אורך. מה אני מפספס? האם למספר 1.34 יש יחידות? אם לומר זאת באופן קונקרטי יותר; אם יש לי סירה קונבנציונאלית שאורכה 5 מטר, מה הגבול למהירותה ביחידות m / s?


שאלה ותשובה זו תורגמה אוטומטית מהשפה האנגלית.התוכן המקורי זמין ב- stackexchange, ואנו מודים לו על רישיון cc by-sa 3.0 עליו הוא מופץ.
Loading...