§ 44. Определение сопротивления воды опытным путем

Остаточное сопротивление судна можно определить с достаточной степенью точ-ности только опытным путем. Для этой цели проводят испытания моделей судна в так на-зываемых опытовых бассейнах, предназначенных для буксировки моделей (рисунок 66). Суть проведения модельных испытаний заключается в том, что модель буксируют в бас-сейне с определенной скоростью, определяют сопротивление воды, а оно в этом случае будет равно силе тяги при буксировке, которую легко можно определить. Затем произво-дят пересчет на натуральное судно.

Модели изготавливают в таком масштабе, чтобы длина ее была в пределах 2 – 8 метров. Чем крупнее модель, тем точнее результаты испытаний.

Модель должна быть подобна судну. Геометрическое подобие состоит в том, что все размеры судна и модели имеют одинаковое соотношение, то есть

(178)

где L, B, T, Ω, V – длина, ширина, осадка, площадь смоченной поверхности и водоизме-щение судна, а l, b, t, ω, v – соответственно длина, ширина, осадка. Площадь смоченной поверхности и водоизмещение модели.

Так как судно и модель должны быть подобны, то у них должны быть равные чис-ла Фруда, которые определяются по формуле (168)

, (179)

из выражения (179) можно вывести формулу для расчета скорости, которую должны зада-вать модели при буксировке, чтобы обеспечит подобие судна и модели. При буксировке модели с такой скоростью у модели возникает волнообразование, геометрически подобное волнообразованию натурного судна.

, (180)

где vм – скорость модели в м/сек;

vc – скорость судна в м/сек.

Испытания проводят путем буксировки модели с записью величин, характеризую-щих движение модели, в первую очередь скорости хода и сопротивления воды. Затем пе-ресчитывают сопротивление модели на натурное судно.

Во время испытаний модели определяют ее полное сопротивление, которое факти-чески равно буксировочной тяге при постоянной скорости движения модели. Как и у на-турного судна, полное сопротивление модели может быть разложено на составляющие: сопротивление трения модели и остаточное сопротивление модели:

r = rтр + rо (181)

Как и у судна, сопротивление трения модели может быть рассчитано по формуле

(182)

Коэффициент трения модели kтр м может быть определен по таблицам.

Остаточное сопротивление модели будет равно

rо = r - rтр (183)

Затем по рассчитанному остаточному сопротивлению модели рассчитывается оста-точное сопротивление натурного судна, используя коэффициент подобия λ

Rо = rо λ³ , (184)

Тогда

R = Rтр + Rо

Сопротивление трения определяется расчетом по формуле (173).

§ 45. Влияние условий плавания на сопротивление воды движению су-дов

Посадка судна. Уменьшение осадки сказывается, в основном, на уменьшении со-противления трения, так как снижается площадь смоченной поверхности. Но при умень-шении осадки также изменяется форма корпуса судна (становится более заостренной). Из-за этого скорость судна при плавании в балласте или порожнем всегда выше.

При изменении дифферента судна сопротивление трения практически не меняется, зато волновое сопротивление уменьшается при дифференте на корму и увеличивается при дифференте на нос. При дифференте на корму из-за повышения полноты обводов увели-чивается сопротивление формы. Поэтому для каждого судна величина наивыгоднейшего дифферента может быть определена опытным путем.

Ветер и волны. При волнении сопротивление судна значительно возрастает из-за воздействия волн на корпус судна и ветра на надводную часть судна. Наибольшему влия-нию ветра и волнения подвержены небольшие суда.

Мелководье и ширина фарватера. Суда внутреннего плавания эксплуатируются на мелководных участках рек и каналов. Ограниченная ширина и небольшая глубина ка-налов существенно влияют на сопротивление воды движению судна. Величина сопротив-ления воды зависит от глубины канала, как уже было представлено на рисунке 60. Это происходит потому, что при небольших глубинах из-за близости поверхности дна канала увеличивается сопротивление трения. При этом также возрастает перепад давления вдоль судна, возрастает сопротивление формы, но более всего – волновое сопротивление.

При плавании на очень малых глубинах под корпусом судна наблюдается пониже-ние давления, что приводит к увеличению осадки до 0,5 метров и более..

Наиболее существенно изменяется волновое сопротивления в канале. Из-за не-большой ширины канала носовая волна, создаваемая судном, не расходится, а как бы движется перед носом судна. Это вызывает увеличение сопротивления воды, дополни-тельное углубление судна. К тому же волна способствует разрушению стенок канала.

При прохождении каналов, критическая скорость определяется по глубине канала:

(185)

так как при скорости судна до (0,3 – 0,4) от критической картина волнообразования и со-противления воды движению судна на мелководье меняется мало.

Чтобы исключить удары о дно, предотвратить разрушение откосов, на судоходных каналах установлены предельные скорости судов, которые значительно ниже критиче-ских.

Плавание судна во льдах. Для судов ледового класса необходимо учитывать зна-чительное увеличение сопротивления при плавании в битом льду.