Разделение сопротивления воды на составные части

При движении судна частицы жидкости, примыкающие к его поверхности, благодаря вязкости движутся вместе с судном и увлекают в движение прилегающие к ним частицы, образуя пограничный слой, в котором проявляются силы вязкости. Этот слой, зарождаясь в носовой части, по мере продвижения к корме увеличивает свою толщину и, сходя с корпуса, образует попутный поток. На корпусе силы вязкости вызывают касательные напряжения, которые, суммируясь, дают силу, направленную против движения судна, называемую сопротивлением трения и обозначаемую Rу. Однако, силы вязкости кроме того

приводят к изменению давлений, распределенных по смоченной поверхности судна, по сравнению с теми, которые имели бы место при обтекании корпуса идеальной жидкостью, лишенной свойства вязкости. Это изменение давлений, особенно падение давлений в кормовой части, приводит к дополнительной силе, называемой сопротивлением формы или вихревым сопротивлением и обозначаемой R_e. Этот вид сопротивления проявляется особенно значительно при движении плохообтекаемых тел с полной кормовой оконечностью, при которой за кормой образуется вихревая дорожка, состоящая из двух рядов вихрей, расположенных в шахматном порядке.

Движение судна по поверхности воды приводит к образованию систем волн, состоящих из расходящихся и поперечных волн, схематический вид которых показан на рис.8.1. Как видно из рисунка, при движении судна образуются две системы волн: носовая и кормовая, каждая из которых состоит из расходящихся и поперечных волн, причем обе системы волн заключены в области, ограниченной линиями, составляющими с ДП угол a_w=19°27' (sina=V₃) и на глубокой воде этот угол не зависит ни от скорости, ни от формы

1 1 ^27Г°² движущегося тела, а длина волн Я определяется скоростью судна: Я =---------------------------------------------------------------------------------.

8

Перераспределение давлений по смоченной поверхности вследствие волнообразования приводит к составляющей сопротивления, называемой волновым сопротивлением и обозначаемой R_w. 232

Рисунок 8.1. Системы волн поднимаемых судном

Таким образом, полное сопротивление воды представ-ляется в виде суммы:

R = R_f +R_e+R_w. (8.4)

В соответствии с теорией размерностей общий вид формулы для любой силы, действующей на тело в потоке жидкости, имеет вид:

R = c^Sv², (8.5)

где р - плотность жидкости; с - безразмерный коэффициент, зависящий от формы тела, направления набегающего потока и

свойства жидкости; S - характерная площадь тела;

и - скорость.

В качестве S обычно принимают площадь смоченной поверхности судна. Такими же формулами (8.5) выражаются и составляющие полного сопротивления, только у каждой составляющей свой коэффициент с.

Для наглядности разделение сопротивления воды сведено в табл. 8.1.