ด้านล่างหมายเลข Froude ใดที่ฉันสามารถเพิกเฉยต่อการต้านทานคลื่นบนเรือได้

13

ฉันต้องการทำการคำนวณลากง่าย ๆ บนเรือ ความหวังของฉันคือการคำนวณความต้านทานแรงเสียดทานของผิวหนังจะเพียงพอที่จะได้ค่าประมาณความต้านทานไฟกระชากที่ดี

เนื่องจากความต้านทานการสร้างคลื่นขึ้นอยู่กับความเร็วฉันคิดว่าคุณสามารถเพิกเฉยได้เมื่อเรือมีความเร็วต่ำกว่าที่กำหนด ฉันยังคิดว่าฉันต้องทำงานกับตัวเลข Froudeแทนที่จะเป็นความเร็วเพื่อคำนึงถึงขนาดของเรือ

ฉันเห็นตัวเลข Froude ด้านล่าง Fn = 0.1 และ Fn = 0.2 ที่กล่าวถึงในหนังสือและบนอินเทอร์เน็ต แต่ถ้าคุณคำนวณความเร็วสำหรับเรือที่มีตลิ่งยาว 100 ม. คุณจะได้รับ:

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

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

ค่านี้ดูเหมือนจะสูงเกินไปในความคิดของฉัน 12.16 นอตเกือบจะเร็วสำหรับเรือบางลำและ 6 นอตก็ค่อนข้างสูง

Fn = 0.1 และ Fn = 0.2 เป็นตัวเลขที่สมเหตุสมผลหรือไม่หากต่ำกว่าหมายเลข Froude ใดที่ฉันควรจะอยู่เพื่อให้สามารถเพิกเฉยต่อความต้านทานคลื่น

drag marine-engineering

— Mika Sundland
แหล่งที่มา

ฉันจะถามว่าการต้านคลื่นคืออะไร en.wikipedia.org/wiki/Wave-making_resistance มันเป็นพลังงานที่จะผลักน้ำออกไปให้พ้นทางและอยู่ตรงนั้นเสมอ

— George Herold

4

สัญชาตญาณของคุณถูกต้องมันสูง อย่างไรก็ตามคุณจะต้องเคลื่อนที่อย่างช้าๆเพื่อให้การต้านทานคลื่นไม่สำคัญ และเนื่องจากโดยทั่วไปแล้วจะสูงกว่าแรงเสียดทานทางผิวหนังฉันไม่คิดว่าคุณสามารถคาดหวังว่าจะมีแรงเสียดทานทางผิวหนังอย่างมีนัยสำคัญและความต้านทานคลื่นเล็กน้อย บางทีวิธีที่ง่ายกว่านี้ที่ดีกว่าก็คือการมองข้ามการเสียดสีของผิวหนัง

— Olek Wojnar
แหล่งที่มา

3

ไม่ว่าจะเป็นตัวเลขที่เหมาะสมหรือไม่นั้นขึ้นอยู่กับความยาวของเรือที่ต้องสงสัย สำหรับเรือขนาด 100 ม. สิ่งเหล่านี้อาจจะสูง แต่สำหรับเรือขนาด 5 ม. เหล่านี้จะเป็นตัวเลขที่ค่อนข้างต่ำ

อัตราส่วนความเร็วต่อความยาวเป็นปัจจัยสำคัญที่กำหนดความสำคัญของการเสียดสีของผิวหนังและคลื่น เกล็ดเสียดสีของผิวหนังด้วยในขณะที่การลากคลื่นเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วมากขึ้น ฉันยังไม่ได้สามารถที่จะหาสูตรที่แน่นอนในการค้นหาช่วงสั้น ๆ ที่ผมเห็นจะจำได้ว่าได้รับการบอกปัจจัยของ 6 ลากคลื่นกำหนดขีด จำกัด ในทางปฏิบัติอยู่กับความเร็วของเรือเคลื่อนที่ (ไม่ใช่ไส) ของ1.34L $V^2$ $V^6$ $1.34L$

สำหรับอัตราส่วนความเร็วต่อความยาวผิวเผินจะมีอิทธิพลน้อยในขณะที่อัตราส่วนแรงเสียดทานคลื่นขนาดใหญ่เป็นสิ่งสำคัญ ค่าตัวอย่างที่ผมพบก็คือแรงเสียดทานผิว ~ 65% ของการลากทั้งหมดที่ความเร็ว / ความยาว = 1

โดยทั่วไปแล้วเรือขนาดใหญ่จะมีความเร็ว / ความยาวต่ำและแรงเสียดทานทางผิวหนังจะครอบงำ ในทางตรงกันข้ามเรือเล็ก ๆ เช่น dinghies หรือเรือคายัคจะมีแรงเสียดทานผิวที่ถูกครอบงำโดยการลากคลื่น

— nivag
แหล่งที่มา

2

"ความเร็วของฮัลล์" คืออัตราส่วนของความเร็วต่อสแควร์รูทของความยาว เพื่อทำให้สิ่งต่าง ๆ สับสนยิ่งขึ้นความยาวอยู่ในฟุตและความเร็วเป็นนอต นั่นคือค่าคงที่ 1.34 ที่เกิดขึ้น (ProTip: อย่าพูดถึงมันอีกเลย!)

ความต้านทานคลื่น ( ) เริ่มขึ้นอย่างรวดเร็วที่หมายเลข Froude (Fr) ประมาณ 0.35 ด้านล่าง Fr,มักจะมีขนาดเล็กเมื่อเทียบกับแรงเสียดทานทางผิวหนังและส่วนประกอบอื่น ๆ ของอุทกพลศาสตร์ลาก $R_w$ $R_w$

ทีนี้เพื่อเป็นตัวอย่างให้กำหนดค่าสัมประสิทธิ์ความต้านทานคลื่นเป็น โดยที่คือความหนาแน่นของน้ำคือความเร็วของเรือและคือพื้นผิวเปียก (สถิต) พื้นที่ของตัวถัง $C_w = R_w/(0.5 \rho U^2 S)$ $\rho$ $U$ $S$

ในน้ำลึกเพิ่มขึ้นเหมือนกับ Fr ถึงพลังอันดับ 6 $C_w$

หมายเลข Froude ที่อิงตามความลึกคือโดยที่คือความเร่งเนื่องจากความโน้มถ่วงและคือความลึกของน้ำ $F_h = U/\sqrt{g h}$ $g$ $h$

สำหรับน้ำลึก จำกัดสามารถเพิ่มเกือบจะเหมือน Fh อำนาจที่ 10 เป็น1 เมื่อผ่าน (ค่าวิกฤต)ความต้านทานคลื่นเริ่มลดลงและสามารถต่ำกว่าในน้ำลึกสำหรับหมายเลข Froude ที่มีความยาวเท่ากัน (Fr) $C_w$ $F_h \rightarrow 1$ $F_h =1$

$F_h < 1$ มักถูกเรียกว่า sub-critical มีความสำคัญยิ่งและนั้นสำคัญมากสำหรับทรานส์ $F_h > 1$ $0.9 < F_h < 1.1$

ในระบอบการปกครองที่ทรานส์ - คริติคอลตัวถังยังได้สัมผัสกับแรงและช่วงเวลาที่เปลี่ยนทัศนคติของมันอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเทียบกับพื้นผิวที่ปราศจากน้ำที่ไม่ถูกรบกวน การตัดแต่งและยกของตัวเรือเรียกว่า "หมอบ" ปรากฏการณ์นี้ยากต่อการคาดการณ์อย่างแม่นยำ มันอาจมีผลกระทบบางอย่างเกี่ยวกับการต่อต้าน แต่ที่สำคัญกว่าในน้ำตื้นนั้นยังมีอันตรายจากการที่เรือจอดเทียบกับเตียงทะเล สิ่งนี้สามารถทำให้เกิดการสูญเสียรายได้จำนวนมากและยังมีผู้เสียชีวิตเนื่องมาจากปรากฏการณ์

รูปแบบของคลื่นสำหรับความลึก จำกัด นั้นน่าสนใจทีเดียว ...

เมื่อเข้าสู่ระบอบการปกครองที่มีความสำคัญรูปแบบคลื่นจะเปลี่ยนไปอย่างมาก มุมของ V-รูปร่างเปิดออกมาและกลายเป็น 90 องศาที่1 $F_h$ $F_h = 1$

สำหรับความเร็วย่อยสำคัญคลื่นตามขวาง (แนวตั้งฉากกับทางเดินของเรือ) จะปรากฏชัดเจน ในการไหลที่สำคัญยิ่งยวดคลื่นตามขวางจะหายไป (ในระยะสั้นพวกเขาไม่สามารถติดตามเรือได้)

การเปิดเผยข้อมูล: รูปแบบเหล่านี้ถูกสร้างขึ้นโดยใช้โปรแกรม Flotilla (ฟรี) ของฉัน

รูปแบบเพิ่มเติมสามารถดูได้ที่:

www.cyberiad.net/wakeimages.htm

— Lysistrata
แหล่งที่มา

1

คุณถูกต้องว่าหมายเลข Froude (Fr) มีความสำคัญมากต่อการต้านทานคลื่น

คำตอบที่ได้รับจาก nivagเกี่ยวกับอัตราส่วนความเร็วความยาว (ยังเป็นที่รู้จักในฐานะ "ความเร็วเรือ") ไม่ถูกต้อง ข้อ จำกัด นั้นมักจะถูกยกมา แต่มันก็เป็นตำนานที่ว่ามันเป็นไปไม่ได้เลยที่เรือลำนี้จะสามารถเอาชนะได้ เรือสามารถเดินทางได้เร็วกว่าอัตราส่วนนั้นหมายถึง แต่สำหรับเรือทั่วไปความต้องการพลังงานมักจะเป็นสิ่งต้องห้าม

เปลือกบาง (เช่นพายเรือเปลือกหอย) จะสามารถใช้งานได้อย่างง่ายดายเกินอัตราส่วนของ L ในระดับโอลิมปิกการพายเปลือกหอยจะทำงานที่ Fr ระหว่างประมาณ 0.45 ถึง 0.7 $1.34 L$

นอกเหนือจากแรงเสียดทานของผิวหนังคุณจะต้องพิจารณา "การลากแบบ" ส่วนประกอบนี้มีความสำคัญสำหรับลำตัวแข็ง (เช่นที่มีความยาวเล็กน้อยต่ออัตราส่วนลำแสง, L / B) ที่ fr ต่ำ เรือลากจูงจะมีรูปแบบการลากที่ใหญ่กว่าเปลือกหอยที่ fr

หากตัวเรือมีท้าย (เช่นตัดออก) ท้ายเรือก็จะมีองค์ประกอบของความต้านทานขนาดใหญ่เมื่อท้ายไม่ได้ทำงานอย่างเต็มที่ ในกรณีนั้นมีการไหลวนมากและอาจเกิดคลื่นที่ด้านหลังสเติร์นด้วยจำนวน Froude ที่ต่ำ ที่ Fr สูงกว่าวงกบจะแห้งและความต้านทานคลื่นและการลากแบบจะต่ำกว่ามาก

หากคุณบอกเราเพิ่มเติมเล็กน้อยเกี่ยวกับสัดส่วนหลักของเรือ (เช่นน้ำหนักการเคลื่อนที่ความยาวลำแสงและร่าง) เราอาจให้คำแนะนำเพิ่มเติมได้

หากตัวเรือค่อนข้างเรียวพูด L / B> 5 คุณสามารถทดลองใช้ซอฟต์แวร์ฟรีเพื่อประเมินความต้านทานรวม (ความหนืด + คลื่น) ดูตัวอย่างเช่นMichletและกองเรือรบ

ความลึกของน้ำยังสามารถส่งผลกระทบต่อความต้านทานคลื่น ในกรณีนี้หมายเลข Froude ที่อิงตามความลึกมีบทบาทสำคัญเช่นเดียวกับหมายเลข Mach ในวิชาอากาศพลศาสตร์ Michlet และ Flotilla จะช่วยให้คุณสามารถปรับระดับความลึกของน้ำและดูผลกระทบของความต้านทานคลื่นและรูปแบบคลื่น

— Lysistrata
แหล่งที่มา

คำตอบที่น่าสนใจ! ฉันไม่เข้าใจวิธีการใช้อัตราส่วนความยาวความเร็วที่คุณพูดถึง ความเร็ว / ความยาวมีหน่วย 1 / เวลาและตัวเลขที่คุณให้ (เช่น 1.34 L) มีหน่วยความยาว ฉันกำลังคิดถึงอะไร หมายเลข 1.34 มีหน่วยหรือไม่ ที่จะทำให้มันเป็นรูปธรรมมากขึ้น; ถ้าฉันมีเรือธรรมดาที่ยาว 5 เมตรขีด จำกัด ความเร็วในหน่วย m / s คืออะไร?

— Chris Mueller