J7 И Войткунский
СОПРОТИВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЮ СУДОВ
БЕК 39.42 01
УДК 629 12 073 282(075)
ОТ АВТОРА
38040,30000 008
ISBN 5—7356—0032—5 © Издательство «Судостроение» 1988
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
О СОПРОТИВЛЕНИИ ДВИЖЕНИЮ СУДОВ
Й —(11)
(12)
Риг. 1.2 зависимость плотности (7) и кинематической вязкости (2) воздуха
Вязкость жидкости характеризуется динамической вязко стью и величина которой зависит от свойств жидкости и ее тем пературы. При расчетах сил вязкости в формулы вводят величину v = ц/р называемую кинематической вязкостью; она характеризует ускорение сил вязкости возникающих в жидкости Зна чения V пресной и океанской воды с р - 1028 кг/мл рекомендован ные IX МКОБ, —......- —™ I I и, ПИ(. 1 5 пакя

ченнбй поверхности Q возникают непрерывно распределенные
рнзуются вектором напряжений поверхностных сил />„. Проекция
представляет гидродинамическое давление р, а его проекция на направление линии тока, которая проходит через згу площадку,— „,рат..п,.шф кяппяжение. или напряжение силы трепня т„ (рис. I .□).
Давления и касательные напряжения могут 6i.ni. либо найдены экспериментально путем непосредственных изменении н каждой точке поверхности тела, либо вычислены теоретически с помощью соотношений, известных из гидромеханики






Характерные особенности изменения


|	(134)



x) + (P- P0)ldi


Q - LT 12 + 1 37 (S — 0 274) B/T];
Q - LPPT (1 4 O.SB/T') (0,55 + 1 526pp)
(1 42)
(143)
(1.44)
ВЯЗКОСТНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ

20	19	W шп



численного интегрирования системы уравнений (2.2). применяя разностные методы. Однако в случае больших чисел Re когда ламинарные участки пограничного слоя вдоль поверхности тел невелики, для определения на них параметров пограничного применении интегрального соотношения (2.6). в котором роль
(2.15)
0,2 0,4 о,б 0,Вих/о6
циеи вида	(ня. f). где^/Н__
градиента давления на форму эпюры та (например, у/6 или г//6**). Если
(2 11)

уравнению относительно формпараметра f интеграл которого
(2 12)
Расчет пограничного слоя начинается от передней критической точки где при л = 0 f (0) а:Ь, т. е. в соответствии с (2 11)
(2.13)
ного пограничного слоя определяются из соотношении
Вид функции Н (О, /I** (/) и С (/), а также значения постоянных а и Ъ зависят от принятии аппроксимации закона распределения скорости в пограничном слое. В частности, следуя предложению Н. Е. Кочина и Л. Г. Лоицянского. для этого можно использовать семейство однопараметрических профилей, представленных на рис 2 18 Согласно рекомендациям Л. Г. Лоицянского

cf- 0 246 10 0 67af/ (Re )-o^«,	(2 23)

/2^7-(l/«)ln(Res/c,/2) НС (2.28)
Далее, используя ^интегральное соотношение (2.7) и распределе-
-) (2 29)
(2 1й Rcx - 0,65)--<
(2.30)
................... и... ;2f;


~ 6Т те Re„ ReT
+	+	0	<239)


С точки зрения структуры потока вблизи поверхности
ного сопротивления от числа Re, тела принято условно подраяде лить хорошо и плохо обтекаемые. При этом следует иметь
крупных дискретных вихрей


ного слоя на структуру внешнего потока

Р^име течения в пограничном слое и.ч-за уменьшения величин 6/L
тел от структуры их noiракичного слоя дает основания полагать что характер его изменения с ростом числа Re во многом анало гичен изменению сопротивления трения. Это обстоятельство иллю стрир,ется рис. 2.32. Как видно из него, сопротивление трения играет доминирующею риль в вязкостном сопротивлении хорошо обтекаемых тел.	н



обтекания тел с фиксированным отрывом На рас 2
“рь” равно как а возникающая сала сопротивления соответ-ствуют данным опытов.
0 017 H206/(L/B)ai-'-B/7'
(2 67)
противления^ веч^ичина^^коту



его нанесения В процессе эксплуатации судна или испытаний	
	Лес V (|9м^/	(2 68)
/00^	'°	20	^40	'х мм''-	Материалы порученные при обработке профилогрямм снятых
5) у,мкм	иа свежеокрашенных^ корпуса^судов, пошкмилн уемновнть^что
	ния k$ ск могут изменяться в пределах (40—т—230)-10 * мм. У па
!00^	10	'V	х, мм	"	ных деревянных fe6 е„ = (10-:-15)-10 - мм. Исследования пока
&>у,мкм	тости i\’L влияние правильной и технической шероховатости на
	Вдоль стенки внутри турбулентного пограничного слоя со храняются вязкий подслой и переходная зона, суммарная тол
\fV\J	.	щинд бу которых-у веЛичивается вД^ль^повер^тости тела, с ростом
* 0 - «	эксплуатации; , - после «ителькои' JJJJb	можны Два предельных режима.	соответствует области чйсел^е, где	« 1. При этом обтекание бугорков происходит с^ымй скоростями, безотрывно, а сопротивление
составляющей обычно 50 мм. Анализ профилограмм (рис. 2.41) свежеокрашенных поверх-	$ ^Второй режил! соответствует области чисег^^е, где^0/^>> 1^) интенсивными. В результате иизкии .подслои разрушается, что
На рис, 2.46 сопоставлены результаты расчетов В Б Амфи-


< ОН
ниш: a- - W?<0J5?T—Н0Я5 <ЛЛ( <^^0 —	'jK


гпбпастанжие покрытий, в тгр^пенаном потоке ______ ои.гирх’казаННЫК мер
(Жэди* слнзистон «ИМ» ““-•„gItax. к цри дпле»»» ™ей кТпытываемых » отито"“ Л™ Jросту сонротавлетм. “ЗывХ на плаву	двуамес™»™
«ежиАО-пануть нелпяп® п»!™- <С-‘ ”

§ 23. Влияние полимерных добавон
ВОЛНОВОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ

образованием моделей судов при Fr < 0,5.

в области чисел Fr « (0.164-0Д8), где волновое сопротивление от


СГмРмрМПм . ; рм_
что к3 = D ~ pgV получим
Rwm/Dm = ^|Pta/DK
(3 8)

^+>+^=° <310>
Н Е Кочин получил следующее выражение для функции Gj	разрыв при у = 0. Это означает, что на диаметральной плоскости
a^-^ + ReelJ^exp	- *>) coS0- + (</ у,) sin 0 - 1 (г 4 zj] j-^L. +	<323>
+*е1^Ь pb{-^i(i	i - xJcosO+to !Z,)sln0->	(3 25)	1 вид G = 17r—l/rL. что Gx = l/rlt т₽е. G = 1/r +J/G и над поверхностью жидкости О	2» cos to х)+4г J“ -ffrdQ	<3 26) ог = — 2 у cos (n, X)	(3.27) вием (3.20) нормальная производная потенциала dcp/dy терпит	Ф - J ° <* » г ° 4ds	(329) § 28 Определение волнового сопротивления (зз«) И	jo (с, у, г,) exp [	(г, 4 и, cos 0 р + iy, sm 0)] dQ	(3 31) менять для вычисления	тела произвольной формы, движуще- '	«--2"JiJr-t»p[^^L-(Z1 + .x1cos0)]iri*1 (3 32) <333> jPjД^'Н/ч)] '(-fH'r'ib*1 <зз4>
+ [утй—1Г(8г“',,‘гт_?'ТГтН l33“’
§ 29 Уточнение теорий волнообра
»₽" <3 37>

§ 30. Проверка теории волнового сопротивления

тела, 2 — по линейной теории, но с распределением источников по поверхности тела, 3 — по последовательной нелинейной теории второго приближения и распределением источников по поверх
погруженного тела лишь учет нелинейности граничных условий на свободной поверхности обеспечивает совпадение расчетных и
сопротивления трех моделей судов с сопротивлением, полученным


четов по теории малой скорости и методу сеток лучше совпадают с экспериментальными Для судна с 6 = 0,85 при малых Fr ока

чину --различия 6пытцщ__ц,„рац3£тн1лх данныГ~йсключительно
Можно лишь ожидать’ что _роль этого влияния возрастает по мере уменыпения_чисел<_Тгу а следова^льно. "и числа Re.
формулы для Rw (3 33) для «тонкого» судна котор^ ю можно прС (4pg7™2) ( dx ete j dxi dzj (x г) f (xT zx) X
X W [(g/t2) (* - M) (g.^) гЛ1
дг (Л- г) = J ]exp (Xaz)] cos U (?4 dx V^2 D
щено много работав том числе Г. Е. Павленко, М. Г. Крейна, Вайнблюма. Вехаузена, Mapvo и др. Важной проблемой является
в которых следует искать решения. Крейн показал, что решение
<ЗЛ4) имеет в оконечностях особенности - const/у (Л/2)2 — Х7. Ряд авторов представляли искомое решение в ви-/	3	। е в н к I и си
тивления при Fr 0,31b, а также значения Rw/D, полученные для нее тально. На рис. 3.21 представлены носовой оконечности модели «Серии ЬО»
получились с бульбовьмн оконечностями.
§ 32. Пути уменьшения волнового сопротивления
СОПРОТИВЛЕНИЕ ПРИ ДВИЖЕНИИ НА МЕЛКОЙ ВОДЕ И В КАНАЛАХ
			//
			
			-Ji-
			л—
			
			^2
		у.	
			
			


указано на рис. 4.3, а, где^ слева от диаметральной плоскости приводит к увеличению площади свободной поверхности, покрытой волнами, а рост вызванных скоростей — к увели^ен^ю высот волн;
пендикулярном их фронту не_превосходит критическую Тогда
v cos (90°




Йи = arccos(l,Tr„) при FrH..> 1.	(4 10)
к единице; при FrH <х> опо стремится к^нулю.

Область скоростей^ v и, называется^ критической, а обте-
1ение трения жидкости о ложе канала, а также оказывает значи-

тенсивно (рис. 4.9). При этом наблю-








pgH — nv 2 ~ pgH 1 4- yv 12






(4 16)

СОПРОТИВЛЕНИЕ ПРИ ДВИЖЕНИИ СУДОВ НА ВОЛНЕНИИ



«41. PShBL

Дифракционная часть дополнительного сопротивления
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЮ СУДОВ
§ 39 Опытовые бассейны
Raw - 2 J (Raw/zI) S,(c»)d(o	(5 6)

предалениТ коэффициента^авлення^ вдоль


Rfo Ry — Rp<j Rw


|||



§ 4? Определение сопротивления путем пересчета с прототипа
ЗАВИСИМОСТЬ СОПРОТИВЛЕНИЯ воды ОТ ФОРМЫ КОРПУСА СУДНА
§ 48. Выбор формы корпуса судна



обычно форштевень делают с подрезом в подводной части (рис 8 13)

пограничного слоя Для этого не следует делать резких перегибов
судов внутреннего и смешанного плавания
станов баржам придают формы	^Хо.ЛОбХ
одЕнаковы^формы. Наименьшее сопротивление при движении
К^,19/ / /Д™ rMreggfe;
глубокой воде обеспечивают .ложкообразные обводы более «глу-йки°. в носовой оконечности и .плоские, в кормовой; на мелкой воде и при толкании - санеобразные обводы.
ВЛИЯНИЕ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ КОРПУСОВ СУДОВ НА СОПРОТИВЛЕНИЕ ИХ ДВИЖЕНИЮ
§ 64 Сопротивление движению многокорпусных судов

Rv---^j{/U^ + 2(/r+	К l)p + 4(A/, + «)cos4MA’5—i)) т=Ц.	(9 1) £.„•>»= ™e —TV^I	 например ^одна1 баржа впереди далее две баржи и вновь одна Сопротивление воды движению состава R большей частью не
?	V—l \h— -i ванная (Г 0 (см. (З.зЗ)]? зависимостью | I /	\ | ^	1/C°S °' ИИДеКС 2 относится к ин" J—Д-h-^-L	- J корпусного судна'' в этой формуте М «И \г_сд ।	На рис. 9.6 представлены резуль- = /JFr) '^имарХа с V у = (В/2) Н — (2х/Ш 11 — (г/Т)Ч pa a a/L- Расчеты свидетельствуют о большом влиянии поло бенно в зоне высоких чисел Fr	=	(9 2) К/ЁЦ.	(93) показали, что в кильватерном составе, сформированном из одно
ровни, либо толкания. Составы могут формироваться не только образуются секционные составы. При движении составов, сформированных из барж, происходит интенсивное гидродинамическое взаимодействие.барж, а также состава и буксировщика или, в слу чае толкания, буксира-толкача, оказывающее движении°составов Сма.)Ш (Fr = 0.06—0.12). поэтому основную	: тивления в одиночку 49, 100 и 125 % соответственно. Таким об-
Г лава 10
СОПРОТИВЛЕНИЕ ПРИ ДВИЖЕНИИ СУДНА
В ОСОБЫХ УСЛОВИЯХ
Если соотношение (10.2) подставить в уравнение (10.1) и слагаемое Д7?н объединить с инерционной силон, то при отсутствии тяги уравнение движения можно записать в виде
т (1 + ns) (dvldt) — Rc-	(10.3)
С помощью коэффициента	+ A R^(dv/dt) ]/т учитываются
гидродинамические силы, вызванные нестационарностью движения*^ Он зависит от формы судна, чисел Fr, Re, a0 и предыстории процесса и может быть вычислен, если имеется запись изменения скорости движения судна или его модели во времени. Результаты н	обработки данных натурных нс
обработки данных натурных нс пытаний судна «Люси Астон» выполненной Л М Ногидом и О В. Дубровиным свидетель-
рис э 10 1Р указаны средние ^зна



длииы ip судна	ским. показалИ1 что коэффициент
противления тел является функцией от комбинированного безразмерного параметра Re/a,, и при значениях этого параметра превосходящих 10е, ДЯН = 0. Это дает основание полагать, что если при испытаниях моделей судов соблюдалось указанное., уело вие то масштабный эффект, связанный с силами вязкостной при роды, при переходе к натурному судну отсутствует и значения коэффициентов п, при прочих равных условиях совпадают Если при этом число Fr <" 0,15, то	и значения близки




При движении судна на мелкой воде коэффициеп* „
по сравнению с движением судна на глубокой воде, то же наблю-


- Х|) cos t) + tk (у - J/1) Sin 6| d(J dk dlt (10 9)



..nni.ll. Olihlltll IIIH U'HPOIHI'H n	 - —
„„тер,,., „ зависимости от числа Fr„ - vl/gB, свидетельствующее „ преимуществах рсдаяной формы обводов яри движении на тихой воде Од.щко при движении в условиях морского волне™ редан пые катера не всегда обладают надлежащей мореходностью



RuQKorTHoe и волновое сопротивление движению глиссирую тих катеров при приближении к .горбу, на кривой сопротивления дополняется брызговым сопротивлением Rs.	в ре-
давления по днищу катера при гаиссироваяин незначительно "0ЭП°о^ ное^противл^ние’глиссирующихкатеров ..общем случае ТСПРХо™«виеВ"выступ ющ, ™ст Jn> лять 15-30 % полного сопротивления (рис. 11.5, крива,-i 4).
У безреданных катеров числа Fiy не превышают - b, a у ре данных спортивных достигают 11—12.	...
При движении катера угол его дифферента на корму 4- измс няется причем сначала он увеличивается, а при переходе к глис сованию убывает С изменением угла дифферента меняются vrnu этяки учасгкоп днища н размеры смоченной поверх
В режиме глиссирования роль синри.и^спп,, сопротивления Давления движению голого корпуса килем


НИЯ к боковым кромкам пластины давление несколько ^бывает
ментов Зотторфа и других с плоскими





j090L04 0S0b0£0Z0l






W(z) -gL-J v (Xi) [ 111 (г x )+Gj (г—
(dtfldy) - -v (dfidx).



	;>f4dd Рис^ 12.11. Функции 9X (fi) (a)
d 4^-	„p„. „= y™«.
каверны с уменьшением числа кавитации приводит к ее замыканию
(81 St) (“ I I) Э ”Э (» t) ’Э •Э
§ 68. Сопротивление движению судов амфибийного типа на воздушной подушке
Применение принципа движения судна на воздушной придать судну качества, переводящие его в разряд универсаль ных транспортных средств; если в процессе движения судно пол ностью отделяется от воды, то оно способно двигаться по поверх мости очень мелкой воды, над болотом, сушей и льдом. Воздушная

воздуха и увеличить высоту движения судна над поверхностью.
Получили распространение два основных типа судов, на которых применяется воздушная подушка —• суда амфибийного
Н" У СВПА воздушная подушка по всему периметру ограничена гибким ограждением (рис. 12.19). Разделение площади подушки продольными и поперечными гибкими килями на секции облегчает обеспечение поперечной и продольной устойчивости судна. На
Я/Д Юг	ф
MHD + MA4 + Mr + MD = 7>T J
(1221)

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ляемым к СВПА. Разность сопротивления модели и сопротивления
ПРИЛОЖЕНИЯ
температуры
	р кг м’	р кПа			
	1000,0				

Приложение 2
корпуса судов и кораблей
ОГЛАВЛЕНИЕ