Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

Теоретические основы водного транспорта леса

Корпачев В. П.,

7.2.3 Волновое сопротивление

При медленном движении судна или тела в водном потоке разрезаемый им поток плавно обтекает тело без значительного нарушения равновесия свободной поверхности воды. При увеличении скорости движения тела обтекающий поток не успевает плавно обойти тело, поверхность воды деформируется. Частицы жидкости, выведенные из положения равновесия, под действием сил тяжести совершают колебательные движения.

Эти колебания вызывают периодическое изменение формы свободной поверхности в виде волн. Возникновение колебаний приводит к перераспределению давлений – повышение давлений в носовой и кормовой частях при одновременном понижении его в средней части тела (судна). Часть проекции результирующей нормальных давлений на направление движения тела, возникающая вследствие перераспределения по смоченной поверхности  тела, представляет собой волновое сопротивление. Волновое сопротивление возникает у тел, движущихся по свободной поверхности или движущихся вблизи от поверхности.

Вопросам аналитического изучения и расчета волнового сопротивления и волнообразования при движении в потоке посвящено большое количество работ как отечественных, так и иностранных исследователей. Однако эти работы еще достаточно сложны для применения в инженерных расчетах, они используются главным образом для установления влияния различных факторов на некоторые мореходные качества судов.

Для практического определения волнового сопротивления пользуются результатами серийных испытаний моделей судов.

Величина волнового сопротивления может быть определена по формуле

  (7.25)

где  z_вол – коэффициент волнового сопротивления, зависящий от числа Фруда, т.е. .

Величина коэффициента волнового сопротивления зависит, кроме того, от формы и соотношений, главных размерений судна или тела, от условий плавания тела – ограничение фарватера по ширине и глубине, степени волнения водной поверхности.

Исследования показали, что волновое сопротивление начинает проявляться в общем балансе сопротивления при относительной скорости движения, т.е. при числах Fr = (0,14 – 0,16) для судов с полными обводами и Fr = (0,16 – 0,21) для судов с острыми обводами. Результаты опытных буксировок одиночных бревен в натуральную величину показали, что волновое сопротивление начинает играть роль при числе Fr ³ 0,35.

Поскольку волновое сопротивление и сопротивление формы возникает вследствие перераспределения давлений в потоке, обтекающем тело, то обычно волновое сопротивление определяют в сумме с сопротивлением формы.

Величину суммарного сопротивления R_ф и R_вол называют еще остаточным сопротивлением,

  (7.26)

Остаточное сопротивление определяется по формуле

  (7.27)

где z_ост – коэффициент остаточного сопротивления.

Величина остаточного сопротивления определяется на основании буксировочных испытаний моделей в опытовом бассейне, при этом сопротивление трения определяется путем расчета по известным формулам, т.е.

 (7.28)

где  R_ост.м – остаточное сопротивление модели;

 R_м – полное сопротивление модели;

 R_тр.м – сопротивление трения модели.

Коэффициент остаточного сопротивления z_ост, равен:

  (7.29)

При определении остаточного сопротивления натурного тела величина коэффициента остаточного сопротивления для соответственных чисел Frпринимается по результатам буксировочных испытаний модели.

Зная сопротивление формы R_ф, величину волнового сопротивления можно определить как разность между остаточным сопротивлением и сопротивлением формы, т.е.

  (7.30)