Рух і швидкість судна

Швидкість ходу вимірюється відстанню, яке проходить судно в одиницю часу, і виражається в км / год на внутрішніх водних шляхах, в вузлах (милях / год) в морських умовах плавання і в м / с при розрахунках ходкости і при проведенні модельних випробувань.

При русі на корпус судна діє опір води R, яке складається з опору тисків RД і опору тертя RТ. т. е. R = RД + RТ.

Опір тертя RД є наслідком того, що між змоченою поверхнею корпусу і навколишнього водою внаслідок її, нехай і невеликий, в'язкості існує певне зчеплення. В результаті виникає зона обтікання, що захоплюється слідом за рухом судна: в межах довжини корпусу прикордонний шар, а за кормою попутний потік.

Основна частина RД на спокійній воді обумовлена, по-перше, хвилями, що виникають, коли корпус судна як би «оре» поверхню води, утворюючи системи поперечних і розходяться хвиль. По-друге, при обтіканні деяких ділянок корпусу внаслідок великих перепадів тиску можливі явища відриву потоку з утворенням вихорів, які переходять в вихрові доріжки за кормою. Цим впливам відповідає поділ RД на дві складові - хвильовий опір RB і опір форми RФ. Надбавкою до RФ служить опір підводних виступаючих частин, в тому числі рулів, виличні кілів, реданів, і конструкцій, що підтримують привід рушіїв. На високих швидкостях виникають такі ефекти, як освіта бризгового пелени і пінного сліду, які також вносять вклад в RФ.

З плином часу, в міру руйнування захисного покриття корпусу, його поверхня стає шорсткою, від чого збільшується опір тертя RT. що також враховується відповідної надбавкою. Якщо періодично не оновлювати покриття корпусу, зокрема, забарвлення, така надбавка може досягати помітних величин (до 40%).

Додатково руху судна перешкоджають:

• повітряне (аеродинамічне) опір від впливу на надбудови зустрічного потоку повітря і вітру;
• опір схвильованої поверхні води з урахуванням відбиття хвиль і качки;
• опір через вплив обмеженої глибини води на трасі руху судна.

Чим менше опір корпусу, тим більшу швидкість упор рушія повідомляє судну. Тому швидкість руху залежить не тільки від потужності двигуна, але і від параметрів форми корпусу, від співвідношення размерений судна, а також від площі і якості підводного (змоченою) поверхні корпусу.

При русі з постійною швидкістю величина упору дорівнює величині опору води. Фізичний сенс і характер цієї залежності залежить від режиму руху.

Відносна швидкість. Щоб поділити режими руху, потрібне введення такого параметра, як відносна швидкість. Він зручний тим, що дозволяє визначити межі режимів руху судна, а також зіставляти між собою за режимом руху суду з різною довжиною. Існує багато варіантів представлення відносної швидкості, але в будь-якому випадку ми маємо справу з відношенням швидкості судна до квадратному кореню з величини характерного лінійного розміру корпусу, наприклад, Vk / √L, де Vk - швидкість в км / год, a L - довжина корпусу по палубі в метрах.

Режими руху. Розрізняють три основні режими руху: водоизмещающий, перехідний і гліссірующій.

У водоізмещающем режимі судно рухається без помітної зміни опади і дифферента. У балансі опору на малих швидкостях переважає сума RT + RФ. а при наростанні швидкості збільшується частка RB. Швидкість ходу оцінюється за формулою: Vk ≤ 5√L.

У глиссирующих режимі на перше місце виходить динамічна сила підтримки, яка змушує судно практично повністю виходити з води. У структурі опору знову панує сума RT + RФ. з істотним доповненням у вигляді аеродинамічного опору RA. При цьому Vk ≥ 15√L.

У перехідному режимі, в повній відповідності з цим визначенням, відбувається перехід від ситуації в водоізмещающем режимі до ситуації в глиссирующих режимі, a Vk змінюється в широких межах: Vk = (5. 15) √L.

Ці положення пояснює малюнок 2.10 .. на якому наведено приклад залежності потужності двигуна швидкохідного судна N, споживаної на рух, від відносної швидкості руху.

Мал. 2.10. Графік залежності питомої потужності від відносної швидкості

На графіку 2.10. видно як зростає споживана потужність зі збільшенням швидкості водоизмещающего судна. У перехідному режимі, коли корпус починає підніматися з води і опір, особливо хвильовий, наростає повільніше, швидкість збільшується з незначним приростом потужності. При переході в режим чистого глиссирования швидкість наростає майже без збільшення потужності за рахунок різкого зменшення опору. На режимі глиссирования опір і споживана потужність продовжують наростати, але вже по пологішій кривої.