10.08.2023 13:22
iMonin 35 6200 Источник

Что может нам рассказать бурун у форштевня о форме подводных потоков, огибающих судно?

Ранее я уже писал статью «Борьба с волновым сопротивлением у водоизмещающих кораблей» про волновое сопротивление кораблей на примере тупоносых плоскодонных речных барж (см. ссылку).

Теперь настало время разобраться с волновым сопротивлением остроносых судов.

Дополнительным мотивом к написанию статьи стал ТВ-репортаж с военно-морского парада в Санкт-Петербурге 30 июля 2023 года.

Там на видео показали динамику бурунов при обтекании носа  подводной лодки, при этом были видны удивительные процессы встречных  течений, которые в статичных изображениях на фотографиях опознать и понять не получается. (см.рис.1-2). Вот ссылка на видео с тайм кодом на проход подводной лодки с буруном.

рис.1
рис.1

Рис.1. Водяной горб перед носом подлодки в надводном положении на быстром ходу и бурун со встречным течением в водяную яму между водяным горбом и буруном. Ссылка на видео с тайм кодом на проход подводной лодки с буруном  https://youtu.be/duV69X3zu_c?t=3793

рис.2
рис.2

Рис.2. Водяной горб перед носом подлодки в надводном положении на быстром ходу и бурун со встречным течением в водяную яму между водяным горбом и буруном. Ссылка на видео с тайм кодом на проход подводной лодки с буруном  https://youtu.be/duV69X3zu_c?t=3793

Форма корпусов современных судов

Каковы же формы современных судов?

Современные большие   морские и речные суда имеют корпус в форме прямоугольного плоского ящика, к  которому спереди приделали обтекатель (разной степени остроты и вытянутости), а сзади организовали плоский наклонный  подъём днища, под котором установили гребные винты (см.рис.2-6)

рис.3
рис.3

Рис.3. Судно на стапеле. Видна наклонная кормовая часть с поворотными колонками винтов под ней. Также виден прямоугольный в сечении основной корпус с вертикальными плоскими бортами.

 

рис.4
рис.4

Рис.4. Авианосец на транспортной платформе  полупогружного корабля. Виден прямоугольный в сечении основной корпус авианосца с бульбовидными  обтекателем в носу. Глубина погружения корпуса по ватерлинию (тёмная окраска снизу корпуса) много меньше ширины корпуса (42х15м для Афромакс, 32х12 м для Панамакс), что обеспечивает хорошую остойчивость судна даже при достаточно высоком расположении центра тяжести над водой.

рис.5
рис.5

Рис.5. Макеты танкера и сухогрузов с бульбовидными форштевнями.

рис.6
рис.6

Рис.6. Макет танкера с острым форштевнем без носового  бульба (историческая модель).

Средняя часть корпуса в форме  лежачего чемодана должна обеспечивать максимальную вместимость корпуса и высокую остойчивость судна, с чем такая форма прекрасно справляется.

Обтекатель спереди выполняет исключительно роль снижения сопротивления при движении в воде, так как никакого полезного груза в сужающейся носовой  части не разместишь.

Вот как раз с влиянием формы носовой части корабля на сопротивление движению в воде мы и будем разбираться.

Потоки воды вокруг форштевня

Появление бурунов у форштевней будем рассматривать с позиции теории о формировании «подъёмной силы крыла» за счёт  давления, создаваемого искривлёнными потоками воды или воздуха .

 Данная теория подробно описана в  1-й части моей статьи «Объяснение физической сущности явления «Подъёмная сила Крыла» без использования уравнения Бернулли» (см. ссылку).

Согласно этой теории при обтекании форштевня корабля потоки могут иметь изогнутую форму, при этом от направления радиуса кривизны зависит получение пониженного или повышенного давления на борт от воды.

Так в местах повышенного давления на борт судна возникает выпячивание воды вверх от уровня  моря, тогда как при пониженном давлении возникает впадина ниже  уровня спокойного моря.

Данное  локальное изменения высоты воды у форштевней различных кораблей  можно проследить по фотографиям, а потом построить картину течений вокруг форштевней и давлений воды на них.

На фото подводных лодок  (см.рис.1-2,11-13) виден выпирающий горб воды перед носом. Этот водяной горб создаёт так называемое «Волновое сопротивление», которое давит на судно выше ватерлинии, добавляя  дополнительное  сопротивление к сопротивлению в подводной части судна.

Позади водяного горба следует  резкое падение уровня воды с образованием  резко выраженной «водяной ямы», которая замыкается белым пенным бурлением. В этой яме создаётся отрицательное «волновое сопротивление», то есть водяная яма у носа корабля помогает судну двигаться вперёд, снижая общее сопротивление движению судна.

Белое пенное бурление  позади «водяной ямы»  было показано в ТВ-репортаже с морского парада, при этом было видно, что вода в пенном буруне течёт вперёд по ходу судна, пытаясь попасть в водяную яму у носа подводной лодки. (см.рис.1-2)

Интересно, что пенный бурун пытался стекать с вершины волны  в яму, двигаясь вперёд со скоростью самой подводной лодки, тогда как вода вдоль борта двигалась назад по ходу лодки ( точнее оставалась на месте, если смотреть с неподвижного  берега).

Суть явления «Обтекаемость» для тупых и острых форштевней кораблей

Острый нос быстроходного корвета

Теперь надо разобраться в физической сущности явления «обтекаемость» корпуса судна  с опорой на физическую модель.

Так будем сравнивать остроносый быстроходный корвет (см.рис.7-10) и тупоносую подводную лодку в надводном положении (см.рис.11-13).

Для остроносого корвета модель обтекания  достаточно проста и в явной форме отображена в геометрии носа самого корабля.

Моделью острого форштевня будет движение сквозь воду остроносого клина, раздвигающего воду вбок.

Так как глубина погружения клина будет одинаковой как у форштевня, так и у широкой части корпуса, то сдвига потоков воды вниз под днище не  будет происходить.

При движении клина с углом Ак от оси судна к плоскости грани клина и со скоростью Vк по курсу будет возникать сдвиг водяных масс в бок от корабля.

При этом скорость сдвига  воды в бок составит:

Vт=Vк*sin(Aк)

По законам гидродинамики давление на поверхность носа корабля при таком сдвиге будет равно

Рд= Vт^2*q/2= (Vк*sin(Aк)) ^2*q/2

Именно это дополнительное Рд заставляет воду вздыматься волнами вокруг острого носа корвета на полном ходу (см.рис.9)

Именно это давление Рд создаёт лобовое сопротивление при проекции его на поперечное сечение судна.

Интересно,  что давление Рд имеет в составе значение синуса угла в квадрате.

То есть  лобовое сопротивление резко падает при заострении носа корабля.

Согласно  реконструкции профиля ватерлинии корвета (см.рис.10) углы к курсу у носового обтекателя составляют 4-11 градусов, то есть синус угла в пределах 0,07-0,2.

Для корвета на полном ходу со скоростью 27 узлов (50км/ч= 14м/с) скоростной напор в лоб составит около 96кПа или фонтан воды высотой 9,6м.

Тогда как судя по фотографии корвета на ходу  волна на форштевне не превышает 1м (см.рис.7), что соответствует умножению лобового динамического напора на квадрат синуса (0,2^2=0,04)

Рд= Vт^2*q/2= (Vк*sin(Aк)) ^2*q/2= (14*0,2)^2*1000/2=3,9 кПа

3,9 кПа = 0,4м метра высоты водяного вала от форштевня, то есть волна на носу слегка захлёстывает чуть выше ватерлинии, при этом высота надводного борта составляет около 4м (для масштаба).

рис.7
рис.7

Рис.7. Корвет серии 20380 на ходу.

рис.8
рис.8

Рис.8. Корвет серии 20380 на стапеле. Видна линия ватерлинии двоякой кривизны (вогнуто-выпуклая) от форштевня до центральной части корпуса.

рис.9
рис.9

Рис.9. Корвет серии 20380 -картинка общего вида. Свисающий нарост под  форштевнем- это обтекатель гидролокатора, который не является гидродинамическим «бульбом» и не влияет на остроносое обтекания корабля.

рис.10
рис.10

Рис. 10. Реконструкция формы ватерлинии корвета, где в  острой носовой части у форштевня угол борта к курсу составляет всего 4 градуса, а в самой крутой части на выпуклой скуле аж 11 градусов.

Экономика тупоносых и остроносых  кораблей

Если острый нос такой экономичный, то почему тогда не все корабли делают остроносыми?

Острый нос – это дорогое удовольствие, доступное только для скоростных военных кораблей, где  полезная нагрузка весьма мала.

Острый нос скоростного корвета (см.рис.9-10 ) занимает чуть не треть длины всего судна, а при этом не имеет в себе никакого полезного объёма и является отягощением для основного водоизмещающего корпуса.

При этом тяжёлый острый нос малого водоизмещения нужно ещё балансировать за счёт висящей в воздухе кормовой части корабля.

Такие огромные потери полезного водоизмещения недопустимы для коммерческих грузовых судов. Именно поэтому для коммерческих больших судов используют тупоносые обводы или с бульбообразным форштевнем.

Ну, а носы достаточно скоростных подводных лодок и вовсе делают сферично-тупыми (см рис.11-12), что как-то намекает на различие гидродинамики корпусов полупогружённых надводных кораблей и  подводных лодок на глубине.

рис.11
рис.11

Рис.11. Подводная лодка на среднем ходу в надводном положении. Виден глубоки провал уровня воды ниже ватерлинии у носа подводной лодки и пенный бурун стекающий в эту водяную яму, при этом основная часть лодки в центральной части погружена ровно по белую ватерлинию на борту. Кстати, именно этот пенный бурун у носа лодки обеспечивает запенивание воды у борта вдоль всей длины подводной лодки.

рис.12
рис.12

Рис.12. Подводная лодка на среднем ходу в надводном положении. Виден глубоки провал уровня воды  после водяного горба у носа подводной лодки. Также виден и пенный бурун стекающий в эту водяную яму, именно этот пенный бурун обеспечивает запенивание воды у борта вдоль всей длины подводной лодки.

рис.13
рис.13

Рис.13. Подводная лодка на полном ходу в надводном положении. Водяной горб выше уровня палубы и захлёстывает до самой рубки в цилиндрической части корпуса. Виден глубоки провал уровня воды в «водяной яме»  после водяного горба у же в цилиндрической части корпуса подводной лодки. Также виден и пенный бурун стекающий в эту «водяную яму», именно этот пенный бурун обеспечивает запенивание воды у борта вдоль всей длины подводной лодки

Обтекание форштевней тупой формы

При обтекании тупых носов кораблей гидродинамика не так очевидна, так как течение воды не повторяет в точности обводы носа корабля.

При обтекании сферических носов подводных лодок возникают дополнительные зоны геометрического искривления потоков воды, которые формируются самой водной массой при обтекании сферических поверхностей носов подводных лодок.

Так в лобовой части сферы на оси судна происходит практически полное торможение потока об перпендикулярную к потоку поверхность.

При этом сравнительно небольшой осевой поток тормозится с резким расширением сечения, превращаясь в подобие заострённого обтекателя перед тупым носом корабля.

В это же время соседние слои продолжают двигаться с огибанием заторможенного перед носом корабля конусовидного объёма воды, как вокруг твёрдого обтекателя. (см.рис.14 )

При огибании боковыми потоками заторможенного «водяного острия»  возникает устойчивое искривление слоёв воды, создающее избыточное давление «торможения потока» в застойной зоне «водяного острия».

Именно это дополнительное гидродинамическое давление торможения обеспечивает сопротивление движению судна в воде.

После огибания «водяного острия» боковые искривлённые потоки касаются поверхности носа лодки непосредственно, после чего двигаясь по касательно относительно округлого корпуса они начинают пытаться отрываться от носа корабля.

Так формируется отрывное течение на носу корабля, а между отрывным течением и корпусом возникает зона пониженного давления, которое пытается искривит поток в сторону загибающегося борта.

Именно в этой зоне пониженного давления возникает «водяная яма» сбоку у носа подводной лодки при  движении в надводном положении (см.рис. 11-13, 14-а-б).

При полном погружении подлодки в поперечном сечении на носу подводной лодки возникают концентрические зоны повышенного и пониженного давления, которые в сумме дают некую конечную величину сопротивления движения судна (рис.14-В).

Носовую застойную зону «водяного острия» можно представить как твёрдый фантомный обтекатель, при этом нос такой подводной лодки станет сложной выпукло– вогнутой формы, напоминающий шлем русского витязя. (см.рис.14-В).

Форма обтекания округлой носовой части подводной лодки с учётом «водяного острия» сильно напоминает по форме двояко выпуклый нос корвета, чуть распухший в бока.

 

рис.14
рис.14

Рис.14. Схема обтекания корпуса подводной лодки в движении: А- Полный ход в наводном положении с перехлёстом водяного горба на цилиндрическую часть корпуса, при этом водяная яма не оказывает влияние на волновое сопротивление, так как уходит на цилиндрическую часть корпуса; Б- Малый ход в наводном положении с захлёстом водяного горба  ниже цилиндрической части корпуса, при этом водяная яма  оказывается в пределах лобовой проекции и оказывает положительное влияние на волновое сопротивление (снижает суммарное сопротивление); В- Полный ход в подводном положении с осесимметричным концентрическим распределением положительных и отрицательных давлений в лобовой проекции, при этом волнового сопротивления нет вовсе.

рис.15
рис.15

Рис.15. Высокая плоская струя от носа быстроходного военного корабля с острым форштевнем. Высота взлёта струи определяет избыточное гидродинамическое давление воды на борт в зоне вылета струи. Форма буруна полностью соответствует картинке из учебника (см.рис.9), где на острие форштевня подъёма воды практически незаметно (рассекает  воду как острым ножом). Вдоль плоского борта по центру корпуса видна плавная вытянутая водяная яма между двумя чёрными пятнами на борту. То есть в плюс к обтекаемости эта  водяная яма вдоль плоского борта ничего не добавляет.

рис.16
рис.16

Рис.16. Картинка из учебника по конструированию судов. Для острого форштевня высокий бурун возникает от сдвигового действия боковых скул форштевня (см.рис.8). Для тупого форштевня высота буруна определяется давлением торможения воды о лобовую поверхность форштевня с максимальной высотой буруна перед форштевнем (см.рис.10-12).

рис.17
рис.17

Рис.17. Картина обтекания остроносого двояко выпуклого форштевня с бульбом. 1-Виден горб воды над бульбом и водяная яма за ним (как у подводной лодки).2- Виден  высокий бурун на вертикальной части острого форштевня (как на картинке в учебнике см. рис.9). 3-Виден высокий вторичный бурун выше уровня моря позади водяной ямы- это возврат отрывного потока от бульба с ударом в борт расширившегося по сечению судна.

рис.18
рис.18

Рис.18. Вид загруженного супертанкера на полном ходу. Обтекание носа  демонстрирует  картину обтекания потоками воды  тупого форштевня (см.рис.16), влияние бульба отсутствует, так  как носового бульба у  данного супертанкера нет (см.рис.20),  так же на фото не сильно заметна водяная ямы, которая оказалась уже в середине прямого борта (можно отследить по замоканию ромбовидных марок на борту судна).

рис.19
рис.19

Рис.19. Супертанкер  в сухом  доке. Видно полное отсутствие бульба на тупом форштевне. Угол острия на форштевне около 40 градусов к курсу, то есть Sin40=0,64.

Рис.20
Рис.20

Рис.20. Вид незагруженного танкера на полном ходу. Обтекание мелкозаглубленного носа похоже на картину обтекания у плоскодонных речных барж малой осадки.

Рис.21
Рис.21

Рис.21. Вид загруженного танкера класса Афрамакс на полном ходу. Обтекание носа с бульбом похоже на картину обтекания потоками воды  носа  подводной лодки с одиночной водяной ямой позади водяного горба.

Рис.22
Рис.22

Рис.22. Вид загруженного танкера с носовым бульбом на полном ходу. Обтекание носа похоже на картину обтекания потоками носа  подводной лодки с одиночной водяной ямой позади водяного горба перед тупым форштевнем. Восстановление естественного уровня ватерлинии происходит уже на плоском борте основной части корпуса. Таким образом, избыточное волновое сопротивление от водяного горба присутствует только на половине ширины корпуса (приблизительно до белой загогулины правее якоря на фото), а далее в водяной яме возникает отрицательное давление (ниже давление по уровню моря), то есть в водяной яме формируется  дополнительная тяга вперёд для всего корабля.

Рис.23
Рис.23

Рис.23. Схемы волнообразования у форштевней надводных судов: А-скоростной корабль с острым форштевнем без бульба; Б- транспортный корабль с бульбообразным форштевнем большого заглубления; В- Полупогружённый бульб танкера Афрамакс, где водяная яма  положительно влияет на лобовое сопротивление, находясь в пределах лобовой проекции до начала прямого борта; Г- тупоносый супертанкер без бульба, где водяная яма уходит на  прямой борт и не влияет на лобовое сопротивление.

В погоне  за скоростью кораблей

В погоне  за скоростью судов для разных типоразмеров подходят различные решения.

Так маломерные суда на высокой скорости выходят на глиссирование, целиком опираясь на гидродинамическое сопротивление воды под наклонным днищем. Правда глиссирование крайне затратный вид движения по воде и подходит только для крайне лёгких катеров с высокой энерговооруженностью, достигающей  нескольких десятков киловатт на тонну водоизмещения. И всё равно скорость скоростных катеров составляет всего 30-50км/ч. При этом гидродинамическое качество глиссеров составляет около Кг=5, то есть как у самолёта в посадочном режиме с выпущенными закрылками на больших углах атаки.

Следующей категорией скоростных кораблей являются суда на подводных крыльях (СПК). Их скорость достигает 65-75 км/ч, а гидродинамическое качество составляет Кг=10-12, что близко к лётным характеристикам самолёта Ан-2.

Экономичность перевозок на СПК близка к экономичности малой  авиации и в 2 раза хуже, чем экономичность авиаперевозки на больших высотных аэробусах с качеством К=18-20.

Удельная энерговооружённость СПК  на примере СПК «Метеор» составляет 1500 кВт на 53 тонны полного водоизмещения,  или около 30 кВт/тонну.

Для более крупных военных судов на примере Корвета 20380 с водоизмещением 2 тыс. тонн(см.рис.24)    на скорости 50км/ч (27 узлов) в водоизмещающем режиме требуется мощность главной энергоустановки (ГЭУ) около 18 тыс.кВт (24 тыс.л.с).

То есть у корвета энерговооружённость составляет  около 18 тыс.кВт/ 2тыс.т= 9кВт/т.

Таким образом водоизмещающий корвет на скорости 50км/ч почти не отставая от судна на подводных крыльях со скоростью 65км/ч имеет  в 3 раза меньшую энерговооружённость.

И если даже корвет разогнать до тех же 65км/ч, то потребуется всё равно на 35%  меньшая удельная мощность, чем у СПК.

При таком разгоне до 65км/ч мощность корвета должна вырасти всего в (65/50)^3=2,2 раза, то есть в третьей степени (сопротивление растёт как квадрат роста скорости умноженный на рост самой скорости), или до удельной мощности 9*2,2=19,8кВт/тонну.

Рис.24
Рис.24

Рис.24. Характеристики корвета серии 20380

То есть водоизмещающие суда  могут быть не только одинаково скоростными в сравнении с глиссерами или СПК, но и будут при этом в разы экономичнее, чем глиссеры и СПК.

Интересно, как предельные скоростные показатели боевого корвета  могут реализоваться в скоростном гражданском судне чуть менее экстремальной формы.

Так если оптимизировать конфигурацию корвета с длиннющим острым носом и балконом носового  свеса, до более округлого и столь же удлинённого носа без свесов палубы, то получим современное скоростное водоизмещающее (7500т) спасательное судно «Воевода» (см.рис.25) с максимальной скоростью 22 узла (40км/ч)

По обводам корабля виден выпуклый нос однонаправленный кривизны без ультратонкого форштевня (виден бульб на носовом обводе), при этом удлинение носа также достигает более 30% длины корабля.

Также при  росте водоизмещения в 3 раза, чем у корвета 20380, длина корабля «Воевода» увеличилась до 111м или всего на 5% длины корвета, при этом ширина корпуса увеличилась в 2 раза.

Такая непропорциональность достигнута оптимизацией неэффективной длины, за счёт срезание непродуктивных свесов носовой палубы и затупления слишком острого форштевня до конфигурации «бульба».

Аналогично поступают при создании остроносых судов с носами обратной кривизны (см.рис.26.), где носовая открытая палуба ликвидирована полностью, чтобы избежать её затопления при захлёстывании высокими волнами.

Рис.25
Рис.25

Рис.25. Судно обеспечения аварийно-спасательных работ «Воевода» проекта 23700 (заводской номер С-370), которое  способно нести на своём борту четыре катера и принимать на борт два вертолёта. Водоизмещение судна – 7500 тонн, длина – 111 м, ширина – 24 м, скорость – 22 узла, дальность плавания – 5000 миль.

Рис.26
Рис.26

Рис.26. Модели современных морских судов с острыми форштевнями под носами обратной кривизны, при этом основная часть корпуса имеет прямоугольное сечение с плоскими вертикальными бортами.

Заключение

1.       Погоня за скоростью- это дорогое удовольствие. За скорость приходится платить избыточными по мощности двигателями и  малой полезной грузоподъёмностью корабля с острыми обводами в носовой части.

2.       Большие морские коммерческие корабли используют тупые форштевни или бульбообразные носы, которые дают достаточно приемлемые характеристики по сопротивлению обтекания водой, но при этом значительно короче и вместительнее, чем носы  с острыми форштевнями.

3.       Для предельного использования грузовых объёмов ограниченных по длине танкеров  типоразмерных рядов Афрамакс и Панамакс применяют  даже совсем  округло-тупые форштевни, при этом меньшая гидродинамическая  экономичность формы носа  компенсируется значительным увеличением товарной вместительности судна при  ограничении их габаритов ( длины-ширины-осадки) по размерам  шлюзов (если они есть или ограничений габаритов и кривизны каналов: Панамский канал (шлюзовой)  - судовой стандарт Панамакс -289х32х12м, Суэцкий канал (безшлюзовой)- стандарт Афрамакс- 243х42х15м. После реконструкций каналов и шлюзов габариты могут меняться.

4.       Коммерческая экономичность морских грузоперевозок не всегда совпадает с топливно-энергетической экономичностью судна. Так в 3 раза меньшая гидродинамическая эффективность формы обводов тупых носов танкеров становится совсем несущественной для огромных океанских танкеров типа Панамакс и Афромакс, если  товарная вместимость за рейс может увеличится в 2 раза, что также в 2 раза увеличит скорость оборачиваемости капитала в стоимости самого судна.

5.       На скорости 14 узлов (26км/ч=7м/с)  для огромного корпуса с  подводной проекцией 42х15=630м2 и тупым носом с углом 40 градусов (Sin40=0,64)  мощность сопротивления составляет

 N=0,64*7*630*7^2*1000/2=16тыс.кВт

Эта мощность хорошо бьётся с параметрами мощности 15-17 тыс. кВт для баржи класса Афрамакс (см.рис.27)

Рис.27
Рис.27

Рис.27. Танкер класса Афрамакс с подробными характеристиками.

При этом волновое сопротивление тупоносого танкера от  лобовой волны высотой 2,6м (скоростной напор при скорости 7м/с) составит менее 10% общего сопротивления при осадке судна в 15м.

Удельная мощность танкера Афрамакс составит:

 17тыс.кВт/117тыс.т=0,145 кВт/т.

Эта удельная мощность танкера Афрамакс оказывается в 9/0,145=62 раз меньше, чем у корвета 20380 на полном ходу в 27 узлов.

На экономичном ходу корвета (14 узлов) потребная мощность для корвета снизится почти в 4 раза, а  отношение удельной мощности корвета и танкера Афрамакс сократится до 16 кратного.

Именно на такой супер экономичности держатся все морские перевозки крупными судами.

Комментарии (35)


  1. ednersky
    10.08.2023 14:10
    #25845552

    вообще проблемы очень похожи на те, что описаны у самолётов. Те же волновые сопротивления и куча способов бороться.

    :)

    PS: спасибо, было очень интересно!


    1. iMonin Автор
      10.08.2023 14:10
      #25845786
      +1

      Так я с самолётов и начал изучать аэро-гидро-динамику, о чём и дал ссылку на статью про "Подъёмную силу крыла без Бернулли"...)))

      Ведь и воздух на малых скоростях рассматривают как мало сжимаемую жидкость, что в принципе является ошибочным подходом для рассмотрения проблем авиации...


  1. bkar
    10.08.2023 14:10
    #25846494
    +5

    1. Торговые - суда. Военные - корабли.

    2. Афромаксов не бывает.

    3. В Суэцком канале нет шлюзов.

    4. Суэцмакс.

    5. С 2016 года шлюзы Панамского канала стали пошире, поглубже и подлиннее.

    6. Зачем автор неудержимо изобретает свою собственную терминологию?

    7. Обводы современных подлодок оптимизированны, как ни странно, на ход под водой. К чему наукообразные рассуждения к красивым картинкам подлодок в надводном положении? К чему все прочие столь же наукообразные рассуждения, "запененные" как выражается автор, формулами?

    8. Кто все эти люди, накидавших плюсов за статью с детскими ошибками чуть ли ни в каждом абзаце?


    1. iMonin Автор
      10.08.2023 14:10
      #25846554
      +9

      1. Это придирка из серии профессионального сленга, типа :"крайний полёт", "дОбыча угля", "ходить, но не плавать"...

      2. Ну-да,ну-да...А картинку рис.27 про Афромакс я сам нарисовал и тексты в википедии про "Афромакс" я сам написал?

      3. Согласен, поправил в тексте.

      4. Суэцмакс и Афромакс используются в равной степени для судов очень близких технических параметров., то есть это практически синонимы. Цитата из статьи вики про Афрамакс: "В результате Афрамакс и Суэцмакс стали предпочтительным вариантом для перевозки нефти по морским путям"

      5. Согласен. Про периодические изменения параметров типоразмеров после реконструкций каналов добавил в текст.

      6. Вы сейчас про что именно?..какой именно термин я изобрёл?

      7. Про оптимизацию веретёнообразных форм подлодок для подводного хода я знаю. Но как это мешает их рассматривать и в надводном положении как объект уникальных форм и габаритов? Вам не интересно в чём-то разобраться на доступных объекта?.Чем вам подводная лодка в надводном положении помешала в изучении общих вопросов гидродинамики?

      8. Может этим людям интересна излагаемая в статье информация, а не ошибки и опечатки, которые есть и будут всегда у тех, кто хоть что-то пишет и делает?


      1. bkar
        10.08.2023 14:10
        #25847622
        +2

        Это не моя поляна, но раз уж раз гавкнул, не могу совсем промолчать.

         

        У водоизмещающего судна три основные составляющие полного сопротивления воды при движении судна – волновое, формы и трения.

        У тихоходных судов – около четырех пятых полного сопротивления – сопротивление трения.

        С ростом скорости растет доля волнового сопротивления и сопротивления формы, доля сопротивления трения падает до 50-40%.

        То есть волновое сопротивление – не главное! Рассуждать исключительно о волновом сопротивлении, и даже выстраивать вокруг него целую теорию – поразительно бессмысленное занятие. Это не бОльшая часть энергозатрат, и поэтому волновое сопротивление не то, под что под что прежде обводы судов и кораблей затачиваются.

        У самого же автора в 5 пункте заключения (внезапный вывод без всякой связи с предыдущим текстом): «При этом волновое сопротивление тупоносого танкера от лобовой волны высотой 2,6м (скоростной напор при скорости 7м/с) составит менее 10% общего сопротивления при осадке судна в 15м».

        Ну и к чему были все предыдущие наукообразные рассуждения о волновом сопротивлении, если это 10% при скорости 25 км/ч?

         

        Ну и о форе носа говорить изолированно – тоже бессмысленно, образование волн не только от его формы зависит.  Кстати, приведенная картинка «наклонной кормы», она да, у современных судов, но именно у тех, у которых винторулевые колонки. Если винт на традиционном валу (как у подавляющего большинства судов) то и форма кормы иная.

         

        Боязновато озвучивать такое утверждение, но я расцениваю полезность излагаемой в статье информации как отрицательную величину.

        В том числе и все без исключения 5 завершающих выводов – ффтопку! Имхо.

         Полные обводы у судов с тихой и со средней скоростью хода делают прежде всего потому, что стараются при заданной вместимости судна уменьшить площадь смачиваемой поверхности для уменьшения сопротивления трения.

         Острые обводы и смещение миделя в корму у рассматриваемых высокоскоростных военных кораблей – прежде всего для того, чтобы обтекание корпуса было менее турбулентным и более ламинарным за счет постоянного «смыва» пограничного слоя воды набегающим потоком (это не про волновое сопротивление, а тоже про сопротивление трения)

         

        Для уменьшения волнового сопротивления тоже значительные усилия принимают, но рассматривать его, ни слова не сказав о его сравнительном значении в ряду других видов сопротивления, так себе идея.

         

        Ну-да,ну-да...А картинку рис.27 про Афромакс я сам нарисовал и тексты в википедии про "Афромакс" я сам написал?

        А то!

        На картинке не Афромакс. Там же написано!

        Статей тоже, небось, ещё не накатали.

        И сразу видно, где текст сами писали, а где закопипастили.

        Афрамакс никакого отношения ни к Африке, ни к Суэцу не имеет.

        И это совсем не «крайний залет». Это маркер, что не понимаете слов, которыми пишете.

         

        Про оптимизацию веретёнообразных форм подлодок для подводного хода я знаю. Но как это мешает их рассматривать и в надводном положении как объект уникальных форм и габаритов? Вам не интересно в чём-то разобраться на доступных объекта?.Чем вам подводная лодка в надводном положении помешала в изучении общих вопросов гидродинамики?

         

        Возможно, в вашем замечании есть рациональное зерно.

        Однако. Есть байка про какого-то советского авиаконструктора (Ильюшина?), подчиненные которого повадились в аэродинамической трубе проверять обтекаемость всего и вся. Под конец начали птиц продувать. Когда продули петуха, он постановил вычесть за эксперимент из их зарплаты.

        - За что?

        - Потому что петух, как известно, летать не может.

        Фотки корвета и танкеров – в их рабочих режимах. Подлодка – с красивенькими бурунчиками –  чисто покрасоваться по телеку. Надеюсь, конструкторы и оптимизировали её не под это. На глубинах порядка 100 метров волновое сопротивление равно нулю.


        1. iMonin Автор
          10.08.2023 14:10
          #25848690

          1. Сопротивление формы и волновое сопротивление- это детали одного и тогоже процесса для надводных корабле, так ч то их нельзя разделять.

          2. Сопротивление трения- это тоже сопротивление ФОРМЫ, но на уровне шероховатости борта (особенно при обрастании ракушками).

          3. Доля чего-то в чём-то может рассматриваться только для конкретных образцов и и конкретных режимов. Голословные заявления обобщённых процентов бессмысленны.

          4. Доля волнового сопротивления для супертанкера- это неглавное (всего около 10% при полной загрузке, а вот для пустого уже и до 50% -тут не проигнорируешь), При этом для маленького глиссера волновое сопротивление- это единственное сопротивление (глиссер просто едет на этой волне).

          5. Обсуждаются разные формы носа для определения разного набора генерируемых волн, при этом % потерь от этих волн в общих потерях может быть очень разный.

          6. У судов с обычными винтами на валах точно такие же свесы кормы, что и для винтовых колонок, так как режимы работы одинаковых винтов требуют одинаковой геометрии кормы.

          7. Про сферы применения разных форм обводов в разных экономических моделях применения плавсредств в статье тоже сказано, так что тут вы непонятно что критикуете.

          8. "Турбулентный" и "ламинарный"- это термины, которые я не применял, так как к вопросам такого масштаба они никак не относятся ( они и в теории гидравлики являются весьма мутными по своей физической сути) . Волновое сопротивление- это и есть формирование вокруг корпусов плавсредств ОДИНОЧНЫХ гигантских водяных вихрей на границе раздела сред воды и воздуха, визуально выражаемыми отдельными гребнями и впадинами воды от спокойной поверхности.

          9. Я где-то заявлял, что Афрамакс как-то связан с Африкой?...АФРА- это грузовой стандарт для прохода в порты определённого типа. МАКС- это максимальные ограничения стандарта АФРА.. Афрамакс широко применяется для портов карибского бассейна, северного моря и средиземноморья..Вы сами выдумываете обиду и сами же на неё и обижаетесь...Не ведите себя как женщина, будьте последовательны и логичны в своих претензиях...)))

          10. Да, бурун у носа подлодки на видео морского парада был для меня интересным, а главное доступен для повторного многократного просмотра.Если вам не интересно наблюдать динамические процессы в динамике, то что и как вы собираетесь изучать?

          11. Про отсутствие волнового сопротивления у подлодки на глубине у меня и в статье указано. Так что и это ваше замечание мимо кассы...)))


          1. salnicoff
            10.08.2023 14:10
            #25853640

            У судов с обычными винтами на валах точно такие же свесы кормы, что и для винтовых колонок, так как режимы работы одинаковых винтов требуют одинаковой геометрии кормы.

            Нет. Потому что на фотке — буксир с «Азиподами», которому надо на одном месте крутиться. У танкера задача другая — ему нужна устойчивость на курсе, поэтому у него между винтами будет дейдвуд, который работает стабилизатором. Ну и прочие вещи: в азиподах стоят электромоторы, танкеры используют прямую передачу на винт, у кого-то винт вообще один, у кого-то гребные валы длинные торчат, а кого-то — внезапно! — водомет стоит, и корма там совершенно другая.


            1. iMonin Автор
              10.08.2023 14:10
              #25853754

              Вы пытаетесь доказать, что "неправ я" или что "правы вы"?

              Вот вам пример моей правоты, когда под винты с азиподами и винтами на валах сделаны одинаковые наклонные свесы кормы.

              Размер посудин и назначение приблизительно одинаковые.

              При этом вы тоже правы, но при этом просто ушли от обсуждаемого вопроса "кормовой свес вообще" на " одиночный винт у конкретного танкера", что даёт визуально другие решения и иные технические воплощения с той же сущностью.

              Два винта на азиподах под наклонным свесом кормы
              Два винта на азиподах под наклонным свесом кормы
              Два винта на валах под наклонным свесом кормы
              Два винта на валах под наклонным свесом кормы

              Два винта на валах под таким же наклонным свесом кормы

              Вы же говорите о вот такой одновинтовой конфигурации кормы, как о неком принципиально ином техническом решении (см фото опрокинутого морского парома).

              Тогда как по факту с правильного ракурса отчётливо виден точно такой же наклонный свес кормы над винтом, как и на двух фото выше.

              Одиночный винт на валу под наклонным свесом кормы
              Одиночный винт на валу под наклонным свесом кормы


              1. salnicoff
                10.08.2023 14:10
                #25853808

                Размер посудин и назначение приблизительно одинаковые.

                Назначение разное. Первый — для ледовой проводки судов. Второй — для теплых мелких морей и реки. И у второго есть некое подобие дейдвуда, который первому может мешать. Еще посмотрите на ОТшки венгерские, и их же «Озерники».

                А сказано это к тому, что далеко не все суда имеют форму ящика с наклоном в корме.


                1. iMonin Автор
                  10.08.2023 14:10
                  #25853868

                  Покажите мне на фото хоть одно судно большого тоннажа, где виден вертикальный срез кормы от горизонтального днища!- Это будет хоть каким-то весомым аргументом отсутствия наклона днища в корме судна.

                  Такое перпендикулярное обрезание кормы к горизонтальному днищу бывает только на мелих глиссирующих катерах, летящих на винтах, располагаемых ниже уровня днища...)))

                  Что до различий в назначении приведенных мною примеров судов на фото, то вы ещё забыли упомянуть разный цвет окраски корпусов. Ведь это очень важный аргумент для утверждения их принципиальных различий по форме кормового свеса....)))


    1. salnicoff
      10.08.2023 14:10
      #25846626

      Подписываюсь под каждым словом.

      И еще. На чертежах и схемах судно изображают правым бортом. Исключение — асимметричные суда, у которых надо дополнительно показать левый борт.

      Ну и сравнение 34-метрового «Метеора» с 90-метровым водоизмещающим корветом... Про дядку Фруда слышали? Он почти два века назад все описал, и число имени себя придумал. Так вот, для «Метеора» и корвета, который почти в три раза длиннее, при одинаковой скорости это число будет разным. А отсюда — и все волны, сопротивления и прочее, потому что вода для всех одинаково жидкая.

      И вдогонку: не надо сравнивать военных и гражданских. Первым на деньги наплевать.


      1. iMonin Автор
        10.08.2023 14:10
        #25846642
        +1

        Уважаемый, лёгенький СПК "Метеор" и водоизмещающий тяжеленный корвет развивают свои почти равные скорости на совершенно разных принципах взаимодействия с водой!

        СПК- это самолёт летящий крылом сквозь плотную воду, удерживая весь вес судна исключительно на динамических принципах. И для крыла СПК реально существует коэффициент качества крыла и поляра этого подводного крыла.(см. последнюю главу моей статьи про "Подъёмную силу крыла без Бернулли")

        Корвет же ломится сквозь плотную воду на границе разных сред , оставаясь всё время в водоизмещающем состоянии, при этом даже на глиссирование не выходит.

        Так что число фруда тут не при чём, а вот энергетические параметры этих двух разных способов движения как бы "плавсредств " сравнивать вполне допустимо.


        1. salnicoff
          10.08.2023 14:10
          #25847568

          1) С Фруда все и начинается, ибо в начальный момент времени скорость у всех судов равна 0, и свое движение они начинают в водоизмещающем режиме. Просто корвет так и остается в водоизмещающем положении, а «Метеор» выходит на крылья и для него начинается другая жизнь.

          2) Если бы Вы вспомнили о числе Фруда, то вот такую глупость не написали бы:

          Таким образом водоизмещающий корвет на скорости 50км/ч почти не отставая от судна на подводных крыльях со скоростью 65км/ч имеет  в 3 раза меньшую энерговооружённость.

          И если даже корвет разогнать до тех же 65км/ч, то потребуется всё равно в 2 раза  меньшая удельная мощность, чем у СПК.

          Никогда этот пепелац не сможет разогнаться до 65 км/ч. Подумайте, почему. 50 км/ч — это все, что из него можно выжать, и именно под эту скорость подобрали ГЭУ.

          При таком разгоне до 65км/ч мощность корвета должна вырасти всего в (65/50)^2=1,69 раза, или до удельной мощности 9*1,69=15кВт/тонну.

          Для разгона этого пепелаца до 65 км/ч надо иметь ≈ 45 000 кВт мощности главных машин и увеличить водоизмещение до 3 954 тонн. А что еще надо поменять для достижения скорости в 65 км/ч — догадайтесь сами.

          3) Кроме волнового сопротивления есть еще сопротивление формы, сопротивление трения, сопротивление выступающих частей, сопротивление брызгообразования. А еще есть эффективность работы гребного винта. На все это накладывается условия эксплуатации (про винты в тоннелях на речных судах слышали? у таких судов корпус — это не просто «ящик с подъемом сзади»).


          1. iMonin Автор
            10.08.2023 14:10
            #25849270
            -1

            1. Причём тут переходный режим?...В номинальном режиме мощности ГЭУ оба плавсредства идут на максимальных скоростях. Вот только Число Фруда к СПК не применимо от слова СОВСЕМ. Вы какой характерный размер будете подставлять у СПК?...Ширину подводного крыла?

            2. Если вы такой дотошный, то почему не поправили, что отношение скоростей надо было возводить в КУБ для получения МОЩНОСТИ ГЭУ?...Можете не торопиться, в статье это я сам нашёл и поправил., что рост мощности не в 1,7, а в 2,2 раза до 19,7кВт/т

              Зачем повышать водоизмещение в 2 раза для роста скорости на 30%?...Про конструктивную реализацию двукратного роста мощности на конкретном корвете мы сейчас вообще не говорим.

            3. Причём тут упоминание всех этих отдельных дополнительных факторов, если они изначально уже все учтены в мощности ГЭУ реального корвета? Все отдельные сопротивления масштабируются все по тем же квадратичным зависимостям, которые уже учтены в расчёте при увеличении мощности ГЭУ при росте скорости от 50 до 65км/ч. Причём тут речные суда хитрых дизайнов, которые вообще не обсуждались в данной статье?


            1. salnicoff
              10.08.2023 14:10
              #25853658
              -1

              Причём тут переходный режим?...В номинальном режиме мощности ГЭУ оба плавсредства идут на максимальных скоростях

              А при том, что максимальной мощности ГЭУ один так и остается в водоизмещающем режиме, а другой — уже давно на крыльях идет.

              Если вы такой дотошный, то почему не поправили, что отношение скоростей надо было возводить в КУБ для получения МОЩНОСТИ ГЭУ?...Можете не торопиться, в статье это я сам нашёл и поправил., что рост мощности не в 1,7, а в 2,2 раза до 19,7кВт/т

              А почему в куб? Зависимость сначала линейная, потом квадратичная, потом — кубическая. Где точка перехода — надо смотреть проектную документацию. Она у Вас есть? Да и не считают эти точки, просто берут диапазон скостей, и считают сопротивление с каким-то интервалом. Это все о водоизмещающем режиме, если что.

              Все отдельные сопротивления масштабируются все по тем же квадратичным зависимостям, которые уже учтены в расчёте при увеличении мощности ГЭУ при росте скорости 

              Во-первых, не квадратичным, во-вторых, рост скорости — понятие относительное. Вспоминайте суть числа Фруда.

              Зачем повышать водоизмещение в 2 раза для роста скорости на 30%?...Про конструктивную реализацию двукратного роста мощности на конкретном корвете мы сейчас вообще не говорим.

              Вы ничего не поняли. Не пойдет этот корпус со скоростью 65 км/ч. Совсем. Вообще. Никогда. Хоть 100 тысяч лошадей у него будет, хоть 200 тысяч. Вода с Фрудом против.


              1. iMonin Автор
                10.08.2023 14:10
                #25853708

                1. Зачем выходить на крылья водоизмещающему судну?

                2. В гидравлике вообще нигде нет линейных зависимостей, ни на какой скорости. В кубе растёт МОЩНОСТЬ, просто потому. что по определению: мощность= сопротивление*скорость, то ест N=к*V^2*V=к* V^3

                3. Скорость в механике всегда объективна и однозначна, а число Фруда- это некий косвеный вычисляемый параметр, никак не связанный с замером скорости реального объекта в движении.

                4. Ну и что может помешать разгону корвета с 50 до 65 км/с если его взять на внешний буксир неограниченной силы тяги?...Прямо какая-то непреодолимая стена перед ним возникнет???


                1. salnicoff
                  10.08.2023 14:10
                  #25853778

                  Зачем выходить на крылья водоизмещающему судну?

                  «Метеор» к 50 км/ч уже давно будет на крыльях.

                  В кубе растёт МОЩНОСТЬ, просто потому. что по определению: мощность= сопротивлениескорость, то ест N=кV^2V=к V^3

                  Сопротивление судна нелинейно изменяется с ростом скорости. Причем именно «изменяется», а не растет.

                  число Фруда- это некий косвеный вычисляемый параметр, никак не связанный с замером скорости реального объекта в движении.

                  Число Фруда — это относительная скорость судна.

                  Ну и что может помешать разгону корвета с 50 до 65 км/с если его взять на внешний буксир неограниченной силы тяги?...Прямо какая-то непреодолимая стена перед ним возникнет???

                  При 50 км/ч число Фруда по скорости будет для него 0,45. Это конец водоизмещающего режима движения и начало переходного. Носовые расходящиеся волны примут такую форму, что корма окажется в яме (минимуме волны). Плавучести кормы такой формы будет мало, она провалтся, нос задерется в небо, вся мощность на винтах будет уходить на выталкивание судна из воды в воздух, а на на движение вперед. При буксировке — то же самое, с поправкой на потери на винте. Вы его не вперед тащить будете, а из воды вытаскивать. Чтобы этот пепелац до 65 км/ч разгонялся нужно либо форму корпуса менять, либо увеличивать длину, ширину, осадку, водоизмещение и мощность, чтобы числа Фруда для увеличенного судна укладывались в границы водоизмещающего режима.

                  Выучите сначала теорию, поуправляйте судами, а потом уже пишите.


                  1. iMonin Автор
                    10.08.2023 14:10
                    #25853836

                    1. На крылья некоторые суда могут выходить и на 10 км/ч, при этом другие суда идут в водоизмещающем режиме на 65км/ч (итальянские "лидеры" перед ВОВ разгонялись до 35 узлов =65км/ч) вот только что это меняет в на шем случае?

                    2. Нелинейности есть всегда и везде, так как изменение условий движения приводит к изменению базовых характеристик самих объектов сравнения. Так СПК в водоизмещающем режиме- это один тип судна, а тот же СПК на крыльях- это вообще не водоплавающе судно, а гидролетящее транспортное средство. Потому у них и разные характеристики по скорости и тяге на разных скоростях и режимах.

                    3. Число Фруда- это численный КРИТЕРИЙ для сравнения результатов испытаний разномасштабных объектов!..Точно также как число Рейнольдса....Само по себе число никак не характеризует конкретное судно.

                    4. Даже на 65км/ч конкретный водоизмещающий корвет не выйдет на глиссирование, так как острый нос не создаст достаточного динамического напора с нужной высотой подпирающей волны (см.текст в статье). Именно по этой этот корвет и сделали таким остроносым, так как в тупоносой версии он действительно вышел бы на глиссирование уже на 14 узлах (7м/с = динамический напор 2,4 м. вод ст), не говоря о своих максимальных 27 узлах (13,5м/с = динамический напор 9,5 м. вод. ст)....Этот же корвет без изменений форм корпуса на 65км/ч при добавке тяги в 1,7 раза (мощность вырастет в 2,2 раза) от текущей.


    1. AlanKaye
      10.08.2023 14:10
      #25847914

      картиночки красивые ????????‍♂️


  1. vashu1
    10.08.2023 14:10
    #25846946
    +1

    носы достаточно скоростных подводных лодок и вовсе делают
    сферично-тупыми (см рис.11-12), что как-то намекает на различие
    гидродинамики корпусов полупогружённых надводных кораблей и  подводных
    лодок на глубине.

    При этом носы рыб относительно острые.

    В носу у современной подлодки огромный микрофон сонара

    и острые углы в обтекателе ему сильно мешают - в первую очередь шумом от завихрений, ну и рассеиванием звуков.


    1. iMonin Автор
      10.08.2023 14:10
      #25847272

      А носы китов и кашалотов совершенно тупые!

      Так что ваш пример с аналогией из рыбьего мира прекрасно вписывается в ряд моего примера, где мелкие водоплавающие объекты имеют острые носы ради обтекаемости, а водоплавающие гиганты уже с очень тупыми носами...)))


      1. vashu1
        10.08.2023 14:10
        #25847566

        А носы китов и кашалотов совершенно тупые!

        кашалот

        кит


        1. bkar
          10.08.2023 14:10
          #25847672

          Ну вообще-то их морды достаточно острые. Только если у акулы на конус, то у китообразных на клин. У кашалотов вертикальный, у китов горизонтальный. Ну и китообразные ныряют на сотни метров - там волновое сопротивление отсутствует.

          Их тела явно оптимизированы прежде всего под сопротивление трению воды.


          1. ksbes
            10.08.2023 14:10
            #25847890

            Да и для кашалота его нос - это тоже сонар, вообще-то


        1. Dynasaur
          10.08.2023 14:10
          #25848370

          Просто вы не видели нос кашалота в проекции сверху


          1. vashu1
            10.08.2023 14:10
            #25848416

            На картинке и видно что у него клин. Это ответ на утверждение о "тупоносости" кашалотов, а не утверждение.


            1. Dynasaur
              10.08.2023 14:10
              #25848540

              Да, промахнулся, надо было предыдущему оратору ответить :-)


      1. salnicoff
        10.08.2023 14:10
        #25847576

        Акула — не мелкий водоплавающий объект. А морда — острая! Вы не забывайте, что рыбы еще и едят, и образ питания тут имеет бо́льшее влияние, нежели вопросы чистой гидродинамики.


      1. bbs12
        10.08.2023 14:10
        #25849732
        +1

        Физические характеристики животных могут определяться половым отбором, который не всегда идет по оптимальному пути с точки зрения приспособленности к окружающей среде. Классический пример - хвосты райских птиц и павлина. Эти птицы - плохие самолеты.


    1. salnicoff
      10.08.2023 14:10
      #25847598

      У подводных лодок еще один пункт есть: ее никто не должен слышать. Там даже гребные винты немного другие...


  1. SuperTEHb
    10.08.2023 14:10
    #25848464
    +6

    Волновое сопротивление судна должно быть согласовано с волновым сопротивлением порта. Иначе часть груза отразится и уплывёт обратно.


    1. iMonin Автор
      10.08.2023 14:10
      #25848568

      А ещё нужно учесть волновое сопротивление погранцов, таможни и гайцов...Так и до отрицательных значений можно доотражаться...))


      1. SuperTEHb
        10.08.2023 14:10
        #25848640
        +1

        И везде нужны согласования!


        1. iMonin Автор
          10.08.2023 14:10
          #25848698
          +1

          И совпадения разъёмов...)))


          1. ksbes
            10.08.2023 14:10
            #25849246
            +1

            А если не согласуется - придётся применить ... ТЕРМИНАТОР!