Сопротивление трения

Сопротивление трения судна есть результирующая сила, обусловленная касательными напряжениями на смоченной поверхности корпуса, в проекции на направление v скорости судна.

При определении сопротивления трения судна, принято разделять на сопротивление трения гидродинамической гладкой поверхности корпуса R_тп и сопротивление, обусловленное его шероховатостью R_ш.

R_т = R_тп + R_ш = 0,5 (ζ_тп + ζ_ш) ρv²Ω,

где ζ_тп - коэффициент сопротивления трения гидродинамической гладкой поверхности корпуса;

ζ_ш - коэффициент шероховатости поверхности корпуса (надбавка на шероховатость).

При определении коэффициент ζ_тп принимают, что

ζ_тп = ζ_тгп,

где -коэффициент учитывающий кривизну корпуса;

ζ_тгп- коэффициент сопротивления трения гидродинамической гладкой эквивалентной пластины.

Под эквивалентной пластиной понимается плоская тонкая прямоугольная пластина, длина которой равна длине судна, а поверхность - смоченной поверхности корпуса. Пластина располагается вдоль потока и обтекается со скоростью, равной скорости судна. Характер течения жидкости в пограничном слое пластины соответствует режиму свойственному судну.

 

Гладкая поверхность корпуса отличается от гладкой эквивалентной пластины кривизной, которая учитывается с помощью коэффициента . Коэффициент зависит от отношения L/В. При изменении L/В от 4 до 10 значения лежат в пределах 1,02 1,05, т.е.

коэффициент сопротивления гидродинамически гладкого корпуса мало отличается от коэффициента сопротивления пластины.

Поскольку сопротивление трения обусловлено вязкостью жидкости, коэффициент ζ_тп зависит от числа Рейнольдса. Для турбулентного потока, характерного для движения промысловых судов, коэффициент сопротивления гладкой поверхности корпуса можно подсчитать по формуле Прандтля-Шлихтинга:

ζ_тп = 0,455 (lg Re)^-2,58

Число Рейнольдса Re = vL /ν рассчитывается при заданной скорости судна v и коэффициенте кинематической вязкости ν, который может быть принят равным 1,57·10^-6 м²/с для стандартной температуры воды 4⁰ С. Для промысловых судов коэффициент ζ_тп составляет 1,5 2,3·10^-3.

Влияние шероховатости учитывается коэффициентом шероховатости ζ_ш. Различают общую и местную шероховатость поверхности корпуса.

Общая шероховатость обусловлена достаточно равномерно распределенными по поверхности корпуса неровностями, величины которых зависят от материала поверхности и качества ее обработки, от вида покрытия способа и условий его нанесения. В процессе плавания судна общая шероховатость увеличивается из-за разрушения покрытия (в частности, окраски), коррозии и обрастания поверхности корпуса.

Местная шероховатость обусловлена местными неровностями и выступами или впадинами, которые отстоят друг от друга на большом по сравнению с их размерами расстоянии (сварные швы, козырьки обтекателей, решетки забортных отверстий и т.п.). Для судов со сварной обшивкой, имеющих средние и малые относительные скорости ζ_ш = (0,3 0,6) ·10^-3. Большие значения коэффициента шероховатости ζ_ш характерны для небольших судов.

Примерно 60% надбавки на шероховатость составляет сопротивление от окраски наружной обшивки; 20% - сопротивление сварных швов;15% - вырезов и ниш и 5% - волнистости на поверхности. После года эксплуатации за счет коррозии корпуса, надбавка на шероховатость увеличивается в 3 4 раза, что приводит к увеличению сопротивление трения судна на 30%.