Gemi direnci ve itme gücü - Ship resistance and propulsion

Bir gemi , minimum dış kuvvetle suda verimli bir şekilde hareket edecek şekilde tasarlanmalıdır . Binlerce yıldır gemi tasarımcıları ve yelkenli gemi yapımcıları, belirli bir geminin yelkenlerini boyutlandırmak için gemi ortası bölüm alanına dayalı temel kuralları kullandılar. Örneğin, kesme gemileri için gövde formu ve yelken planı teoriden değil deneyimlerden gelişti. 19. yüzyılın ortalarında buhar gücünün ortaya çıkmasına ve büyük demir gemilerin inşasına kadar gemi sahipleri ve inşaatçılar için daha titiz bir yaklaşıma ihtiyaç duyulduğu netleşmedi.

Tanım

Gemi direnci, gemiyi durgun suda sabit bir hızda çekmek için gereken kuvvet olarak tanımlanır.

Direnç bileşenleri

Suya göre hareketsiz olan bir vücut, yalnızca hidrostatik basınç yaşar. Hidrostatik basınç, her zaman vücut ağırlığına karşı koyar. Vücut hareket halindeyse, vücuda etki eden hidrodinamik basınçlar da vardır.

Toplam direnç ${\ displaystyle R_ {T}}$

Artık direnç ${\ displaystyle R_ {R}}$

Cilt sürtünme direnci ${\ displaystyle R_ {FO}}$

Cilt sürtünmesi üzerinde form etkisi

Basınç direnci ${\ displaystyle R_ {P}}$

Sürtünme direnci ${\ displaystyle R_ {F}}$

Dalga direnci ${\ displaystyle R_ {W}}$

Viskoz basınç direnci ${\ displaystyle R_ {PV}}$

Dalga yapma direnci ${\ displaystyle R_ {WM}}$

Dalgalanma direnci ${\ displaystyle R_ {WB}}$

Viskoz direnç ${\ displaystyle R_ {V}}$

Toplam direnç ${\ displaystyle R_ {T}}$

Froude'un deneyleri

Gemi modellerini test ederken ve ardından sonuçları gerçek gemilerle karşılaştırırken, modeller geminin direncini fazla tahmin etme eğilimindedir.

Froude, bir gemi veya model sözde Hull hızındayken, enine dalgaların dalga modelinin (gövde boyunca dalgaların) su hattının uzunluğuna eşit bir dalga boyuna sahip olduğunu gözlemlemişti. Bu, geminin pruvasının tek dalga tepesinde olduğu ve kıçının da olduğu anlamına gelir. Buna genellikle gövde hızı denir ve geminin uzunluğunun bir fonksiyonudur.

${\ displaystyle V = k {\ sqrt {L}}}$

sabit (k) şu şekilde alınmalıdır: kn cinsinden hız (V) ve metre (m) cinsinden uzunluk (L) için 2,43 veya kn cinsinden hız (V) ve fit (ft) cinsinden uzunluk (L) için 1,34.

Bunu gözlemleyen Froude, gemi direnci sorununun iki farklı bölüme ayrılması gerektiğini fark etti: artık direnç (esas olarak dalga yapma direnci) ve sürtünme direnci. Uygun kalıntı direncini elde etmek için, geminin oluşturduğu dalga trenini model testlerinde yeniden oluşturmak gerekiyordu. Uygun hızda çekilen herhangi bir gemi ve geometrik olarak benzer model için şunları buldu:

Viskozite nedeniyle kayma tarafından verilen bir sürtünme direnci vardır. Bu, hızlı gemi tasarımlarında toplam direncin% 50'sine ve daha yavaş gemi tasarımlarında toplam direncin% 80'ine neden olabilir.

Sürtünme direncini hesaba katmak için Froude, model gemi ile aynı ıslak yüzey alanına ve uzunluğa sahip olan bir dizi düz plakayı çekmeye ve bu plakaların direncini ölçmeye karar verdi ve bu sürtünme direncini toplam dirençten çıkararak kalan direnç olarak geri kalan.

Sürtünme

Viskoz bir sıvıda bir sınır tabakası oluşur. Bu, sürtünme nedeniyle net bir sürüklenmeye neden olur. Sınır tabakası geçirirken suyun alan akışını ulaşana kadar gövde yüzeyinden uzanan farklı hızlarda makaslama.

Dalga oluşturma direnci

Bozulmamış suyun yüzeyinde hareket eden bir gemi, esas olarak geminin pruvasından ve kıçından yayılan dalgalar oluşturur . Geminin yarattığı dalgalar, ıraksak ve enine dalgalardan oluşur. Iraksak dalgaları gözlenir ardından rahatsızlık açısından dışa doğru diyagonal veya eğik tepe bir dizi ile bir geminin. Bu dalgalar ilk olarak, geminin hızına bakılmaksızın, gemiyi takip eden 19.5 derecelik (her bir taraf: "Yat Tasarımının İlkeleri") simetrik takozda bulunduğunu keşfeden William Thomson, 1. Baron Kelvin tarafından incelendi . Farklı dalgalar, geminin ileri hareketine karşı fazla direnç göstermez. Bununla birlikte, enine dalgalar, bir geminin uzunluğu boyunca çukurlar ve tepeler olarak görünür ve bir geminin dalga oluşturma direncinin büyük bir bölümünü oluşturur. Enerji enine dalga sistemi ile bağlantılı bir yarım faz hızı veya dalgaların grup hızı ile hareket eder. Geminin ana taşıyıcı, bu enerji masrafının üstesinden gelmek için sisteme ek enerji koymalıdır. Gemilerin hızı ile enine dalgaların hızı arasındaki ilişki, dalga hızı ve geminin hızı eşitlenerek bulunabilir.

Ayrıca bakınız

• William Froude

Referanslar

• EV Lewis, ed., Principles of Naval Architecture , cilt. 2 (1988)