नीचे कौन से Froude नंबर से मैं जहाज पर लहर बनाने के प्रतिरोध की उपेक्षा कर सकता हूं?

Question

मैं एक पोत पर कुछ बहुत ही सरल खींचें गणना करना चाहता हूं। मेरी आशा थी कि त्वचा-घर्षण प्रतिरोध की गणना करने से सर्ज प्रतिरोध का एक अच्छा अनुमान प्राप्त करने के लिए पर्याप्त होगा।

क्योंकि तरंग बनाने का प्रतिरोध बहुत गति पर निर्भर है, मेरा मानना ​​है कि जब जहाज एक निश्चित गति से नीचे होता है तो आप इसकी उपेक्षा कर सकते हैं। मैं यह भी मानता हूं कि मुझे पोत के आकार को ध्यान में रखने के लिए, वेगों के बजाय फ़ुर्दे संख्याओं के साथ काम करना होगा।

मैंने पुस्तकों और इंटरनेट पर Fn = 0.1 और Fn = 0.2 के नीचे Froude संख्या देखी है, लेकिन यदि आप 100 मीटर लंबी जलरेखा के साथ एक जहाज के लिए वेग की गणना करते हैं, तो आपको यह मिलेगा:

$$V = 0.1 \cdot \sqrt{9.81\ \text{m/s}^2 \cdot 100\ \text{m}} \approx 3.13\ \text{m/s} \approx 6.08\ \text{knots}$$

$$V = 0.2 \cdot \sqrt{9.81\ \text{m/s}^2 \cdot 100\ \text{m}} \approx 6.26\ \text{m/s} \approx 12.16\ \text{knots}$$

मेरी राय में यह मूल्य बहुत अधिक है। 12.16 समुद्री मील कुछ जहाजों के लिए लगभग सेवा की गति है और 6 समुद्री मील भी काफी अधिक है।

क्या Fn = 0.1 और Fn = 0.2 उचित संख्याएँ हैं, और यदि नहीं, तो Froude संख्याओं के नीचे मुझे लहर बनाने वाले प्रतिरोध की उपेक्षा करने में सक्षम होने के लिए क्या करना चाहिए?

Comments

मैं पूछने जा रहा था कि लहर बनाने का प्रतिरोध क्या था। en.wikipedia.org/wiki/Wave-making_resistance । यह पानी को रास्ते से बाहर धकेलने की ऊर्जा है और हमेशा बनी रहती है।

— जॉर्ज हेरोल्ड

Answer 1

आपका अंतर्ज्ञान सही है, वे उच्च हैं। हालांकि, आपको लहर-प्रतिरोधी प्रतिरोध को नगण्य होने के लिए बहुत धीरे-धीरे आगे बढ़ने की आवश्यकता होगी । और चूंकि यह आम तौर पर त्वचा-घर्षण से अधिक है, मुझे नहीं लगता कि आप वास्तविक रूप से एक महत्वपूर्ण त्वचा घर्षण और एक नगण्य लहर बनाने वाले प्रतिरोध की उम्मीद कर सकते हैं। शायद एक बेहतर सरलीकृत दृष्टिकोण त्वचा के घर्षण को नजरअंदाज करना और केवल लहर बनाने के प्रतिरोध पर ध्यान केंद्रित करना होगा।

Answer 2

ये समझदार कफ़न संख्याएं हैं या नहीं, यह प्रश्न में पोत की लंबाई पर निर्भर करता है। 100 मीटर के जहाज के लिए ये संभवत: उच्च हैं, लेकिन 5 मीटर के लिए ये काफी कम संख्या होगी।

गति से लंबाई अनुपात महत्वपूर्ण कारक है जो त्वचा और तरंग घर्षण के महत्व को निर्धारित करता है। साथ त्वचा घर्षण तराजू , जबकि लहर खींचें बहुत अधिक तेजी से बढ़ जाती है। मुझे एक संक्षिप्त खोज में सटीक सूत्र नहीं मिल पाया है, मुझे याद है कि का एक कारक बताया जा रहा है । लहर खींचें विस्थापन (गैर-नियोजन) पोत की गति पर एक व्यावहारिक सीमा ।$V^2$$V^6$$1.34L$

छोटी गति से लंबाई अनुपात के लिए त्वचा का घर्षण प्रमुख होगा, जबकि बड़े अनुपात के लिए लहर घर्षण महत्वपूर्ण है। एक उदाहरण मूल्य मैंने पाया कि त्वचा घर्षण गति / लंबाई = 1 पर कुल खींचें का 65% है।

सामान्य तौर पर बड़े जहाजों में कम गति / लंबाई होगी और त्वचा का घर्षण हावी रहेगा। दूसरी ओर, विघ्न या कश्ती जैसी छोटी विस्थापन नौकाओं में वेव ड्रैग द्वारा हावी त्वचा घर्षण होगा।

Answer 3

"हल गति" वास्तव में लंबाई के वर्गमूल की गति का अनुपात है। चीजों को और अधिक भ्रमित करने के लिए, लंबाई पैरों में है, और गति समुद्री मील में है। इस तरह 1.34 लगातार होता है। (ProTip: चलो इसे फिर से कभी नहीं बोलते हैं!)

वेव प्रतिरोध ( ) के बारे में 0.35 की एक Froude संख्या (Fr) में तेजी से वृद्धि शुरू होती है। उस Fr के नीचे, आमतौर पर त्वचा-घर्षण और अन्य हाइड्रोडायनामिक ड्रैग घटकों की तुलना में छोटा होता है।$R_w$$R_w$

अब, उदाहरण के लिए, तरंग प्रतिरोध गुणांक को रूप में परिभाषित किया जाता है , जहां जल घनत्व है, जहाज की गति है, और स्थैतिक (स्थिर) गीली सतह है हल का क्षेत्र।$C_w = R_w/(0.5 \rho U^2 S)$$\rho$$U$$S$

गहरे पानी में, लगभग 6 वीं शक्ति की तरह Fr बढ़ता है।$C_w$

गहराई-आधारित Froude संख्या , जहाँ गुरुत्वाकर्षण गुरुत्वाकर्षण है, और पानी की गहराई है।$F_h = U/\sqrt{g h}$$g$$h$

गहरे पानी के लिए, Fh की तरह लगभग 10 वीं शक्ति बढ़ा सकता है । एक बार (महत्वपूर्ण मान) माध्यम से , लहर प्रतिरोध कम होने लगता है, और यह समान लंबाई वाले Froude नंबर (Fr) के लिए गहरे पानी की तुलना में कम हो सकता है।$C_w$$F_h \rightarrow 1$$F_h =1$

$F_h < 1$ को आमतौर पर उप-क्रिटिकल के रूप में संदर्भित किया जाता है; सुपर-क्रिटिकल है, और (मोटे तौर पर) ट्रांस-क्रिटिकल है।$F_h > 1$$0.9 < F_h < 1.1$

ट्रांस-क्रिटिकल शासन में, पतवार बलों और क्षणों का भी अनुभव करता है जो पानी की अविभाजित मुक्त सतह के संबंध में अपना दृष्टिकोण बदल देता है। एक पतवार के ट्रिम और हीव को "स्क्वाट" के रूप में जाना जाता है। इस घटना की सटीक भविष्यवाणी करना मुश्किल है। यह प्रतिरोध पर कुछ प्रभाव डाल सकता है लेकिन, इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि उथले पानी में समुद्र-बिस्तर के खिलाफ जहाज के ग्राउंडिंग का भी खतरा है। इससे आय का बड़ा नुकसान हो सकता है, और घटना के लिए घातक परिणाम भी आए हैं।

परिमित गहराई के लिए वेव पैटर्न काफी दिलचस्प हैं ...

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जैसे ही ट्रांस-क्रिटिकल शासन में प्रवेश करता है, वेव पैटर्न नाटकीय रूप से बदल जाता है। वी-आकार का कोण खुलता है और पर 90 डिग्री हो जाता है ।$F_h$$F_h = 1$

उप-महत्वपूर्ण गति के लिए, अनुप्रस्थ तरंगें (जहाज के ट्रैक के लंबवत) स्पष्ट हैं। सुपर-क्रिटिकल फ्लो में, अनुप्रस्थ तरंगें गायब हो जाती हैं। (संक्षेप में, वे जहाज के साथ नहीं रख सकते हैं)।

अस्वीकरण: ये पैटर्न मेरे (फ्री) प्रोग्राम फ्लोटिला का उपयोग करके बनाए गए थे।

अधिक पैटर्न यहां देखे जा सकते हैं:

www.cyberiad.net/wakeimages.htm

Answer 4

आप सही हैं कि Froude नंबर (Fr) तरंग प्रतिरोध के लिए बहुत महत्वपूर्ण है।

जवाब nivag द्वारा दिए गए गति-लंबाई अनुपात (भी "पतवार गति" के रूप में जाना जाता है) के बारे में सही नहीं है। यह सीमा अक्सर उद्धृत की जाती है, लेकिन यह एक मिथक है कि विस्थापन के लिए किसी भी तरह से असंभव है इसे पार करने के लिए पतवार। जहाजों की तुलना में तेजी से यात्रा की जा सकती है, इसका मतलब यह है कि पारंपरिक जहाजों के लिए, ऊर्जा की आवश्यकता आमतौर पर निषेधात्मक होती है।

पतले पतवार (पंक्तिबद्ध गोले की तरह) के अनुपात से परे आसानी से संचालित करने में सक्षम हैं । ओलंपिक स्तर पर, उदाहरण के लिए रोइंग गोले, लगभग 0.45 और 0.7 के बीच Fr पर काम करते हैं।$1.34 L$

त्वचा-घर्षण के अलावा, आपको "फॉर्म ड्रैग" पर भी विचार करना होगा। यह घटक कम फुल पर स्टबल हल्स (यानी बीम की छोटी लंबाई, एल / बी) वाले लोगों के लिए महत्वपूर्ण हो सकता है। एक टग नाव में एक ही Fr पर रोइंग शेल की तुलना में अधिक बड़ा रूप होगा।

यदि पतवार में ट्रांसॉम (यानी कट-ऑफ) स्टर्न है, तो प्रतिरोध का एक बड़ा घटक भी होगा जब ट्रांसॉम पूरी तरह से सूखा नहीं चल रहा हो। उस मामले में, कम Froude नंबरों पर स्टर्न के पीछे बहुत सी एडिटिंग और संभव तरंग-ब्रेकिंग होती है। उच्च Fr पर ट्रांसॉम सूखा है, और लहर प्रतिरोध और फार्म ड्रैग बहुत कम है।

यदि आप हमें नाव के मुख्य अनुपात (जैसे विस्थापन वजन, लंबाई, बीम और ड्राफ्ट) के बारे में थोड़ा और बताएं तो हम अधिक सलाह दे सकते हैं।

यदि पतवार काफी पतला है, तो L / B> 5 ​​का कहना है, तो आप कुल प्रतिरोध (चिपचिपा + तरंग) का अनुमान लगाने के लिए कुछ मुफ्त सॉफ्टवेयर आज़मा सकते हैं। उदाहरण के लिए, माइकललेट और फ्लोटिला देखें ।

पानी की गहराई लहर प्रतिरोध को भी प्रभावित कर सकती है। इस मामले में गहराई-आधारित फ्राउड संख्या एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है, वायुगतिकी में मच संख्या की तरह। मिचलेट और फ्लोटिला दोनों आपको पानी की गहराई को अलग करने और लहर प्रतिरोध और लहर पैटर्न पर प्रभाव को देखने की अनुमति देंगे।

Comments

दिलचस्प जवाब! मैं यह नहीं समझता कि आप जिस गति-लंबाई के अनुपात पर चर्चा करते हैं, उसका उपयोग कैसे करें। स्पीड / लंबाई में 1 / समय की इकाइयाँ होती हैं और आपके द्वारा दिए गए नंबर (यानी 1.34 L) की लंबाई की इकाइयाँ होती हैं। मैं क्या खो रहा हूँ? क्या संख्या १.३४ में इकाइयाँ हैं? इसे अधिक समाप्‍त करने के लिए; अगर मेरे पास एक पारंपरिक नाव है जो 5 मीटर लंबी है, तो मी / एस की इकाइयों में इसकी गति की सीमा क्या है?

— क्रिस मुलर