История, Как Возникло Древнерусское Государство, История рода Рюриковичей, Старинные Печати, Государственный Герб России: от первых Печатей до наших Дней, Символы и Святыни России в Картинках, Преподобный Феодосий Кавказский, Русские Святые, Как Появились Награды в России, Портреты Российских Царей, Генералов, Изображения Наград, Русские Народные Игры, Русские Хороводы, Русские народные Поговорки, Пословицы, Присловья, История Древней Греции, Чудеса Света, История Развития Флота, Автомобили Внедорожники, Отдых в Волгограде
Загрузка...

Меню Сайта

Главная

Как Возникло Древнерусское Государство

Русские князья период от 1303 до 1612 года

Династия Романовых

История России с конца XVIII до начала XX века

История и мистика при Ленине и Сталине

История КГБ от Ленина до Горбачева

История Масонства

Казни

Государственный Герб России: от первых Печатей до наших Дней

Символы и Святыни Русской Православной Церкви

Символы и Святыни России в Картинках

Портреты Российских Царей, Генералов, Изображения Наград

Награды Российской Империи

Русские Народные Игры

Хороводы

Русские народные Поговорки, Пословицы, Присловья

История Древней Греции

Преподобный Феодосий Кавказский

Русские Святые

Алгоритмы геополитики и стратегии тайных войн мировой закулисы

Чудеса Света

Катастрофы

Реактивные самолеты и ракеты Третьего рейха

История Великой Отечественной Войны, Сражения, Нападения, Операции, Оборона

История формирования, подготовка, и выдающиеся операции спецподразделений (спецназа)

История побед летчика Гельмута Липфера

История войны рассказанная немецким пехотинцем Бенно Цизером

Мифы индейцев Южной Америки

История Развития Флота

История развития Самых Больших Кораблей

Постройка моделей Кораблей и Судов

История развития Самых Быстрых Кораблей

Автомобили Внедорожники

Вездеходы Снегоходы

Танки

Подводные Лодки

Туристам информация о Странах

Отдых в Волгограде

Задача сопротивления воды В. ФРУДА

В 1834г. английский ученый и кораблестроитель Скотт Россел проводил опыты в канале с моделями, пытаясь установить закономерность сопротивления воды движущемуся в ней судну. С той же целью в 1840г. под руководством Россела была осуществлена опытная буксировка корабля.

Обработав результаты опытов, ученый впервые установил, что сопротивление зависит от характера создаваемых кораблем волн. В 1869г. Россел опубликовал свою теорию сопротивления воды. Однако практического применения выводы ученого не получили, так как не давали конкретных рекомендаций кораблестроителям. Дать такие рекомендации сумел соотечественник Россела физик Вильям Фруд (1810—1879).

Занимаясь исследованиями сопротивления воды на моделях, Фруд исходил из ньютоновского закона механического подобия, которому подчиняется волновое сопротивление, поскольку оно, будучи связано с массой воды и гравитационными силами, не может быть выражено какой-либо аналитической функцией и вычислено.

В то же время сопротивление трения, обусловленное вязкостью воды, хотя и не подчиняется закону механического подобия, но может быть выражено математической зависимостью, а следовательно, вычислено.

Фруд считал, что при сопоставлении корабля и его модели с точки зрения волновой динамики условия в двух геометрически подобных случаях будут одинаковы, если длина корабля Lк и его модели Lм находятся между собой в таком отношении, как длины образуемых ими волн. А следовательно,  согласно закону механического  подобия, отношение скоростей корабля Vк и его модели Vм можно выразить уравнением

где g — ускорение силы тяжести (в рассматриваемом случае величина неизменная). Другими словами, скорости корабля и его модели пропорциональны квадратным корням из их линейных размеров.

Вскоре Фруду представился случай проверить свои выводы на практике. В 1869г. Британская Ассоциация решила провести испытания парового судна на режимах буксировки и движения под машиной, с измерением скорости судна и мощности энергетической установки для проверки совпадаемости результатов, Фруд Предложил параллельно с испытаниями парохода провести опыты над его небольшими моделями.

Последние сомнения были устранены, и ученый вынес на суд кораблестроителей закон подобия, который до настоящего времени является одним из главных инструментов при проектировании кораблей и судов. Закон гласит: сопротивления формы двух геометрически подобных судов относятся между собой как кубы их линейных измерений, в то время как их скорости будут находиться в отношении корня квадратного из их измерений. Обозначения v и L, приведенные в формуле, представляют собой соответственно скорости хода и каждый линейный размер (например, длину, ширину, осадку) корабля и модели.

В основу метода пересчета испытаний модели на корабль было положено разделение полного сопротивления модели и корабля на составляющие: сопротивление трения Rf  и остаточное сопротивление Rr, в котором были объединены сопротивление формы и волновое сопротивление. Пересчет осуществлялся в такой последовательности. Из замеренного полного сопротивления модели вычиталось ее сопротивление трения, рассчитанное по формуле, предложенной Фрудом. Полученное таким образом остаточное сопротивление модели пересчитывалось по кубу масштаба модели на корабль, в результате чего определялось остаточное сопротивление корабля. Чтобы получить полное сопротивление корабля, нужно было к его остаточному сопротивлению прибавить вычисленное по формуле сопротивление трения.

В подтверждение своего метода Фруд провел классический опыт сравнительных испытаний корвета. «Грейхоунд» и его модели. Буксировка корвета осуществлялась крейсером. Расхождение сопротивления корвета при пересчете с модели (около 30% при 4 уз и около 10% при 12,5 уз) Фруд объяснил влиянием неустранимых явлений при проведении испытаний: действием волн и встречного потока воды, создаваемых буксировщиком,   а   главное, состоянием обшивки подводной части корпуса корвета, которая была намного более загрязненной, чем поверхность модели. Этим, в частности, объяснялось неодинаковое расхождение при 4 и 12,5 уз: ведь, как мы уже знаем, с увеличением скорости составляющая сопротивления трения в полном сопротивлении, по сравнению с составляющей волнового сопротивления, резко уменьшается.

 

Рис. 14. Характер зависимости волнового сопротивления от скорости корабля

Полученные Фрудом результаты были высоко оценены кораблестроителями. На дискуссии по испытаниям «Грейхоунда» Скотт Россел сказал: «...и если удастся каждую модель сравнивать с построенным и испытанным на мерной миле кораблем, то это сделает науку военного кораблестроения самой совершенной и абсолютной наукой, а также одним из самых удивительных и изящных из существующих искусств». В честь заслуги ученого отношение  v/NgL, являющееся одной из основных характеристик ходкости, назвали числом Фруда и обозначают Fr.

На рис. 14 представлен график роста волнового сопротивления корабля в зависимости от скорости. Что означают выпуклости и впадины на кривой? Ведь корабль набирает скорость довольно плавно. Дело в том, что между скоростью, размерами корабля и волновым сопротивлением существует зависимость. С увеличением скорости носовые и кормовые поперечные волны постепенно смещаются относительно друг друга, и когда гребень носовой волны накрывает гребень кормовой, высоты обеих волн складываются и волновое сопротивление резко возрастает.

Когда же гребни носовых волн накладываются на впадины кормовых и волны практически исчезают, волновое сопротивление уменьшается. Выпуклые участки на кривой соответствуют неблагоприятным скоростям корабля, а вогнутые — благоприятным. С учетом этого иногда целесообразно длину корабля увеличить на длину носовой полуволны, соответствующую скорости, и тем самым снизить волновое сопротивление. Странная  по форме кривая лишний раз подтверждает сложность явления волнового сопротивления.

Метод Фруда быстро получил признание в странах с развитым кораблестроением. Одними из первых его оценили русские ученые и кораблестроители. В 1880г. Д. И. Менделеев писал: «Оказалось, что корабли строят и по сих пор ощупью, пользуясь многоразличною практикою, а не расчетом, основанным на теории или опытах сопротивления».

В 1882г. русские кораблестроители подняли вопрос о необходимости параллельно с исследованиями кораблей по программе натурных испытаний проводить испытания моделей в опытовом бассейне. Однако морское министерство в течение нескольких лет, используя различные предлоги, затягивало постройку бассейна. Неизвестно, когда бы вообще его построили, если бы не... английский броненосец, обогнавший в 1888г. русский броненосец с находившимся на борту великим князем генерал-адмиралом Алексеем Александровичем. Разгневанный великий князь топал ногами и поносил моряков, пока ему не доложили, что происшедшее закономерно, так как броненосцы отечественной постройки развивают не более 15—16 уз, в то время как английские — около 18 уз, и это в немалой степени объясняется тем, что проектируются они с учетом испытаний моделей в опытовом бассейне.

Загрузка...

Обидный для престижа русского флота эпизод, обеспечивший «высокое» вмешательство, сдвинул дело с мертвой точки, и в 1894г. в Петербурге начал функционировать первый русский опытовый бассейн. В его создании активную роль сыграл Д. И. Менделеев, написавший первый проект «Положения о бассейне для производства опытов над сопротивлением воды на модели судов и над действием судовых двигателей».

Уже первые испытания в бассейне показали, как велико значение этой лаборатории кораблестроения. Первыми были испытаны модели ранее упомянутого броненосного крейсера «Герцог Эдинбургский». Испытания проводились с целью проверки возможности увеличить скорость полного хода корабля с 15,3 до 18 уз. Выяснилось, что для этого мощность машины крейсера нужно увеличить почти в 3 раза. Проектировщики были обескуражены, так как, по их расчетам, достаточно было увеличить мощность машины примерно на 40%.

В результате испытаний моделей намеченных к постройке броненосцев «Пересвет» и «Ослябя» удалось значительно уменьшить мощность машин по сравнению с проектом, разработанным до испытаний.

В январе 1900г. руководство русским опытовым бассейном было поручено тогда еще молодому ученому Алексею Николаевичу Крылову (1863—1945). В течение девяти лет А. Н. Крылов блестяще руководил деятельностью опытового бассейна, что нашло непосредственное отражение в высоком качестве кораблей, построенных в те годы на русских верфях.

Научная деятельность А. Н. Крылова, которой он посвятил шестьдесят лет своей жизни, охватывает ряд отраслей физико-математических знаний. Вклад А. Н. Крылова в математику, астрономию, баллистику, теорию стрельбы, геодезию и другие отрасли науки и техники поистине огромен. Однако центральное место в исследованиях ученого занимали его работы по теории корабля, завоевавшие ему мировую известность. Кораблестроители справедливо считают А. Н. Крылова отцом современного кораблестроения, преобразованию которого «из искусства в строгую науку» он посвятил всю жизнь.

 

Рис. 15. Общий вид опытового бассейна

Современный опытовый бассейн представляет собой канал длиной около 1000м, шириной 16-18м и глубиной до 12м, перекрытый крышей. Вдоль канала уложены рельсы, по которым наподобие мостового крана движется самоходная буксировочная тележка (рис. 15). На тележке размещены электродвигатель и измерительная аппаратура; там же находятся исследователи. В средней части пола тележки сделан вырез, над которым установлен динамометр с рычагом, спускающимся к воде К концу рычага крепится буксирный тросик, соединенный с моделью, находящейся на воде под вырезом в полу тележки

(рис. 16).

 

Рис. 16. Схема буксировочной тележки

Когда тележка, а за ней и модель движутся вдоль канала, динамометр показывает горизонтальную силу, с которой модель тянет рычаг назад. Это и есть полное сопротивление, которое встречает модель при буксировке. Модель изготовляют в полном соответствии с теоретическим чертежом  корабля. Она  должна  быть  геометрически  подобна натуре  Это значит, что все внешние линейные размеры модели и деталей, расположенных на корпусе по длине, ширине и высоте, должны быть меньше, чем у предполагаемого к постройке корабля, в одно и то же число раз, называемое линейным масштабом.

Для определения сопротивления модели изготовляют без палуб, надстроек и мачт. Корпус модели выполняют из парафина с добавлением 4—6% воска, а скелет — из дерева. Парафин удобен тем, что очень легко обрабатывается и позволяет в процессе поиска оптимальных формообразований производить наплавку и обстругивание поверхности.

Для определения сопротивления выступающих частей широко используется экспериментальный метод. На модели устанавливают изготовленные в соответствующем масштабе выступающие части, и результаты буксировочных испытаний модели с выступающими частями сравнивают с результатами испытаний модели гладкого корпуса.

В. Фруд создал инструмент, с помощью которого уже на стадии проектирования можно было с достаточной точностью и сравнительно просто определять сопротивление корабля и выбирать оптимальные форму и размерения его корпуса, чтобы обеспечить заданную скорость при наименьшей мощности энергетической установки. Борьба за скорость могла быть продолжена.

Мерная миля  (в настоящее время мерная линия) — точно выверенное  расстояние между двумя определенными точками для установления скорости кораблей на испытаниях.

История развития Самых Быстрых Кораблей