LABORATORIUM Z PODSTAW TEORII OKR
TU
Sprawozdanie z ćwiczenia nr 6
Określenie oporu statku na podstawie badań modelowych
Dlaczego nie można w pełni modelować badań oporu?
Pełne modelowanie badań oporu statku jest niemożliwe ponieważ jednym z koniecznych do tego
warunków jest zachowanie dla statku i modelu równych bezwymiarowych współczynników
występujących w równaniu Naviera - Stockesa. Zachowanie równości tych współczynników nie jest
możliwe dla modelu mniejszego od statku.
Na jakich założeniach opiera się metoda Froude a ekstrapolacji wyników badań modelowych?
1. Opór statku i modelu można rozdzielić na dwa współczynniki: opór tarcia i opór resztowy, przy czym
bezwymiarowy współczynnik oporu lepkości Cf jest funkcją tylko liczby Reynoldsa, a bezwymiarowy
współczynnik oporu rusztowego CR jest funkcją tylko liczby Froude a.
CT(Rn, Fn) = Cf(Rn) + Cf(Fn)
CT - współczynnik oporu całkowitego
Cf - współczynnik oporu tarcia
CR - współczynnik oporu resztowego
2. Opór tarcia statku lub modelu jest równy oporowi tarcia płaskiej płyty o tej samej długości i
powierzchni zwilżonej co statek (model) i przy tej samej prędkości.
Cf = CF0
CF0 - współczynnik oporu płaskiej płyty
3. Przy zachowaniu podczas prób modelowych oporu prawa podobieństwa Froude a wartość
współczynnika oporu resztowego jest taka sama dla modelu i statku przy ustalonej liczbie Froude a.
CRs(Fns) = CRm(Rnm)
s  statek
m  model
Czym różni się metoda ekstrapolacji trójwymiarowej od metody Froude a?
Metoda ekstrapolacji trójwymiarowej różni się od metody Froude a tym, iż po przeprowadzeniu badań
okazało się, że w rzeczywistości opór płaskiej płyty używany w metodzie Froude a nie jest równy
oporowi stawianemu przez statek (model). Przyczyną takiego stanu rzeczy jest istnienie na kadłubie
podłużnej i poprzecznej krzywizny, która powoduje dużo większą zmienność gradientu ciśnienia na
powierzchni kadłuba w porównaniu do płaskiej płyty. Daje to w efekcie odmienność w rozkładzie
prędkości i grubości warstwy przyściennej, a w efekcie wartości naprężeń stycznych. Równocześnie
część oporu całkowitego zwanego oporem ciśnienia, będąca funkcją liczby Rn w metodzie Froude a jest
zawarta w oporze resztowym i przeliczana wg prawa podobieństwa Froude a.
Jak przygotowuje się model do badań?
Ze względu na trudność odwzorowania wpływu nierówności powierzchni kadłuba statku na wartość
oporu model wykonuje się w taki sposób, aby jego powierzchnia była bardzo gładka, dokładnie
oszlifowana i wypolerowana, natomiast przy przeliczaniu wyników modelu na statek uwzględnia się fakt
istnienia nierówności na kadłubie statku poprzez zwiększenie jego oporu tarcia.
Istniejące na statku części wystające takie jak stery, wsporniki wału śrubowego, stępki
przeciwprzechyłowe itp. można również umieścić na modelu, trzeba jednak pamiętać, że przerost oporu
wywołany przez te elementy jest w przypadku modelu znacznie większy niż w przypadku statku. Należy
więc zmniejszyć składniki oporu od części wystających o pewien procent zależny od skali i rodzaju
części wystających. Można też przebadać model statku bez wystających części, a otrzymany wynik oporu
zwiększyć o pewien procent, który ustala się na podstawie publikowanych oszacowań.
Ponieważ na statku rzeczywistym występuje na prawie całej jego długości opływ turbulentny, a więc i w
próbie wykonywanej na modelu musi być on uwzględniony. Jedynym możliwym sposobem na
wytworzenie opływu turbulentnego jest użycie tzw. turbulizatora, którym najczęściej jest drut, lub rząd
gwoz
dzi umieszczonych na dziobie na powierzchni kadłuba w płaszczyz
nie wręgu 9,5.
Przygotowanie modelu do próby polega na:
1. dobraniu odpowiedniej ilości balastu, tak aby ciężar modelu oraz balastu odpowiadał założonej
wyporności;
2. odpowiednim rozmieszczeniu balastu wewnątrz modelu tak, aby jego zanurzenie w wodzie było
zgodne z naniesionymi na dziobie, rufie oraz obu burtach na śródokręciu znakami;
Co to są turbulizatory i do czego służą?
Turbulizatorami najczęściej mogą być druty bądz
rzędy gwoz
dzi umieszczane na dziobie modelu na
powierzchni kadłuba w płaszczyz
nie wręgu 9,5. Celem zastosowania turbulizatora jest wytworzenie
opływu turbulętnego wzdłuż całej długości modelu co ma miejsce na statku. Zastosowanie turbulizatora
jest jedynym możliwym sposobem na uwzględnienie tego zjawiska.
Jak uwzględnia się opór części wystających w prognozie oporu statku?
W celu uwzględnienia w prognozie oporu statku elementów wystających można je również zamontować
na modelu. Trzeba jednak pamiętać, że w przypadku modelu powodują one dużo większy opór niż w
przypadku prawdziwego statku, dlatego też należy zmniejszyć składnik oporu pochodzący od części
wystających o pewien procent zależny od skali i rodzaju części wystających.
Możliwe jest także badanie oporu modelu statku bez montowania wystających części, ale w tym
przypadku otrzymany wynik oporu należy zwiększyć o pewien procent, który ustalany jest na podstawie
publikowanych oszacowań.