Co to jest efekt skali w odniesieniu do badań modelowych?
Błędy w prognozowanych właściwościach statku spowodowane nie zachowaniem wszystkich praw odnoszących się do statku w stosunku do modelu. Należy zachować podobieństwa:
- geometryczne: stosunek wymiarów statku i modelu jest zachowany dla wszystkich wymiarów liniowych: $\lambda = \frac{L_{s}}{L_{m}} = \frac{B_{s}}{B_{m}} = \frac{T_{s}}{T_{m}} = const.$, także współczynnik środka masy.
- kinematyczne: zjawiska będą kinematycznie podobne jeśli prędkość odpowiednich punktów modelu i statku będzie równoległa a ich stosunek stały: $\lambda_{v} = \frac{v_{r}}{v_{m}} = \frac{w_{s}R_{s}}{w_{m}R_{m}} = const.$, skala czasu:$\lambda_{t} = \frac{t_{s}}{t_{m}}$
- dynamiczne: kierunki sił działających na odpowiednie punkty statku i modelu są równoległe, a stosunek ich wartości jest stały:
Co to jest wypór i opór hydromechaniczny?
Wypór: składowa pionowa siły F działająca w kierunku normalnym do powierzchni wody spokojnej. Dzielimy na:
- hydrostatyczny: występuje w przypadku gdy okręt nie porusza się względem wody
- dynamiczny: występuje w przypadku, kiedy statek porusza się względem wody
W przypadku statków wypornościowych, całkowity ich wypór jest równy wyporowi hydrostatycznemu, wypór dynamiczny odgrywa rolę w jednostkach ruchliwych i szybkich.
Opór: składowa siły F na kierunku prędkości ustalonego ruchu płaskiego statku jest oporem całkowitym okrętu i ma kierunek przeciwny do prędkości okrętu. Rozróżniamy:
- opór ciśnienia(falowy)
- opór tarcia(lepkości)
Jakie statki nazywamy wypornościowymi?
Statki wypornościowe to takie dla których całkowity ich wypór jest równy wyporowi hydrostatycznemu.
Kiedy modelowanie zjawisk hydromechanicznych jest modelowaniem zupełnym ? Czy modelowanie i wyznaczanie wyporu metodą Froud’a jest modelowaniem zupełnym?
Modelowanie zupełne to takie, w którym spełnione są wszystkie istotne kryteria podobieństwa. Modelowanie metodą Froud’a będzie zupełne, kiedy model będzie w skali rzeczywistej(będzie wymiarów statku)
Liczby kryterialne.
v- prędkość, g- stała grawitacyjna, L- długość, ρ- gęstość, p- ciśnienie, a –nap. Pow.
Liczba Strauhala- dla zjawisk o charakterze bezwładnościowym(warunek modelowania sił), służy do ustalenia podobieństwa przepływów o charakterze pulsującym: $S_{n} = \frac{v_{0}T_{0}}{L_{o}}$
Liczba Frouda- dla zjawisk o charakterze grawitacyjnym. Opisuje wpływ siły ciężkości na zjawiska przepływu płynów. Stosunek energii kinetycznej do potencjalnej cieczy potrzebnej do odchylenia przepływu płynów:$F_{n} = \frac{v_{0}}{\sqrt{g_{0}l_{0}}}$
Liczba Eurel’a- stosunek sił ciśnienia do sił bezwładności:$E_{n} = \frac{p_{0}}{\rho_{0}{v_{0}}^{2}}$
Liczba Reynoldsa- dla zjawisk wynikających z lepkości cieczy. Pozwala oszacować występujący podczas ruchu płynów stosunek sił czynnych do sił biernych związanych z tarciem wewnętrznym w płynie przejawiającym się w postaci lepkości:$R_{n} = \frac{v_{0}L_{0}}{\vartheta_{0}}$
Liczba Webera- dla zjawisk o charakterze napięcia powierzchniowego:$W_{n} = \frac{a_{0}}{\rho_{0}{v_{0}}^{2}L_{0}}$
Narysować i opisać wysokość metacentryczną dla przechyłu bocznego.
LR=(LB-LG)
-LB: ramię kształtu -r: promień metacentryczny$\overset{\overline{}}{\text{\ MB}}$ -$\overset{\overline{}}{\text{CM}}$: linia działania siły wyporu
-LG: ramię ciężaru -h: wysokość metacentryczna -Bφ: chwilowy środek wyporu
-FG: siła ciężkości -:ramię prostujące przy kącie φ
-FB: siła wyporu -z: rzut punktu G na linie działania -$\overset{\overline{}}{\text{KA}}$: ramię ciężaru
-G: środek ciężkości wyporu przy kącie
-M: metacentrum -WP: wodnica pływania -$\overset{\overline{}}{\text{KC}}$: ramię kształtu
Metacentrum: chwilowy środek krzywizny po której porusza się środek wyporu.
Krzywa ramion prostujących: wszystkie siły i momenty działające w poprzecznej płaszczyźnie(yoz) możemy podzielić na siły wewnętrzne sprowadzone do:
- siły wyporu FB(przyłożonej zawsze w środku wyporu B)
- siły ciężaru okrętu FG(przyłożone w środku ciężkości FG)
Charakterystyki statecznościowe:
- ramiona prostujące
- wysokość meta centryczna
- promień meta centryczny
Opór falowy.
Paradoks d’Alemberta: siły działające na ciało opływowe płynem nielepkim przy ruchu potencjalnym równe są zeru.
Ciało zanurzone głęboko pod powierzchnią cieczy idealnej i poruszające się nie doznaje oporów
Ruchy okrętu:
Liniowe: lewa
Oscylacyjne: prawa
Siły i momenty zewnętrzne działające na okręt .
- siły masowe( przyciąganie ziemskie)
- siły powierzchniowe(oddziaływanie powietrza i wody)
- siły skupione( hol, sieć Rybowa)
wypadkowe tych Sił dzielimy na:
- siłę i moment powstający na wydzielonych częściach okrętu zwane pędnikiem
- siłę i moment powstający na wydzielonych częściach okrętu zwane urządzeniem sterującym
- siły i momenty pozostałe indukowane na powierzchnie okrętu poza pędnikiem i urządzeniem sterującym
Stateczność poprzeczna okrętu: równowaga okrętu tylko przy jego obrotach wokół osi x. okręt będzie stateczny gdy przechylony momentem przechylającym Ma będzie miał zdolność do generowania takiego samego momentu prostującego Me, który zapewni nam: trwałą równowagę statyczną, powrót do stanu równowagi z każdego przechyłu.
Rodzaje stateczności okrętu:
- poprzeczna stateczność statyczna
- poprzeczna stateczność dynamiczna
Skala Bojeana.
Zbiór wartości pól przekrojów wręgowych i momentów statycznych względem płaszczyzny podstawowej statku przedstawiony tabelarycznie lub na wykresie. Służy do obliczenia objętości i WSP. Środka tej objętości przy dowolnych zanurzeniach na pionie rufowym i dziobowym.
Metoda Froud’a
Opór statku można podzielić na 2 współczynniki:
- opór tarcia
- opór resztowy
Opór tarcia statku lub modelu równy jest oporowi tarcia płaskiej płyty o tej samej długości i powierzchni zwilżonej co statek i przy tej samej prędkości
Przy zachowaniu podczas prób modelowych opory prawa prawdopodobieństwa Froud’a- wartość współczynnika oporu resztowego jest taki sam dla modelu i statku przy ustalonej liczbie Froud’a.