선박의 파동 저항을 무시할 수있는 Froude 수는 얼마입니까?

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선박에서 매우 간단한 드래그 계산을하고 싶습니다. 내 마찰 저항을 계산하는 것만으로 서지 저항을 충분히 추정 할 수 있기를 바랍니다.

웨이브 저항은 속도에 매우 의존적이기 때문에 선박이 특정 속도 미만일 때 무시할 수 있다고 가정합니다. 또한 선박 크기를 고려하려면 속도 대신 Froude 번호 로 작업해야한다고 가정 합니다.

나는 책과 인터넷에서 언급 된 Fn = 0.1과 Fn = 0.2 미만의 Froude 수를 보았지만 100m 길이의 흘수선이있는 선박의 속도를 계산하면 다음과 같이 나타납니다.

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

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

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

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

이 가치는 내 의견으로는 너무 높아 보인다. 12.16 노트는 일부 선박에서 거의 서비스 속도이며 6 노트도 상당히 높습니다.

Fn = 0.1이고 Fn = 0.2는 합리적인 숫자이며, 그렇지 않은 경우 웨이브 저항을 무시할 수 있어야하는 Froude 숫자보다 낮습니까?

drag marine-engineering

— 미카 선들 랜드
소스

나는 웨이브 제작 저항이 무엇인지 물어볼 것입니다. en.wikipedia.org/wiki/Wave-making_resistance . 물을 빠져 나가는 에너지이며 항상 존재합니다.

— George Herold

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당신의 직감이 정확합니다. 그러나 웨이브 저항을 무시하려면 매우 느리게 움직여야 합니다. 그리고 그것은 일반적으로 피부 마찰보다 높기 때문에, 당신은 현실적으로 큰 피부 마찰과 무시할만한 파동 저항을 기대할 수 있다고 생각하지 않습니다. 아마도 더 나은 접근 방식은 피부 마찰을 무시하고 웨이브 저항에만 집중하는 것입니다.

— 올렉 보나
소스

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이들이 적절한 Froude 번호인지 아닌지는 해당 선박의 길이에 따라 다릅니다. 100m 선박의 경우 아마도 높을 수 있지만 5m 배의 경우 상당히 낮은 수치입니다.

$V^2$ $V^6$ $1.34L$

작은 속도 대 길이 비율의 경우 피부 마찰이 지배적 인 반면, 큰 비율의 경우 파동 마찰이 중요합니다. 내가 찾은 값 의 예 는 피부 마찰이 속도 / 길이 = 1 일 때 총 드래그의 ~ 65 %라는 것입니다.

일반적으로 대형 선박은 속도와 길이가 느리고 피부 마찰이 우세합니다. 반면에 딩기 나 카약과 같은 작은 변위 보트는 파도 저항에 의해 피부 마찰이 지배적입니다.

— 니 바그
소스

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"선체 속도"는 실제로 길이의 제곱근에 대한 속도의 비율입니다. 일을 더욱 혼란스럽게하기 위해 길이는 피트이고 속도는 매듭입니다. 이것이 상수 1.34가 발생하는 방식입니다. (ProTip : 다시는 말하지 않겠습니다!)

$R_w$ $R_w$

$C_w = R_w/(0.5 \rho U^2 S)$ $\rho$ $U$ $S$

$C_w$

$F_h = U/\sqrt{g h}$ $g$ $h$

$C_w$ $F_h \rightarrow 1$ $F_h =1$

$F_h < 1$ $F_h > 1$ $0.9 < F_h < 1.1$

초 임계 체제에서 선체는 방해받지 않는 자유 수면에 대한 태도를 크게 변화시키는 힘과 순간을 경험합니다. 선체의 트림과 헤브는 "스쿼트"로 알려져 있습니다. 이 현상은 정확하게 예측하기 어렵습니다. 저항에 영향을 줄 수 있지만, 얕은 물에서는 배가 해저에 접지 될 위험이 있습니다. 이로 인해 소득 손실이 커질 수 있으며이 현상으로 인한 사망자도 있습니다.

유한 깊이의 웨이브 패턴은 매우 흥미 롭습니다 ...

$F_h$ $F_h = 1$

아 임계 속도의 경우, 횡파 (선박에 수직 인 것)가 분명합니다. 초 임계 흐름에서는 횡파가 사라집니다. 즉, 그들은 배를 따라갈 수 없습니다.

공개 :이 패턴은 나의 (무료) 프로그램 Flotilla를 사용하여 만들어졌습니다.

더 많은 패턴을 찾을 수 있습니다 :

www.cyberiad.net/wakeimages.htm

— Lysistrata
소스

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Froude 번호 (Fr)는 웨이브 저항에 매우 중요합니다.

속도 길이 비율 ( "헐 속도"라고도 함)에 대한 nivag 의 대답 이 올바르지 않습니다. 이 한계는 종종 인용되지만 변위 선체가 그것을 능가하는 것은 불가능하다는 신화입니다. 선박은 그 비율이 암시하는 것보다 빠르게 이동할 수 있지만, 기존 선박의 경우 에너지 요구 사항은 일반적으로 엄청나 다.

$1.34 L$

피부 마찰과는 별도로 "폼 드래그"도 고려해야합니다. 이 구성 요소는 낮은 Fr에서 스터 비 선체 (예 : L / B 길이가 작은 것)에 중요 할 수 있습니다. 예인선은 같은 Fr에서 노를 젓는 포탄보다 더 큰 형태 항력을 갖습니다.

선체에 트랜 섬 (즉, 컷오프) 선미가있는 경우 트랜 섬이 완전히 건조되지 않은 경우 저항의 구성 요소도 커집니다. 이 경우 낮은 Froude 수에서 선미 뒤에 많은 와상 파가 발생할 수 있습니다. Fr이 높을수록 트랜 섬이 건조하고 파동 저항과 형태 저항이 훨씬 낮습니다.

보트의 주요 비율 (예 : 변위 무게, 길이, 빔 및 구배)에 대해 조금 더 알려 주면 추가 조언을 제공 할 수 있습니다.

선체가 상당히 가늘다면 (L / B> 5), 전체 저항 (가변 + 파)을 추정하기 위해 무료 소프트웨어를 사용해 볼 수 있습니다. 예를 들어 Michlet 및 Flotilla 를 참조하십시오 .

수심도 파동 저항에 영향을 줄 수 있습니다. 이 경우 깊이 기반 Froude 수는 공기 역학의 Mach 수와 매우 유사한 역할을합니다. Michlet과 Flotilla를 사용하면 수심을 변화시키고 파동 저항과 파동 패턴에 미치는 영향을 확인할 수 있습니다.

— Lysistrata
소스

재미있는 답변! 귀하가 논의하는 속도 길이 비율을 사용하는 방법을 잘 모르겠습니다. 속도 / 길이는 1 / 시간의 단위를 가지며 사용자가 제공 한 숫자 (예 : 1.34 L)의 길이는 단위입니다. 내가 무엇을 놓치고 있습니까? 숫자 1.34에 단위가 있습니까? 보다 구체적으로 말하자면; 5 미터 길이의 기존 보트를 사용하는 경우 m / s 단위의 속도 제한은 얼마입니까?

— Chris Mueller 2016 년