Сопротивление воды движению плавающих средств

Предположим, что под действием какой-либо внешней силы плавающие тело начало перемещаться в жидкости с определенной скоростью. Очевидно, что окружающая тело жидкость начнет оказывать сопротивление этому перемещению и кроме гидростатических сил на плавающих тело начнут действовать со стороны жидкости силы, препятствующие его движению. Эти силы носят название гидродинамических. В отличие от воды сил гидростатического давления, гидродинамические силы, действующие на каждую элементарную площадку смоченной поверхности тела, могут быть приложены к этим площадям под углом.

Для удобства определения, их разлагают на нормальную и касательную составляющие. Нормальная составляющая гидродинамических сил называется силой давления (N), а касательная составляющая - силой трения (Т).

Элементарные гидродинамические силы, распределенные сложным образом по смоченной поверхности судна, в общем случае могут быть приведены к результирующей силе - главному вектору и главному моменту гидродинамических сил.

Для движения судна с постоянной скоростью, при сохранении неизменного положения по отношению к уровню воды, необходимо, чтобы главный вектор и главный момент гидродинамических сил уравновешивались другими силами, приложенными к судну (собственный вес, сила тяги, сила водоизмещения и др.), т. е, чтобы сумма всех действующих на судно сил равнялась нулю.

Остановимся более подробно на гидродинамических силах, являющихся основными в формировании сопротивления воды движению плавающих тел.

Рассмотрим судно, движущиеся равномерно-поступательно в потоке жидкости (рис. 17.15).

Примем прямоугольную систему координат, связанную с судном, причем начало координат выберем на свободной поверхности жидкости в плоскости мидель шпангоута.

Ось х направим горизонтально противоположно направлению скорости поступательного движения судна; ось у перпендикулярно оси х в горизонтальной плоскости, ось z вертикально вверх и спроектируем главный вектор гидродинамических сил R на оси выбранной системы координат.

Рис. 17.15. Схема движения судна в потоке жидкости

Влияние главного момента гидродинамических сил в дальнейшем рассматривать не будем.

Проекция главного вектора гидродинамических сил R на оси х, т. е. составляющая R_х, называется силой сопротивления воды движения судна; составляющая R_y - силой дрейфа; R_z - гидродинамической поддерживающей силой.

Соотношение между этими составляющими и их величины зависят от направления и скорости движения судна, размеров и формы корпуса, шероховатости подводной поверхности корпуса, а также от глубины и ширины водоема (реки) по которому происходит движение.

В большинстве случаев сила дрейфа R_y не имеет существенного значения. Остановимся на силе R_х и пока не будем учитывать влияния силы Rz на Rх.