A hajók modelljei
Haditengerészeti Encyclopedia
A hajók modelljei
Hajómodellek épültek ősi időkben. Abban az időben leginkább csak díszek és játékok voltak. És csak a XIX. Század végén a hajóépítők megtanultak hajómodelleket készíteni és kipróbálni, hogy a hajó építése előtt minden tulajdonságát megtanulhassák.
A hajó modellje nem jött azonnal. A 16. század közepén az angol hajóépítők megpróbálták ellenőrizni a hajózó hajók minőségét modelleken. Ezek a kísérletek nagyon félénkek voltak, és eredményük nagyrészt helytelen volt. Például, hogy teszteljék a hajó mozgásban vitorlák használt szőrme, ami létrehozta a "szél". Most már tudjuk, hogy a vitorlás hajó modelljét a szélcsatornákban tesztelik.
A 18. század közepén a francia tudósok kísérleteket tettek a "tudományos" megközelítésű vitorláshajók modelleivel. Ezt az eseményt egy tó partján végezték, melyben egy horgot telepítettek kb. 23 m magasságban, az egyik henger a tetején és a második a víz szintjén. A tó másik végén egy vitorlás hajó modellje volt, amelyhez egy selyemszál került hozzá, a vízre, amely a tó mentén húzódott, és mindkét hengeren áthaladt az árbocon. A szabad végén az izzószál tulajdonítottak légiárura, süllyedő, hajó modell menetben úthossza kb 20 m. Miután a modell hajó csökkent a víz, azt először mozgott gyorsulás, majd egyenletesen stabilizált sebesség.
Hajóépítők érvelt: ha a modell hajó megy simán és húzóerő egyenlő a teher súlya, így a víz visszatartja hajómodell erővel egyenlő a rakomány súlyát. Ezt az erőt vízállóságnak nevezték. Ezzel a vizsgálati módszerrel, ha minden modell nehezék ugyanaz maradt, az ellenállás minden modell hajók hasonló volt: ez volt egyenlő a nehezék súlyával, és így, ez volt ismert előre. A tesztek a gyorsítás után kialakított hajó modell sebességének mérését jelentették. Nyilvánvaló, hogy a kontúrvonalú modellnek a legkevésbé ellenállása volt, ezért a sebesség is a legnagyobb volt. De hogyan lehet kiszámítani a hajó ellenállását és sebességét, tudva a hajó modell ellenállását és sebességét, hogyan lehet elmondani az ellenállást és a sebességet a modelltől a "természetig". Ezt még senki sem tudta.
A kontúrok és a vitorlázó karok összehasonlítására hajómodellek tesztelése sokkal később, száz évvel ezelőtt történt. Ezekben az években több kereskedelmi társaság versenyeztek egymással Angliában, évente Kínából származó teát hoztak egy új termésbe. A teát speciális kis, de elég gyors vitorláshajókon szállították. Természetesen mindegyik vállalat elsősorban saját teát akart hozni, és a kínai vágógépet először nyerte el. Minden tengeri cég igyekezett építeni a nagy sebességű hajó, és mindegyik titokban a többi épül különböző projektek modell vitorlás hajók az azonos méretű, és rendezett tengerparti kis csónakok versenyt. A legjobb eredményt mutató modellt a legjobbnak tartották, és rajta épült egy vitorláshajó. Az ilyen vizsgálatok segítettek felfedezni a különböző kontúrok és vitorlázó fegyverek előnyeit és hátrányait.
A XIX. Század végén sok gőzhajót is építettek. Amikor megtervezte őket, meg kellett ismernie a gép erősségét, amelyet a hajóra kellett felszerelni, hogy képes legyen leküzdeni a víz ellenállását és megy egy adott sebességgel. De ehhez először is meg kellett ismerni a hajó ellenállását. Hogyan határozható meg a hajó ellenállása, még akkor is, ha a hajó modell ellenállása ismert. abban az időben még senki sem tudott. Az ilyen számítások első alkalommal 1870-ben William Froude angolul készültek. Megtalálta a módját, hogy tesztelje a modelleket, és beszámoljon eredményükről annak érdekében, hogy meghatározza a hajó ellenállását. Froude a tudomány által ismertté vált "mechanikai hasonlóság törvényét" javasolta, amelyet Newton származtatott. A brit admiralitás alaposan megvizsgálta a modellt és a "természet" -et, és meg volt győződve arról, hogy módszere meglehetősen pontos eredményeket ad. Azóta a hajóépítők hatalmas fegyvereket - laboratóriumokat kaptak, amelyeket most kísérleti medencéknek neveznek.
Most a világ minden országában körülbelül 100 ilyen medence van. Hossza 20 és 1200 m között van, a kísérleti medence
A modern kísérleti medencék nagyon precíz és sokoldalú felszereléssel rendelkeznek, amely lehetővé teszi, hogy a modellen minden hajó minőségét és viselkedését tanulmányozza a különböző navigációs körülmények között. Most már nem csupán a hajótestek modelljeit, hanem a propellerek, a kormányzók, a víz alatti szárnyak modelljeit is tapasztalják. A medencékben ellenőrizze, hogy a hajó modell hogyan reagál a különböző szögű gördülésre a hullámokra és hasonlókra. De a legfontosabb, legelégedettebb tesztek a vontatási tesztek, amelyek meghatározzák az ellenállás mértékét, amellyel a jövőben szállítanak vizet.
Annak ellenére, hogy a hajók ellenállásának tanulmányozásával kapcsolatos kérdések sok évszázadon keresztül folytatódtak, a modell tesztelése nélkül lehetetlen pontosan kiszámítani ezt a paramétert. Ez azért van, mert az ellenállás sok okból függ, lehetetlen figyelembe venni. A legfontosabb, ha figyelembe vesszük a test alakjának (kontúrok) ellenállásának a hatását.
A modern kísérleti medence egy hosszú, feltárt és kitermelt gödör, amelyet a földbe temettek el, falakkal és tetővel borítva. A medence hossza 20-50-szer nagyobb a szélességnél, és a mélység a szélesség kb. Fele. A gödör minden egyes bankja mentén egy vasúti pályát helyeznek el. Az ásatás felett található két sínen egy nagy, több méter hosszú, fém keréktárcsa van, amelyen a kutatók a teszt alatt vannak. Ez a platform fel van szerelve elektromos motorjaival és mérőeszközeivel. A emelvény padlójának középső részén, a kocsinak nevezik a kivágást, amelyen egy dinamométert (silomere) szerelnek fel, amelynek a víz alá eső karja van.
A hajó modelljét a kocsi kivágása alatt a vízre helyezzük, és egy kábellel rögzítjük a kar alsó végéhez. Ha a vontató egy próbapadon, és a mögötte, és a modell mozognak a medence, a fékpad mutat vízszintes erő, amellyel a hajó modell húzza a karját.
Ez az erő az ellenállás, amely a hajó modelljének megfelel. A hajó mozgását nemcsak a víz, hanem a levegő is ellenáll. Természetesen a levegőellenállás sokkal kisebb, mint a vízállóság (a levegő sűrűsége 800-szor kevesebb, mint a vízsűrűség). Csak akkor számít, ha nagyon erős a szembefordulás vagy a hajó nagyon nagy sebessége.
A vontató kocsi bármilyen sebességgel járhat. A tesztek mérik az ellenállást, a legalacsonyabb sebességtől kezdődően, és szükség esetén a legnagyobbakkal végződnek. A vontatási teszt eredményeként a hajó modell ellenállásának diagramja látható. Miután rögzítették a fékpadot minden fordulatszámon, a rajzon vázlatosan felfelé, a vízszintes sebességi lépték megfelelő osztásaival ábrázoltuk.
A vontatási vizsgálatokhoz csak a hajótestet használják fedélzetek, felépítmények, árbocok stb. Nélkül.
De ha szükséges, a kagyló fenekén víz alatti részeket - a propeller tengelyeket helyezett el, amelyek tartják a csapágyakat, az oldalsó keeleket, valamint a kormányt. A testmodellek paraffinviaszból készülnek. Az olvadt paraffinviasz keverékét egy rétegelt lemezből és rétegelt lemezből készült, durva keretbe teszik, amelyet egy dobozban fejjel lefelé helyeznek; a csontvázzal fagyasztott blokkot sablonokkal kívülről feldolgozzák.
A hajó ilyen hajózhatósága. mint a felhajtóerő, a stabilitás és a kiküszöbölhetőség, a medencében szinte soha nem határozzák meg. Ezek az elméleti rajz szerint nagyon pontosak. A híres jégtörő "Ermak" megtervezésekor a jégtörő orrnyomó erejének meghatározására a jég tetején volt, és a berendezésnek jégtörő modellt kellett készítenie. A modell orrát a víz felett felemelték egy kis magasságra, mérve az alkalmazott erőt és a létrehozott kárpitot. Most ilyen teszteket helyettesítenek számításokkal.
a mechanikai hasonlóság jogát
Hogy a modell tesztelése során mért és észrevehető, valódi hajókon újraszámolható, a modellnek hasonlónak kell lennie a "természet" -hez hasonlóan. Valamennyi vizsgálati körülménynek hasonlónak kell lennie a hajó útjának feltételeivel. Csak akkor tudjuk használni a hasonlóság törvénye és a mechanikai viselkedését a modell magabiztosan mondani a hajó, hogyan kell viselkedni egy hajó, mi lesz az ellenállása, vázlat, a stabilitás, a dobás és minden tulajdonságával.
Ha a hajó modellje hasonló a "természethez", akkor elsősorban geometrikusan hasonlít. Ez azt jelenti, hogy a test hosszának, szélességének és magasságának minden külső vonalmérete kevesebb, mint a hajó azonos mennyisége. Ha a kiválasztott skála szám például 10, és ezért a modell skála 1:10, akkor egy hasonló hajómodell összes lineáris dimenziójának 10-szer kisebbnek kell lennie, mint egy igazi hajóé. Könnyen kitalálni, hogy ebben az esetben a hajómodell összes területe (fedélzeti terület, vitorla terület, külső bőrterület) 10x10 = 10 lesz. azaz 100-szor kisebb, és a térfogat (térfogat elmozdulás) 10X10X10 = 10-ben. azaz 1000-szer kisebb, mint a "természet", míg a hajó modell minden szöge ugyanaz marad, mint a "természet". A geometriai hasonlóság elég lenne, ha csak a hajó asztali modelljét építenénk. Amikor egy ilyen modell elindul, egy geometriai hasonlóság nem lesz elegendő: a vázlat és a kárpitozás nem felel meg ennek a hajónak a követelményeinek.
Annak érdekében, hogy a modell állt a víz, hogy elérjék a szükséges csapadék értékek, vágás és sarok, szükséges, hogy a hajó a modell súlya kisebb volt, mint a súlya a „természet” a szám, ahányszor egyenlő a skála számot a harmadik fokozatot, és hogy a távolság a középponttól a modell, hogy az orr vagy a szigorú, a fő vonal geometriailag hasonló. Ez azt jelenti, hogy például a 10-es számnak megfelelő skála-számnál a modell teljes tömege (vagyis a tömeg elmozdulása) 10 ° legyen. = 1000-szer kisebb, mint a súlya a tartály és a távolság a középpont mentén hossza, szélessége és magassága a modellt kell 10-szer kisebb, mint a hajó.
Csak ilyen körülmények között lesz a hajó modell üledéke, kárpitozása és tekercselése. Ebben az esetben az üledék 10-szer kisebb lesz, mint a "természet "é, és a kárpitozás és a tekercs szöge ugyanaz lesz, mint a" természet ". De most inkább a térfogat elmozdulását és a hajó vázlatát kívánják kiszámítani, és anélkül, hogy a modellt elvégeznék - gyorsabbá és olcsóbbá tenné a számításokat.
Bár a modell a vízben, és a geometrikus tömeg hasonlóságok elég lesz, de ha a modell elindul, az szükséges, hogy a teljes hasonlóságot, és a sebessége hasonló volt, azaz kevesebb, mint a hajó sebességét tényezővel egyenlő a négyzetgyöke a számos nagy volumenű. Így, 1:10 méretarányú modell hajó sebességét kell v10 = 3,16-szer alacsonyabb hajó sebességét. Ennél a sebességnél, a modell hasonló az ellenállás: ellenállás kisebb, mint a hajó, hogy hányszor, ahány nagyszabású hatványával. Mióta tesztelés hajó modellek a vontató tartály szigorúan be kell tartaniuk a teljes hasonlóság, a vizsgálati eredmények könnyen számítani az „természet”: elég, hogy szaporodnak a sebességet a modell a négyzetgyök, és ellenállás - a kocka skálán.
Az 1. táblázat azt mutatja, hogy a hajó hányszor kell csökkenteni ahhoz, hogy egy hasonló modellt kapjunk, és így hasonló vizsgálati eredményeket érjünk el. Ebben a táblázatban a skála számát "a" betű jelöli. Ha a modellt a "természet" -re és a hátra fordítja, célszerű a 2. táblázatot használni.
1. táblázat
2. táblázat
- Cruise folyó gõzhajó "amerikai királynő"
- A "Mikhail Lermontov"
- Ocean liner «Queen Mary 2»
Számos gyönyörű vitorlás hajót építettek a 16. és 18. századi kézművesek, egyedülállóan szépek voltak.
Azonban a hajóépítés nem áll meg, a modern hajóutak és a legfrissebb jachtok példáján a fejlődés legmagasabb szintjét látjuk.