1 / 50

Marin Teknikk 2 – Motstand Dag 3: Beregning av skipsmotstand

Marin Teknikk 2 – Motstand Dag 3: Beregning av skipsmotstand. Foreleser: Professor Sverre Steen. Sist forelesning. Motstandskomponenter: Potensialstrømning Trykkmotstand Viskøs trykkmotstand Motstand på 3-D legemer sylindre, kuler, og lignende. Gjenstående temaer.

gyala
Download Presentation

Marin Teknikk 2 – Motstand Dag 3: Beregning av skipsmotstand

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript


  1. Marin Teknikk 2 – MotstandDag 3: Beregning av skipsmotstand Foreleser: Professor Sverre Steen

  2. Sist forelesning Motstandskomponenter: • Potensialstrømning • Trykkmotstand • Viskøs trykkmotstand • Motstand på 3-D legemer sylindre, kuler, og lignende

  3. Gjenstående temaer • Oppsummering av motstandskomponenter (så langt) • Friksjonsmotstand, form-motstand, formfaktor • Effekt av ruhet på skroget • Luftmotstand • Motstand fra modellforsøk (Øving 12) • Bølgemotstand • Optimalisering av skrogform, effekt av bulb, etc. • Flere motstandskomponenter: • Virveldannelse • Motstand på tverr hekk • Appendix motstand • Gruntvannsmotstand • Empirisk motstandsberegning (Øving 13) • Direkte beregningsmetoder (CFD)

  4. Motstandskomponenter • Friksjonsmotstand • Trykkmotstand • Kan beregnes med potensialteori • Viskøs trykkmotstand • Trykkmotstand som avhenger av viskøse effekter Krefter dekomponeres i fartsretning og summeres til total motstand:

  5. Friksjonskoeffisient for flat plate • - Et skip er ikke en flat plate! • Hvordan ta hensyn til skipets fyldighet? Turbulent strømning Overgangsområde (transisjon) Laminær strømning

  6. Øket hastighet gir større friksjonsmotstand Redusert overtrykk i akterskipet Hastighetsfordeling langs skroget

  7. Formfaktor • Korreksjon av friksjonsmotstand for å ta hensyn til skipets fyldighet • Fyldigheten fører til øket hastighet rundt skroget • Øket hastighet fører til øket friksjonskraft • Redusert trykkøkning i akterskipet bidrar til formfaktor Cv: Viskøs motstandskoeffisient CF: Friksjonskoeffisient for flat plate k: Formfaktor

  8. Hvordan finne formfaktoren k? • k antas lik i modell og full skala • k finnes derfor gjerne fra modellforsøk • Alternative metoder: • Slepe modellen ved så lav hastighet at den ikke lager bølger • Prohaska’s metode • Empiriske formler

  9. (1+k)=1.251 Prohaska’s metode for å finne formfaktor

  10. Prohaska’smetode Eksponent for Fn velges slik at dataene faller mest mulig på en rett linje

  11. Formfaktor for mange ulike modeller Konstruksjon av empirisk formel

  12. Effekt av ruhet på motstand • I full skala vil skroget ha ruhet i form av sveiseskjøter, ujevn malingstykkelse, begroing osv. • Friksjonsformlene for flat plate gjelder for glatt overflate • Ruhet vil øke friksjonsmotstanden • Økningen i friksjonsmotstand avhenger først og fremst av ruhetens ”tykkelse” (eller høyde) • Ruhet avhenger også av ruhetens ”form” (hvor spisse toppene er, og hvor langt det er mellom dem)

  13. Økende ruhet Sammenheng mellom ruhet, Rn og friksjon

  14. Betydningen av ruhetens form Alle de ulike formene gir samme økning i friksjonsmotstand

  15. Økende ruhet Effekt av ruhet på total friksjonsmotstandskoeffisient

  16. ITTC’57 Friksjonslinje med og uten ruhet

  17. Beregning av motstand på skip • Modellforsøk • Empiri/erfaringsformler • basert på modellforsøksresultat • Direkte beregning • Separat beregning av bølgemotstand og friksjonsmotstand • Samtidig beregning av bølgemotstand og friksjonsmotstand (CFD)

  18. William Froude (1810-1879) • Kjent som grunnleggeren av moderne skipsmodelltesting • Innførte oppdeling av motstand i friksjonsmotstand og restmotstand • Gjorde slepeforsøk med ”planker” og formulerte formel for friksjonsmotstand • Formulerte dagens skaleringslover for hastighet og restmotstand

  19. Modell: CFm=CF(Rnm) Skip: CFs=CF(Rns) Skalering av friksjonsmotstand

  20. Skaleringsprosedyre • Mål total motstand i modellskala • Beregn og trekk fra alle kjente ikke-Froude-skalerte motstandskomponenter i modellskala • Skaler restmotstand til full skala • Beregn og legg til alle kjente ikke-Froude-skalerte motstandskomponenter i full skala

  21. Øving 12 • Skalering av motstand fra modellforsøk • Sammenlikning av motstanden til tre modeller med ulike forskipsvarianter • Uten bulb • Liten bulb • Stor bulb • Lurt å bruke Excel eller tilsvarende verktøy til beregingen

  22. Slepeprøver • Testprosedyre: • Modellen akselereres til konstant hastighet • Hastigheten holdes konstant I minst 10 sekunder • Middelverdi for perioden med konstant hastighet beregnes og benyttes I den videre analysen

  23. Eksempel på tidsserie fra slepeprøve

  24. Instrumentering

  25. Tank I Tank II Tank III Tank I +III* Length: 175.0 m 25.0 m 85.0 m 260.0 m Width: 10.5 m 2.8 m 10.5 m 10.5 m Depth: 5.6 m 1.0 m 10.0 m 5.6/10.0 m Slepetanker på Marinteknisk Senter * Tank I and III can be used simultaneously and also as one long tank (Tank I +III) by removing the gate (12) and wave absorber (15).

  26. Model tests in the Ship Model Tank

  27. Bølgemotstand • Trykkmotstand  Froude skalert • Kan beregnes (temmelig nøyaktig) med potensial-teori • Det er sammenheng mellom viskøs trykkmotstand og bølgemotstand, men for et velformet skip er denne sammenhengen ikke så sterk • For et skip med gitt størrelse og hastighet er det først og fremst bølgemotstanden vi kan påvirke med utforming • Kunnskap om bølgemotstand er viktig for design og optimalisering av skrogform

  28. Visualisering av resultat av beregning av bølgemotstand med potensialteori RoPax skip i 22 knop

  29. Trykk og bølgemotstand

  30. Trykkfordeling på forskip

  31. Beregnet bølgeheving for to varianter av lite tankskip, 12,5 knop

  32. Bølgedannelse rundt et skip uten markerte skuldre

  33. Bølgedannelse rundt et skip med markerte skuldre

  34. Samvirke mellom baug og hekkbølgesystem

  35. Sammenheng mellom bølgemotstand og Froude-tall

  36. Et lengre skrog har mindre bølgemotstand

  37. Et lengre skrog har mindre bølgemotstand

  38. Akterskipets form har liten innflytelse på bølgemotstanden

  39. Bølgebrytning

  40. Bølgesystem med og uten bulb

  41. Effekten av bulb på bølgesystem Med bulb Uten bulb

  42. Effekt av bulb på modellen i Øving 12

  43. Bulb • Bulbtyper: • Dråpeformet med tyngdepunktet langt nede - ▲ • Ovalt tverrsnitt - 0 • Dråpeformet med tyngdepunktet langt oppe - ▼ • For Fn>0.25 virker bulben positivt ved å lage et bølgesystem i motfase med skrogets eget bølgesystem • For Fn<0.25 kan bulb virke positivt ved at fyldighet flyttes fra skuldrene og framover

  44. Virvel-motstand • Dannelse av virvler krever energi, og vil derfor (normalt) øke motstanden

  45. Motstand fra virvler fra slaget

  46. Appendix-motstand • Motstand på ”vedheng” til skipet (modellen), slik som: • Ror • Akslinger og akselbraketter • Slingrekjøler • Stabilisator-finner • Osv. • Motstand på appendix kan bestemmes fra: • Modellforsøk kjørt med og uten appendix på modellen • Empiriske data (for eksempel drag-koeffisienter for liknende geometriske former) • Skalering av appendix-motstand • Motstand på appendix er som regel kun viskøs motstand (friksjon + eventuelt viskøs trykkmotstand) • Skalering avhenger av omfang av avløsning og graden av laminær strømning – vanskelig!!

  47. Motstandskomponenter

  48. Motstand på grunt vann

More Related