波浪中浪费了多少船舶能量?

David和Jishnu给出了很好的答案,但没有回答您的问题中的一些微妙之处。

要澄清一下。 当我读到您的问题时,您对wave的使用是正确的, 但指的是所谓的开尔文波型或简称 醒了。

我不会直接回答您的问题。 人们在设计阶段就通过优化船舶的运行参数来谋取职业。 往往会有不同的结果。 简短的答案(也是过于简单的答案)是,船舶消耗的能量中有100%用于抵消航行中的阻力。 当船在大海中时,可能占60-80%。 虽然这听起来很多, 但世界上90%至95%的货物都是由货船运送的,而这仅占飞机成本的一小部分。 飞机使用大量的功率来加速,减速,而且是对抗重力(引起的阻力/升力)的。 船舶通过浮力来对抗重力,如果有时间,水就会很容易地摆脱障碍。

具有讽刺意味的是,与您的问题直接相关的研究领域称为静水阻力 。 为简单起见,请从平静的海洋开始。

打个比方,就像引起阻力的原因是升力是对飞机的结果,然后平静的耐水性是将浮力船推入水中的结果。 它根本必须发生。 (飞机也醒来了,请参阅恩斯特·马赫(Ernst Mach),为此,船只通过水和压力波将其唤醒。

现在您做了一个很好的观察,船只的尾流会产生波浪。 波浪会互相干扰。 因此,海军建筑师或海洋工程师可以修补船体形状,以使船的一部分所产生的尾波具有破坏性地干扰另一部分所产生的尾波。 通常,此优化仅适用于一种或两种速度,这将成为船舶的巡航速度。

有没有在船前看到这些疯狂的东西? 这就是所谓的球茎弓。 正确处理后,会产生破坏性干扰船尾的尾流,以最大程度地降低其阻力。 这不是唯一的目的,但是如果做得好,那么很可能会减少它的影响。 但不总是。 情况很复杂。 您也可以弄弄横梁。

帆船和某些类型的军舰不会带有球形的船首,因为它们希望具有多种速度。 Nav Arch使用不同的技巧。

现在,如果我们开始谈论波浪中增加的阻力 ,那是另一个话题。

推进波浪所消耗​​的能量并不完全是浪费,而是在给定船只的任何给定功率输出下,通过水的速度将受到船上产生的总阻力或阻力的限制,其中一部分来自从制造波浪。

但到目前为止,在船速较高的情况下,阻力最大的因素是波浪产生的阻力,对于船尾形状最大的船舶,其尾流尺寸最小。

因此,当船舶以较高速度行驶时,功率输出主要用于设置波浪。

尾流是实际上随船一起拖动并在船后移动的水。 通常之后还会有漩涡。 通过将船的形状逐渐平滑地朝船尾的一点来减小尾流尺寸。

总体电阻基本上由三个部分组成。 水中有粘性阻力,有波浪阻力,有空气阻力。

在船速下,空气阻力通常不太重要。

粘性阻力可以进一步分解并进行更详细的讨论,但是基本上它与船舶通过水的速度的平方成比例。 它总是在低速时占主导地位。

波浪阻力更加复杂-随着船速的增加,将有几个波浪系统从船上传播出去-出现了发散的船首波浪,然后是一系列的发散的波浪,沿船的方向一直向后延伸,并且最后有发散的浪。

也有横向波散布在远离船的发散波上。 根据船速的不同,这些波浪系统可能会相消或相长地相互干扰。

表面波中包含的能量与波高的平方成正比,也与波长的平方成正比。 两者都取决于船速。

通常发生的情况是,在低速时,波高会逐渐增加,但各个波系之间不会有太大的干扰,因此,首先,波的阻力会随着平方或速度而增加,就像粘性阻力一样。 然后波长开始增长,并且存在相长干涉,并且波阻首先达到最大值。 对于更高的速度,干扰会变成破坏性的,波阻实际上会再次下降,从而在总电阻曲线中产生特征性的凸起。

最终,横向船首波的波长以更高的速度增长,达到了船长,超过这一点,波阻急剧增加,最终上升为船速的五分之一,因此功率甚至翻了一番。输出只会使您的速度提高很小。

因此,要使速度最大化,最好是使船长最大化,然后需要一个足够大的发电厂以使其能够产生最大速度。 有效的最大速度(您将不会花费巨大的额外功率来获得微小的速度增加)与船长的平方根成正比。

因此,如果您想要这样的速度,那不就是在浪费功率–因为波阻占主导地位,您根本无法在不使用功率的情况下获得速度。

为了以相同的功率获得更高的速度,您实际上需要将船从水中提起-这会产生很大不同的波浪系统,并且还可以减少粘性阻力。 但这是水翼艇而不是普通船。

这是一个令人着迷的主题,其中很多是由一个名叫Froude的人解决的。 我将尽力为您找到参考,以提供更多详细信息以及一些真实的船舶波浪系统和尾流的照片。

在这里,我应该知道美国海军学院会有一些好的材料。 这是一个非常好的基础讨论。

http://www.usna.edu/NAOE/_files/…

让我从海军建筑师的角度回答。 任何一艘船在穿越海洋前进时都会面临很多摩擦,这被称为“抵抗力”。

波浪中损失的能量是由造波阻力以及摩擦阻力引起的。

我们没有一种非常精确的精确方法来找到在波浪中损失的确切能量,我们学到了非常漂亮的海军建筑主观部分,即“阻力和推进力”。

在建造完整的船舶之前,我们先在拖船,波涛船等中进行模型测试,以找出阻力和其他因素,然后推断出实际的尺寸情况。 现代方法包括CFD和所有方法,但并不总是准确的。 有100%验证的情况,但并非总是如此。

我们使用经验方法来找到阻力,

这些网址将使您有所了解:

船舶抵抗和推进

造波电阻

船舶抵抗力-维基百科,开放世界的开放书籍

如果您不是海军建筑师/甲板官/海事工程师,您可能对此一无所知。

在任何海况下,都不会“浪费”控制船舶的能量。 能量被用来克服水对船体表面的摩擦。 船体表面更多的水会暂时减慢船速。 当螺旋桨空化时,能量就浪费了,因为除了使舵上的涂料沸腾并引起腐蚀外,什么都做不到。

马里兰州戴维泰勒模型盆地的人们可以根据对问题的动词的一些狭窄定义为您提供更科学的答案。

多年来对流体力学进行了大量研究,并且已经获得了大量信息。 好的问题,顺便说一句!