Одна из составляющих эффективности рыболовного судна это показатель затрат на топливо. Он непосредственно связан с сопротивлением воды движению судна. Чем меньше сопротивление, тем эффективнее судно. Как это делается? 

На протяжении всей истории судостроения, да и в наши дни проводятся испытания масштабной модели корпуса в модельном бассейне. Сопротивление модели пересчитывается на натурное судно и так определяется сопротивление. На данный момент это наиболее достоверный метод расчета.

 

 

В настоящее время широко используется компьютерный метод моделирования поведения судна в воде - CFD - Computational fluid dynamics. Этот метод позволяет довольно точно моделировать поведение судна и дает даже больше информации, чем модельные испытания.

Предварительная модель поверхности расчитывается в CFD. Современные программы позволяют интерпретировать результаты CFD расчетов в различных представлениях. Для анализа сопротивления воды движению судна, наиболее интересна динамическая составляющая давления воды и линии тока вокруг корпуса. Также интересна и волновая картина, создаваемая поверхностью корпуса во время движения. Особо отметим, что для анализа давлений нужна только динамическая составляющая, без учета статической составляющей. Не вдаваясь в математические подробности расчета, глядя на картину распределения давлений, можно довольно быстро составить себе представление о гидродинамическом качестве поверхности корпуса.

 

Анализ поля динамических давлений вокруг корпуса судна довольно прост. Набегающий на корпус судна поток воды создает вокруг корпуса области повышенного и пониженного давления. В областях, где поток воды тормозится, возникает повышенное давление. На корпусе такие области представлены красным цветом. Области, где поток воды ускоряется, относительно  средней скорости потока, создают области отрицательного давления на корпусе судна. Нейтральные районы, где динамическая составляющая давления незначительна, представлены зеленым цветом.

 

Области повышенного давления поднимают воду вверх, а районы пониженного давления  стараются опустить её вниз. Так создается волна. Волновое сопротивление составляет около 50% в общем сопротивлении рыболовного судна. Изменяя форму корпуса можно добиться такого расположения областей давления, которые позволят компенсировать носовую волну, создаваемую носовым бульбом и волну от борта судна и минимизировать энергию волнообразования. 

Изменяя форму поверхности можно добиться уменьшения создаваемой корпусом волны и соответственно волнового сопротивления. Для этого необходимо исследовать области корпуса с наиболее экстремальным давлением и постараться уменьшить его.

 

Как это выглядит на практике?

Рассмотрим обтекание потоком формы имитирующей носовой бульб судна. Видно, что при набегании на бульб, поток создает область повышенного давления. После этого следует область нейтрального давления и, затем область отрицательного давления.  Изменение формы ватерлинии по центру бульба позволит управлять формой генерируемой им носовой волны. Угол входа ватерлинии влияет на распределение области повышенного давления. Так угол входа, близкий к вертикали будет генерировать небольшую по площади область очень высокого давления. Это приведет к резкому подъему воды в этом районе и созданию высокой волны, если за этой областью следует область с высокими значениями отрицательного давления, генерируемая волна будет резко срываться с бульба. То есть такая форма ватерлинии будет создавать короткую и высокую волну. Если мы пытаемся добиться более плавной волны в этом районе, можно изменить угол входа ватерлинии, максимальную ширину бульба или сделать более пологой ватерлинию после точки наибольшей ширины бульба. Отметим что конечный результат будет зависеть не только от формы ватерлинии, но и от числа Фруда.

 

 

Это только один из приемов, которые используются при оптимизации корпуса. Конечно же процесс оптимизации гораздо сложнее и требует более детального рассмотрения всех аспектов обтекания поверхности корпуса судна. Минимизируя абсолютные значения динамического давления, мы минимизируем суммарное волновое сопротивление корпуса.

 

Другим, не менее важным аспектом гидродинамической эффективности судна является эффективность работы винта. CFD также помогает оценить условия работы винта конкретной исследуемой модели поверхности и улучшить КПД винта. В совокупности с уменьшением сопротивления корпуса это дает значительный эффект в экономии топлива.

 

 

Оптимизация формы корпуса позволяет добиться снижения сопротивления корпуса на 10-15% это дает существенную экономию топлива и уменьшение выбросов в окружающую среду.