POLISHSEAMEN

Cafe Rene - Zagadka marynistyczna z fizyki
PL_Andrev - 10 Sierpień 2011, 21:22
: Temat postu: Zagadka marynistyczna z fizyki
Tankowiec.
Szerokość 50m, zanurzenie 10m,
Moc maszynowni 25MW
Prędkość maksymalna 18kt (9m/s)

Niszczyciel Fletcher
Szerokość 15m, zanurzenie 3.8m
Moc maszynowni 42MW (60tys KM)
Prędkość maksymalna 36kt

Przy prędkości maksymalnej maszynownia pracuje pełną mocą, jednocześnie cała energia pochłaniana jest na pokonanie siły oporu (II zasada dynamiki Newtona).

Opory = 0.5 * C * gęst * przekrój.czołowy * v*v
Dla obu zakładamy C=1 (kształt opływowy).

Tankowiec: opór 20kN
Fletcher: opór 10kN

Pytanie:
Skoro tankowiec stawia 2x większy opór fali przy ich prędkości maksymalnej, dlaczego to Fletcher ma 2x większą moc maszyn od tankowca?
Przy prędkości maksymalnej 36kt Fletcher stawia opór który mógłby być zrównoważony przez maszynownię o mocy zaledwie 10MW - po co więc ma jej 4x więcej?
PL_Daritto - 10 Sierpień 2011, 22:16
:
W swoich rozważaniach musisz wziąć pod uwagę rodzaj maszyny - a dokładnie rodzaj silnika głównego. Tankowiec nie potrzebuje gwałtownych zmian prędkości oraz kierunków, co z kolei jest niezbędne do działań bojowych przypisanych do niszczyciela.
Tankowce posiadają silniki główne wielkich mocy, jednak są to silniki wolnoobrotowe - z tego co pamiętam prędkości obrotowe nierzadko nie przekraczają ok. 90 obrotów na minutę. Tu moc uzyskiwana z takiego silnika jest jednostajna, taki silnik nie gwarantuje przyspieszenia, a jedynie ogromną siłę zwalczającą opory w ruchu jednostajnym.

Okręty bojowe posiadają charakterystyczne dla tych jednostek silniki wysokoobrotowe. Tu straty mocy są znaczne, jednak taki silnik zapewnia gwałtowne zmiany prędkości i co za tym idzie umożliwia stawanie dęba bądź drastyczne zmiany kierunku.

Taka moja pobieżna analiza przypadku :)
PL_Marco - 10 Sierpień 2011, 22:51
:
Podejrzewam jak poprzednik, głównym czynnikiem będzie to że niszczyciel musi
posiadać odpowiednio szybką możliwość regulacji prędkości.

Poza tym moc maszyn to nie jest wszytko, a moment obrotowy?
do tego ważne będzie też przełożenie, a i charakterystyka danego
silnika (turbiny parowe, silniki diesla itp.).



Andrev jak chcesz w pełni fachową i wyczerpująca odpowiedz (a sam takową chętnie przeczytam, gdyż mnie
zaintrygowało) to zamieść to pytanie na forum www.fow.pl
Severian - 11 Sierpień 2011, 11:36
:
Myślę, że tutaj adekwatne będą dwa akapity z pozycji "100 lat okrętów wojennych" autorstwa Witolda Supińskiego (Wydawnictwo MON, 1965, str. 16)
Cytat:
(...) opór stawiany przez wodę podczas ruchu okrętu jest proporcjonalny do zanurzonej powierzchni kadłuba. W podanym przykładzie dwukrotnego zwiększenia wymiarów liniowych okrętu opór wody zwiększa się tylko czterokrotnie, mimo ośmiokrotnego wzrostu wyporności. Wobec powyższego, przy tym samym stosunku mocy maszyn, a więc i ich ciężaru, do wyporności okrętu, duży okręt osiągnie większą szybkość od małego.
Przykładem korzyści dużej wyporności z punktu widzenia szybkości może być porównanie dwóch niemieckich okrętów sprzed pierwszej wojny światowej. Lekki krążownik Lubeck przy wyporności 3300 ton miał maszyny o mocy 10.000KM, czyli na jedną tonę przypadało ponad 3KM, co pozwalało na osiągnięcie szybkości 22,5 węzła. Krążownik liniowy Von der Tann przy wyporności 19.400 ton miał napęd o mocy 42.000KM. Stosunek mocy do wyporności był niższy, gdyż wynosił tylko niespełna 2,2KM na tonę wyporności, lecz mimo to szybkość była większa, gdyż osiągała 25 węzłów.


Oraz ze strony 18 i 19 tejże pozycji
Cytat:
Zwiększenie szybkości jednak mogło nastąpić jedynie kosztem dotkliwego ograniczenia innych wartości bojowych danego okrętu. Potrzebna moc urządzeń napędowych wzrastała w stosunku proporcjonalnym do co najmniej sześcianu szybkości. Przykładem niewspółmiernego do wzrostu szybkości zwiększenia koniecznej mocy urządzeń napędowych mogą być wyniki prób amerykańskiego lotniskowca Lexington o wyporności 33.000 ton przeprowadzone w roku 1927:
10,8 węzła - 4.700KM
16,6 węzła - 17.300KM
18,6 węzła - 25.100KM
25,9 węzła - 67.900KM
32,3 węzła - 136.200KM
Podobnie cięzki krążownik Salt Lake City o wyporności 10.000 ton, pochodzący z tego samego czasu, potrzebował 15.000KM na rozwinięcie szybkości 20,3 węzła, a szybkość 32,7 węzła wymagała już osiągnięcia 110.000KM. Należy tutaj zauważyć, że krążownik ten potrzebował na osiągnięcie szybkości 32 węzłów moc mniejszą tylko o 20% niż Lexington o wyporności przeszło trzykrotnie większej.
Większy w stosunku do wyporności opór wody naoptykany przez małe okręty powodował konieczność instalowania na nich maszyn niewspółmiernie silnych. Na małych niszczycielach z początków I wojny światowej kotłownie i maszynowanie zajmowały większość długości kadłuba tych okrętów, a ciężar siłowni przekrzaczał 40% całej wyporności, podczas gdy krązownik liniowy Hood, wybudowany w kilka lat później, posiadał przy tej samej szybkości urządzenia napędowe o ciężarze równym tylko 13% jego wyporności wynoszącej 42.000 ton.
PL_Daritto - 11 Sierpień 2011, 12:53
:
Qrde, nie lubie Severiana :D ! Zawsze przywali takim gwoździem, że koniec dyskusji heh.

To oczywiście żart :piwko:

Bardzo ciekawe sprawy - lubię takie techniczne tete-a-tet. Czyli co - nie rodzaj maszyny, nie silnik a po prostu fundamentalne zasady hydromechaniki i budowy okrętów :)

Andrev, świetny temat - oby częściej takie zagadki lądowały na naszym forum.
<Severian - Ty odpowiadaj ostatni bo psujesz zabawę hehe>
Severian - 11 Sierpień 2011, 16:18
:
Odpowiedziałbym później nawet, ale uznałem, że przezwyciężę wrodzone lenistwo i przejdę się do drugiego domu po książkę ;)

Wniosek zaś prosty - wielki tankowiec ma relatywnie mniejsze opory i wymaga do rozpędzenia się do prędkości maksymalnej mniej KM na tonę wyporności, niż mniejszy niszczyciel. Dodatkowo różnica prędkości maksymalnych między oboma jednostkami jest tak duża, że gdyby tankowiec miał wyciągnąć te 36 węzłów, to jego moc maksymalna musiałaby oscylować w granicach 200.000KM :) Porównując do pancerników typu Iowa, które przy mocy maksymalnej 230.000KM osiągały 33 węzły to zapewne i tak byłby zaniżony rachunek ;)

Swoją drogą - kiedyś mi ten Supiński jakoś na Allegro wpadł w oko i całkiem ciekawa książeczka pod wzglęem technicznym dla takich laików w tej materii, jak ja :)