तरंग-निर्माण प्रतिरोध

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एमएस वाइकिंग ग्रेस कम गति से शांत पानी में तरंगे पैदा कर रहा है।

तरंग बनाने का प्रतिरोधक संकर्षण का एक रूप है जो सतह के जलयान जैसे नावों और जहाजों को प्रभावित करता है। यह पानी को नावों या जहाजों के मार्ग से बाहर निकालने के लिए आवश्यक ऊर्जा को दर्शाता है। जिसको ऊर्जा तरंग बनाने में प्रयोग किया जाता है।

भौतिकी

1.34 के गति-लंबाई अनुपात पर निशान के साथ विस्थापन हल के लिए शक्ति बनाम गति का ग्राफ

छोटे विस्थापन पतवार (जलपोत) के लिए जैसे कि सेलबोट्स या रोएबोट्स तरंग बनाने का प्रतिरोध समुद्री पोत संकर्षण का प्रमुख स्रोत है।

जल तरंगों का एक प्रमुख गुण प्रसार है अर्थात तरंगदैर्घ्य जितनी अधिक होती है प्रसार उतनी ही तीव्र गति से होता है। जहाज द्वारा उत्पन्न तरंगें उसकी ज्यामिति और गति से प्रभावित होती हैं और तरंगे बनाने के लिए जहाज द्वारा दी गई अधिकांश ऊर्जा जहाज के कठोर भागों के माध्यम से पानी में स्थानांतरित हो जाती है। साधारण शब्दों में कहें तो ये दो तरंग प्रणालियां अर्थात, जहाज का कठोर भाग और जटिल तरंगें दोनों एक दूसरे के साथ परस्पर क्रिया करती हैं। और परिणामी तरंगें प्रतिरोध के लिए उत्तरदाय होती हैं। यदि परिणामी तरंग बड़ी होती है, तो यह जहाज से बहुत ऊर्जा दूर ले जाती है, इसे किनारे तक अभिगम्य करती है या जहां भी तरंग समाप्त होती है या इसे पानी में प्रसारित करती है और उस ऊर्जा की आपूर्ति जहाज के प्रणोदन (या संवेग) द्वारा की जाती है। ताकि जहाज इसे संकर्षण के रूप में अनुभव कर सके। इसके विपरीत यदि परिणामी तरंग छोटी होती है तो अनुभव किया गया संकर्षण भी छोटा होता है।

हस्तक्षेप की राशि और दिशा (योगात्मक या घटाव) जहाज का कठोर भाग और जटिल तरंगों (जिनकी तरंग दैर्ध्य और फेज़ गति समान होती है।) के बीच फेज़ (चरण) अंतर पर निर्भर करती है और यह जलरेखा पर जहाज की लंबाई का एक कार्य है। किसी दिए गए जहाज की गति के लिए धनी तरंग और जटिल तरंग के बीच का फेज़ अंतर जलरेखा पर जहाज की लंबाई के समानुपाती होता है। उदाहरण के लिए, यदि जहाज को अपनी लंबाई की यात्रा करने में तीन सेकंड लगते हैं, तो किसी बिंदु पर जहाज गुजरता है तो धनु तरंग के तीन सेकंड बाद एक जटिल तरंग प्रारम्भ होती है। जिसका अर्थ उन दो तरंगों के बीच एक विशिष्ट फेज़ अंतर होता है। इस प्रकार जहाज की जलरेखा की लंबाई तरंग-निर्माण प्रतिरोध के परिमाण को प्रत्यक्ष रूप से प्रभावित करती है।

दी गई जलरेखा की लंबाई के लिए फेज़ अंतर तरंगों की फेज़ गति और तरंग दैर्ध्य पर निर्भर करता है। यदि वे सीधे जहाज की गति पर निर्भर करते हैं। एक गहरे पानी की तरंग के लिए, फेज़ गति प्रसार गति के समान होता है और तरंग दैर्ध्य के वर्गमूल के समानुपाती होता है। यह तरंग दैर्ध्य जहाज की गति पर निर्भर करती है।

इस प्रकार तरंग-निर्माण प्रतिरोध का परिमाण जलरेखा पर इसकी लंबाई के संबंध में जहाज की गति का एक कार्य है।

तरंग-निर्माण प्रतिरोध पर विचार करने का एक सरल तरीका पतवार को धनु और जटिल तरंगों के संबंध में देखना है। यदि किसी जहाज की लंबाई उत्पन्न तरंगों की लंबाई के आधी है, तो निरस्तीकरण के कारण परिणामी तरंग बहुत छोटी होती है और यदि लंबाई तरंग दैर्ध्य के समान है, तो तरंग वृद्धि के कारण तरंग बड़ी होती है।

फेज़ गति $c$ तरंगों की संख्या निम्न सूत्र द्वारा दी गई है:

$c={\sqrt {{\frac {g}{2\pi }}l}}$

जहाँ $l$ तरंग की लंबाई है और $g$ गुरुत्वीय त्वरण है। $g$ के लिए उपयुक्त मान में प्रतिस्थापित करने पर समीकरण प्राप्त होता है:

${\mbox{c in knots}}\approx 1.341\times {\sqrt {\mbox{length in ft}}}\approx {\frac {4}{3}}\times {\sqrt {\mbox{length in ft}}}$

या मेट्रिक इकाई इकाइयों में:

${\mbox{c in knots}}\approx 2.429\times {\sqrt {\mbox{length in m}}}\approx {\sqrt {6\times {\mbox{length in m}}}}\approx 2.5\times {\sqrt {\mbox{length in m}}}$

ये मान, 1.34, 2.5 और बहुत आसान 6, प्रायः पतवार गति के नियम में उपयोग किए जाते हैं, जिसका उपयोग विस्थापन हल की संभावित गति की तुलना करने के लिए किया जाता है। और यह संबंध फ्राउड संख्या के लिए भी मौलिक है, जिसका उपयोग जलयान के विभिन्न पैमानों की तुलना में किया जाता है। .

जब पोत 0.94 के "गति-लंबाई अनुपात" (समुद्री मील में लंबाई के वर्गमूल से विभाजित गति) से अधिक हो जाता है, तो यह अपनी अधिकांश धनु तरंग से बाहर निकलना प्रारम्भ कर देता है। पतवार वास्तव में पानी में अपेक्षाकृत रूप से स्थित हो जाता है क्योंकि यह अब केवल दो तरंग शीर्षों द्वारा समर्थित जैसा कि पोत 1.34 की गति-लंबाई अनुपात से अधिक है। तरंग दैर्ध्य अब पतवार से अधिक है और जटिल तरंग अब वृद्धि तरंग द्वारा समर्थित नहीं है। जिससे जटिल तरंग अधिक हो जाती है और जहाज के आगे का भाग ऊपर उठ जाता है। पतवार अब धनु तरंग ऊपर उठना प्रारम्भ हो जाती है और प्रतिरोध बहुत अधिक दर से बढ़ने लगता है। जबकि 1.34 के गति-लंबाई अनुपात की तुलना में विस्थापन पतवार को तीव्र से चलाना संभव है। ऐसा करना निषेधात्मक रूप से कीमती है। अधिकांश बड़े पोत 1.0 से नीचे के गति-लंबाई अनुपात पर उस स्तर से अपेक्षाकृत नीचे की गति-लंबाई अनुपात पर कार्य करते हैं।

तरंग-निर्माण प्रतिरोध को कम करने के तरीके

चूँकि तरंग-निर्माण प्रतिरोध पानी को पतवार के रास्ते से बाहर धकेलने के लिए आवश्यक ऊर्जा पर आधारित होता है, ऐसे कई तरीके हैं जिनसे इसे कम किया जा सकता है।

कम विस्थापन

अतिरिक्त वजन को हटाकर शिल्प के विस्थापन को कम करना, तरंग बनाने वाले संकर्षण को कम करने का सबसे सीधा तरीका है। दूसरा तरीका पतवार को आकार देना है ताकि लिफ्ट उत्पन्न हो सके क्योंकि यह पानी के माध्यम से चलती है। सेमी-डिस्प्लेसमेंट हल्स और प्लानिंग हल्स ऐसा करते हैं, और वे हल स्पीड बैरियर के माध्यम से तोड़ने में सक्षम होते हैं और एक ऐसे क्षेत्र में संक्रमण करते हैं जहां संकर्षण बहुत कम दर से बढ़ता है। इसका नुकसान यह है कि प्लानिंग केवल छोटे जहाजों पर ही व्यावहारिक है, जिसमें मोटरबोट जैसे उच्च शक्ति-से-भार अनुपात होते हैं। सुपरटैंकर जैसे बड़े पोत के लिए यह एक व्यावहारिक समाधान नहीं है।

ठीक प्रविष्टि

कुंद धनुष के साथ एक पतवार को पानी को बहुत तेज़ी से दूर धकेलना पड़ता है, और इस उच्च त्वरण के लिए बड़ी मात्रा में ऊर्जा की आवश्यकता होती है। एक महीन धनुष का उपयोग करके, एक तेज कोण के साथ जो पानी को धीरे-धीरे बाहर धकेलता है, पानी को विस्थापित करने के लिए आवश्यक ऊर्जा की मात्रा कम होगी। एक आधुनिक भिन्नता तरंग-भेदी डिजाइन है। गतिमान पतवार द्वारा विस्थापित होने वाले पानी की कुल मात्रा, और इस प्रकार तरंग बनाने का कारण बनता है, पतवार का पार अनुभागीय क्षेत्र हल की दूरी की दूरी है, और समान नहीं रहेगा जब समान lwl के लिए प्रिज्मीय गुणांक बढ़ाया जाता है और समान विस्थापन और समान गति।

बल्बनुमा धनुष

Main article: बल्बनुमा धनुष

एक विशेष प्रकार का धनुष, जिसे बल्बनुमा धनुष कहा जाता है, अक्सर तरंग बनाने वाले संकर्षण को कम करने के लिए बड़े बिजली के जहाजों पर प्रयोग किया जाता है। धनुष के आगे दबाव वितरण को बदलकर, बल्ब पतवार द्वारा उत्पन्न तरंगों को बदल देता है। धनुष तरंग के साथ इसके विनाशकारी हस्तक्षेप की प्रकृति के कारण, पोत की गति की एक सीमित सीमा होती है, जिस पर यह प्रभावी होता है। गति की एक विशेष श्रेणी पर किसी विशेष पतवार के तरंग-निर्माण प्रतिरोध को कम करने के लिए एक बल्बनुमा धनुष को ठीक से डिज़ाइन किया जाना चाहिए। एक बल्ब जो एक पोत के पतवार के आकार और गति की एक सीमा के लिए कार्य करता है, एक अलग पतवार के आकार या एक अलग गति सीमा के लिए हानिकारक हो सकता है। एक बल्बनुमा धनुष को डिजाइन करते समय जहाज की इच्छित परिचालन गति और स्थितियों का उचित डिजाइन और ज्ञान आवश्यक है।

हल फॉर्म फ़िल्टरिंग

यदि पतवार को पतवार की गति से काफी कम गति पर संचालित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, तो एक गति पर तरंग प्रतिरोध को कम करने के लिए इसकी लंबाई के साथ पतवार के आकार को परिष्कृत करना संभव है। यह केवल वहीं व्यावहारिक है जहां हल का ब्लॉक गुणांक कोई महत्वपूर्ण मुद्दा नहीं है।

अर्ध-विस्थापन और हल्स की योजना

File:Speed-length vs weight-resistance.gif

विस्थापन, अर्ध-विस्थापन और हलों की योजना के लिए गति-लंबाई अनुपात के कार्य के रूप में प्रतिरोध-वजन अनुपात दिखाने वाला एक ग्राफ

चूंकि अर्ध-विस्थापन और योजना हल ऑपरेशन में महत्वपूर्ण मात्रा में लिफ्ट उत्पन्न करते हैं, वे तरंग प्रसार गति की बाधा को तोड़ने में सक्षम होते हैं और बहुत कम संकर्षण के दायरे में कार्य करते हैं, लेकिन ऐसा करने के लिए उन्हें पहले पीछे धकेलने में सक्षम होना चाहिए गति, जिसके लिए महत्वपूर्ण शक्ति की आवश्यकता होती है। इस अवस्था को संक्रमण अवस्था कहा जाता है और इस अवस्था में तरंग-निर्माण प्रतिरोध की दर सबसे अधिक होती है। एक बार पतवार धनुष की तरंग के कूबड़ के ऊपर आ जाती है, तो तरंग के खिंचाव की दर में काफी कमी आने लगेगी। प्लैनिंग पतवार पानी से अपनी कड़ी को साफ करके ऊपर उठेगी और इसकी ट्रिम ऊंची होगी। योजना व्यवस्था के दौरान योजना पतवार का पानी के नीचे का हिस्सा छोटा होगा।

तरंग प्रतिरोध की साजिश की एक गुणात्मक व्याख्या यह है कि एक विस्थापन पतवार एक तरंग के साथ प्रतिध्वनित होता है जिसके धनुष के पास एक शिखा होती है और उसके स्टर्न के पास एक गर्त होता है, क्योंकि पानी को धनुष से दूर धकेल दिया जाता है और स्टर्न पर वापस खींच लिया जाता है। एक प्लैनिंग पतवार बस इसके नीचे पानी पर धकेल दी जाती है, इसलिए यह एक तरंग के साथ प्रतिध्वनित होती है जिसके नीचे एक गर्त होता है। यदि इसकी लंबाई लगभग दोगुनी है तो इसका केवल वर्गमूल (2) या 1.4 गुना गति होगी। व्यवहार में अधिकांश प्लैनिंग हल्स सामान्यतः उससे कहीं अधिक तेजी से चलते हैं। पतवार की गति से चार गुना तरंग दैर्ध्य पहले से ही पतवार से 16 गुना अधिक है।

यह भी देखें

• जहाज प्रतिरोध और प्रणोदन
• हुल (नाव) का वर्गीकरण
• नाव की गति

संदर्भ

• On the subject of high speed monohulls, Daniel Savitsky, Professor Emeritus, Davidson Laboratory, Stevens Institute of Technology