तरंग-निर्माण प्रतिरोध

For wave drag on supersonic aircraft due to shock waves, see wave drag.

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

वेव-मेकिंग प्रतिरोध ड्रैग (भौतिकी) का एक रूप है जो सतह के जलपोत, जैसे नावों और जहाजों को प्रभावित करता है, और पानी को पतवार के रास्ते से बाहर धकेलने के लिए आवश्यक ऊर्जा को दर्शाता है। यह ऊर्जा तरंग बनाने में जाती है।

भौतिकी

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

छोटे पतवार (जलपोत)वाटरक्राफ्ट) के लिए, जैसे कि सेलबोट्स या रोएबोट्स, तरंग-निर्माण प्रतिरोध जहाज प्रतिरोध और प्रणोदन का प्रमुख स्रोत है।

जल तरंगों का एक प्रमुख गुण फैलाव है; यानी तरंगदैर्घ्य जितना अधिक होगा, वह उतनी ही तेजी से गति करेगा। एक जहाज द्वारा उत्पन्न तरंगें उसकी ज्यामिति और गति से प्रभावित होती हैं, और लहरें बनाने के लिए जहाज द्वारा दी गई अधिकांश ऊर्जा धनुष और कठोर भागों के माध्यम से पानी में स्थानांतरित हो जाती है। सीधे शब्दों में कहें तो, ये दो तरंग प्रणालियां, यानी, धनुष और कड़ी तरंगें, एक दूसरे के साथ परस्पर क्रिया करती हैं, और परिणामी तरंगें प्रतिरोध के लिए जिम्मेदार होती हैं। यदि परिणामी लहर बड़ी है, तो यह जहाज से बहुत ऊर्जा दूर ले जाती है, इसे किनारे तक पहुंचाती है या जहां भी लहर समाप्त होती है या इसे पानी में फैलाती है, और उस ऊर्जा की आपूर्ति जहाज के प्रणोदन (या संवेग) द्वारा की जानी चाहिए। , ताकि जहाज इसे ड्रैग के रूप में अनुभव करे। इसके विपरीत, यदि परिणामी तरंग छोटी है, तो अनुभव किया गया ड्रैग छोटा है।

हस्तक्षेप की मात्रा और दिशा (योगात्मक या घटाव) धनुष और कड़ी तरंगों (जिनकी तरंग दैर्ध्य और चरण गति समान होती है) के बीच 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, बो वेव और स्टर्न वेव के बीच का चरण 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, धनुष तरंग के तीन सेकंड बाद एक कड़ी लहर शुरू होती है, जिसका अर्थ उन दो तरंगों के बीच एक विशिष्ट चरण अंतर होता है। इस प्रकार, जहाज की जलरेखा की लंबाई तरंग-निर्माण प्रतिरोध के परिमाण को सीधे प्रभावित करती है।

दी गई जलरेखा की लंबाई के लिए, चरण अंतर तरंगों की चरण गति और तरंग दैर्ध्य पर निर्भर करता है, और वे सीधे जहाज की गति पर निर्भर करते हैं। एक गहरे पानी की लहर के लिए, चरण गति प्रसार गति के समान होती है और तरंग दैर्ध्य के वर्गमूल के समानुपाती होती है। वह तरंग दैर्ध्य जहाज की गति पर निर्भर 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 धनुष और कड़ी तरंगों के संबंध में देखना है। यदि किसी जहाज की लंबाई उत्पन्न तरंगों की लंबाई की आधी है, तो रद्दीकरण के कारण परिणामी लहर बहुत छोटी होगी, और यदि लंबाई तरंग दैर्ध्य के समान है, तो तरंग वृद्धि के कारण बड़ी होगी।

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

$c={\sqrt {{\frac {g}{2\pi }}l}}$ कहाँ $l$ लहर की लंबाई है और $g$ गुरुत्वाकर्षण त्वरण। के लिए उपयुक्त मान में प्रतिस्थापित करना $g$ समीकरण देता 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, मीट्रिक प्रणाली 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, अक्सर 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 (गांठों में लंबाई के वर्गमूल से विभाजित गांठों में गति) से अधिक हो जाता है, तो यह अपनी अधिकांश धनुष लहर से बाहर निकलना शुरू कर देता है, पतवार वास्तव में पानी में थोड़ा सा बैठ जाता है क्योंकि यह अब केवल द्वारा समर्थित है दो तरंग शिखर। जैसा कि पोत 1.34 की गति-लंबाई अनुपात से अधिक है, तरंग दैर्ध्य अब पतवार से अधिक है, और स्टर्न अब वेक द्वारा समर्थित नहीं है, जिससे स्टर्न स्क्वाट हो जाता है, और धनुष ऊपर उठ जाता है। पतवार अब अपनी धनुष लहर पर चढ़ना शुरू कर रही है, और प्रतिरोध बहुत अधिक दर से बढ़ने लगता है। जबकि 1.34 के गति-लंबाई अनुपात की तुलना में विस्थापन पतवार को तेजी से चलाना संभव है, ऐसा करना निषेधात्मक रूप से महंगा है। अधिकांश बड़े पोत 1.0 से नीचे के गति-लंबाई अनुपात पर, उस स्तर से काफी नीचे गति-लंबाई अनुपात पर काम 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, लहर बनाने वाले ड्रैग को कम करने का सबसे सीधा तरीका है। दूसरा तरीका पतवार को आकार देना है ताकि लिफ्ट (बल) उत्पन्न हो सके क्योंकि यह पानी के माध्यम से चलती है। अर्ध-विस्थापन हल्स और योजना बनाना (नौकायन)नौकायन) 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 ड्रैग 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। सुपर टैंक 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 लहर 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: bulbous bow

एक विशेष प्रकार का धनुष, जिसे बल्बनुमा धनुष कहा जाता है, अक्सर लहर बनाने वाले ड्रैग 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 काम 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 ड्रैग के दायरे में काम 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 लहर के कूबड़ के ऊपर हो जाने के बाद, तरंग ड्रैग की वृद्धि की दर काफी कम होने लगेगी। प्लैनिंग पतवार पानी से अपनी कड़ी को साफ करके ऊपर उठेगी और इसकी ट्रिम ऊंची होगी। प्लानिंग हल के पानी के नीचे का हिस्सा प्लानिंग शासन के दौरान छोटा होगा।

तरंग प्रतिरोध की साजिश की एक गुणात्मक व्याख्या यह है कि एक विस्थापन पतवार एक लहर 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 लहर 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 आमतौर पर 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
• हल (वाटरक्राफ्ट) #वर्गीकरण
• पतवार की गति

संदर्भ

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