Важность точной оценки сопротивления движению судна.

Сопротивление трения. В результате опытов было установлено, что при обтекании тела (судна) потоком жидкости вблизи его поверхности образуется тонкий слой жидкости, называемый пограничным слоем. В пределах этого, слоя скорости частиц жидкости изменяются от нуля на поверхности тела (частицы прилипают к поверхности) до значении скорости набегающего потока на внешней границе пограничного слоя. Изменение скорости в этом слое обусловлено интенсивным проявлением сил вязкости.
Движение частиц жидкости внутри пограничного слоя может быть ламинарным или турбулентным. Режим движения жидкости внутри пограничного слоя определяется числом Рейнольдса R:

Re = V × L / ν,

где V - скорость движения жидкости, м/с;
L- длина судна, м;
ν - коэффициент кинематической вязкости, м/с.
При значительно небольших значениях Re (при Re<4×105) в пограничном слое наблюдается ламинарный режим течения жидкости. При таком режиме отдельные слои жидкости движутся в плоскостях, приблизительно параллельных поверхности тела, и никакого переноса частиц жидкости из слоя в слой не происходит; отдельные слои жидкости как бы скользят друг по другу, вызывая вследствие действия молекулярных сил сцепления силы трения, а, следовательно, и изменение скоростей в поперечном сечении пограничного слоя.
При так называемом критическом числе Reкрит = 5×105 происходит переход ламинарного пограничного слоя в турбулентный.

Турбулентный режим характеризуется тем, что частицы потока, двигаясь по главному направлению - вдоль тела, совершают дополнительное движение - поперек пограничного слоя. В этом случае происходит перенос жидкости из одного слоя в другой, который приводит к интенсивному перемешиванию масс жидкости и, как следствие, выравниванию скоростей потока в пределах слоя, что вызывает соответствующее увеличение сил трения. Таким образом, при турбулентном режиме обтекания силы трения значительно больше, чем при ламинарном.
Турбулентный режим обтекания поверхности корпуса судна возникает из-за шероховатости этой поверхности. Судовая поверхность не является технически гладкой, а имеет значительную шероховатость различного происхождения, влияние которой на сопротивление трения судна необходимо учитывать. В целом шероховатость обусловлена: качеством окраски; волнистостью наружной обшивки; наличием местных неровностей в виде валиков сварных швов; заклепочных соединений и коррозионных разрушений листов наружной обшивки. Обрастание подводной поверхности судна очень сильно увеличивает шероховатость и тем самым уменьшает скорость судна. Интенсивность обрастания зависит от многих факторов: температуры воды, ее солености, времени года, района плавания, соотношения количества ходовых и стояночных дней, скорости судна, состояния обшивки и т.п. В отдельных случаях уже через год после докования при плавании в средних широтах потеря скорости составляет 10-15 %.
Наиболее эффективным средством борьбы с обрастанием является периодическое докование судна с обязательной очисткой подводной части корпуса и покрытием его противообрастающими красками. Зачистка подводной части корпуса судна может производиться и без докования судна на воде водолазами. Обрастание судна в этом случае начнется значительно быстрее, так как корпус не был вскрыт соответствующими красками.
Сопротивление формы. У плохо обтекаемых корпусов потери энергии потока из-за действия сил вязкости настолько велики, что частицы жидкости вблизи корпуса, не доходя до ахтерштевня, теряют скорость, а под действием возрастающего давления могут начать двигаться против набегающего потока.
Возникающий встречный поток жидкости оттесняет пограничный слой от поверхности судна, приводит к срыву потока и образованию вихрей. Точка А, в которой начинается оттеснение пограничного слоя, называется точкой отрыва пограничного слоя.
Интенсивное вихреобразование в кормовой части судна еще в большей степени снижает давление в этом районе и увеличивает разность результирующих давлений, действующих на носовую и кормовую оконечности, т.е. приводит к росту сопротивления формы.
Естественно, что сопротивление формы в значительной степени зависит от положения точки отрыва пограничного слоя по длине судна: чем ближе к носовой оконечности находится эта точка, тем больше сопротивление. В свою очередь, положение точки отрыва определяется формой корпуса. У судов с большим удлинением (L / В > 6), т.е. у хорошо обтекаемых корпусов, отрыва пограничного слоя не наблюдается, поэтому эти суда имеют относительно небольшое сопротивление формы (порядка 15-20% полного сопротивления). У некоторых типов барж с тупой кормой сопротивление формы достигает 50 % полного сопротивления.
Волновое сопротивление. Распределение гидродинамических давлений вдоль корпуса движущегося судна неравномерно и характеризуется повышением в оконечностях и понижением в районе миделя. Вследствие этого форма поверхности воды искажается: там, где давление в потоке выше атмосферного, образуется бугор, а где оно ниже атмосферного - образуется впадина. Выведенные из положения равновесия частицы жидкости под действием сил тяжести и сил инерции стремятся вернуться в свое первоначальное положение. Это приводит к возникновению колебательного движения воды, внешним проявлением которого являются так называемые корабельные волны, образующиеся на спокойной поверхности воды.
Установлено, что корабельные волны имеют два очага возникновения: у форштевня развивается носовая система волн, у ахтерштевня - кормовая. В каждой из них можно выделить расходящиеся и поперечные волны. На создание этой волновой системы судном затрачивается энергия и происходит потеря скорости, что и принято называть волновым сопротивлением.
Сопротивление выступающих частей. Выступающими частями судна считаются рули, кронштейны и выкружки гребных валов, рудерпост, скуловые кили и т.д. Выступающие части создают добавочное сопротивление RВЧ которое определяется вязкостными составляющими. Если выступающие части рационально спроектированы и правильно расположены относительно корпуса, то их сопротивление вызывается силами трения. При нарушении этих требований резко возрастает сопротивление формы. Величина RВЧ определяется экспериментально, путем сравнительных буксировочных испытаний модели судна с выступающими частями и без них в опытовых бассейнах.
Воздушное сопротивление. Сопротивление воздуха RВОЗ движению судна слагается из сопротивления надводной части корпуса, надстроек, рубок и других палубных сооружений. Основную часть сопротивления (до 60-80 %) создают надстройки, которые по своей конфигурации приближаются к плохо обтекаемым телам.