蘇伊士運河擱淺巨輪重啟阻力計算

我們知道，當船在運動時由於水的粘性，在船體周圍形成邊界層，從而使船體運動過程中受到粘性切應力作用，即船體表面產生了摩擦力。另外由於水具有粘性，從而改變了沿船體表面的壓力分佈情況，使船體前後部分存在壓力差，這種由粘性引起船體前後壓力不平衡而產生粘壓阻力。因此，

粘性阻力R=摩擦阻力R1+粘壓阻力R2。

那麼，

1）船舶在水中航行時，流場中會產生哪些重要物理現象？它們與阻力有何關係？

2）影響船舶阻力的主要因素有哪些？

3）各阻力成分及其佔總阻力的比例與航速有何關係？

資料顯示：

低速船 摩擦阻力70%~80%，粘壓阻力10%以上，興波阻力很小

高速船 興波阻力40%~50%，摩擦阻力50%，粘壓阻力5%。

4）物體在理想流體無界域中運動時有無阻力？

應該注意的是壓阻力中包含有粘壓阻力和興波阻力兩類不同性質的力。興波阻力即使在理想流體中仍然存在，而摩擦阻力和粘壓阻力兩者都是由於水的粘性而產生的，在理想流體中並不存在。

5）扶正擱淺貨輪需要多大推力呢？

假設運河為理想流體，河沙泥土的摩擦係數為0。3~0。5之間，我們取0。3，根據力學公式：G重=F浮=G排=ρgV排，已知載重量20。4萬噸，貨輪長400米，吃水深15米，求得船的平均寬為34米。假設上浮高度h為變數，F減表示減少的浮力，減少的浮力即作用於泥土產生摩擦力，據此我們可以得到：

F減= 2。04*10^9*（1-1/（400*34*h））。

F拉=F摩擦力=u*F減=0。3*（2。04*10^9-1。36*10^8*h）。

據此我們推算需要的拉力大小：（資料顯示：拖輪1馬力可產生0。0135噸拉力）

按照擱淺程度不同，假設我們採用5千馬力的救援拖輪或26萬馬力的尼米茲級航母兩種救援方案，根據上面經驗公式推算，要克服擱淺貨輪的最小泥土摩擦力，且不考慮流體阻力的情況下，

擱淺5CM的情況下5K馬力的救援拖輪需要9艘；

擱淺50CM的情況下5K馬力拖輪需要83艘，或26W馬力航母2艘，方可解救擱淺貨輪。

可見救援難度著實不小。