船是否會受到綠色箭頭所示的力的作用?

附圖是一張海面的俯視圖,機翼形非對稱的船(紅色)沿藍色箭頭所示的方向在海面上航行,問,船是否受到綠色箭頭所示的方向的力的作用?為什麼?


謝邀

這個形狀是伯努利原理在教材里的一個典型示範,我猜想題主這個問題是想探討一下伯努利方程的適用。流體不是我的方向,也基本忘記了如何推導伯努利方程了。很抱歉,理論上我解釋不了。

不過我可以分享一條這個形狀的船。

俄羅斯的側向破冰船「波羅的海(Baltika)」號

IMO:9649237

2014年建於芬蘭的Arctech Helsinki船廠。

這條船的母型布置圖

最下面兩幅就是俯視圖,基本上和題主示例的樣子差不多,一側平直一側肥大。

為了研發這個船型,船廠在赫爾辛基科技大學的船舶實驗室做了多次實驗。

實驗驗證了船舶的最小阻力方向,推進性,操縱性和船舶穩性四個部分。

首先是船舶最小阻力方向

實驗選取了船舶中軸方向的-10度到10度這個範圍進行拖曳實驗。最終發現,沿-5度方向前進是船舶的最小阻力方向,也就是向船身肥大側轉5度(逆時針方向5度)這個航向是阻力最小的。

其次是推進性,

根據前面實驗的最小阻力方向,理論上我們的最小推進力方嚮應該也在-5度方向。但是推進性實驗表明這個理論數值並不完全正確,因為螺旋槳產生的水流會對船體周邊水流產生影響,導致最小阻力方向會發生一定變化。這個變化又和速度有很大的關係,在不同速度下,最小阻力方向變化方向也會產生改變。

操縱性和穩定性和本題無關,節約空間就不說了。

從這些實驗我們能看出,我們的理論在面對複雜流場時,其實說服力是不足的。最實際的辦法還是模型實驗。

補充這條船的相關信息

Length 76.4 m

Length in waterline 72.1 m

Breadth maximum 20,5 m

Draught, at design waterline 6.3 m

Deadweight at design draught, abt. 1150 t

Installed power 9,0 MW
Propulsion power 7,5 MW

Speed 14 knots

Speed at 1.0 m level ice 3,0 knots

Crew 24

Special personnel 12

GT 3800

Cargo deck 380 m2

Range 4500 nautical miles

Classification: RMRS

Class notation:
KM Icebreaker6, [1], AUT1-ICS, OMBO, FF3WS, EPP, DYNPOS-1, ECO-S, Oil
recovery ship (&>60°C), Salvage ship, Tug, HELIDECK

很漂亮的一條船


明確回答,是。

船體兩側受到的壓力差會產生綠色方向合力。


那個綠色的是升力吧。首先同一個流體域中流速大的地方壓力小,機翼因為上下兩面不對稱,導致上表面流速快,下表面的流速慢,所以下表面收到的壓力大於上表面,體現為升力。這是伯努利方程的一部分。@水銀提到的那種特型船向正前方行駛就會有升力。另外,在一般的船型中,舵通過轉動可以調節舵兩側的水流速度從而可以提供側向的升力,完成船體的轉向。另外,伯努利方程需要在相同性質的流體中使用。如果你想問會不會因為空氣不流動,船底水流流動而產生浮力,那是不對的。


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