Ship resistance and propulsion
વહાણને ઓછામાં ઓછા બાહ્ય બળ સાથે પાણીમાં અસરકારક રીતે આગળ વધવા માટે ડિઝાઇન કરવું આવશ્યક છે. હજારો વર્ષોથી જહાજના ડિઝાઇનરો અને સઢવાળા જહાજોના નિર્માતાઓ આપેલ જહાજ માટે સેઇલ્સને માપવા માટે મિડશિપ-સેક્શન વિસ્તાર પર આધારિત અંગૂઠાના નિયમોનો ઉપયોગ કરતા હતા. ક્લિપર જહાજો માટે હલ ફોર્મ અને સેઇલ પ્લાન, ઉદાહરણ તરીકે, અનુભવમાંથી વિકસિત થયો છે, સિદ્ધાંતમાંથી નહીં. 19મી સદીના મધ્યમાં વરાળ શક્તિનું આગમન અને મોટા લોખંડના જહાજોનું નિર્માણ થયું ત્યાં સુધી જહાજના માલિકો અને બિલ્ડરોને સ્પષ્ટ થયું કે વધુ સખત અભિગમની જરૂર છે. વ્યાખ્યા જહાજ પ્રતિકારને સ્થિર વેગથી જહાજને શાંત પાણીમાં ખેંચવા માટે જરૂરી બળ તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે. પ્રતિકારના ઘટકો પાણીમાં જે પદાર્થ પાણીના સંદર્ભમાં સ્થિર હોય છે, તે માત્ર જળસ્થૈતિક દબાણનો અનુભવ કરે છે. હાઇડ્રોસ્ટેટિક દબાણ હંમેશા શરીરના વજનનો વિરોધ કરે છે. આ ઉછાળાને કારણે કુલ (ઉપર તરફનું) બળ વિસ્થાપિત પાણીના (નીચે તરફના) વજન જેટલું છે. જો શરીર ગતિમાં હોય, તો ત્યાં હાઇડ્રોડાયનેમિક દબાણ પણ હોય છે જે શરીર પર કાર્ય કરે છે. વિસ્થાપન જહાજ માટે, જે સામાન્ય પ્રકારનું જહાજ છે, ત્રણ મુખ્ય પ્રકારનાં પ્રતિકારને ધ્યાનમાં લેવામાં આવે છેઃ કે તરંગ-નિર્માણને કારણે, કે જે સ્વરૂપ પર ચાલતા પાણીના દબાણને કારણે, ઘણીવાર ગણતરી કરવામાં આવતી નથી અથવા અલગથી માપવામાં આવતી નથી, અને તે હલની ભીની સપાટી પર ચાલતા પાણીના ઘર્ષણને કારણે. આને વધુ ઘટકોમાં વિભાજિત કરી શકાય છેઃ ફ્રાઉડના પ્રયોગો જ્યારે જહાજના નમૂનાઓનું પરીક્ષણ કરવામાં આવે છે અને પછી વાસ્તવિક જહાજો સાથે પરિણામોની સરખામણી કરવામાં આવે છે, ત્યારે નમૂનાઓ જહાજના પ્રતિકારની વધુ પડતી આગાહી કરે છે. ફ્રાઉડે અવલોકન કર્યું હતું કે જ્યારે જહાજ અથવા મોડેલ તેની કહેવાતી હલ ઝડપ પર હોય ત્યારે ત્રાંસા તરંગો (હલ સાથેના તરંગો) ની તરંગ પેટર્નની તરંગલંબાઇ જળરેખાની લંબાઈ જેટલી હોય છે. આનો અર્થ એ થયો કે વહાણનું ધનુષ એક તરંગ શિખર પર સવારી કરી રહ્યું હતું અને તે જ રીતે તેનું સ્ટર્ન પણ હતું. આને ઘણીવાર હલ સ્પીડ કહેવામાં આવે છે અને તે જહાજની લંબાઈનું એક કાર્ય છે જ્યાં સ્થિરાંક (k) ને આ રીતે લેવું જોઈએઃ વેગ (V) માટે k અને લંબાઈ (L) મીટર (m) માં અથવા વેગ (V) માટે 1.34 k અને લંબાઈ (L) ફૂટ (ft) માં. આનું નિરીક્ષણ કરતા, ફ્રાઉડને સમજાયું કે જહાજ પ્રતિકાર સમસ્યાને બે અલગ-અલગ ભાગોમાં વહેંચવી પડશેઃ અવશેષ પ્રતિકાર (મુખ્યત્વે તરંગ નિર્માણ પ્રતિકાર) અને ઘર્ષણ પ્રતિકાર. યોગ્ય અવશેષ પ્રતિકાર મેળવવા માટે, નમૂના પરીક્ષણોમાં જહાજ દ્વારા બનાવવામાં આવેલી તરંગ ટ્રેનને ફરીથી બનાવવી જરૂરી હતી. તેમણે શોધી કાઢ્યું કે કોઈપણ જહાજ અને ભૌમિતિક રીતે સમાન મોડેલને યોગ્ય ઝડપે ખેંચવામાં આવે છે કેઃ એક ઘર્ષણ ખેંચાણ છે જે સ્નિગ્ધતાને કારણે શીયર દ્વારા આપવામાં આવે છે. આ ઝડપી જહાજ ડિઝાઇનમાં કુલ પ્રતિકારના 50 ટકા અને ધીમી જહાજ ડિઝાઇનમાં કુલ પ્રતિકારના 80 ટકા પરિણમી શકે છે. ઘર્ષણ પ્રતિકારને ધ્યાનમાં રાખવા માટે ફ્રાઉડે સપાટ પ્લેટોની શ્રેણીને ખેંચવાનું અને આ પ્લેટોના પ્રતિકારને માપવાનું નક્કી કર્યું, જે નમૂના જહાજની સમાન ભીની સપાટી વિસ્તાર અને લંબાઈની હતી, અને આ ઘર્ષણ પ્રતિકારને કુલ પ્રતિકારમાંથી બાદ કરીને બાકીનો અવશેષ પ્રતિકાર તરીકે મેળવ્યો. ઘર્ષણ (મુખ્ય લેખઃ ત્વચા ઘર્ષણ ખેંચાણ) ચીકણું પ્રવાહીમાં, એક સીમા સ્તર રચાય છે. આ ઘર્ષણને કારણે ચોખ્ખા ખેંચાણનું કારણ બને છે. સીમા સ્તર પત્થરોની સપાટીથી પાણીના ક્ષેત્ર પ્રવાહ સુધી પહોંચે ત્યાં સુધી વિવિધ દરે કાપણીમાંથી પસાર થાય છે. તરંગો બનાવવાનો પ્રતિકાર (મુખ્ય લેખઃ તરંગો બનાવવાનો પ્રતિકાર) અવિરત પાણીની સપાટી પર આગળ વધતું જહાજ મુખ્યત્વે જહાજના ધનુષ અને સ્ટર્નમાંથી નીકળતા તરંગોને સ્થાપિત કરે છે. વહાણ દ્વારા બનાવવામાં આવેલા તરંગોમાં અલગ અને ત્રાંસા તરંગો હોય છે. વિક્ષેપના બિંદુથી બહારની તરફ આગળ વધતા ત્રાંસા અથવા ત્રાંસા શિખરોની શ્રેણી સાથે જહાજના પગલે અલગ અલગ તરંગો જોવા મળે છે. આ તરંગોનો સૌપ્રથમ અભ્યાસ વિલિયમ થોમસન, પ્રથમ બેરોન કેલ્વિન દ્વારા કરવામાં આવ્યો હતો, જેમણે શોધી કાઢ્યું હતું કે જહાજની ગતિને ધ્યાનમાં લીધા વિના, તેઓ હંમેશા જહાજની પાછળ 39° ફાચર આકાર (દરેક બાજુ 19.5°) માં સમાયેલા હતા. અલગ અલગ તરંગો વહાણની આગળની ગતિ સામે વધુ પ્રતિકાર કરતું નથી. જો કે, ત્રાંસા તરંગો વહાણની લંબાઈ સાથે ગર્ત અને શિખર તરીકે દેખાય છે અને તે વહાણના તરંગ બનાવવાના પ્રતિકારનો મુખ્ય ભાગ બનાવે છે. ત્રાંસા તરંગ પ્રણાલી સાથે સંકળાયેલી ઊર્જા તબક્કાના વેગ અથવા તરંગોના જૂથ વેગના અડધા ભાગ પર પ્રવાસ કરે છે. ઊર્જાના આ ખર્ચને દૂર કરવા માટે જહાજના મુખ્ય ચાલકએ સિસ્ટમમાં વધારાની ઊર્જા મૂકવી આવશ્યક છે. જહાજોના વેગ અને અનુપ્રસ્થ તરંગોના વેગ વચ્ચેનો સંબંધ તરંગની ગતિ અને જહાજના વેગને સરખાવીને શોધી શકાય છે. પ્રોપલ્શન (મુખ્ય લેખઃ દરિયાઇ પ્રોપલ્શન) જહાજોને શક્તિના અસંખ્ય સ્રોતો દ્વારા આગળ ધપાવી શકાય છેઃ માનવ, પ્રાણી અથવા પવન શક્તિ (સેઇલ્સ, પતંગો, રોટર અને ટર્બાઇન), પાણીના પ્રવાહો, રાસાયણિક અથવા અણુ ઇંધણ અને સંગ્રહિત વીજળી, દબાણ, ગરમી અથવા સૌર ઊર્જા પુરવઠો એન્જિન અને મોટર્સ. આમાંના મોટા ભાગના સીધા જહાજને આગળ ધપાવી શકે છે (દા. ત. ટોઇંગ અથવા સાંકળ દ્વારા), હાઇડ્રોડાયનેમિક ડ્રેગ ઉપકરણો દ્વારા (દા. ત. ઓર્સ અને પેડલ વ્હીલ્સ) અને હાઇડ્રોડાયનેમિક લિફ્ટ ઉપકરણો દ્વારા (દા. ત. પ્રોપેલર્સ અથવા જેટ). કેટલાક વિદેશી માધ્યમો પણ અસ્તિત્વમાં છે, જેમ કે "ફિશ-ટેલ પ્રોપલ્શન", રોકેટ અથવા મેગ્નેટોહાઇડ્રોડાયનેમિક પ્રોપલ્શન. વિલિયમ ફ્રાઉડ રેફરન્સ ઇ. વી. લેવિસ, આવૃત્તિ, પ્રિન્સિપલ્સ ઓફ નેવલ આર્કિટેક્ચર, વોલ્યુમ પણ જુઓ. 2 (1988) નૌકાદળ સ્થાપત્ય