Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Хаскинд М.Д. Гидродинамическая теория качки корабля

.pdf
Скачиваний:
36
Добавлен:
25.10.2023
Размер:
12.5 Mб
Скачать

60

 

 

Д И Ф Р А К Ц И Я В О Л Н Н А

П Р Е Г Р А Д А Х

 

 

 

Г Л . I I

В

акустическом

случае функции излучения ц>1,

ф3 и ср^ имеют

более

четкий смысл

и

ими

 

определяется излучение

акустических

волн

в ж и д к о с т я х

и

газах

при

колебаниях

твердого

 

контура С

с единичными амплитудами поступательных =

1, 2) и

враща­

тельной (т — 3) скоростей

 

[ 6 8 , 6 9

]. Выразим функции ф т

через зна­

чения этих функций и их нормальных

производных

на

контуре С.

Д л я

этого

рассмотрим область

S,

ограниченную

контуром С

+ 2

-f- К,

где 2 — окружность

 

большого

радиуса

г

с

центром

в начале координат плоскости осу и К — окружность

 

малого ра­

диуса

б с

центром

в

точке

Р (х,

у).

П р и м е н я я формулу

Грина

в области S

к ф у н к ц и я м ф т

 

и

(/с0 гг ), удовлетворяющим

уравне ­

нию

(7.4)

и

принципу

излучения

(7.5),

получим

 

 

 

 

 

 

3

 

 

дт

 

 

 

К >

( V i ) )

dl

=

0

(7.7)

 

 

Н?

(Кг,)

дп

Ф

дп

 

с+х+к

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 = У(х-1Г

 

+

 

(у~г]П

 

 

 

 

где г, — расстояние

между

точкой

Q

(£, н)

границы

области S

иточкой Р.

На основании принципа излучения (7.5) интеграл по 2 стре­

мится к н у л ю при

г - >

оо. Д а л е е ,

согласно

(3.8),

д л я малых зна­

чений г,

функция

# d 2

)

( & o r i )

и

е е

производная

представляются

в форме

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Я ( 0 2 ) (кг,) ;

2/

In

rv

 

 

 

 

2/

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

яг.

 

С т я г и в ая

окружность К

в

точку

Р ,

будем

иметь

 

 

Jim

(кг,)

дЧ>т

 

 

Ф

 

(я[)2) (Vi)) dl =

% _

(ж, у),

дп

 

 

дп

 

 

 

 

т

 

 

 

 

 

и, следовательно,

выражение

(7.7)

после

предельного

перехода

б0 и г - > оо принимает вид

ф(*> г/)

4 J

дп

•Ф

а

(/4

2 )

(Vi))

Л . (7.8)

т

J

 

 

 

 

Определим теперь асимптотический вид функций фг а п р и боль­ ших г. С этой целью воспользуемся соотношением (3.12) и примем во внимание, что при больших г

 

 

г , « г — (I cos 8 - f i | sin 8)

I tg 8 =

Тогда

получим

 

Я 0 2 )

— j+jft0 (5 cos e+т)

sin 9)

=

 

§ 7 О П Р Е Д Е Л Е Н И Е Д И Ф Р А К Ц И О Н Н Ы Х Г И Д Р О Д И Н А М И Ч Е С К И Х С И Л 61

В соответствии с этим из формулы (7.8) находим

/ $ „ ( * „ , 9) - J ( y - f )

. 7 Q 4

(8я/«0г) / 2

где величины (? т (&о> в) представляют собой асимптотические ха­ рактеристики функций излучения и рассеяния, определяемые из равенства

Qm

0) =

\[f д-^г -

Ф т

 

/ = е

х Р yfto (* cos е +

г/ sin 9)j.

 

 

с

 

 

 

 

 

(7.10)

В ы р а ж е н и я

(7.9) показывают, что

функции излучения и рассея­

ния при г

оо определяют

волны,

расходящиеся

во все стороны

от контура С и принадлежащие к

типу

обобщенных

кольцевых

волн, отмеченных в § 3.

 

 

 

 

 

2. О б о б щ е н н ы е

к о э ф ф и ц и е н т ы

п р и с о е д и ­

н е н н ы х

м а с с и

д е м п ф и р о в а н и я .

Введем в рас­

смотрение группу комплексных коэффициентов

 

 

 

 

 

 

 

С

 

 

 

Д л я

акустического

волнового

поля,

возбужденного

жестким

колеблющимся котуром

С, величины ц

и Xsm представляют со­

бой обобщенные коэффициенты присоединенных масс и демпфиро­

вания [ 6 8 , 6 9 ]. В самом

деле,

при колебаниях

контура

С с тремя

степенями свободы акустический потенциал и давление

выражают ­

ся в

виде

 

 

+ и2щ

 

 

 

 

 

 

 

Ф =

<7 1 ф 1

+ £78фз,

 

 

 

|

 

 

(Us(t)^use^)

 

 

 

 

 

 

 

(7.12)

 

 

р =

— р/оФ = — р/о- ((7^ ! +

С/./р2 +

С73ф3),

J

где

Us

— проекции

поступательных (s =

1,

2)

и вращательной

(s =

3)

скоростей.

 

 

 

 

 

 

 

Обозначим через YL

и F 2

проекции гидродинамических сил на

оси а; и у, а через Ys

— момент относительно оси z гидродинамиче­

ских сил, действующих на контур С. Тогда на основании общих формул

У 1

=

j р cos (re,

х) dl,

Y2

— —

^ р cos (re,

у) dl,

 

 

 

0 .

 

 

 

С

 

 

(7.13)

F 3

=

— ,|

Р ( х cos (re, у) — у cos (и, ж)) ей

 

 

 

 

с

 

 

 

 

 

 

 

и выражений

(7.6),

(7.11) и

(7.12)

получим

 

 

Yin

=

- /о S

= -

£

k m

- л 1 - +

.

(7.14)

8=1

5=1 Х

«2

Д И Ф Р А К Ц И Я В О Л Н Н А П Р Е Г Р А Д А Х

Г Л . I I

Эти ж е формулы определяют гидродинамическую реакцию, дей­ ствующую на каждое сечение вертикальной преграды в т я ж е л о й жидкости пр и деформационных колебаниях следующего вида:

c h кп (« + h) ш

В ы р а ж е н и я (7.14) показывают, что величины

\ism(K) и

Кт(к0)

я в л я ю т с я обобщенными коэффициентами присоединенных

масс

и демпфирования . В отличие от неограниченной

невесомой ж и д к о ­

сти, появление в рассматриваемом случае демпфирующих эф­

фектов

обусловлено

затратой энергии

на

излучение волн.

П р и

к0 =

0 волновое уравнение (7.4) превращается в уравнение

Л а п ­

ласа.

В

этом случае

коэффициенты Zsm

(0)

действительны,

т . е .

 

 

^ ( ° ) = ^ т ( 0 ) .

^ т ( 0 ) = о,

 

причем

\ism (0) представляют собой

обычные

коэффициенты присо ­

единенных масс, х а р а к т е р и з у ю щ и е присоединенную инерцию не­

ограниченной и

несжимаемой

 

жидкости при

плоском

движении

жесткого

контура С

[28> 4 2 , 4 6 ,

4

7 ] .

 

 

 

В другом

случае

к0 -*• оо

к а ж д ы й

элемент

контура

излучает

п л о с к у ю

волну,

р а с п р о с т р а н я ю щ у ю с я

в направлении

нормали

(лучевая

теория):

 

 

 

 

 

 

ф

=

Ae^at-h^x

0 0 • (n-x)+v

0 0

s (n,v)lt

grad Ф =

•— / — Фя

 

 

 

 

=

afk0).

 

 

 

Поэтому

из

соотношений

 

 

 

 

 

р = — р/аф , дФ/дп = Un па С

(U„ = £/х cos (га, х) + U2 cos (га, у) -f- U3 cos (га, у) — у cos (га, х)))

получаем, что давление в

точках

контура С в ы р а ж а е т с я

через

нормальную скорость Un

следующим образом:

 

 

р — pcU

„ .

 

Это означает, что при больших к0 формулы (7.13) приведут

только

к демпфирующим силам с коэффициентами демпфирования, про­

порциональными фазовой скорости

с. Д л я потока малой

глубины

ф а з о в а я скорость

с не зависит от

кп,

а при конечной

глубине

жидкости

 

 

 

 

следовательно, дл я конечной ил и неограниченной глубины

ж и д к о ­

сти коэффициенты

u . s m и Ksm обращаются

в н у л ь при к 0 - + о о .

g 7 О П Р Е Д Е Л Е Н И Е Д И Ф Р А К Ц И О Н Н Ы Х Г И Д Р О Д И Н А М И Ч Е С К И Х С И Л

63

Л е г ко показать, что коэффициенты ци Ksm образуют симмет­ ричные матрицы. С этой целью установим правило перестановки

•5 дп ~ "

 

dl

(7.16)

J

дп

 

Сс

для всех функций ф т , в том числе и <pD. Применяя формулу Грина к функциям ц>$ и ф т и учитывая (7.4), будем иметь

 

 

дп

Ф

дп

<й =

0.

 

 

С+2

 

 

 

 

Н о

на основании

принципа

излучения

(7.5)

интеграл по контуру

2

обращается в

нуль при г - > оо, и поэтому

 

 

dn

— фm

дп

dl =

0.

 

 

 

 

Отсюда вытекает правило перестановки (7.16) и, следовательно,.

%т$-

По к а ж е м , что коэффициенты демпфирования Xsm можно вы­ разить через асимптотические характеристики Qm 0, 0). Рас­ смотрим для этого комплексно-сопряженное выражение

(j sm

дп

дЧ>т

па С), (7.17)

дп

 

где на основании (7.9) асимптотический вид функций ф* следую­ щий:

Ф„, =

п е '

4 / + с) г - 3 М .

(7.18)

Y m

(8л v ) ы

 

 

С другой стороны, из формулы Грина с учетом (7.6) имеем

Ф* —я

'ф.

d<?s

dl

dr

ф

dl (dl = r dG).

дп

т

дп

 

 

 

Принимая во внимание правило перестановки (7.16) и выражения (7.11) и (7.17), найдем

т р а / И»:

дф и

фт дг dl.

(7.19)

dr

Воспользовавшись теперь асимптотическим равенством (7.9) и (7.18), окончательно получим

 

_

"I

 

К Т = ~&г ^

•( ^ ( / С <" 8 ) ^

9 ) ^ ''

( 7 ' 2 0 )

64

 

 

 

Д И Ф Р А К Ц И Я В О Л Н НА П Р Е Г Р А Д А Х

 

 

Г Л . I I

Этот ж е

результат можно

установить

при

помощи

энергетических

соображений [ 6

8 ] .

Zsm

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Коэффициенты

зависят

т а к ж е

от

геометрических

свойств

контура

С.

Если

контур С симметричен относительно оси х, то

из условий

(7.6)

следует

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

<Pi

 

У) =

4>i (*»

~

V),

 

Ф т (*.

У)

= ~Ч>Т

 

(Х>

—У)

( Т

: =

2>

3 ) '

поэтому

Z 1 3

=

Z 1 3

=

0,

а при

симметрии контура С относительно

оси

ординат

Z 1 2

=

Z 2 3

=

 

0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В

ряде случаев

функции

излучения

ф т

легко

определяются .

Т а к ,

например, при

излучении

круговым

цилиндром

радиуса а

д л я функций щ

и ф 2

3

=

0),

удовлетворяющих

(7.4)

— (7.6),

имеем дипольныо

в ы р а ж е н и я

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ч>1 =

| / 7 Ч 2 ) ( | )

C

° S 9

>

Ф« =

1 Н Ч 2 )

( Л )

 

8 1 1 1 0

Й =

*«>«)•

( 7 - 2 1 )

В этом

случае

Z u

=

Z 2 2

=

u, — /Я,/а

и

из

(7.11) находим

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

•7/(2) (£\

 

 

 

/ / ( 2 ) (Е\

 

 

 

М- №о) —

 

(К)

=

(А (°)

 

) ©

 

=

Ц (0)

1

 

(7.22)

 

 

 

а

^

 

r W | f f i ( 2

 

 

 

Я[ 2 ) (?) -

?#0 2 ) (I)

 

V

 

 

 

 

 

 

 

 

(р (0)

=

рла 2 ) .

 

 

 

 

 

 

 

Учитывая (6.12), получаем в отдельности значения и. в)

„ (ь

\ -

„ кг, А (£) (А (5) ~ Ы

(£)) + ^

(5)

(?) -

(£))

р ^

- р м

( / i

( g )

_ g / e

( | ) ) 2

+

( l ) _

{ l ) ) t

 

X { K )

=

A

_

(I) -

IJ0

(|))» + {Nx

(I) -

IN0

(£))» '

 

 

 

n

(J,

 

иК (к0

(7.23)

причем д л я малых

£ =

0 а в

соответствии

с (3.8) имеем

 

 

 

 

 

Ь « Х

=

- ±

Стр

(0) я ? .

 

 

 

(7.24)

На рис. 2.2 представлены зависимости

ц. (§)/ц. (0)

и A (g) /Я, кото­

рые, как видим, находятся

в

согласии

с общими

соображениями

о

характере

этих

зависимостей.

 

 

 

 

 

 

 

 

Отметим еще,

что

в ы р а ж е н и я

(7.21)

и

(7.22) позволяют

пред­

ставить вектор-функцию Ф

=

iyt

-f- /фг в

виде

 

 

 

р 0)

— X (к0)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ф

=

ШП^

Н Р

( V ) er,

er

=

i cos 9 +

j sin 0.

(7.25)

 

Определим

теперь

функции излучения

ф т

д л я

эллиптического

цилиндра с полуосями а =

% chg„ и

Ъ =

х sh

£ 0 , где 2х — фокаль ­

ное расстояние. С этой целью перейдем

к

эллиптической

систе­

ме

координат

£

и г] п р и

помощи

конформного

преобразования

§ 7

О П Р Е Д Е Л Е Н И Е Д И Ф Р А К Ц И О Н Н Ы Х Г И Д Р О Д И Н А М И Ч Е С К И Х С И Л

65

плоскости z =

х -f- jy

на

плоскость £ =

| +

/л:

 

 

 

 

2 =

x c h £ , x = x c h | c o s r | ,

г / =

к s h gsin т].

(7.26)

Легко видеть, что координатным линиям

£ =

const в

плос­

кости

£ соответствует

совокупность

софокусных

эллипсов

в

 

JL А '

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А \

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

я/л

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

 

5

4

 

5

5

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2.2.

 

 

 

 

 

 

плоскости z, а координатным линиям

п =

const

соответствует

совокупность

софокусных

гипербол,

ортогональных к

эллип­

сам.

Д в а ж д ы

пробегаемый

отрезок (—х. к)

представляет

собой

 

 

 

 

Рис.

2.3.

 

 

 

 

вырожденный

эллипс

g =

0

и

| п | <

я ,

а части

координатной

оси [ х | > х соответствуют

вырожденным

гиперболам

г) = 0 и

г) = ± я. (Е >

0)

(рис.

2.3).

 

 

 

 

 

 

Воспользовавшись

соотношением

 

 

 

 

 

cte2

aj/

\

а« + atf

 

 

 

 

2

 

 

1

 

 

 

 

преобразуем волновое

уравнение

(7.4)

к виду

 

 

 

52 ф

+ ^

г +

0я?

(ch2 1 -

cos2 ц) Ф =

0.

(7.27)

3 М. Д. Хаскинд

66 Д И Ф Р А К Ц И Я В О Л Н Н А П Р Е Г Р А Д А Х Г Л . I I

Е с ли

функция

ф (£, и)

известна,

то

вычисление

производных

д(р/дх

и д(р/ду

можно

выполнить

 

по

формулам

 

dq>

 

1

 

(-3=г s h

I cos Ti - ~ - c h I sin n ) ,

 

x (ch2 £ — cos2 т|)

 

 

 

 

 

 

 

 

(7.28)

 

к №

£ - cos2

n)

( Ж ° h

g

Si" Л

+ ~^ S h 5 C°S

Л)'

Д л я нахождени я частных решений уравнени я (7.27) представим функцию ф в виде произведения F (%) G ( м ) ; тогда (7.27) распа­ дается на следующие обыкновенные дифференциальные у р а в н е н и я :

 

 

- | ^ - + ( А , - 2 8 с о з а т , ) С = 0,

 

 

 

где

К — постоянная

расщепления,

а

0 =

(Аус)2 /4.

 

 

 

Н а м понадобятся только однозначные

частные решения . Д л я

этого функция

G (т)) должна быть

периодической

функцией

с пе­

риодом 2л.. Этим условием определяется

дискретное

множество

характеристических

чисел

Хп (0). Дифференциальное

уравнение

дл я

функции

G (т])

есть

уравнение

типа

Штурма — Л и у в и л л я .

Известно, что

характеристические

числа

этого

у р а в н е н и я

при

определенных граничных условия х образуют счетную неубывающую последовательность Кп (0) (п = 0, 1, 2, . . . ) , и соответствующая система фундаментальных функций образует полную ортогональ ­

ную систему. В с я к а я

непрерывная

функция

с кусочно - непрерыв ­

ными производными

разлагается

в

абсолютно и

равномерно схо­

д я щ и й с я

ряд но

фундаментальным

функциям

рассматриваемой

граничной

 

задачи.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Известны следующие фундаментальные системы функций G (ц):

нечетные

периодические

 

функции Матье

se„ (п) (п

=

1,

2,

... ) и

четные периодические функции Матье се„ (п) (п =

0,

1,2,

... ) со

следующей

 

нормировкой:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

я

 

 

 

 

 

я

 

 

^2л

(п =

0)

 

 

 

\

 

[se n (n )f di\

=

n,

- л

J [ c e B

( r i ) l a d T i =

,

 

,

 

 

< 7 - 2 9 )

- л

 

 

 

 

 

 

 

l

я

(пфО).

 

 

 

П р и такой нормировке

се„ (п) и

se„ (п)

представляются

рядами

Фурь е [ 6 9 ] .

 

 

оо

 

 

 

 

 

оо

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

с е г а ( м ) =

m = 0

Anmcosmr\,

sen

(TJ) =

^

Bnm

sin mr\,

 

(7.30)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m = l

 

 

 

 

 

 

где индексы пит

одинаковой четности и коэффициенты Л п т

и Z?n m

я в л я ю т с я целыми функциям и параметра 0.

Ф у н к ц и и

F (|), соот­

ветствующие

функция м Матье sen

(п) и с е п (п) и

удовлетворяющие

принципу

 

излучения , называют

функциями

Матье — Г а н к е л я и

обозначаются через

Se„ (g) и С е п (£). Асимптотический вид этих

« 7 О П Р Е Д Е Л Е Н И Е Д И Ф Р А К Ц И О Н Н Ы Х Г И Д Р О Д И Н А М И Ч Е С К И Х С И Л

67

ф у н к ц ий при г =

2

-f- у2)1,г

->• оо такой

же ,

как

и дл я

функций

Ганкел я Н(п (к0г),

 

т. е. r - 1 / «

ехр

(—ik0 r).

Д л я

Sen (£)

и Се„ (g)

имеются разложени я в ряды

по

функциям

Бесселя

Ганкеля

[39'

128]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Итак, имеем следующие частные решения волнового

уравнения

в

эллиптической

системе

координат:

 

 

 

 

 

 

 

itf>

= Sen (g)seB (Ti)

{п =

\,

2,

. . . ) ,

 

 

 

2 )

=

С е п ©

с е п (и)

(га =

0,

1,

. . . ) ,

 

( ? - 3 1 )

удовлетворяющие принципу излучения . С их помощью можно

строить решения

внешних граничных задач д л я волнового

у р а в ­

нения .

 

 

Приступим к

определению функций излучения ф 1 ( 2

и ф 3 .

Вначале преобразуем граничные условия (7.6) к эллиптической

системе

координат.

На

 

эллипсе

|

=

£о справедливы равенства

 

cos

(п,

х) dl — dy

х sh £0 cos

r\ dr\,

 

 

 

 

cos

(n,

y) dl

= — dx

= x ch £0

sin r) dx\,

 

 

(7.32)

 

dtp

 

 

 

 

 

 

 

Зф

 

 

dip

 

 

 

dl

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

дп

 

 

 

 

 

ИГ

 

 

 

dz

6=-L

 

где dZ — элемент дуги эллипса, и обход по эллипсу

осуществляется

против

часовой

стрелки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

На

основании

(7.32)

граничные

условия (7.6)

принимают вид

= з< sh Е0

cos r|,

 

== к ch £0

sin

ц, 4 ^ = ^ s i n 2 n

(7.33)

 

 

 

 

 

 

 

при

I

=

| 0 .

 

 

 

 

Представим

функции

ц>т

=

1,

2, 3) в

виде разложений в

ряды по функциям

Матье —

Ганкеля:

 

 

 

 

 

 

Фх

 

 

 

 

Се2 п + 1

(1)

се,2 п + 1

(л),

 

 

 

 

 

п = ( )

 

 

С е 2 п + 1 ^ о )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ч>2

 

 

 

 

Se.2 n + l

(5)

se 2 n + l

(л),

I

(7.34)

 

 

 

 

' 2 п + 1

с

'

 

/Е v

 

 

 

 

 

п = 0

 

 

й е 2 п + 1 l£o)

 

 

 

 

 

 

Фз

 

V

i.

S e 2n(s)

 

 

,

ч

 

 

 

 

 

 

>

b2n

-

,

se„

(т)),

 

 

 

 

 

 

 

 

„ = 1

 

S e 2 n do)

 

 

 

 

 

 

 

где

 

 

 

 

d C e .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Cem (s0 )

=

 

 

 

Sem (£„)

a ' S e B

 

 

 

dl

/6-5.'

«

11-*,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Воспользовавшись ортогональностью функций Матье и усло­

виями

(7.33), получаем

следующие

значения

дл я

коэффициентов

3*

68

 

Д И Ф Р А К Ц И Я В О Л И Н А П Р Е Г Р А Д А Х

разложений

в

(7.34):

а 2 „ + 1 =

Х

I T * " J C ° S 1 1 С е 2 п + 1 (Л ) d r l = X S h V W l . l .

 

 

—л

 

 

я

b2n+i =

-J- ch l 0 j sin T) se 2 n + 1 (TJ) dr, --= * ch l n B 2 n + U i ,

— я

я

— я

гл. п

(7.35)

В рассматриваемом

случае

 

коэффициенты

 

9<Рт \

 

Z

= ц

 

 

л

= р \ Ф

—~— dl

 

 

 

 

 

 

 

= — р \ ю

 

 

 

mm

fmm

 

о

, n m

 

)

m

 

дп

 

 

 

 

) • r

 

 

л е г ко

в ы р а ж а ю т с я

через Лгп+1

^ 2 n + u

и

#2n,2 - В самом

деле,

принимая

во внимание (7.33)—(7.35),

найдем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9

 

 

V 1

^ e 2 n + l ^ о )

.2

 

 

 

 

 

 

"7Г Х п

• р л х 2

sh 2 1 0

п = 0

 

+

 

 

Л ЙИ - 1 . 1,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ь е 2 п + 1 (So)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ОО

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^22

'

_

1

- р л х 2

ch2 E0

2 J

G

.

 

.,Ч

 

 

(7.36)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n=rt

Ь С 2 п + 1

* W

 

 

 

 

 

 

 

 

 

рях*

у

 

e 2 n (So)

D 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

V

 

S

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

~ Se2 n (g0 )

 

£>2п,2-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Из

в ы р а ж е н и й

(7.36)

нетрудно

найти

предельные

значения

V-mm (0). Действительно,

при кп =

0

имеем

равенства

 

 

 

Sen (1) =

е~п\

Cen (g) =

е~п\

 

sen

(TJ) =

sin ту cen (м ) =

cos пц,

 

Апп —

 

=

1,

 

 

^jjm — О,

 

 

 

 

 

 

 

в

соответствии с которыми

получим известные

в ы р а ж е н и я [2 8 '4 2 4 6 ]

 

|

i u

(0) =

ряЬ»,

и.2 2 (0)

= рла2 ,

 

ц 3 ,(0)==

4 - р " ( а 2 - Ь 2 ) 2

(7.37)

 

 

 

 

 

(а = к ch | 0 , 6 = х sh g0 , к 2 = а2— Ъ2).

 

 

Кроме

того, из (7.34) и (7.35) при /с0

=

0

находим

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ф х

=

Ье~cos

 

г],

 

 

 

 

 

 

ф 2

=

— ae-£+»» sin и,

 

ф 3

 

=

х 2 е - 2 ^ - 5») sin 2г|.

 

(7.38)

Эти ж е соотношения можно

получить

 

непосредственным

путем,

7

О П Р Е Д Е Л Е Н И Е Д И Ф Р А К Ц И О Н Н Ы Х Г И Д Р О Д И Н А М И Ч Е С К И Х С И Л

69

т ак

к а к пр и /с0 = О частные решения \ \ ^ и л|/„2) у р а в н е н и я Л а п л а с а

в эллиптической системе координат, исчезающие в бесконечности,

определяются

в

форме

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= e~n= sin пц,

= е~п^

cos пц.

 

(7.39)

П р и помощи

частных

решений (7.39) и

граничных

условий

(7.33)

нетрудно

найти

функции ц>г,

ф 2

и

ф 3

в виде (7.38).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1,2

Мэ> (У)

 

 

 

 

1,2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

//tt3S<V>

 

 

1,0

 

 

 

 

 

 

1,0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,8

Д

 

\в/са(0)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,8

 

\

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

'0,6\

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

OA

 

\

 

 

 

 

 

 

 

 

0,6

 

 

 

0,2

 

 

 

 

 

 

0,2

 

 

\

О

1

2

 

v*kBx

 

 

о

 

3

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.

2.4.

 

 

 

 

Рис.

2.5.

 

Отметим, что в точках эллиптического контура

(g = g„)

выра­

ж е н и я (7.38) принимают особенно простой вид

 

 

 

Ф1 =

~ 4 -

*.<P2 = -

-

f У,

Фз =

£ь-ху

(7.40)

 

 

 

 

 

(х — a cost),

г/ =

6 sin i]).

 

 

Равенства (7.40) можно также представить в иной форме, введя

коэффициенты \ у

т т

(0).

Имеем

 

 

 

 

Ф1 = — схх,

ф 2

= — с„у,

ф3 =

с3ху

на С,

(7.41)

"it (0)

 

с, =

Ihl

(°)

Со =

 

 

 

Р 5

 

 

P S

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

•аЪ*,

(7.42)

S = nab,

I =

Jy

Тх,

Jy = -ra*b,

Jx

 

где S — площадь эллипса, a Jx и Jy — моменты инерции этой площади относительно осей х и у.

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ