5.2 Гидродинамическое поле корабля в безграничной водной среде.

Корабль в процессе плавания вовлекает окружающие массы воды в движение, благодаря которому происходит изменение существовавшего ранее поля давлений и скоростей.

Гидродинамическое поле корабля – это поле давлений и скоростей, создаваемых кораблем в окружающей его водной среде.

Гидродинамическое поле корабля используется со второй мировой войну для срабатывания неконтактных взрывателей донных мин.

О большом внимании зарубежных специалистов к этому полю говорит оснащение кораблей флотов НАТО и Японии гидродинамическими тралами.

При движении корабль вытесняет воду носом, которая затем по мере продвижения его вперед, подтекает к корме. Поэтому приближенно можно считать, что движение воды у носовой оконечности корабля такое, что если бы в носу был помещен точечный или сферический водяной источник. У кормовой же оконечности движение воды сходно с движением от размещенного в корме стока такой же, как у источника, интенсивности, равной , , где – скорость корабля, ; – площадь погруженной части мидель-шпангоута, .

Для удобства анализа гидродинамического поля принимают следующую расчетную схему: считают, что корабль, представленный источником и стоком равной интенсивности, стоит на месте, а на него со скоростью, равной скорости корабля набегает вода. При этом параметры воды изменяются так же, как и при движении корабля.

Допустим, поток жидкости с равномерной скоростью набегает на корабль, как показано на рис. 29.

Направим ось параллельно потоку, Возьмем две точки, лежащие на одном уровне: одна в невозмущенной части потока (вдали от корабля), а другая – в возмущенной части потоке (вблизи от корабля). Согласно уравнению Бернулли для точек и имеем:

тогда

(*)

Скорость движения жидкости в возмущенной части потока равна сумме скоростей набегающего потока и индуктированной кораблем. Индуктированные скорости жидкости в точке будут равны:

где – расстояния от источника и стока до данной точки.

Тогда полная скорость в точке будет равна:

Обозначим угол через , тогда по теореме косинусов имеем для треугольника :

Или, перейдя к углу , можно записать:

Поскольку , то членом в уравнении можно пренебречь, тогда:

Подставив в выражение (*) значение , имеем:

Величина – есть проекция вектора скорости на ось . Обозначив ее , получим:

Таким образом, величина гидродинамического давления зависит от скорости корабля и от величины индуцированной скорости, которая определяется водоизмещением корабля и формой его обводов.

Если точка расположена между оконечностями корабля, то угол будет больше , но меньше , поэтому и , т.е. под кораблем находится зона разряжения. Примерно под оконечностями корабля , тогда и . Очевидно, что и вдали от корабля . Но, если точка находится перед кораблем или позади него, то , и , т. е. перед кораблем и позади него на не очень больших расстояниях находятся зоны повышенных давлений (рис. 30).

Зона пониженного давления, находящаяся под кораблем, используется для срабатывания гидродинамических неконтактных взрывателей.