Поперечная остойчивость

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Основы аэродинамики и гидромеханики

Угол начального дифферента определяется по формуле:

где р = ( xBcB – xGB )B –восстанавливающее плечо ; xcB B – абсцисса центра величины лодки (опреде-

ляется расчетным путем);

xGB B - абсцисса центра тяжести самолета (известна из центровки гидросамолета).

РисT .18.6.2. К определению упорной ватерлинии

Когда лодка имеет дифферент на корму, то при

ϕ =0

xcB B > xGB

В случае начального дифферента на нос

xcB B < xGB B.

Рассмотрим понятие упорной ватерлинии. Положим, что к гидросамолету, находящемуся в состоянии

281

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Основы аэродинамики и гидромеханики

равновесия и плавающему по ватерлинии W0B LB 0B ,B приложена тяга реактивных двигателей или винтов.

Эта тяга сообщит гидросамолету ускорение, а ее момент заставит принять гидросамолет некоторый дифферент на нос. Новое положение самолета определит новую грузовую ватерлинию WyB LB yB ,B которая и называется упорной (рис. 18.6.2).

Эта ватерлиния носит условный характер, т.к. в действительности в каждый момент времени, считая от начала дачи газа, дифферент лодки и ее осадка при разбеге будут меняться в связи с изменением сил воздействия воды.

Упорная линия соответствует скорости движения гидросамолета, равной нулю или близкой к этому значению. Когда же самолет выйдет на редан, то представление об упорной ватерлинии утрачивает смысл.

18.7. Продольная остойчивость на больших углах дифферента

В некоторых задачах продольной остойчивости приходится рассматривать равновесие гидросамолета на больших углах дифферента. В этом случае, аналогичном случаю поперечной остойчивости на больших углах крена, необходимо знать диаграмму продольной

282

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Основы аэродинамики и гидромеханики

остойчивости, которая дает связь между продольным восстанавливающим моментом MРB B T иT углом дифферентаϕ :

(ϕ )

Hа рис. 18.7.1 показано положение лодки гидросамолета при большом угле дифферента.

Рис. 18.7.1.

Диаграмма продольной остойчивости строится следующим образом. Пусть действующая ватерлиния W1B LB 1B B составляет с теоретической грузовой ватерлинией ТГВЛ угол ϕ . Пренебрегая смещением центра величины С по высоте, будем считать, что центр величины смещается при продольных наклонениях по прямой СС1B ,B параллельной ТГВЛ. Когда ϕ ≤ 100P ,P такое допущение вносит незначительную ошибку в величину восстанавливающего плеча р, которое можно определить из следующей зависимости:

283

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Основы аэродинамики и гидромеханики

xϕ = p + atgϕ + xG ,

B B

cosϕ

xϕ - абсцисса центра величины, соответствующая

B B

углу дифферента ϕ .

Рис. 18.7.2. Диаграмма продольной остойчивости

За малостью ϕ принимаем cosϕ =1 и формула для определения восстанавливающего плеча приобретает вид:

p= xφB B – xGB B – atgϕ

На проекции бока приблизительно через каждые 30P P пробивают равнообъемные ватерлинии и для каждой из них находят xφB .B

284

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Основы аэродинамики и гидромеханики

Диаграмма продольной остойчивости изображена на рис. 18.7.2. На этой же диаграмме пунктиром нанесены кривые носовых НT НB B иT кормовых НT КB B перпендикуляT - ров, величина которых определяется их пересечением

споверхностью воды. Точка пересечения кривой МDB B

сосью абсцисс определяет начальный угол дифферен-

та ϕ 0.B Статический и динамический углы ϕ сB и ϕ д,B ес-

B B B

ли задан момент внешних сил (момент тяги МфB ),B определяются тем же способом, как и в поперечной остойчивости. Линия момента МфB B является прямой, параллельной оси абсцисс, так как момент тяги от ϕ не зависит. Заштрихованные площади представляют собой избыточные работы момента тяги (левая площадь) и восстанавливающего момента (правая площадь).

Грузовые ватерлинии, соответствующие углам ϕ 0,B ϕ сB и ϕ д,B легко построить. Стоит только отложить

B B B

на проекции бока отрезки НT НB B иT НT КB ,B нормальныеT к строительной горизонтали, и соединить их вершины прямой. Каждая из прямых представит собой грузовую ватерлинию для найденного угла ϕ .

Глава 19. Движение гидросамолета на режиме

плавания

Движение лодки на воде сопровождается наличием силовых воздействий со стороны последней, которые воспринимаются всеми точками смоченной по-

285

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Основы аэродинамики и гидромеханики

верхности лодки и которые сводятся к касательным и нормальным к этой поверхности силам. Находясь в движении и противодействуя силам, возникающим в воде, лодка расходует энергию, которая передается воде и остается в ней в виде энергии движения, впоследствии затухающей и превращающейся в теплоту.

Теория корабля устанавливает два основных режима: движение плавания, и движение глиссирования.

Временно оставляя в стороне глиссирование, остановимся на первом режиме.

Движением плавания называется такое движение лодки, при котором ее вес на воде целиком уравновешивается силой гидростатического поддержания.

Гидростатические силы (силы поддержания), обеспечивающие плавучесть и остойчивость лодки в состоянии покоя, естественно, в большей или меньшей мере проявляются и в процессе движения по воде.

Весьма важной характеристикой гидросамолета, определяющей его мореходность, является способность преодолевать сопротивление воды и развивать необходимую скорость движения по воде при минимальных затратах мощности.

Гидродинамическая сила сопротивления воды движению лодки в режиме плавания определяется трением воды в пограничном слое (сопротивление трения) и распределением гидродинамического давления потока воды на лодку (сопротивление формы, связанное с образованием вихревых течений — его иногда назы-

286

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Основы аэродинамики и гидромеханики

вают водоворотным сопротивлением) и зависит от скорости движения (скоростного напора ρ 2V 2 ), фор-

мы и состояния поверхности лодки.

Здесь уместно напомнить, что плотность воды ρв больше плотности воздуха на уровне моря примерно

в800 раз!

Кэтому сопротивлению добавляется волновое сопротивление, которое, в отличие от волнового сопротивления, связанного с необратимыми потерями энергии в скачке уплотнения при полете с закритическими скоростями, возникает при движении тела вблизи свободной поверхности жидкости (поверхности раздела воды и воздуха).

Волновое сопротивление — часть гидродинамического сопротивления, характеризующая затрату энергии на образование волн.

Волновое сопротивление в воде (тяжелой жидкости) возникает при движении погруженного или полупогруженного тела (поплавка, лодки) вблизи свободной поверхности жидкости (т. е. границы воды

ивоздуха). Движущееся тело оказывает добавочное давление на свободную поверхность жидкости, которая под влиянием собственной силы тяжести будет стремиться вернуться к исходному положению и придет в колебательное (волновое) движение. Носовая

икормовая части лодки образуют взаимодействующие между собой системы волн, оказывающие существенное влияние на сопротивление.

287

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Основы аэродинамики и гидромеханики

В результате такого подразделения формула сопротивления в режиме плавания может быть представлена в виде

где

- сопротивление, обусловливаемое действием сил вязкости воды;

- сопротивление, порожденное волнообразованием,

т.е. формулу сопротивления тела в воде можно записать так:

W = W1B +WB 2B .B

Сопротивление трения представляет собой равнодействующую касательных сил, приложенных к смоченной поверхности лодки и проявляющихся в пограничном слое.

С учетом и кривизны и шероховатости поверхности лодки сопротивление трения может быть определено по формуле

,

где - коэффициент трения плоской пластины;

– коэффициент, учитывающий кривизну поверхности лодки;

288

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Основы аэродинамики и гидромеханики

- коэффициент, учитывающий шероховатость поверхности лодки;

- коэффициент, учитывающий местную шероховатость.

К понятию местной шероховатости относится шероховатость, вызванная стыками обшивки, голов ками заклепок, различными конструктивными на кладками и т.д.

ОриентировочныеT значения k приведены в таб-

лице 19.1.1.

В режиме плавания равнодействующая сил гидродинамического сопротивления практически горизонтальна.

Форма водоизмещающей части гидросамолета (как и форма судна) должна обеспечить способность движения по воде с минимальным сопротивлением и, как следствие, с минимальными затратами мощности (ходкость судна, по морской терминологии).

При проектировании гидросамолетов (как и судов) для выбора форм и оценки гидродинамических характеристик используются результаты испытаний путем

289

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Основы аэродинамики и гидромеханики

буксировки («протаски») динамически подобных моделей в опытовых бассейнах {гидроканалах) или в открытых акваториях.

Однако, в отличие от судна, комплекс характеристик мореходности гидросамолета значительно шире, основной из них является способность производить безопасные взлеты и посадки на взволнованной поверхности с определенной высотой волны, при этом скорости хода по воде гидросамолетов во много раз превышают скорости морских судов.

Форма очертаний корпуса лодок гидросамолетов

Обводы (очертания наружной поверхности) лодки гидросамолета (рис. 19.1.1) существенно отличаются от обводов судна.

290