Акваскипер — всё про новый водный велосипед

Подводные крылья

Posted on 13.02.2013 in КАТЕРА, ЛОДКИ И МОТОРЫ | by

Подводные крылья на малых катерах являются эффек­тивным средством для повышения их скорости и в ряде случаев — мореходных качеств. При выходе па крылья корпус катера отры­вается от воды, благодаря чему существенно уменьшается ее сопро­тивление движению судна, снижаются ударные перегрузки при ходе на волнении (разумеется, если высота волны не намного превышает клиренс — расстояние от днища до поверхности воды). В крыльевом режиме мощность двигателя затрачивается лишь на преодоление со­противления подводных крыльев и погруженной части подвесного мотора (либо гребного вала, кронштейна и руля при стационарной установке) и брызгообразованием от стоек крыла, пересекающих по — верхьость воды. Если корпус судна имеет глиссирующие обводы и достаточно мощный двигатель (удельная нагрузка на крылатых кате­рах может составлять DIN 10—40 кг/л, с), то может быть получено повышение скорости примерно L 1,5—2 раза по сравнению с глисси­рующим катером.

Минимальная мощность двигателя для достижения заданной

Относительной скорости FrD = с, может быть определена

По формуле H

Где в= 0,ЗШ2^ J,64Ј>; B = 1,45D2 + 8,4£>; Vp расчетная ско­рость движения на крыльях, м/с; D — водоизмещение, м3.

Диаграмма, связывающая мощность Np, водоизмещение D и ско­рость Vp малых судов на подводных крыльях (СПК), разработанная В. Вейнбергом по результатам испытаний построенных катеров, при­ведена на рис. 71. Данные диаграммы пригодны для оценки харак­теристик СПК в режиме движения на крыльях.

Подводные крылья

Рис. 71. Диаграмма для определения потребной мощности малых судов на подводных крыльях в зависимости от водо­измещения и скорости.

В период разгона — преодоления «горба» сопротивления, кото­рый соответствует моменту выхода катера па крылья, двигатель ещё не развивает полной мощности и частоты вращения. Ориентировочно частота вращения двигателя в режиме выхода на крылья может быть принята равной 70—75% эксплуатационной частоты, а минимальную мощность, необходимую для отрыва корпуса от воды и выхода лодки на крылья, определяют по формуле:

Где с~ 0,5£>2 + 7D; D= L,7D2 + 15,4£); FrDe —число Фруда в мо­мент выхода катера на крылья.

В первом приближении в диапазоне скоростей FrDp = 3—6 можно считать, что FrDB «* (0,4—0,6) FrD. Вычислив значение мощности в момент выхода JVB, необходимо проверить ее соответствие ограни­чительной характеристике двигателя при приведенной выше частоте вращения.

Следует заметить, что обычно целесообразные скорости СПК водо­измещением 0,5—2 т находятся в пределах 40—70 км/ч. При скорости

А) б) 8)

Подводные крылья

Рис. 72. Схемы подводных крыльев, примеи-яемые на малых катерах и мотолодках; а — малопогруженное крыло; б — крыло с дополни­тельным элементом; в — «чайка»; а — крыло, пересекающее поверх­ность воды; д — трапециевидное крыло со стабилизаторами; е — разрезное крыло.

/ >— основное несущее крыло; 2 — стойка; 3 — дополнительный несущий элемент; 4 — «чайка»; 5 — стабилизатор; 6 — разрезное крыло.

Катера ниже 40 км/ч крыльевое устройство получается очень громозд­ким и тяжелым; при скоростях свыше 70 км/ч на крыльях возникает явление кавитации, движение становится неустойчивым.

В крыльевом режиме масса катера воспринимается подъемной силой носового и кормового крыльев, причем нагрузка чаще всэго распределяется между ними поровну. На малых катерах применяют различные системы подводных крыльев, наиболее распространенные из которых показаны на рис. 72. Для исключения отрицательного влияния носового крыла на кормовое расстояние между ними должно быть не менее 12—15 хорд крыла.

Малопогруженные подводные крылья получили преимуществен­ное распространение для речных СПК — Глубина погружения носо­вого крыла составляет 15—20% его хорды, кормового—20—25%, высота подъема корпуса небольших катеров над водой —0,1—0,5 и при ходовом дифференте в 1,5—2,5°.

Малопогруженное крыло имеет высокое гидродинамическое ка­чество, поэтому необходимая подъемная сила обеспечивается при сравнительно малых его площадях. Существенным недостатком такого крыла, однако, является низкая мореходность: на волнении крылья могут оголяться и подвергаться жестким ударам, так как в контакт с водой вступает сразу вся площадь крыла. На волнении СПК с мало — погруженными крыльями испытывает сильные колебания и часто Срывается с крыльевого режима.

Мореходность СПК на малопогруженных крыльях частично мо­жет быть повышена путем установки дополнительных несущих эле­ментов, закрепленных под основным носовым крылом (см. рис. 72, б), Расположения килеватого участка — «чайки» в средней части крыла (см. рис. 72, в), дополнительных плоскостей на стойках крыла. Недо­статком в первых двух случаях является увеличение габаритной осадки судна в режиме плавания; в третьем — возрастание сопротивления из-за замывания дополнительных плоскостей на ходу, к тому же эта Схема не устраняет «проваливания» крыла при сходе с волны. Правда, (три правильном размещении дополнительных плоскостей можно улуч­шить стартовые характеристики катера путем использования подъем­ной силы на них.

Несколько улучшить мореходность можно путем придания крылу стреловидности — в этом случае площадь крыла разносится поперек фронта волны, благодаря чему уменьшается вероятность одновре­менного оголения сразу всей площади. Полезно также для плавания на волнении увеличить угол атаки носового крыла на 1—1,5° по сравне­нию с углом атаки на тихой воде.

Пересекающие поверхность воды крылья (см. рис. 72, г, д) обес­печивают более высокие мореходные качества и, кроме того, обладают свойством саморегулирования при изменении нагрузки в широком диапазоне. Стабилизация движения осуществляется в результате из­менения погруженной площади крыла. Вследствие большого погру­жения эти крылья меньше подвержены волновым возмущениям, зату­хающим с увеличением глубины. Подъемная сила на пересекающих поверхность воды крыльях в условиях волнения изменяется плавно, без потери устойчивости. Благодаря наклонным частям крыла катер обладает повышенной остойчивостью — при крене этот участок входит в воду и создаваемая на нем подъемная сила восстанавливает катер в прямое положение.

Пересекающие поверхность воды крылья имеют неплохие стар­товые свойства, «горб» сопротивления получается ниже, чем у СПК с малопогруженными крыльями. При разгоне смоченная поверхность крыла постепенно уменьшается, соответственно падает и сопротив­ление. Однако на полной скорости гидродинамическое качество такого крыла оказывается немного ниже, чем плоского, вследствие допол­нительного брызгового сопротивления, перепада давления по размаху крыла и возможного засасывания воздуха по верхней повгрхности в зону разрежения.

Рациональна комбинированная трапециевидная схема, состоя­щая из основного плоского или малокилеватого крыла и наклонных стабилизаторов. Стабилизаторы располагаются пгд углом к горизонту в 20—25° таким образом, чтобы на максимальней скорости их боль­шая часть находилась над водой. На малых скорсстях, при провалах крыла на волнении и в начальный момент выхода на крыло стабили­заторы увеличивают эффективную площадь крыла, а также создают большие восстанавливающие моменты при крене.

Основная несущая часть трапециевидного крыла может быть погружена на расчетной скорости до хорды крыла при ср = 50 км/ч; при большей скорости во избежание кавитации погружение должно быть уменьшено до 20—30% хорды. Профиль поперечного сечения стабилизаторов принимается таким же, как и для основного крыла, но для повышения их эффективности стабилизаторы делают расши­ряющимися к верхним концам и устанавливают под несколько боль­шим углом атаки (на 1—1,5°).

В настоящее время на мореходных катерах используют оба типа крыльев: носовое делают пересекающим поверхность, а кормовое — в виде плоского малопогруженного крыла. Попытки применить V-об — разное кормовое крыло не увенчались успехом — при погружении этого крыла в воду на его наклонных стабилизаторах развивается чрезмерная подъемная сила, что приводит к сильному всплытию кормы и соответственно уменьшению ходового дифферента катера и угла атаки носового крыла. В результате подъемная сила на носовом крыле падает и судно зарывается носом в волну.

На носовое крыло в этой схеме приходится около 60% водоизме­щения, отстояние носового крыла от корпуса назначается в зависи­мости от высоты волны HB, на которой предполагается использовать судно. Обычно Н = 1,4ЛВ. Глубину погружения нижней точки носо­вого крыла принимают не меньше 0,75 хорды крыла.

В практике мелкого судостроения получили распространение также разрезные носовые крылья (см. рис. 72, е), которые легко сде­лать складывающимися. Правда, гидродинамическое качество раз­резных крыльев несколько ниже, чем сплошного, и для получения той же скорости требуется несколько большая мощность двигателя.

Некоторые конструктивные особенности установки подводных крыльев на серийных мотолодках рассмотрены в гл. 2 (см. с. 172).

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

TITLE

TITLE