Особенности проектирования и конструкции судов на подводных крыльях

Обновлено: 01.05.2024

АННОТАЦИЯ

Приводятся краткие сведения по теории подобия и основам моделирования физических процессов применительно к гидродинамическим испытаниям буксируемых моделей судов на подводных крыльях. Описывается методика, лабораторное оборудование и измерительная техника, применяемые при обмере, нивелировке, взвешивании и центровке буксируемой модели судна на подводных крыльях.

ABSTRACT

Provides brief information on the theory of similarity and the basics of modeling physical processes as applied to hydrodynamic testing of towed models of hydrofoils. The technique, laboratory equipment and measuring equipment used for measuring, leveling, weighing and centering a towed model of a hydrofoil vessel are described.

Ключевые слова: судна на подводных крыльях (СПК), гидродинамика СПК, моделирование, теория подобия, обмер, нивелировка, установочный угол атаки подводного крыла, взвешивание модели СПК.

Keywords: hydrodynamics, hydrodynamics of hydrofoils, modeling, similarity theory, measurement, leveling, set angle of attack of the hydrofoil, weighing of the hydrofoil model.

Движение судна на подводных крыльях (СПК), происходящее вблизи границы раздела двух сред, представляет собой довольно сложную картину взаимодействия с жидкостью несущих, стабилизирующих и рулевых поверхностей гидродинамического комплекса (ГДК) судна, а также его вспомогательных элементов (стоек крыльев, кронштейнов, вращающихся гребных валов и других выступающих частей). Свою долю влияния в это взаимодействие вносят работающий движитель и явления брызгообразования и аэрации, практически не поддающиеся анализу. В итоге, задача аналитического исследования движения СПК с учетом взаимной интерференции элементов ГДК становится неразрешимой. Поэтому в проектировании новых СПК следует задействовать экспериментальные методы, в которых объектами исследования будут как отдельные элементы ГДК (крылья, рули и т.п.), так и модели судов в целом. При проектировании современного СПК необходимо строить и испытывать несколько вариантов буксируемых моделей и не менее одной самоходной модели будущего корабля.

Гидродинамический (ГИД) эксперимент с буксируемыми и самоходными СПК решает следующие задачи:

1. Проектирование схемы гидродинамической компоновки судна, то есть выбор номенклатуры элементов ГДК и геометрических параметров, характеризующих как сами элементы, так и их взаимное расположение. Проектирование схемы ГДК обусловлено рядом требований, но важнейшим из них являются требования обеспечения судну наивысшего ГИД качества и устойчивости движения в расчетном режиме.

2. Определение гидродинамических характеристик (ГДХ) проектируемого судна, то есть зависимостей ГИД сил и моментов, действующих на судно от кинематических параметров движения (скорости, угла дифферента, возвышения ЦТ над границей раздела, угловых скоростей движения судна, углов перекладки органов управления и др.). Эти зависимости являются исходными данными для последующего анализа механики движения натурного судна. На базе этого анализа выполняются расчеты ходкости, устойчивости движения, управляемости, маневренности и др.

3. Исследования мореходности проектируемого судна, то есть изучение влияния морского волнения на полученные в соответствии с п.2, динамические характеристики судна на тихой воде, определение параметров качки и действующих перегрузок.

Отдельное место в этом перечне занимают работы, связанные с подготовкой к испытаниям моделей и лабораторного оборудования, методическим обеспечением эксперимента.

Процесс изучения физического явления, например, движения СПК, при помощи модели называется моделированием. Основное достоинство физического моделирования состоит в том, что оно позволяет непосредственно наблюдать характер взаимодействия гидродинамического комплекса (ГДК) модели с жидкостью [3]. Физическое моделирование в гидродинамических (ГИД) исследованиях базируется на понятиях механического подобия, под которым понимается совокупность условий, обеспечивающих одновременно геометрическое, кинематическое и динамическое подобия.

Геометрическое подобие – подобие формы (размеров или координат). Тела и системы называются геометрически подобными, если отношения их сходных линейных размеров одинаковы, а соответствующие углы равны.

Кинематическое подобие – подобие движения. В сходственных точках двух кинематически подобных систем в сходственные моменты времени векторы скоростей имеют одинаковые направления, а отношения модулей скоростей постоянны. В частности, кинематически подобные системы имеют траектории движения одинаковой формы.

Динамическое подобие – подобие сил. Две системы динамически подобны, если при выполнении геометрического подобия выполняются следующие условия: - в сходственных точках системы в сходственные моменты времени (а для стационарных процессов – в любые моменты времени) действуют одинаковые силы (силы одной природы); - отношения между всеми одноименными силами во всех сходственных точках динамически подобных систем одинаковы; - движения таких систем описывается одинаковыми дифференциальными уравнениями и подчиняются одинаковым начальным и подобным граничным условиям.

Таким образом, теория подобия дает возможность проанализировать механизм движения натурного объекта на основании экспериментальных результатов, полученных при испытаниях моделей [3].

Подобие может быть полным и неполным. Полное динамическое подобие – редко достигаемый предел. Гидродинамические исследования буксируемых моделей СПК приходится проводить в условиях частичного подобия.

Для существования ГИД подобия необходимо безусловное выполнение требований геометрического и кинематического подобия. При наличии геометрического подобия все линейные размеры модели и натуры отличаются величиной линейного масштаба, называемого также «масштабным модулем», «коэффициентом масштаба», то есть (все параметры натурного потока здесь и далее отмечаются индексом «н», а модельного – «м»).

или

Кинематическое подобие предусматривает аналогичные соотношения, использующие линейный масштаб:

скорости или ; времени .

Что касается динамического подобия, то в ГИД эксперименте является необходимым и достаточным выполнение следующих двух условий:

1. О пропорциональности сил инерции и сил вязкостного сопротивления (критерий Рейнольдса):

где – скорость движения объекта; – характерный линейный размер, например, расстояние между крыльями; – кинематический коэффициент вязкости.

2. О пропорциональности сил давления и сил тяжести (критерий Фруда):

В гидродинамике СПК чаще всего изучаются характеры потоков, вызванных движением тел вблизи и по поверхности тяжелой жидкости, когда главными силами, определяющими явление, выступают силы инерции и силы тяжести, в основу эксперимента с буксируемыми моделями закладывается закон Фруда. Пренебрежение силами вязкости вносит некоторые ошибки. Ошибки будут тем больше, чем меньше масштаб модели, [3].

При различного рода испытаниях буксируемых и самоходных моделей СПК, проводимых как в опытовых бассейнах, так и на открытых акваториях, употребляются следующие соотношения, базирующихся на соблюдении критерия (2):

1) масса (массовое водоизмещение) натурного судна и модели

2) силы буксировочного сопротивления при сходственных скоростях

3) сходственные скорости

4) углы ходового дифферента на сходственных скоростях

В практике ГИД расчетов иногда встречается необходимость пересчитать кривую буксировочного сопротивления модели, полученную при некотором водоизмещении (массе) модели на новое водоизмещение . В этом случае используется соотношение

Выбор масштаба модели (отношения 1:) определяется расчетной скоростью проектируемого СПК и максимальной скоростью буксировочной тележки опытового бассейна или катера-буксировщика

Если проектируется высокоскоростное СПК, то масштаб модели может оказаться сравнительно малым, а с уменьшением масштаба и, следовательно. Уменьшением абсолютных размеров модели возрастает влияние масштабного эффекта, заключающееся в несовпадении истинных величин сопротивления и продольной посадки судна с аналогичными величинами, полученными пересчетом по закону Фруда.

Подготовка технологически законченной модели СПК к проведению буксировочных испытаний включает в себя операции обмера и нивелировки, взвешивания модели и приведения ЦТ к расчетному положению (центровки модели).

Понятие обмера модели не требует каких-либо пояснений, а нивелировка – это определение положения различных точек модели, в первую очередь характерных точек ее ГДК, относительно некоторой базовой плоскости, например, основной плоскости модели.

Базовым документом для обмера и нивелировки является паспорт на крыльевое устройство натурного судна или схема ГИД компоновки модели.

Обмер и нивелировка производится для проверки правильности сборки корпуса и монтажа ГДК модели. При этом уточняются фактические данные как по основным геометрическим размерам, так и по параметрам, которые являются регулируемыми (установочные углы атаки крыльев, углы отклонения рулей и т.п).

Под установочным углом атаки подводного крыла понимается угол, который составляет хорда жестко закрепленного крыла с некоторой плоскостью, в качестве которой чаще всего фигурирует основная плоскость модели. Установочные углы атаки подводных крыльев относятся к числу важнейших геометрических параметров несущей системы СПК [4]. Они подбираются опытным путем. Полученные в результате многочисленных буксировок модели значения установочных углов должны соблюдаться с точностью до минуты, поскольку даже небольшие (порядка нескольких минут) отклонения могут привести к потере устойчивости движения. Установочные углы атаки подводных крыльев выставляются и проверяются на модели СПК следующим образом, рис. 1.

Риунок 1. Установка модели СПК для замеров установочных углов атаки подводных крыльев

1 – модель; 2 – носовое крыло; 3 – прибор-угломер; 4 – проверочная линейка; 5 – кормовое крыло; 6 – опора модели

Искомая величина наклона фиксируется лимбом и отсчитывается через микроскоп 1, укрепленный на крышке 2 квадранта. Оптическая схема квадранта представлена на рис. 3. Квадрант позволяет производить измерения с точностью до минуты, но на-глаз могут быть оценены и доли минуты, рис. 4.

Грубая установка угла производится при освобожденном винте 3 по шкале, нанесенной на крышке 2 квадранта, а точная – винтом микрометрической подачи 4 по шкале стеклянного лимба, вмонтированного в квадрант. Квадрант имеет два пузырьковых уровня: основной 6 – продольный и вспомогательный 7 – поперечный, позволяющий проконтролировать перекосы квадранта при его установке.

Рисунок 2. Оптический квадрант КО-ЗО

1 – оптический микроскоп; 2 – крышка со шкалой; 3 – винт зажимной; 4 – винт микрометрической подачи; 5 – основание; 6, 7 – уровни; 8 – зеркало; 9 – указатель

Рисунок 3. Оптическая схема квадранта КО-ЗО

1 – светофильтр; 2 – оптический лимб (подробно см. рис. 4); 3 – линзы объектива; 4 – сетка с конденсатором; 5 – линзы окуляра

Рисунок 4. Оптический лимб квадранта КО-ЗО

Рисунок 5. Установка квадранта КО-ЗО при определении установочного угла атаки крыла

1 – нижняя нагнетающая поверхность крыла; 2 – квадрант КО-ЗО; а-а, б-б и т.д. (контрольные сечения крыла)

Установочный угол крыла в рассматриваемом i-м сечении равен

Соотношение (3), положенное в основу ГИД экспериментов с буксируемыми моделями. Предъявляет довольно жесткие требования к массе модели. Приходится применять специальные конструктивные и технологические меры, направленные на облегчение корпуса модели. Следует учитывать также, что масса технологически законченной модели должна быть даже меньше расчетной. Недостающая масса компенсируется набором грузов, расположение которых определяется в ходе подготовительной операции, которая называется центровкой модели.

Вначале модель взвешивается, рис.6 а. На выступающих из корпуса модели концах поперечной оси (металлический пруток диаметром 15…20 мм), проходящей через ЦТ, закрепляются концы двух тросов, с помощью которых модель подвешивается к динамометру, измеряющему силу тяжести модели. В качестве такового может служить как стандартный, серийно выпускающийся прибор, так и специально изготовленное для этой цели устройство. Используется, например, ромбический динамометр, рис. 6 б, представляющий собой тонкостенную металлическую рамку с конфигурацией в виде ромба. Груз, подвешенный к одному из концов рамки, вызывает ее деформацию, при которой стенки динамометра начинают сближаться друг с другом. Перемещение воспринимается индикатором. Прибор предварительно тарируется и практическое взвешивание осуществляется с использованием тарировочной кривой.

Во время взвешивания модель предварительно центрируется, рис 6 в. Метод определения положения ЦТ модели базируется на известном из механики положении, что ЦТ твердого тела является той точкой, через которую всегда проходит равнодействующая сил тяжести, независимо от ориентации тела в пространстве. Для окончательной центровки модель подвешивается к другой паре тросов, в нижнее концы которых вплетены подшипниковые втулки, позволяющие неуравновешенной модели свободно поворачиваться в вертикальной плоскости. Перемещая грузы, можно добиться у модели соотношения безразличного равновесия. Модель отцентрована.

Для подготовки модели СПК к буксировочным испытаниям необходимо владеть основными характеристиками натурного судна и расположением контрольных сечений на его гидродинамической схеме и далее:

Составляется эскиз «Схема гидродинамической компоновки модели СПК пр. …», включающий в себя: а) вид на ГДК модели снизу; б) носовое крыло (поперечный разрез); в) кормовое крыло.

Рисунок 6. Взвешивание и центровки модели СПК

а) взвешивание модели; б) ромбический динамометр; в) центровки модели; 1 – упругая рамка;2 – индикатор перемещений

Описаны история создания и эволюция развития судов на подводных крыльях (СПК). Приведены принципиальные схемы СПК и крыльевых устройств. Изложены особенности архитектуры, конструкций, энергетических установок и систем управления СПК.
Для специалистов, работающих в области проектирования, постройки и эксплуатации СПК, а также для студентов кораблестроительных вузов.

Зайцев Н.А., Maскалик А.И. Отечественные суда на подводных крыльях

формат djvu
размер 3.68 МБ
добавлен 01 декабря 2011 г.

Л.: Судостроение, 1967. —363 с. В книге систематизированы материалы по проектированию, постройке и эксплуатации отечественных судов на подводных крыльях, созданных коллективом конструкторов под руководством д-ра техн. наук Р. Е. Алексеева. По сравнению с первым изданием книга коренным образом переработана за счет включения в нее новых, ранее не публиковавшихся материалов. В книге описаны особенности проектирования речных судов на малопогруженных.

Зайцев Н.А., Maскалик А.И. Отечественные суда на подводных крыльях

формат pdf
размер 9.17 МБ
добавлен 11 июля 2010 г.

Злобин Г.П., Смигельский С.П. Суда на подводных крыльях и воздушной подушке (По материалам иностранной печати)

формат djvu
размер 2.45 МБ
добавлен 23 ноября 2011 г.

Справ. пособие. - Л.: Судостроение, 1976. - 264 с. Систематизированы сведения из иностранной периодической печати о главных размерениях, конструктивных особенностях и эксплуатационных характеристиках судов на подводных крыльях и воздушной подушке. Рассмотрены новые проекты и долгосрочные программы исследований по созданию перспективных судов на подводных крыльях и воздушной подушке, разрабатываемые иностранными фирмами и государственными организ.

Иконников В.В., Маскалик А.И. Особенности проектирования и конструкции судов на подводных крыльях

формат pdf
размер 6.83 МБ
добавлен 11 июля 2010 г.

Л.: Судостроение, 1987. -320 с. Описаны история создания и эволюция развития судов на подводных крыльях (СПК). Приведены принципиальные схемы СПК и крыльевых устройств. Изложены особенности архитектуры, конструкций, энергетических установок и систем управления СПК. Для специалистов, работающих в области проектирования, постройки и эксплуатации СПК, а также для студентов кораблестроительных вузов.

Колызаев Б.A., Косоруков А.И., Литвиненко В.А., Попов Г.И. Особенности проектирования судов с новыми принципами движения

формат djvu
размер 3.43 МБ
добавлен 28 ноября 2011 г.

Л.: Судостроение, 1974. -324 с. В монографии рассматриваются методы проектирования судов на подводных крыльях и на воздушной подушке. Книга является первой работой, освещающей особенности проектирования судов с динамическими принципами движения. Впервые систематизирован расчетно-теоретический материал в том объеме, который необходим для исследовательских проектных проработок. Помимо общих методов проектирования даются научные рекомендации, связан.

Колызаев Б.A., Косоруков А.И., Литвиненко В.А., Попов Г.И. Особенности проектирования судов с новыми принципами движения

формат pdf
размер 7.58 МБ
добавлен 11 июля 2010 г.

Локшин А.З. Расчетное проектирование связей корпуса судна. Суда на подводных крыльях

формат djvu
размер 412.18 КБ
добавлен 23 ноября 2011 г.

Ленинград: Изд. ЛКИ, 1978. - 51 с. В пособии излагаются основные особенности расчета прочности судов на подводных крыльях (СПК). Оно предназначается как руководство для выполнения курсового проекта для студентов Ленинградского кораблестроительного института по разделу курса строительной механики корабля "Прочность судов с динамическими принципами поддержания" и может быть также использовано при дипломном проектировании СПК. При написании пособи.

Локшин А.З. Расчетное проектирование связей корпуса судна. Суда на подводных крыльях

формат pdf
размер 757.07 КБ
добавлен 29 августа 2010 г.

Изд. ЛКИ, 1978. -51 с. В пособии излагаются основные особенности расчета прочности судов на подводных крыльях (СПК). Оно предназначается как руководство для выполнения курсового проекта для студентов Ленинградского кораблестроительного института по разделу курса строительной механики корабля "Прочность судов с динамическими принципами поддержания" и может быть также использовано при дипломном проектировании СПК. При написании пособия были исполь.

Муругов В.С. Морские суда на подводных крыльях

формат pdf
размер 3.91 МБ
добавлен 17 мая 2010 г.

В книге кратко излагается история развития судов на подводных крыльях и состояние их строительства в настоящее время в различных странах. Даются основные сведения о работе и расчёте подводного крыла. Приведена классификация подводных крыльев морских судов на подводных крыльях. Рассматривается устройство и работа наиболее характерных судов на подводных крыльях, а так же их мореходные и эксплуатационные качества. Исторический обзор развития судов.

Муругов В.С., Яременко О.В. Морские суда на подводных крыльях

формат djvu
размер 1.63 МБ
добавлен 23 ноября 2011 г.

Москва: Морской транспорт, 1962. - 137 с. В книге кратко излагается история развития судов на подводных крыльях и состояние их строительства в настоящее время в различных странах. Даются основные сведения о работе и расчёте подводного крыла. Приведена классификация подводных крыльев морских судов на подводных крыльях. Рассматривается устройство и работа наиболее характерных судов на подводных крыльях, а так же их мореходные и эксплуатационные ка.

Пособие предназначено для студентов Ленинградского кораблестроительного института группы специализации "Проектирование и постройка судов с динамическими принципами поддержания" (СДПП). Оно является продолжением первого выпуска 1979 г. "Конструкция корпуса судов на воздушной подушке".
В данном пособии рассматриваются общие сведения по СДПП, а также особенности конструкции корпуса и крыльевого устройства СПК. Предлагаются проектировочные подходы для разработки конструкций наименьшей массы, показаны алгоритмы проектирования, имеются числовые примера. В пособии обобщены сведения из отечественных и зарубежных технических публикаций, использовались результаты исследований, выполненных за последние годы в ЛКИ на кафедре конструкции судов.

Гарин Э.Н. Конструкция корпуса судов на воздушной подушке

формат djvu
размер 853.81 КБ
добавлен 21 ноября 2011 г.

Учеб. пособие. - Л.: Из-во ЛКИ, 1979. - 96 с. Пособие по конструкция корпуса судов на воздушной подушке (СВП) предназначается для студентов Ленинградского кораблестроительного института группы специализации: проектирование судов с динамическими принципами поддержания (СДПП). Программа курса по конструкции корпуса СДПП предусматривает также соответствующие разделы по судам на подводных и надводных крыльях (СПК и СНК). Таким образом, это пособие о.

Гарин Э.Н. Конструкция корпуса судов на воздушной подушке

формат pdf
размер 1.64 МБ
добавлен 01 июля 2010 г.

Учеб. пособие. - Л.: Из-во ЛКИ, 1979. -96 с. Пособие по конструкция корпуса судов на воздушной подушке (СВП) предназначается для студентов Ленинградского кораблестроительного института группы специализации: проектирование судов с динамическими принципами поддержания (СДПП). Программа курса по конструкции корпуса СДПП предусматривает также соответствующие разделы по судам на подводных и надводных крыльях (СПК и СНК). Таким образом, это пособие охв.

Гарин Э.Н. Конструкция корпуса судов на подводных крыльях

формат pdf
размер 1.44 МБ
добавлен 30 июня 2010 г.

Зайцев Н.А., Maскалик А.И. Отечественные суда на подводных крыльях

формат djvu
размер 3.68 МБ
добавлен 01 декабря 2011 г.

Зайцев Н.А., Maскалик А.И. Отечественные суда на подводных крыльях

формат pdf
размер 9.17 МБ
добавлен 11 июля 2010 г.

Локшин А.З. Расчетное проектирование связей корпуса судна. Суда на подводных крыльях

формат djvu
размер 412.18 КБ
добавлен 23 ноября 2011 г.

Локшин А.З. Расчетное проектирование связей корпуса судна. Суда на подводных крыльях

формат pdf
размер 757.07 КБ
добавлен 29 августа 2010 г.

Маттес Н.В., Уткин А.В. Прочность судов на подводных крыльях

формат pdf
размер 3.39 МБ
добавлен 31 июля 2010 г.

Л.: Судостроение, 1966, 190 с. В книге приведена методика расчета прочности судов на подводных крыльях; рассмотрены внешние силы, действующие на корпус в условиях волнения, общий изгиб корпуса и местная прочность его отдельных связей. Книга обобщает результаты теоретических и экспериментальных исследований, проведенных авторами в содружестве с инженерами ЦКБ по проектированию судов на подводных крыльях. Предназначена для инженеров-конструкторов;.

Муругов В.С. Морские суда на подводных крыльях

формат pdf
размер 3.91 МБ
добавлен 17 мая 2010 г.

Муругов В.С., Яременко О.В. Морские суда на подводных крыльях

формат djvu
размер 1.63 МБ
добавлен 23 ноября 2011 г.

Учеб. пособие. - Л.: Изд. ЛКИ, 1962. -93 с.
Пособие предназначено для студентов Ленинградского кораблестроительного института группы специализации "Проектирование и постройка судов с динамическими принципами поддержания" (СДПП). Оно является продолжением первого выпуска 1979 г. "Конструкция корпуса судов на воздушной подушке".
В данном пособии рассматриваются общие сведения по СДПП, а также особенности конструкции корпуса и крыльевого устройства СПК. Предлагаются проектировочные подходы для разработки конструкций наименьшей массы, показаны алгоритмы проектирования, имеются числовые примера. В пособии обобщены сведения из отечественных и зарубежных технических публикаций, использовались результаты исследований, выполненных за последние годы в ЛКИ на кафедре конструкции судов.

Гарин Э.Н. Конструкция корпуса судов на воздушной подушке

формат djvu
размер 853.81 КБ
добавлен 21 ноября 2011 г.

Гарин Э.Н. Конструкция корпуса судов на воздушной подушке

формат pdf
размер 1.64 МБ
добавлен 01 июля 2010 г.

Учеб. пособие. - Л.: Из-во ЛКИ, 1979. -96 с. Пособие по конструкция корпуса судов на воздушной подушке (СВП) предназначается для студентов Ленинградского кораблестроительного института группы специализации: проектирование судов с динамическими принципами поддержания (СДПП). Программа курса по конструкции корпуса СДПП предусматривает также соответствующие разделы по судам на подводных и надводных крыльях (СПК и СНК). Таким образом, это пособие охв.

Гарин Э.Н. Конструкция корпуса судов на подводных крыльях

формат djvu
размер 800.05 КБ
добавлен 21 ноября 2011 г.

Учеб. пособие. - Л.: Изд. ЛКИ, 1982. - 93 с. Пособие предназначено для студентов Ленинградского кораблестроительного института группы специализации "Проектирование и постройка судов с динамическими принципами поддержания" (СДПП). Оно является продолжением первого выпуска 1979 г. "Конструкция корпуса судов на воздушной подушке". В данном пособии рассматриваются общие сведения по СДПП, а также особенности конструкции корпуса и крыльевого устройств.

Зайцев Н.А., Maскалик А.И. Отечественные суда на подводных крыльях

формат djvu
размер 3.68 МБ
добавлен 01 декабря 2011 г.

Зайцев Н.А., Maскалик А.И. Отечественные суда на подводных крыльях

формат pdf
размер 9.17 МБ
добавлен 11 июля 2010 г.

Локшин А.З. Расчетное проектирование связей корпуса судна. Суда на подводных крыльях

формат djvu
размер 412.18 КБ
добавлен 23 ноября 2011 г.

Локшин А.З. Расчетное проектирование связей корпуса судна. Суда на подводных крыльях

формат pdf
размер 757.07 КБ
добавлен 29 августа 2010 г.

Маттес Н.В., Уткин А.В. Прочность судов на подводных крыльях

формат pdf
размер 3.39 МБ
добавлен 31 июля 2010 г.

Муругов В.С. Морские суда на подводных крыльях

формат pdf
размер 3.91 МБ
добавлен 17 мая 2010 г.

Муругов В.С., Яременко О.В. Морские суда на подводных крыльях

формат djvu
размер 1.63 МБ
добавлен 23 ноября 2011 г.

СУДА НА ПОДВОДНЫХ КРЫЛЬЯХ, речные или морские суда, использующие устройство в форме крыла для того, чтобы поднять корпус судна над водой и уменьшить силы трения и сопротивления, ограничивающие скорость передвижения обычных судов.

При движении в воде подводное крыло создает подъемную силу точно так же, как крыло самолета в воздухе. Профиль подводного крыла изогнут таким образом, что при перемещении в воде он создает суммарную силу, направленную вверх и выталкивающую судно из воды. Катера и корабли на подводных крыльях как бы летят над водой, и под водой остаются только подводные крылья и гребные винты. Корпус корабля соединяется с подводными крыльями стойками, также имеющими обтекаемую форму.

При движении тела в жидкой среде возникают силы трения и другие возмущения, препятствующие движению, которые порождают суммарную силу сопротивления движению (силу торможения). Так как плотность воды в 800 раз больше, чем плотность воздуха, то при одной и той же скорости движения крыло самолета в воздухе и уменьшенное в 800 раз (по площади) подводное крыло будут создавать одинаковую подъемную силу.

Типы подводных крыльев.

Существуют два типа подводных крыльев, предназначенных для выталкивания корпуса судна из воды: частично погруженное крыло и полностью заглубленное крыло. Чем глубже в воде находится частично погруженное крыло, тем большая площадь его движется под водой и тем больше создаваемая им подъемная сила. Это свойство обеспечивает устойчивость движения судна по волнам. В случае полностью заглубленного крыла подъемную силу можно изменять, либо поворачивая все крыло (изменяя угол атаки), либо отклоняя закрылки, расположенные вдоль задней кромки неподвижного крыла (управление с помощью закрылков). В случае аппарата с заглубленными крыльями система автоматического управления регулирует наклон и высоту судна над водой и обеспечивает его балансировку. Устройство такого судна сложнее, чем устройство судна с частично погруженным крылом, однако первая конструкция более эффективна и обеспечивает плавное движение транспортного средства при волнении. Закрылками, отклоняемыми с помощью системы автоматического управления, можно снабдить и частично погруженное крыло, улучшая с их помощью плавность движения судна при сильном волнении. Подводные крылья нашли применение в конструкциях гибридных морских судов. Одной из наиболее удачных гибридных конструкций является катамаран с подводными крыльями, расположенными между корпусами.

Конструкции судов на подводных крыльях.

Суда на подводных крыльях различаются расположением крыльев. В самолетной (обычной) схеме большое крыло располагается впереди центра тяжести, подобно крылу на самолете. Несущая поверхность меньшей площади располагается сзади. В схеме «утка» крыло меньшей площади помещается впереди основного крыла. В тандемной схеме несущие крылья располагают на одинаковых расстояниях спереди и сзади от центра тяжести. В каждой из этих схем могут использоваться как частично погруженные, так и полностью заглубленные крылья. Обычная схема и схема «утка» применяются в конструкциях небольших судов на подводных крыльях; для судов большего водоизмещения предпочтительнее тандемное расположение подводных крыльев.

Силовая установка.

Для создания тяги на судах с подводными крыльями используют гребной винт или водомет (струя воды, создающая реактивную силу). Винт, располагающийся в хвостовой части гондолы, приводится в движение судовым двигателем с помощью системы передаточных шестерен и валов (редуктора). В случае водомета тягу создает реактивная сила струи воды, накапливаемой внутри корпуса и с помощью насоса выбрасываемой с большой скоростью через отверстие в транце корабля. На большинстве гражданских судов с подводными крыльями используются дизельные двигатели. На судах большого водоизмещения с движителями обоих типов для повышения скорости движения часто применяют газотурбинные установки. См. также СУДОВЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ И ДВИЖИТЕЛИ.

Кавитация.

При понижении давления (что происходит, например, на верхней поверхности подводного крыла, движущегося с большой скоростью) в жидкости образуются воздушные пузырьки. Это явление называется кавитацией. Кавитация оказывает неблагоприятное воздействие на подъемную силу и сопротивление подводного крыла. Кроме того, схлопывание пузырьков может привести к повреждению поверхности крыла и разрушению конструкции. Подводные крылья, у которых максимальная скорость недостаточна для того, чтобы вызвать кавитацию, называются бескавитационными крыльями. Предназначаемые для более высоких максимальных скоростей подводные крылья специально профилируют. Подводные крылья, вызывающие кавитацию и схлопывание пузырьков вдали от поверхности крыла, называются суперкавитирующими. См. также КАВИТАЦИЯ.

Другие проблемы.

Судно на подводных крыльях часть времени движется, как и обычный корабль, с погруженным в воду корпусом. Стойки, подводные крылья и гребные винты, расположенные под днищем корпуса, увеличивают осадку корабля. Чтобы устранить связанные с этой особенностью проблемы, подводные крылья можно сделать убирающимися. Однако и неубирающиеся подводные крылья находят широкое применение в конструкциях судов.

Как и в случае самолета, каждая дополнительная единица веса судна на подводных крыльях требует соответствующего увеличения мощности двигателя и расхода топлива. По этой причине в конструкции судов на подводных крыльях находят широкое применение легкие высокопрочные материалы (алюминий, пластмассы, композиты) и высокоэффективные силовые установки большой мощности. Наряду с обычными судовыми дизелями используются газотурбинные двигатели и вспомогательные устройства, аналогичные тем, которые применяются в авиации. Стойки и профили крыла изготавливают из лучших сортов стали. Для судов на подводных крыльях были разработаны уникальные трансмиссии, гребные винты и системы управления.

Ваганов А.М. Проектирование скоростных судов. Л., 1978
Клейтон Б., Бишоп Р. Механика морских судов. Л., 1986
Иконников В.В., Маскалик А.И. Особенности проектирования и конструкции судов на подводных крыльях. Л., 1987

Автор статьи

Куприянов Денис Юрьевич

Юрист частного права

Страница автора

Читайте также: