Навигация
Режими глісування гідролітаків
77464
знака
0
таблиц
0
изображений
5 Режими глісування гідролітаків
Визначення гідродинамічних характеристик важливе не тільки для проектування суден, глісерів, а також і для конструювання гідролітаків, тобто літаків, які злітають з водної поверхні або сідають на неї. При цьому, необхідно визначити режими руху літака по водній поверхні. При русі по воді поверхневих літаків з малою швидкістю, підйом, який підтримує літак на водній поверхні обумовлений головним чином плавучістю. При збільшенні швидкості літака, таким чином, щоб водна поверхня гладко відокремилась від передньої кромки літака, літак, кажуть, глісую або ковзає по водній поверхні. Під час глісування підйом обумовлений головним чином силами гідродинаміки. Важливою особливістю глісуючого руху є явище бризкання, яке являє собою бризки викинуті вперед і по бокам глісуючого літака. Якщо кут атаки, який можна визначити як характерний кут між змоченою глісуючою поверхнею літака і незбуреною вільною поверхнею – маленький, то очікується, що товщина бризку буде теж маленькою. Оскільки теорія глісування має багато подібних ознак з теорією повітряного крила, для представлення бризку в задачах глісування використовується такий само тип особливостей як і в теорії повітряного крила.
Багатьма авторами розглядались двовимірні глісуючі поверхні з врахуванням ефекту гравітаційності. При вивченні тривимірних глісуючих поверхонь вимагається, щоб число Фруда було великим, а форма поверхні не була прямокутною. В попередніх рішеннях вважалось, що бризок був величиною другого порядку в куті атаки і тому ним можна було знехтувати в формуліровці лінеаризованої теорії. В роботі [18] розглянуто установлений тривимірний потенціальний потік, який проходить через глісуючу поверхню середнього розміру при великих числах Фруда. Вважається, що кут атаки маленький, для того, щоб задачу можна було лінеаризувати. Глісування представляється невідомими розподілами тиску по частині водної поверхні якраз під пластиною. Геометричною конфігурацією бризку знехтувано, а тиск прийнятий типу квадратного кореня. [18]
6 Досягнення високих швидкостей суден шляхом застосування підводних крил
Останнім часом зросла потреба в новому класі швидкодіючих транспортних засобів, які можуть відігравати проміжну роль у швидкості між вантажними літаками та звичайними судами. Було запропоновано кілька концепцій проекту для такого нового класу судів, ці концепції засновані на комбінаціях поверхні, що піднімається, повітряної подушки, SES (суден з поверхневим ефектом), і SWATH (маленький глісер з подвійним корпусом). В [19] представлено обчислювальний метод, який можна застосовувати до нелінійного потоку вільної поверхні повз двовимірне підводне крило мілкого занурення. Попередні роботи по підводному крилі використовували головним чином лінеаризовану умову вільної поверхні. Наприклад, Гієсінг і Сміт (1967) вирішували проблему методом інтегрального рівняння, який базується на функції Гріна, Баі (1978) застосував до задачі обмежений метод з кінцевим елементом, який базується на нежорсткій формі. Однак, Салвесен та вон Керзек (1975, 1976) спочатку обчислили стійкі нелінійні хвилі вільної поверхні через двовимірне підводне крило і вихрові точки під вільною поверхнею за допомогою ітераційного методу з кінцевим розходженням, попередньо розробленим ними (1974).
В роботі розглядається стійкий однорідний потік повз установлене двовимірне підводне крило, занурене в рідину. Поверхневою напруженістю знехтувано та припускається, що рідина – нев’язка, нездавлювана, і рух безвихровий. Задача точного нелінійного потоку вільної поверхні, сформульована в невідомих функції потоку, замінена еквівалентною варіаційною задачею за допомогою класичного принципу Гамільтона. Тоді ми застосовуємо метод місцевих кінцевих елементів, заснований на принципі Гамільтона в нелінійних підобластях і на нежорсткій формі в скорочених нескінченних лінійних підобластях. Цей метод - продовження методу, розробленого для лінійної задачі Баі (1978) для задачі нелінійного потоку вільної поверхні. Порівняння між лінійними результатами Баі і експериментальними вимірюваннями Паркіна та іншими (1956) показали відносно гарну збіжність для деякого діапазону числа Фруда. Однак, для деяких чисел Фруда з відносно маленькою глибиною занурення, обчислені результати для лінеаризованої умови вільної поверхні показують значну розбіжність з експериментом. Паркін та інші навели результати спостереження про потік над мілко зануреним підводним крилом, навели характеристики гладкого типу чи такого, який характеризується стоячим стрибком та хвилями, в залежності від числа Фруда. В роботі зроблені обчислення, які задовольняють точну умову вільної поверхні. Обчислені результати порівняні з результатами попередніх лінійних обчислень та експериментів. Порівняння показують кращу збіжність з експериментальними вимірюваннями ніж в лінійних обчисленнях. [19]
Уже в першій чверті 20-го століття стало зрозуміло, що більше не можливо досягти вищих швидкостей суден зі звичайними лініями. З’явилася потреба у знаходженні нових технічних рішень для того щоб підтримувати основну тенденцію по збільшення швидкості. Саме тому в п’ятидесятих- сімдесятих роках 20-го століття судно з динамічною підтримкою стало дуже популярним, через повне зниження гідродинамічного опору основного корпуса, що виходить із води. Провідна позиція належала підводним крилам. Хоча спочатку комерційні підводнокрилові судна були побудовані Хансом фон Щертелем (Німеччина), і їх використання почалося в 1953, базою для першого реального виробництва в повному масштабі були проекти російського вченого Р.Е. Алексєєва. Таким чином, було побудовано більш ніж 1000 судів з підводними крилами. Оскільки перші радянські підводні крила були розроблені більше для річок, для таких суден використовувалась низько-затоплена система крил, в яких підйомна сила крил залежить від її занурення під вільною поверхнею. Така система крил гарантує мінімальне осідання судна, яке рухається в режимі водовитиснення і має просту структуру крил, завдяки чому виникає автоматична стабільність контролю обумовлена відносно пізньою появою кавітації і піднімаючої сили, як функції глибини занурення.
Успішна робота суден з підводними крилами закінчилася будівництвом бойових човнів з підводними крилами. Однак, Алексєєв не досяг успіху в забезпеченні морських човнів з низько-зануреними крилами через незастосовність в морях таких судів. Пізніше, російське конструкторське бюро Алмаз і група проектувальників Зеленодолска займалися розробкою підводного крила морехідних суден під керівництвом Бурлакова і Коунховича. Разом з застосовністю в морях, ці роботи були пов’язані з подальшим збільшенням швидкості.
Коунахович показав особливо високу діяльність у роботах, зв’язаних, зі збільшенням швидкості. Головною перешкодою для швидкості були кавітації. З його ініціативи було розроблено експериментальне судно "Sіnertch" (від російського "торнадо") з суперкавитуючим крилом.
Судно має ніс і головну суперкавітуючу поверхню, яка перетинає воду та крило. Судно було обладнано реактивними двигунами з повітряною подачею як рушії. Швидкість, досягнута судном була більш ніж 100 вузлів. Однак, з подальшої роботи, стало зрозуміло, що побудоване судно не могло мати високу ефективність, якщо його гідродинамічна якість була забезпечена суперкавітуючим крилом з системою підтримки – електроенергії і палива, яке настільки важке, що вантажоможливість судна буде дуже низька.
Судна з підводними крилами, які становлять 60 відсотків від всіх швидкодіючих судів в 70-х і 80-х роках розвивалися у двох напрямках. Перше направлення мало на увазі поліпшення морехідної здатності кожного виду підводного крила при збереженні високої гідродинамічної ефективності через безкавітаційні підводні крила. Гранична швидкість цих підводних крил була приблизно 60 вузлів.
Другий напрямок мав на увазі подальше збільшення швидкості; щоб тримати гідродинамічну ефективність на високому рівні, аеродинамічна підтримка, тобто ефект аеродинамічного підйому поверхні необхідно було використовувати для того, щоб зробити підводні крила меншими і у деяких випадках прибрати їх взагалі.
Велика частина роботи була пророблена по першому напрямку, вирішено багато технічних задач і побудовані високошвидкісні судна. Вже в середині 60-х було відомо, що найвище судно в морському виконанні могло дозволити повністю затопляти підводні крила без перетинання поверхні води. Єдина незручність, яка змушувала хвилюватися проектувальників, було те, що ця система не мала властивої стабільності, безпеки навігації, що забезпечує ефективну роботу тільки автоматичної системи керування.
Це викликало розбіжність думок проектувальників у середині шістдесятих, коли з’явилася потреба в більших бойових судах з підводними крилами. Конструкторське бюро Almaz сконцентрувало сили на створенні судна з автоматично керованими підводними крилами без перетинання поверхні води, у той час як група проектувальників Зеленодолска мала тенденцію проектувати морехідне судно на підводних крилах, що перетинають поверхню води і властиву стабільність, використовуючи автоматику для стабілізаторів судна.
Типи судів були різні - перше - бойове ракетне судно, друге - фрегат, але було багато подібного у їх гідродинамічних особливостях - подібна швидкість (приблизно 60 вузлів), подібний зсув (приблизно 500 t), головні рухові одиниці з єдиним типом - z-двигуна потужністю 11 MВт, однаковий тип повністю затонулого підводного крила в кормовій частині.
Найбільшою перешкодою будівництва таких суден був той факт, що кавітаційні лабораторії, доступні в той час не могли досягати числа кавітацій, що відповідають повній швидкості цих суден. Конструкторське бюро Almaz вирішило будувати модель судна в повному масштабі з повністю затонулими підводними крилами і одиницями z-двигуна. Спочатку пропонувалося, що це буде модель дослідного судна "Uragan" ("ураган"), але в процесі подальшого проектування, елементи відхилялися, і випробування "Taіfun" (назва моделі) дозволили перевірити тільки принципові технічні рішення. "Taіfun" був побудований як пасажирський катер і використався протягом деякого часу на лінії між Ленінградом і Таліном. Випробування повністю підтвердили характеристики проекту. На жаль, суднобудування в повному масштабі на основі цього проекту не було запущено, причина полягала в тому, що в будівництві цього човна широко використалися частини компонента авіації, і було надзвичайно важко влаштувати їхню комерційну поставку для відділу суднобудування в економічному навколишнім середовищі того періоду.[20]
Для гідродинамічного аналізу швидкісного глісуючого судна човни з плоскими контурами днища були майже повністю замінені іншими успішними теоретичними моделями. Ці моделі використовують переважно "теорію тонкого тіла" (SBT) у тій або іншій формі, наприклад, (Вагнер, 1932), (Тулін, 1957), (Ворус, 1996), (Бреслин, 2000).
Теорія тонкого тіла вимагає, щоб порядки зміни в координаті х були маленькі. Автор відмічає тільки одну роботу, яку можна кваліфікувати як застосування SBT. Вона поширюється на глісування плоского днища судна. Це робота Туліна, 1957. Але припущення Туліна про трикутну площину плавання, що веде до подібного рішення в нижній координаті не реальні, крім як для дуже спеціального випадку човна із плоским днищем та гострим носом. І в цьому випадку, тільки там, де тяга і деферент установлені так, що вільно-поверхневий перетин є точно у вершині носа днища. Взагалі, з довільними тягою і диферентом водно-поверхневий перетин з плоским днищем перебуває в кормовій частині вершини носа, і тому тупий.
У роботі [21] запропонована теоретична обробка передньої кромки, мета якої полягає в тому, щоб установити істинність SBT і розширити її добре розвинені гнучкі методології застосування до типу плоских днищ. [21]
Коливальні або хлопаючі двигуни крила довгий час були цікавими пропульсійними пристроями. Вивчення аеродинаміки коливальної частини крила було розпочато на початку 1900-х років Цеодорсоном, який досліджував поведінку крила в пориві та флатері. В ранніх вивченнях аеродинаміки крила підчинялися тільки малоамплітудним рухам, для того, щоб можна було досліджувати природу нестійкості крила літака. Вивчення коливального крила для пропульсійних пристроїв було запропоновано Лайтхілом (1969) та Ву (1971). Найбільш удосконалені та найчастіше використовані числові методи і аеродинаміці базувалися головним чином на теорії підйому поверхні. Мала амплітуда коливання крила у вигляді рушія була досліджена Чопром (1974) та Камбе (1977).
Хоча коливальне крило могло дати гарний ККД рушія – приблизно 90%, він забезпечує малу тягу. Через це проектування коливального рушія складне, зокрема розміри крила обмежують більшість технічних пропозицій. Для вирішення цієї задачі Джонс та Платзер (1997) розглядали протифазу подвоєного крила коливальної конфігурації. Були отримані числові прогнози для рушія подвоєного крила при використанні двовимірного групового методу та експериментальних досліджень. Для кожної фольги рушій показав суттєво вищу тягу та більший ККД. В роботі [22] запропонований тривимірний часовий метод, який використовувався для дослідження переваг протифазного двокрилового рушія. Для конфігурації подвоєного крила невідомим є вплив амплітуди зсуву і відстані між крилами на гідродинамічні характеристики. Задача ставилася для корпусу, який рухається по спокійній рідині. В класичній теорії крила крило зупиняється в рідині, яка рухається. Розглянуті групові методи, використовуючи будь-яке припущення, проводять до такого ж алгоритму, тобто, до тієї ж самої системи лінійних рівнянь, як і в класичній теорії крила. В потоці навколо крила число Рейнольдса прийняте великим, більше за 1 млн. В такому положенні потоку, граничний шар тонкий і гідродинамічний кут атаки, з яким рухається камера, дорівнює приблизно 12 градусів або більше для нескінченної довжини. Миттєвий кут атаки зазвичай дорівнює 12 градусів. Проведені таким чином дослідження показали ефективність рушія подвійного крила порівняно з однокрилим. Окрім очевидної переваги збереження рівноваги динаміки рушія відносно до бокових та вертикальних сил, виявилося, що кожне крило в конфігурації подвійного крила, в якій крила розташовані близько одне до іншого, дає суттєво більший вклад тяги ніж однокрилий рушій. Підвищення тяги підвищило ККД і цілому діапазоні досліджуваних частот. Протифаза подвоєного крила коливального рушія показала аеродинамічні та гідродинамічні переваги для мікроповітряних транспортних засобів та автономних транспортних засобів з однокрилим рушієм. [22]
На початку 1960-х років Науково-дослідний інститут Суднобудування та Ленінградський Інститут Водного Транспортування провели інтенсивне дослідження щодо практичних способів здійснення ідеї зменшення гідродинамічного опору судна за допомогою повітря під днищем судна. Саме поняття з’явилося досить давно, і найперша спроба використати цей принцип зменшення опору була зроблена Густавом Лавалом в 1880 - 1883. Наступні числові спроби практикізувати концепцію протягом багатьох років не давали позитивних результатів. Причина була в недоліку раціоналістичних ідей щодо того, як налагодити поставку повітря в таким чином, щоб ефективно ізолювати днище судна від води. В результаті прийшли до висновку, що повітря поводилося б ефективно, якщо потік на днищі судна мав би певний вигляд, відомий як штучно змушений потік кавітації. У Росії теоретичні і експериментальні вивчення штучної кавітації для зменшення опору на занурених тілах були в 1940-их роках. В 1950-их подібні вивчення розпочаті в Інституті Крилова. Там робота була незабаром переадресована до поверхневого скорочення опору судна, і для таких застосувань, вони одержали спочатку теоретичні і експериментальні результати, які вказують на високий ефекту кавітацій для зменшення опору поверхневих суден. [23], [24]
Похожие работы
... концентрацій (від 20 до 40 %). Це пояснюється прагненням наблизити концентрати за вмістом екстрактивних речовин до аптечних водних витяжок. Технологія одержання рідких концентратів передбачає такі ж стадії, що і при одержанні рідких екстрактів: одержання витяжки з лікарської рослинної сировини, очищення витяжки, стандартизація. Для одержання витяжки найчастіше використовують методи, в яких не ...
... тологів та активістів поміркованого екологічного руху, які переконані в тому, що для розв’язання проблем збереження довкілля та поліпшення якості життя людини потрібно насамперед постійно впливати на процес прийняття рішень у сфері екологічної політики. Як правило, сутність такого впливу зводять до обґрунтування необхідності збільшення кількості законів, що контролюють рівні забруднення, перегляду ...
... ів в Чернігівській області Тваринний світ характеризується ще більш багатим видовим складом, який становить близько 41% від загальноукраїнського. Так, на Чернігівщині поширені ссавці до 48 видів. Таблиця 1 Найбільш поширені види Чернігівської області Ряд Родина Вид Ряд Комахоїдні — Insectivora. Родина Їжакові - Erinaceidae Їжак звичайний (Erinaceus europaeus) Родина ...
... . Чисельні ізоферменти СУР450 відрізняються г Послідовністю амінокислот, специфічністю по відношенню до субстратів, чутливістю до індукторів та інгібіторів, наявністю генетичного поліморфізму. З чим пов'язано таке різнобарв'я цитохромів Р450? Існує гіпотеза, що еволюційно ці гени виникли в процесі взаємодії тварин з рослинами. Для захисту від поїдання тваринами рослини почали виробляти стероїдні ...
0 комментариев