Физические свойства и параметры жидкостей. Основные элементы потоков и виды течений. Кавитация. Уравнение Бернулли. Связь скорости и давления в потоке. Структура формулы для силы в гидродинамике. Геометрические и гидродинамические характеристики крыльев. Составляющие сопротивления судна, страница 3

Коэф­фициенты Су, Сх, Сп, Сt Ст называют гидродинамическими характе­ристиками крыла. Они зависят в основном от формы профилей, а для крыла заданных размеров и формы профиля - от угла атаки.

Гидродинамические характеристики различных профилей опреде­ляют с помощью продувок в аэродинамических трубах. По данным продувок крыльев для определенных значений удлинений и относительных толщин строят графики зависимостей безразмерных коэффициентов от угла атаки. На рис. 4.11 в качестве примера приведены характерные зависимости гидродинамических коэффициентов от угла атаки. Как видно из рисунка, кри­вая Су(α) имеет максимум при некото­ром угле атаки αкр, который называют критическим.

Для крыльев конечного удлинения αкр = 32 К 35°. При закритических углах атаки наблюдается быстрое уменьшение Су и значитель­ный рост Сх, т. е. наблюдается режим резкого снижения качества крыла. Это объясняется отрывом вязкого потока от спинки профиля, в результате которого нарушается плавность обтекания верхней сто­роны крыла и образуются вихревые дорожки за крылом. Из рис. 4.11 также видно, что при угле атаки α = 0 коэффициент подъемной силы не равен нулю. Только для симметричных профилей при α = 0 Су = 0. Во всех других случаях Су = 0 лишь при каком-то отри­цательном угле атаки, т. е. при обтекании профиля по направлению, не совпадающему с направлением хорды. Прямую, проходящую в этом направлении через заднюю острую кромку профиля, называют направ­лением нулевой подъемной силы (ННПС), а угол αн - углом нулевой подъемной силы. Фактический гидродинамический угол атаки профи­ля равен α =αн + αк, где αк - кромочный угол атаки, т. е. угол между хордой профиля и вектором скорости.

Многочисленные экспериментальные исследования показывают, что коэффициент подъемной силы до критического угла атаки воз­растает по линейному закону, т. е. коэффициент подъемной силы можно определить как

 где

В процессе эксплуатации судовых крыльевых устройств изме­няется состояние поверхности наиболее ответственных механизмов и устройств, таких как лопасти гребного винта и руля. Изменение толщины и характера распределения пограничного слоя вследствие увеличения шероховатости поверхности профиля вызывает уменьше­ние подъемной силы и увеличение профильного сопротивления.

Из-за различного отклонения линий тока на спинке и брюшке про­филя уменьшается эффективная кривизна средней линии профиля по сравнению с геометрической: тем больше, чем толще пограничный слой. В результате этого уменьшается угол нулевой подъемной силы αн и снижается качество крыла.

5.    Составляющиесопротивления     судна.     Аэродинамическое

          сопротивление.

Составляющие сопротивления. Судно, двигаясь на границе двух сред, испытывает их сопротивление своему движению: подводная часть - сопротивление воды, надводная часть - сопротивление воздуха.

На каждую элементарную площадку подводной (смоченной) поверхности судна (рис. 5.1) действует элементарная гидродина­мическая сила, которая является следствием реакции выведенной из равновесия частицы воды.

Эта элементарная гидродинамическая сила может быть разделена на элементарные касательные т и нормаль­ные р составляющие. Проинтегрировав по всей смоченной поверх­ности  судна   Ω   проекции   на   ось   х  элементарных   касательных сил τ, получим выражение для сопротивления трения

Проинтегрировав по всей смоченной поверхности судна Ω проекции элементарных сил гидродинамического  давления на ось х, получим выражение для сопротивления давления

Расчет сопротивления воды с помощью этих зависимостей очень сложен.

Сила сопротивления воды движению судна включает в себя силы различной природы, подчиняющиеся различным законам подобия и за­висящие от различных свойств жидкости. Сила трения обусловлена ка­сательными силами, которые зависят от свойств вязкости, т. е. от чис­ла Рейнольдса. Силы давления состоят из двух составляющих. Одну из них- силу вязкостной природы, зависящую от числа Рейнольдса, на­зывают сопротивлением формы  Rф. Другую составляющую силы дав­ления, зависящую от сил гравитации, т. е. от числа Фруда, называют волновым сопротивлением Rw.

Таким образом, полное сопротивление воды движению судна можно записать в виде суммы трех основных составляющих:

Надводная часть судна движется в воздухе и испытывает вязкост­ную составляющую полного сопротивления воздуха Rвозд. В подводной части корпуса имеются выступающие части (скуловые кили, рудер­пост, кронштейны, шахты лага, эхолота), которые создают дополни­тельное сопротивление выступающих частей Rв.ч. В реальных условиях эксплуатации судно преодолевает сопротивление Rмветра, вол­нения, течения, т. е. явлений метеорологического характера, и сопро­тивление льда Rл .

Таким образом, в более развернутой форме полное сопротивление может быть представлено в виде следующей суммы его отдельных составляющих :

Сопротивление воздуха. Судно движется на границе раздела двух сред и испытывает не только сопротивление воды, но и сопротивление воздуха. Вследствие обтекания воздухом надводной части корпуса, включая надстройку, мачты и т. п., на этой поверхности судна возни­кают силы давления и касательные напряжения. Результирующей этих сил является аэродинамическая сила Ra. Если принять направление потока воздуха, имеющего скорость υвозд, произвольным и составляю­щим с ДП угол α то аэродинамическая сила Raпо отношению к ДП будет направлена под некоторым углом β11 (рис. 5.13, а).

Проекция вектора Raна направление движения судна представ­ляет силу сопротивления воздуха движению судна Rвозд вязкостной природы. При попутном ветре сила Rвозд совпадает с направлением движения судна (рис. 5.13, б). Другая поперечная составляющая Rдр результирующей силы Ra, которая является проекцией этой силы в на­правлении, перпендикулярном скорости движения судна υ, способ­ствует возникновению силы дрейфа.

Направление и абсолютное значение вектора υвозд зависят от ско­рости движения судна и υ скорости ветра υветр.

6.    Сопротивление трения. Понятие об эквивалентной пластине.