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 dΩ(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 τdΩ, 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 β1 >α1 (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.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.