Уточнение элементов несущих крыльев

Выбранная крыльевая база позволяет составить систему элементарных уравнений статического равновесия сил и моментов, действующих на СПК, и уточнить первоначально принятые значения элементов несущих крыльев.

Упрощенная схема сил, действующих на СПК при установившемся режиме движения на крыльях, показана на рис.

При установившемся движении сумма проекций сил на вертикальную ось и сумма дифферентующих моментов, взятых относительно любой точки (обычно берут относительно ЦТ или относительно точки О на транце), должны быть равны нулю, т. е, ; .

Рис. 5.3 Схема действующих усилий на СПК при движении на крыльях

На основе схемы рис. 5.3 можно составить следующую систему уравнений:

(5.1.4)

где Р_н, Р_к — подъемные силы носового и кормового крыла;

Р — тяга винта;

Р_в — вертикальная составляющая тяги движителя;

R_B03 — воздушное сопротивление СПК;

R — равнодействующая суммарного сопротивления подводных крыльев и выступающих частей;

— отстояние носового, и кормового крыла от центра тяжести;

— плечо тяги движителя относительно ЦТ;

— плечо равнодействующей R относительно ЦТ;

—плечо равнодействующей воздушного сопротивления.

Ряд сил и моментов, входящих в систему (5.1.4), незначителен по своему значению, или эти силы и моменты противодействуют и нейтрализуют друг друга, и ими можно пренебречь.

Во многих случаях с практически достаточной точностью систему уравнений можно представить в виде:

(5.1.5)

Обозначив через , получаем:

(5.1.6)

Зная значение и задаваясь положением кормового крыла, по уравнениям (5.1.6) можно определить значения нагрузок на носовое и кормовое крыло и уточнить значения площадей крыльев:

(5.1.7),

где — расчетная (эксплуатационная) скорость СПК, м/с;

С_ун, С_ук — коэффициенты подъемной силы соответственно носового и кормового крыльев.

Важным моментом расчета необходимых площадей несущих крыльев по формулам (5.1.7) является выбор коэффициентов С_ун, С_ук. Здесь должны быть учтены следующие положения:

значение С_у зависит от скорости движения, заглубления, профиля и относительной толщины крыла;

выбранное значение С_у должно быть по возможности ближе к оптимальному, т. е. к значению, при котором обеспечивается максимальное гидродинамическое качество, и при этом обязательно проверено на соответствие бескавитационному обтеканию крыла;

при заданной относительной, толщине профиля принимаемое значение С_у должно быть тем меньше, чем больше скорость и наоборот;

при заданной скорости принимаемое значение С_у уменьшают с увеличением относительной толщины профиля;

для построенных СПК С_у колеблется в пределах 0,1÷0,3;

С_у < 0.1 особенно при небольших скоростях, обусловливает большие площади крыльев и, следовательно, значительную массу крыльевого устройства так, что может быть поставлена под вопрос рентабельность СПК;

С_у > 0,3, особенно для крыльев СПК с высокой скоростью, может обусловить возникновение кавитации, а также малые размеры крыла по хорде и толщине, затрудняющие обеспечение прочности крыльев;

коэффициент подъемной силы кормового крыла С_ук, работающего в системе «тандем», может быть принят примерно в 1,35 раза больше, чем для носового, поскольку возможные нарушения его обтекания и срыв подъемной силы не грозят серьезными последствиями. Поясним последнее положение. При срыве подъемной силы кормового крыла оно заглубляется, и при этом увеличивается ходовой угол атаки. Оба эти фактора способствуют быстрому восстановлению подъемной силы крыла. При срыве подъёмной силы носового крыла одновременно с его заглублением уменьшается угол атаки, и может оказаться так, что подъемная сила не будет увеличиваться, что становится угрожающим для безопасности движения СПК. Поэтому выбор коэффициента подъемной силы носового крыла должен быть достаточно обоснован и проверен.

В зависимости от скорости судна, водоизмещения и типа крыльев при выборе коэффициента подъемной силы носового крыла можно воспользоваться следующими ориентировочными рекомендациями:

С_ун =0.1 ÷ 0,2 при = 16,5 ÷ 23 м/с для плоскокилеватых малопогруженных крыльев;

С_ун = 0,20 ÷ 0,25 при = 14 ÷ 16,5 м/с для трапециевидных крыльев с широкой малопогруженной плоской частью;

С_ун > 0,5 при = 8.5 ÷ 11 м/с для глубокопогруженных управляемых крыльев на небольших СПК ( D до 20—25 т).

Более точный выбор С_ун и С_ук и окончательное определение площади несущих крыльев могут быть произведены в зависимости от принятого профиля крыла по его гидродинамическим характеристикам. Для этого необходимо прежде всего задаться относительным углублением крыла . Для речных мелкосидящих СПК можно принимать в пределах 0,1÷0,4, памятуя при этом, что при меньших значениях лучше будет обеспечиваться поперечная остойчивость Для СПК с повышенной мореходностью принимают в пределах 0,5÷1,0, а для морских СПК при большой балльности волнения значение относительного заглубления существенно увеличивается (до = 3). Абсолютную величину заглубления рекомендуется принимать по соотношению: ,

где высота расчетной волны. По этому значению можно определить .

По принятому значению , пользуясь кривыми К=f (С_у), для выбранного профиля находят значение С_у, соответствующее максимальному гидродинамическому качеству К. Выбранные и полученные значения , и С_у применительно к расчетной скорости проверяются на обеспечение «бескавитационного обтекания» Если максимальная скорость бескавитационного обтекания [см. формулу (5.8)] больше расчетной, полученное оптимальное значение С_у принимается. В противном случае значение С_у следует уменьшить и снова проверить на кавитацию.

Полученные по формулам (5.1.7) уточненные значения площади крыльев и позволят уточнить размеры крыльев в плане. При этом значение хорды следует согласовать с принятым относительным углублением крыла, проверяя ее значение по выражению:

где — абсолютное углубление, нижней кромки крыла.