Расположение крыльев по длине судна

Длина крыльевой базы (расстояние между носовыми и кормовыми крыльями) и расположение ее относительно ЦТ судна существенно влияют на гидродинамическое качество крыльевой системы, общую прочность и мореходные качества СПК.

Выбор по гидродинамическим условиям.

За носовым крылом образуется волновая, впадина, которая по мере удаления от крыла в корму сужается и переходит в продольно-вертикальный гребень (рис.5.1 а,б).

В поперечном сечении впадина имеет траншейную форму, крутизна боковых стенок впадины уменьшается с углублением крыла.

Рис. 5.1. Волновые профили позади подводных малопогруженных крыльев:

а — за одиночным крылом;

б — форма волновой впадины в плане и поперечном сечении;

в - волновой профиль системы «тандем» (благоприятная интерференция волн от носового и кормового крыла);

г — неблагоприятная интерференция волн.

1 — волновой профиль за носовым крылом;

2 — волновой профиль за кормовым крылом;

3 — продольно-вертикальный волновой гребень за впадиной одиночного крыла.

Эффективность работы кормового крыла в волновом потоке во многом зависит от его положения по длине профиля носовой крыльевой волны и при проектировании необходимо знать ее параметры, чтобы определить оптимальную длину крыльевой базы. Для этого необходимо привлечь результаты экспериментально-теоретических исследований, на основании которых получена универсальная кривая ,которая может быть аппроксимирована линейной зависимостью

где — относительная длина волны; -число Фруда по хорде;

- хорда носового крыла.

Тогда длина волны за крылом

а длина впадины

Аналогичную зависимость предложил С. Д. Чудинов:

Максимальная амплитуда волны а, отсчитываемая от невозмущенной поверхности воды может быть определена по формуле, предложенной В. И. Блюминым,

,

где — размах крыла, — скорость движения.

Кормовое крыло, поставленное за носовым, будет также, создавать волновую систему. Волны от носового и кормового крыла, складываясь, образуют общую волновую систему. Амплитуда суммарных волн позади идущего СПК может быть больше или меньше амплитуды отдельных крыльевых волн в зависимости от положения кормового крыла, определяющего характер интерференции волн за крыльевой системой.

Наиболее благоприятный случай, когда крыльевая система имеет наименьшее волновое сопротивление, соответствует длине крыльевой базы, равной длине волновой впадины за носовым крылом (). Наихудший случай наблюдается при

При выборе необходимо также учитывать особенности работы кормового крыла в волновом потоке. Необходимо, чтобы оно располагалось от носового крыла в пределах (рис. 5.2, а). В этом случае положительный угол скоса потока обусловливает вертикальные составляющие набегающего потока, направленные вверх, благодаря чему подъемная сила крыла увеличивается. Главный гидродинамический вектор Y_к, имея направление, перпендикулярное набегающему потоку, отклоняется в сторону носового крыла и создает таким образом горизонтальную составляющую Р_т, направленную вперед. Создается как бы дополнительная тяга, которую можно рассматривать и как величину, уменьшающую сопротивление кормового крыла. Наиболее эффективное положение, кормового крыла в системе «тандем» будет соответствовать условию так как максимальный положительный угол скоса волнового потока находится в кормовом конце волновой впадины в точке перехода подошвы волны в ее вершину.

При расположении кормового крыла в районе носового склона впадины ( ) подъемная сила его и гидродинамическое качество снижаются. Это объясняется тем, что отрицательный угол скоса потока . обусловливает вертикальные скорости , направленные вниз и отклонением главного гидродинамического вектора в кормовую часть судна. Образующаяся при этом горизонтальная составляющая увеличивает сопротивление крыла (рис. 5.2, б).

Рис. 5.2. Влияние длины крыльевой базы на работу кормового крыла:

а — -кормовое крыло создает дополнительную тягу Р_т;

б — -кормовое крыло увеличивает сопротивление крыльевой системы.

При правильном выборе длины крыльевой базы может быть достигнуто существенное улучшение ходкости СПК как путем повышения гидродинамического качества кормового крыла, так и путем снижения волнового сопротивления крыльевой системы,

В практических условиях, к сожалению, не всегда можно обеспечить оптимальное расположение кормового крыла особенно при высоких числах Фруда (Fr_b > 10) в связи с ограниченной длиной судна. Для малых СПК с высокими скоростями, когда кормовое крыло может быть расположено только в районе носового склона волновой впадины, целесообразно отказаться от носового монокрыла, заменив его двумя раздельными крыльями. В трехточечной системе крылья будут работать изолированно, без влияния друг на друга при условии, что расстояние между раздельными носовыми крыльями будет не меньше размаха кормового крыла. Следует, однако, иметь в виду, что гидродинамическое качество двух раздельных носовых крыльев будет ниже по сравнению с монокрылом в связи с их малым относительным размахом , а конструктивное решение задачи крепления крыльев к корпусу усложняется; ухудшается и эксплуатационная приспособленность СПК. оэтому рассматриваемый вопрос при проектировании должен быть тщательно проанализирован.

Для относительно крупных высокоскоростных морских СПК с точки зрения получения высокого гидродинамического качества и обеспечения необходимой мореходности целесообразной будет крыльевая система с управляемыми глубокопогруженными раздельными крыльями. В этом случае выбор крыльевой базы практически не связан с гидродинамическими особенностями крыльевой системы и сообразуется в основном с условием обеспечения общей прочности СПК.

Выбор L_Kб. по условию общей прочности СПК-

Рассматривая судно, идущее на крыльях, как балку на двух опорах, нагрузку которой можно приближенно принять равномерно распределенной, нетрудно прийти к выводу, что наибольший изгибающий момент на тихой воде будет при , а наименьший — при расположении крыльевых стоек на 0,25 от штевней, если ЦТ расположен примерно на середине длины корпуса.

Если положение кормового крыла фиксируется по условию размещения винторулевого комплекса, то варьирование длины возможно лишь путем перемещения носового крыла. При этом, как показывает анализ проектных данных для отечественных СПК, наименьший изгибающий момент соответствует относительной длине крыльевой базы . Дальнейшее уменьшение крыльевой базы приводит к увеличению изгибающего момента в районе носового крыла в результате увеличения массы свободно висящей носовой части корпуса.

Выбор L_Kб по условию мореходности.

Расстояние между крыльями, а точнее соотношение этого расстояния с расчетной длиной ветровой волны оказывает существенное влияние на величину вертикальных ускорений. Исследования, проведенные за рубежом и у нас, показывают следующее:

наибольшие вертикальные ускорения наблюдаются при длине крыльевой базы, равной длине ветровой волны .

вертикальные ускорения уменьшаются, если отношение в увеличивается. При этом лучше брать некратное отношение (1,5; 2,5 и т. д.), так как уменьшение ускорений идет по периодическому закону с пиками на кратных числах отношений . Факт уменьшения вертикальных ускорений при увеличении отношения связан с уменьшением абсолютных размеров ветровой волны, что, естественно, обусловливает и меньшие дополнительные нагрузки на крыльях;

вертикальные ускорения уменьшаются и с уменьшением отношения , т. е. с увеличением ветровой волны. В этом случае судно начинает следовать за профилем волны, и дополнительные нагрузки на крылья уменьшаются.

Таким образом, для неуправляемых крыльев крыльевую базу следует выбирать или больше, или меньше длины расчетной ветровой волны.