МОДЕЛЬНЫЕ ИСПЫТАНИЯ. Модели кораблей и быстроходных судов. Число Рейнольдса

  

Вся электронная библиотека >>>

 Катера >>>

 

 

 

 БЫСТРОХОДНЫЕ КАТЕРА


Раздел: Техника

 

ГЛАВА XVIII МОДЕЛЬНЫЕ ИСПЫТАНИЯ.

  

Введение. Современный высокий уровень развития быстроходных судов, в частности, судов с глиссирующими формами корпуса, многим обязан результатам модельных испытаний. Начиная с первых экспериментов, применение моделей в немалой степени способствовало усовершенствованию быстроходных глиссирующих катеров, обеспечивая значительную экономию средств и времени. Вполне понятно, что проведение модельных испытаний в опытовом бассейне, несмотря на ряд их недостатков, является важной стадией проектирования быстроходных судов.

Первым, кто запатентовал идею применения глиссирующей рмы корпуса, был Джозеф Эпсей (1852 г.) Независимо от него М. Рамус в 1870 г. предложил форму корпуса первого глиссера. Модель Рамуеа иле л а следующие основные данные: длина 800 мм, ширина 290 мм, общий вес 4,3 кг. Модель была однореданной, причем угол наклона продольных плоскостей составлял 10° ( 142).

На основе результатов испытаний этой модели Рамус задумал построить судно длиной 110 м, шириной 15 м и водоизмещением 2500 т с двумя гребными колесами диаметром около 13,4 м в качестве движителей Рамус рассчитывал, что при полной мощности 1500 л. с. его судно сможет развять скорость хода 30 узлов. Проект судна был представлен Британскому Адмиралтейству, после чего В. Фруду было поручено произвести в опытовом бассейне испытания соответствующей модели.

Этому бассейну предстоило стать первым опытовым бассейном, предназначенным для испытания форм корпуса судна. Постройкой этой гидродинамической лаборатории мы во многом обязаны предвидению и энергии В. фруда, сумевшего убедить Британское Адми- рвлтейство в необходимости создания подобного бассейна. С тех пор опытовые бассейны строятся во многих странах мира. Современные опытовые бассейны, во много раз превышая бассейн Фруда по своим размерам, представляют собой подлинные произведения инженерного искусства.

Испытания Фрудом моделей Рамуса, выполненных в масштабе — натуры, были проведены при скоростях, соответствующих

скорости хода натурного судна 130 узлов, и показали, что расчетная мощность механической установки оказалась недостаточной.

Затем Фруд решил испытать три жестко соединенных между собой поплавка, размещенных треугольником таким образом, что волнообразование, вызванное передним поплавком, не влияет на задние поплавки ( 143).

Модель, выполненная в масштабе —, была забалластирована соответственно водоизмещению натурного судна (2500 т) и испытывалась при скорости, соответствующей скорости натурного судна 190 узлов. Хотя, по словам Фруда, «результат оказался поразительным», испытания показали, что даже при глиссирующей форме обводов оказалось невозможным уменьшить удельное сопротивление корпуса.

Целесообразность принципа трехточечной опоры признается и по сей день, следствием чего было его использование при постройке гоночного глиссера «Синяя птица-Н».

В 1884 г. были проведены испытания одноредан- ной формы корпуса, предложенной М. Пикте, которая имела гораздо более высокую ходкость, чем форма Рамуса.

На  144 приведены результаты испытаний форм корпуса Рамуса Пикте и одной из более поздних форм.

Последующие модельные испытания способствовали разработке большого числа различных форм корпуса быстроходных судов, включая многореданные, катера-глиссеры типа морских саней и др. Каждая из этих форм корпуса в пределах области ее применения имела определенные достоинства, которые были рассмотрены в одной из предыдущих глав.

Преимущества использования опытового бассейна при проведении исследований в контролируемых условиях заключаются, главным обрачом, в экономичности и быстроте, с которой могут быть всесторонне изучены качества проектируемой формы корпуса как для высоких, так и для низких скоростей хода. При- отсутствии бассейна модификации формы корпуса могли бы быть исследованы только путем постройки и ходовых испытаний натур- него судна, причем результаты этих испытаний, требующих значительных затрат, оказались бы недостаточно полноценными и убедительными, поскольку испытания проводятся не в жестких условиях контроля.

Наряду с указанными преимуществами, модельные испытания имеют ряд недостатков и проведение их связано с определенными трудностями. Наиболее серьезным недостатком является, очевидно, погрешность, возникающая при пересчете результатов модельных испытаний на натуру. Как разъясняется ниже, непрерывное увеличение скорости хода катеров требует все более уменьшать размеры модели, а испытания малых моделей зачастую дают ненадежные результаты.

Последнее обстоятельство вынуждает повышать точность замеров и улучшать мето дику проведения модельных испытаний.

Опытоеый бассейн. Опытовый бассейн представляет собой большой канал, наполненный пресной водой. Вдоль бассенив по рельсам движется специальная тележка, при помощи которой осуществляется буксировка моделей. В Англии существует несколько подобных бассейнов длиной до 300 м, шириной 9—15 м и глубиной 4,9—6,7 м. Аналогичные опытовые бассейны различных размеров имеются также в других странах Западной Европы и в США.

Тележки современных опытовых бассейнов имеют скорость движения до 24 узлов. Вследствие необходимости использования известной части длины бассейна для разбега и замедления движения тележки полная длина пробега и время прохождения пути с указанной скоростью значительно ограничены, и замеры приходится производить за очень короткие интервалы времени.

В больших опытовых бассейнах тележки приводятся в движение от электромоторов, соединенных с ведущими колесами и получающих питание от подвесных рельсов. На тележках установлена аппаратура, необходимая для замера сопротивления и определения погружения испытываемых моделей- Чтобы обеспечить наибольшую длину пробега на высоких скоростях движения используются специальные устройства большой мощности для остановки модели

и торможения. Тщательно разработанные меры применяются для поддержания постоянной скорости (в пределах + 0,5%) и предупреждения вибрации. Рельсы, по которым движется тележка, должны быть прямыми и параллельными поверхности спокойной воды.

Модель быстроходного судна изготовляют из парафина или дерева (в последнем случае она полируется до высшего класса обработки) и буксируют при помощи специальной тяги. Один конец этой тяги, установленной под тем же углом к горизонту, что и осевая линия вала винта, соединен с моделью с соответствующей поправкой на изменение положения судна от состояния покоя до положения на средней скорости хода. Другой конец тяги прикреплен к нижнему концу динамометра, который регистрирует сопротивление. Схема буксировки модачи изображена на  145. Основная часть сопротивления уравновешивается добавлением гирь на соответствующем плече коромысла динамометра, а остальная его часть компенсируется натижением пружины, деформация которой регистрируется на записывающем барабане. Полное сопротивление модели определяется затем как сумма весов гирь и величины сопротивления, зарегистрированного на барабане и отсчитанного по градуированной шкале.

Этот метод обеспечивает определение сопротивления с высокой степенью точности, поскольку погрешность при измерениях происходит от записи на барабаие и составляет лишь небольшой процент от полного сопротивления. Для правильного измерения скорости производится одновременная регистрация фиксированных интервалов проходимого пути и времени. Подлежащая испытанию модель балластируется до величины, соответствующей водоизмещению натуры, таким образом, чтобы центр тяжести занимал такое же положение, что и на натурном судне. В результате во время буксировки модель будет иметь правильное положение.

Для сохранения устойчивости на курсе модель закрепляется в двух точках.

Положение модели при ее буксировке определяется посредством замеров (в местах закрепления легких тяг) перемещения двух точек — одной в носу, а другой — в кормовой части модели. По этим замерам можно определить изменение дифферента натурного катера одновременно со всплытием или погружением какого-либо наиболее типичного шпангоута, обычно миделя. Эти данные достаточно полно характеризуют положение катера на ходу.

На сопротивление модели, замеренное описанным способом, влияет ряд факторов, и при пересчете данных сопротивления модели на натуру необходимо делать соответствующие поправки, учитывающие их изменение.

Сопротивление трения и число Рейнольдса. Характер потока, обтекающего тело при полном погружении его в жидкость  , определяется в значительной степени величиной —, известной под названием числа Рейнольдса. Значение этой величины было открыто О. Рейнольдсом в 1883 г., когда он в результате изучения протекания потока жидкости через трубу установил роль указанной величины в общих задачах движения тела в жидкости.

В случае применения понятия числа Рейнольдса к общим проблемам потока возникает вопрос о том, что представляет собой характерный линейный размер I. Строго говоря, характер потока может быть аналогичным только вокруг геометрически подобных тел, например подводной лодки и ее модели, где за параметр длины вполне уместно принять не только собственно длину, но также ширину, высоту борта и пр. Однако опытами доказано, что в тех случаях, где важной характеристикой является длина тела, т. е. его размер, взятый по направлению потока, при определении числа Рейнольдса следует учитывать голько эту длину. Последнее относится, в частности, к судам и авиационным профилям (длина хорды). Однако в случае прохождения потока через трубу очевидно, что с точки зрения хараитеристик потока длина имеет гораздо меньшее зна чение, чем диаметр, и в этом случае при определении числа Рейнольдса пользуются последним параметром.

Сравнивая различные формы корпуса, следует помнить, что выбирая длину судна для определения числа Рейнольдса, подразумевают геометрическое подобие между этимн формами. Последнее редко имеет место в действительности и, строго говоря, всегда необходимо вносить надлежащие поправки на изменения формы корпуса, учитывающие, например, их различную кривизну. Поправки такого рода, как правило, незначительны и на практике ими вполне можно превебречь. Это подтверждается тем фактом, что при определении сопротивления трения форм корпуса судов, которое зависит от числа Рейнольдса, используются величины, полученные в результате испытаний плоских пластин без поправки на эффект кривизны поверхности корпуса судна.

Интересно отметить, что для такого судна, Как рекордный глиссер «Синяя птица», сопротивление воздуха имеет не меньшее значение, чем сопротивление воды, а числа Рейнольдса для воздуха и для воды различны. Это означает, что для определения сопротивления воздуха необходимы специальные испытания. С этой целью модель обычно испытывается в аэродинамической трубе, где скорость прохождения воздуха может быть доведена до значения, соответствующего натурному судну. При необходимости обеспечения соответствия числу Рейнольдса натурного судна, упомянутому в таблице, модель гоночного катера должна была бы испытываться в аэродинамической трубе со скоростью воздушного потока 1170 м!сек. Однако такая скорость практически недостижима, а для получения числа Рейнольдса 3,2-107 при более низкой скорости возникла необходимость провести испытания с моделью больших размеров или при более высоком давлении. Для этого случая был выбран масштаб — натуры, и испытания в аэродинамической трубе дали число Рейнольдса, равное 1-107. Подобные условия испытаний следует признать удовлетворительными, так как число Рейнольдса натурного катера составляло в воздухе 3,2-107; поэтому можно считать, что движение как модели, гак и натурного катера происходит в пределах «турбулентной» зоны.

Практическая ценность числа Рейнольдса заключается в том, что его величина определяет характер потока, который следует ожидать при обтекании тела, полностью погруженного в жидкость. Чисто Рейнольдса невелико при большой вязкости, т. е. при значительной величине работы, затраченной на преодоление трения. В этих услоанях поток является постоянным и равномерным, что дает право называть его ламинарным.

Если вязкость мала, то силы трения незначительны и число Рейнольдса ивляется достаточно большим. В последнем случае поток становится беспорядочным со значительными колебаниями скорости в отдельных участках, расположенных в непосредственной близости от поверхности обтекаемого тела, в результате чего поток следует охарактеризовать как турбулентный. Вследствие изменения режима потока потери энергии гораздо больше, чем в случае ламинарного потока, что вызывает увеличение сопротивления в турбулентном потоке.

Изменение характера потока от ламинарного к турбулентному не является резко выраженным и зависит, в частности, от таких факторов, как чистота обработки поверхности обтекаемого тела, установившееся течение жидкости, отсутствие вибрации и пр. В идеальных условиях возможно сохранять режим ламинарного потока Для относительно больших значений чисел Рейнольдса, однакотаной режим неустойчив. Области значений числа Рейнольдса, в которых существуют ламинарный или турбулентный режимы, могут быть определены только посредством опыта и различны для тел разной формы. Так, например, для потока, проходящего через трубу, переход от ламинарного потока к турбулентному происходит при числе Рейнольдса около 2000. В случае потока, обтекающего гладкую плоскую поверхность (например, доску), указанный переход происходит при числах Рейнольдса порядка 500 000— 1 000 000.

Можно убедиться в том, что изменение величины CD подчиняется различным законам, в зависимости от того, какой режим преобладает: ламинарный или турбулентный. Это различие имеет важное значение при оценке коэффициента лобового сопротивления натуры по данным модельных испытаний, так как число Рейнольдса для модели может оказаться настолько низким, что будет указывать на наличие ламинарного потока, тогда как для натурного судна поток может оказаться турбулентным. Еще более опасное положение возникает в том случае, если полученные для модели данные относятся к переходной области, так как сопротивление, замеренное в этой зоне, а следовательно, и коэффициент лобового сопротивления, нестабильны и ненадежны. На практике условия испытаний моделей выбираются таким образом, чтобы существовал турбулентный поток, т. е. модели не должны испытываться при слишком низких скоростях, для которых число Рейнольдса меньше величины

Таким образом, чтобы получить Сп для натурного судна по результатам модельных испытаний, следует внести соответствующую поправку на изменение этой величины в зависимости от числа Рейнольдса. Это может быть достигнуто только путем экстраполяции кривой коэффициента лобового сопротивления, полученной из модельных испытаний. Последнее подтверждает необходимость отнесения результатов модельных испытаний к ламинарному или, как правило, к турбулентному режимам.

Как показывает  146, если режим ламинарного потока может быть сохранен вплоть до больших чисел Рейнольдса, то коэффициент лобового сопротивления будет гораздо меньше, чем в условиях турбулентного потока и, следовательно, сопротивление также окажется меньшим. Однако такое положение потребовало бы чрезвычайно высокого класса обработки поверхности корпуса и абсолютно устойчивого потока. Малейшее отклонение от этих требований вызовет переход потока в турбулентную фазу с соответствующим увеличением лобового сопротивления.

Представляется маловероятным, что можно создать и успешно применять формы корпуса с заданной степенью обработки поверхности, исключая, пожалуй, мелкие шлюпки, которые в данном случае не рассматриваются, вследствие чего возможность обеспечения ламинарного штока значительно затрудняется. Некоторые успехи в этом отношении были достигнуты в авиации, где путем выбора соответствующих профилей и создания гладкой ровной поверхности оказалось возможным сохранить ламинарный поток на значительной части поверхности крыла самолета. Тем не менее, ламинарный поток, будучи легко подвержен малейшим изменениям даже под влиянием легких частиц пыли или насекомых, может быстро превратиться в турбулентный.

Остаточное сопротивление и число Фруда. До сих пор мы рассматривали даижение тела, полностью погруженного в жидкость. Теперь остановимся на случае движения надводного судпа. Как подсказывает опыт, при движении такого судна возникает определенная система волн. С увеличением скорости хода судна волнообразование усиливается. По мере поступательного движения судна волны, обладающие определенным количеством энергии, остаются позади.

Поскольку волны образуются в результате движения корабля, надо полагать, что они получают свою энергию от самого корабля, т. е. от его главных даигателей-

Таким образом, помимо функции затраты энергии на преодоление сопротивления трения, возникающего при движении корабля, главные двигатели создают также энергию, вызывающую образование волновой системы за кормой корабля. Вследствие образования волн возникает сопротивление движению судна, называемое волновым сопротивлением. Это понятие охватывает также и составляющую сопротивления от образования брызговой струи, возникающей при движении быстроходных судов.

Точно так же при движении тела в жидкости меняется скорость, а с нею и давление вокруг данного тела; если движущееся тело не вполне погружено, то эти изменения давления вызывают на поверхности воды местные повышения и понижения уровня, т.е. волнообразование.

Равнодействующая давления на любое погруженное в жидкость тело такова, что она всегда противодействует движению, иначе говоря, представляет собой сопротивление, точнее, волновое сопротивление, которое существует до тех пор, пока обтекаемое тело находится настолько близко от поверхности, что изменения давления вокруг него создают на отдельных участках водяной поверхности повышения и понижения уровня жидкости.

На малых скоростях хода волновое сопротивление незначительно, и полное сопротивление состоит, в основном, из сопротивления трения воды, обтекающей корпус. С увеличением скорости хода судна роль волнового сопротивления возрастает. Модельные испытания показывают, что волновое сопротивление, не будучи функцией числа Рейнольдса, подчиняется совершенно иному закону. Это объясняется тем, что для волнообразования решающим фактором является сила тяжести, которая стремится сравнять гребни волн с горизонтальной поверхностью, тогда как сопротивление трения зависит от вязкости и сила тяжести на него не влияет.

В. Фруд первым пришел к выводу о том, что сопротивление корабля состоит из двух составляющих, которые подчиняются различным законам. В результате экспериментов с моделями разных размеров В. Фруд обнаружил, что если скорости буксировки пропорциональны корню квадратному из длины сравниваемых моделей, то волнообразование, вызванное движением моделей, совершенно аналогично.

Следовательно, на основе испытаний при соответственной скорости можно считать, что если отношение сопротивления к водоизмещению по результатам модельных испытаний переносится на судно без поправки, то сопротивление, вызванное наличием сил инерции жидкости, оценено правильно.

Расчет сопротивления трения. Ниже описывается оценка сопротивления трения по методу Фруда и по методу Шенхерра, причем первый метод применяется, главным образом, в Англии, второй — в США.

Оба метода основаны на опытах с плоскими пластинами. Метод Шенхерра основан на результатах испытаний многочисленных серий плоских пластин, проведенных со времени основания первых опытовых бассейнов. Важное различие между обоими указанными методами состоит в способе экстраполяции результатов испытаний плоских пластин разной длины, которая производится с целью получения коэффициента, применимого к длине натурного судна.

Для того чтобы применить эти данные к обводам судов, площадь поверхности корпуса определяется путем обмера периметра обводов по шпангоутам в ряде точек до статической ватерлинии с последующим интегрированием по длине. Для торпедных и прочих катеров оценка может быть произведена более точно, если зна чительные изменения дифферента и повышение уровня воды от брызгообразования на ходу учесть путем обмера периметров до «ходовой» ватерлинии. Последняя, а следовательно, и величины истинной смоченной длины и истинной смоченной поверхности, могут быть точно определены по результатам наблюдений соответственно промаркированной модели, причем особое внимание должно быть уделено воспроизведению ходового дифферента судна путем

правильного установления положения центра тяжести и буксировки вдоль осевой линии вала гребного виита.

Такие наблюдения должны производиться при различных скоростях модельных испытаний, включая скорость полного хода, так как «ходовая» ватерлиния изменяется в зависимости от скорости. Эта поправка имеет значение только.для остроскулых судов на довольно высоких скоростях хода. У реданных катеров с весьма высокими скоростями хода поверхность, находящаяся в контакте с водой, очень мала, и определение ее с помощью модельных испытаний затруднительно. Иначе говоря, на практике по- с/ правка на трение для таких судов во внимание не принимается.

Глиссирование. Как показывают кривые изменения дифферента ( 151, а) и всплытия миделя ( 151, б), после достижения определенной скорости хода катер принимает устойчивое положение, которое при дальнейшем увеличении скорости изменяется незначительно. Явного изменения характера кривой»!)—©как результата увеличения скорости при этом не наблюдается, но кривая показывает, что в этой области значение становится почти

постоянным; иначе говоря, для данного водоизмещения сопротивление становится постоянным. Когда такое состояние достигнуто, то говорят, что судио глиссирует.

Глиссирование в значительной степени зависит от дифферента катера и формы подводной части корпуса. Излишний дифферент на нос замедлит развитие процесса глиссирования или сделает его невозможным; большой дифферент на корму вызовет глиссирование на относительно низких скоростях хода, причем на бсльишх ходах будет наблюдаться увеличение осадки кормой или излишний дифферент на корму.

Важное значение при этом имеет положение центра тяжести по длине корпуса. Для обеспечения удовлетворительного глиссирования со всеми его преимуществами форма подводной части корпуса требует тщательного выбора. С этой целью в катеростроение были внедрены осгроскулые, реданные и прочие формы корпуса. Для создания динамической подъемной силы глиссирующая форма обычно должна иметь развитые плоские поверхности.

Теоретически, наиболее »}|фективна короткая широкая поверх ность с большим относительным размахом, однако степень внедрения этой идеальной поверхности ограничивается рядом практических соображений. V-образная форма корпуса необходима для создания остойчивости и предупреждения повышенной концентрации дав лений в отдельных участках днища; подъем скулы не должен быть слишком большим и не должен давать чрезмерный дифферент на корму.

Форму корпуса, наиболее выгодную для максимальной заданной скорости, обычно находят посредством модельных испытаний. Интересно напомнить, что в результате опытов с формой Рамуса и трехпоплавковой формой корпуса Фруд путем несложного анализа пришел к выводу о том, что угол глиссирования, даюшин минимальное сопротивление, составляет около 3,5', а собственно минимальное сопротивление, в таком случае, равно примерно ^ веса корабля, т. е. — = 0,118. Эти заключения полностью подтверждаются результатами многих других модельных испытаний и последующих ходовых испытаний натурных судов. Следует отметить, что такие формы корпуса, как, например, круглоскулые, не имеют тенденции к глиссированию даже на скорости хода 33 \зла для катера длиной 21,4 м, т. е. при —— 3,7 глиссиро-вание развивается неполностью.

Надежная оценка скорости хода катера может быть выполнена только при точном предварительном определении пропульсивного коэффициента. Спедовательно, необходимым условием является наличие данных испытаний по одпотипныч кораблям, на которых производится замер или оценка развиваемой двигателями мощности, позволяющие определить соответствутощий пропул1Ливный коэффициент. Более подробно этот вопрос рассматривается ниже в разделе, посвященном ходовым испытаниям.

Мощность на валу (SHP) представляет собой мощность, замеренную торзиометрами, которые устанавливаются на гребном валу как можно ближе к винту. В величину мощности на валу, следовательно, не включаются потери мощности на редукторе и т. д. Понятие мощности на валу обычно употребляют по отношению к таким судам, где главным двигателем является турбина.

Тормозная мощность (ВНР) представляет собой мощность, полученную при стендовых испытаниях двигателей на тормозе - Такие испытания позволяют установить соотношение между расходом топлива, наддувом и числом оборотов, с одной стороны, и тормозной мощностью — с другой. Полученное соотношение может быть использовано позднее для определения тормозной мощности двигателя на ходовых испытаниях судна. Ойычно понятие тормозной мощности относится к дизелям или бензиновым двигателям и включает потери в системе передачи и пр.

Величина ЕНР может включать или не включать сопротивление выступающих частей (ниже — выст. ч.) и поэтому важно различать пропульсивные коэффициенты, полученные тем или иным из указанных способов.

Произведение коэффициента влияния корпуса на КПД виита и на коэффициент неравномерности потока называют квазипро- пульсивным коэффициентом (КПК)- Если последний принимается равным КПД винта, то для быстроходных судов вносится небольшая погрешность, которая при весьма низких числах кавитации может оказывать некоторое влияние на коэффициент неравномерности потока.

Далее, вследствие наличия ряда посторонних факторов на практике обычно обнаруживается, что отношение пропульсивиого коэффициента к квазипропульсивному коэффициенту значительно меньше, чем расчетный КПД передачи -/,. Влияние этих посторонних факторов сочетается с потерями ка передачу и выражается отношением пропульсивиого коэффициента к квазипропульсивному коэффициенту, которое мы назовем относительным ква- зипропульсивным коэффициентом.

Последний изменяется, в основном, в зависимости от типа судна, расположения механизме, передач и т. д. Значения этого коэффициента выбираются по результатам предыдущих ходовых испытаний однотипных судов Однако при отсутствии дополнительных данных относительный квазипропульсивный коэффициент для винта с характеристиками, приведенными в главе XIX, можно принять равным 0,7. Мало вероятно, что значения данного коэффициента могут превышать указанную величину, а на повышенных скоростях хода могут быть ниже 0,7. Так, например, для гоночного катера «Синяя птица», имевшего скорость хода 141,7 миль/час, номинальный КПД винта по расчету составил 0,72, а соответствующий пропульсивный коэффициент —- 0,456, что дает относительный квазипропульсивный коэффициент 0,456 : 0,72 = 0,635.

Такие низкие значения указанного коэффициента характерны для быстроходных судов, имеющих двигатели с большим числом оборотов. Для более крупных кораблей с меньшей скоростью хода этот коэффициент может достигать 0,95.

Определение тормозной мощности по данным модельным испытаний. Тормозная мощность, потребная для достижения судном заданной скорости хода, может быть легко определена по результатам модельных испытаний, дающих значения эффективной мощности голого корпуса. Дополнительная мощность необходима для преодоления сопротивления выступающих частей. Сопротииление воздуха также можно определить с помощью результатов модельных испытаний или оценить по уже имеющимся данным.

Мощность, необходимая для преодоления сопротивления выступающих частей, составляет около 10?о эффективной мощности голого корпуса, хотя у глиссирующих форм корпуса с весьма высокими скоростями хода, где сопротивление корпуса сравнительно невелико, мощность, потребная для преодоления сопротивления выступающих частей и воздушного сопротивления, может достигать 80% эффективней мощности голого корцуса.

Это подтверждает необходимость сведения выступающих частей к минимуму и тщательного проектирования надводной части формы корпуса таких судов. В этой связи следует отметить, что полезные результаты дают испытания в аэродинамической трубе.

В стадии предварительного проектирования приблизительная оценка КПД виита может быть произведена при помощи кривых КПД (см. ниже  163, /—/V, на который имеется ссылка в главе XIX), а произведение КПД винта на соответствующий относительный квазипропульсивный коэффициент даст пропульсивный коэффициент. Как указывалось выше, при отсутствии иных значений относительный квазипропульсивный коэффициент может быть принят равным 0,7.

Величину пропульсивного коэффициента можно принять по данным анализа результатов ходовых испытаний однотипных судов, если таковые имеются; этим исключается необходимость расчетной оценки КПД винта на начальных стадиях проектирования.

Приблизительный метод оценки тормозной мощности. Зачастую оказывается необходимым произвести быструю оценку потребной тормозной мощности без предварительных модельных испытаний. Точно так же, если известна величина тормозной мощности ВИР

для данного судна, часто бывает необходимо каким-лшю несложным методом оценить его скорость. На основе данных ходовых испытаний для таких случаев могут быть выведены эмпирические формулы, выражающие скорость через тормозную мощность, водоизмещение, длину и т. д. Трудность заключается в том, что для большей точности формула должна включать поправки на изменения всех факторов, влияющих на сопротивление, а это, разумеется, значительно усложнит ее.

Совершенно очевидно, что каждый конструктор разрабатывает свои собственные правила и формулы, основанные на данных ходовых испытаний и дающие удовлетворитель пые результаты для определенного диапазона скоростей и соответству ющих длин. По этой причине, пользуясь такими формулами, необходимо учитывать вносимые при этом погрешности.

Опщий вид большей части таких формул представляет собой обычную зависимость между отношением тор мозной мощности ВНР к водоизмещению и отношением скорости к корню квадратному из длины (коэффициент скорости) или только скоростью для корпусов различной длины. Одна из таких зависимостей представлена на  153, где значения V^^ даны в зависимости от

длины корпуса остроскулых и реданных глиссирующих форм. Кривые, приведенные на этом рисунке, основаны на данных ряда ходовых испытаний судов различной длины, причем каждая кривая соответствует осредненным значениям полученных результатов. Применение этих кривых не дает возможности произвести точную оценку скорости или мсяцпости, однако, если проект не имеет сколько- нибудь значительных отклонений от общепринятой формы, то погрешность не должна превышать 5% или, максимум, 10%.

Степень точности, которая может быть достигнута посредством модельных испытаний, достаточно хорошо иллюстрируется данными по рекордному глиссеру «Синяя птица». Цифры говорят сами за себя: согласно предварительной оценке, выполненной в 1937 г., скорость хода этого катера должна была составить 130 миль/час, а фактически зарегистрированная скорость составила 129,56 миль/час. Точно так же скорость, согласно оценке 1939 г., должна была составить 140 миль/час, а официально зарегистрированная скорость равнялась 141,7 миль/час.

Сравнение различных форм корруса. Цель каждого конструктора, проектирующего быстроходный катер, состоит в создании формы корпуса, обладающей при заданном водоизмещении минимально возможным сопротивлением, с учетом всех прочих требований, предъявляемых к катеру. Вполне очевидно, что перед конструктором рекордного глиссера стоит совершенно иные задачи, чем перед конструктором торпедного катера. Оба конструктора хотят обеспечить достижение максимально возможной скорости хода, однако в первом случае при разработке проекта катера все приносится в жертву скорости, а во втором — должна учитываться необходимость установки вооружения, размещения команды и т. д.

Тем не менее, оба указанных случая можно свести к достижению одной и той же цели. Далее, любая комбинация длины, ширины и осадки (в определенных пределах) обеспечит получение требуемого водоизмещения, и задачей конструктора будет являться выбор такой подходящей комбинации, которая дает минимальное сопротивление.

Следовательно, новый проект может значительно отличаться от прототипа по своим размерениям и даже по водоизмещению. Ходовые качества нового проекта принято сравнивать с подобными качествами другого аналогичного судна по результатам модельных испытаний. Это дает возможность убедиться в том, что новый проект, по крайней мере, не хуже предыдущего, если вообще не превосходит его.

Совершенно очевидно, что нецелесообразно сравнивать максимальную скорость при определенной мощности, достигнутую двумя судами, отличающимися по форме корпуса, водоизмещению и главным размерениям. Не имело бы, например, никакого смысла, сравнивать круглоскулую форму корпуса с остроскулой или даже с ре- данной, так как области зкачений , в пределах которых каж- \ L

дая из данных форм превосходит остальные на спокойной воде, установлены вполне определенно, и конструктор, очевидно, начнет проектирование с подбора формы корпуса для такой относительной скорости, на которую рассчитано данное судно.

 

 

СОДЕРЖАНИЕ КНИГИ:  БЫСТРОХОДНЫЕ КАТЕРА

 

Смотрите также:

 

Равенство чисел Эйлера, Рейнольдса, Фруда и Струхаля. Подобие...

Соблюдение условия равенства чисел Рейнольдса в натуре и на модели при решении практических задач осуществимо далеко не всегда.
Коэффициентом быстроходности ns насоса называется частота вращения другого насоса, во всех деталях геометрически подобного...

 

Судомоделизм. Модели судов кораблей

Самоходные модели судов и кораблей делятся не только по типу (военные, гражданские, подводные лодки, яхты), но и по размеру корпуса (длине) и типу двигателя, поэтому каждый класс разбит еще и на категории.

 

ПОДОБИЕ МЕХАНИЧЕСКОЕ - удовлетворить механическое подобие...

Равенство чисел Эйлера, Рейнольдса, Фруда и Струхаля.
Проектирование моделей кораблей. Делает он это с помощью так называемого закона механического подобия, который гласит: если масштаб модели обозначен через М—у, то все...

 

Двигатели для моделей. Резиномотор

В моделях судов и кораблей применяют самые разнообразные двигатели.
Передача, изображенная «а рисунке 26,з, состоит из двух больших и одной малой шестерни. Такая конструкция повышает число оборотов и увеличивает продолжительность действия...

 

Моделирование. Моделизм

Проектирование моделей кораблей. Постройка моделей судов.
Сборка моделей и испытание их на воде. Постройка самоходных моделей судов. Подводная лодка "Малютка".

 

Модель эскадренного миноносца Храбрый

Модель эскадренного миноносца «Храбрый». Эскадренные миноносцы — быстроходные боевые корабли Военно-Морского Флота — предназначены для внезапных торпедных атак кораблей и транспортов противника.

 

Проектирование моделей кораблей

В этом можно легко убедиться, если проделать опыт, показанный на рисунке 1. Ясно, что погруженная часть корпуса модели корабля вытесняет объем воды, равный весу самой модели. Чтобы судно не затонуло, оно должно иметь довольно большой запас пловучести.

 

Судомодельный кружок. Модели кораблей

В комнате должны быть наглядные пособия, модели различных кораблей и отдельные устройства по корабельной технике.
Участникам слета надо показать лучшие модели судов и наглядные учебные пособия.

 

Постройка моделей судов. Сборка корпуса модели корабля

Постройка самоходной модели корабля требует большого внимания от судомоделиста и аккуратной работы.
На моделях плоскодонных судов киль убирается внутрь корпуса, и поэтому пазы в шпангоутах и киле должны быть глубокими.