Основы гидроавиации (Волков Г., 1940 - Основы гидроавиации), страница 6

ше, очевидно за счет более эффективного гидродинами. ческого действия жабер с реданной частью лодки. Бели же обратимся к е 4га $ ом й о!о о оо оценке величины В!'6, характеризующей конструктивное совершенство гидросамолета, то оказывается, что наиболее выгодной с этой точки зрения является летающая лодка с ненесущими поплавками, затем У ааиеаа о,г а в ов 1,а уааовеиа ' чп1. 1931. ховав!шекьхезе хн!есьео зсыбьао коз зеепозхензьао. зй Рнс.

ЗЗ. Сраоннсеиьное Хвасрамма раоиквннх " НЕСу1циия; жабрЫ И консхрткхвоннх схем гвгросамохехоо дзуХПОПЛаВКОВЫО Гядрооамолеты стоят на последнем место. Это обстоятельство объясняется весьма просто. Совершенно очевидно, что вес конструкции двухпопчавковых гидросамолетов с шасси и необходимыми усилениями фюзеляжа и коробки крыльев будет больше, чем лодки с подкрыльными поплавками, а водяное сопротивление одной лодки будет меньше, чем двух поплавков. Жабры в первый момент движения дают довольно значительное сопротивление, пока не приобретется достаточная скорость движения; кроме этого, оня весьма чувствительны на перегрузку гидросамолета, и иногда значительно увеличенная против нормы осадка не позволяет оторваться гидросамолету из-за того, что жабры зарываются в воду.

Как мы видим, исследование затронутого нами вопроса не дает возможности четко установить преимущества одной схемы перед другой, поэтому мы можем наблюдать в современных конструкциях гидросамолетов любые из рассмотренных нами схем. Не следует забывать, что мы коснулись только одного вопроса, входящего в состав понятия мореходности гидросамолета, и, следовательно, проследили влияние одной лишь остойчивости на конструктивные формы гидросамолета. Для оценки целесообразности схемы гидросамолета необходимо ознакомиться с другими элементами мореходности, которые и рассматриваются дальше. Глава 1Г1 ПЛАВАНИЕ ГИДРОСАМОЛЕТА 1. Общие сведения При плавании гидросамолета с небольшой скоростью иа него действуют, кроме силы гидростатического поддержания, уравновешивщощей его вес, еще силы: от тяги винтомоторной группы, воздушного и водяного сопротивления.

11од действием силы тяги гидросамолет приобретает способность к поступательному движению. Силы воздушного и водяного сопротивления направлены в обратную направлению движения сторону и уравновешиваются силой тяги. При небольшой скорости движения сила воздушного сопротивления не имеет большого значения и лишь при наличии ветра увеличивается и требует увеличения тяги для передвижения гидросамолета с той же скоростью. Рассмотрение законов, которым следуют силы тяги и воздушного сопротивления, будет произведено при изучении взлета гидросамолета; что же касается водяного сопротивления при движении гидросамолета с неизменной осадкой (при постоянном водоизмещении), то оно и явится объектом нашего изучения в настоящей главе.

Водяное сопротивление при движении гидросамолета с постоянной осадкой подразделяют на следующие три составные части: а) сопротивление трения, б) сопроти влепи е формы (водоворотное сопротивление) и, в) волновое сопротивление.

2. Сопротивление трения Равнодействующая касательных сил, возникающих при движении на погрулзенной в воду поверхности плавательных приспособлений гидросамолета в области пограничного слоя, называется сопротивлением трения. Вода, обладая вязкостью, т. е. свойством, вследствие которого при перемещении одного слоя по другому возникает сила внутреннего трения, прилипая к шероховатой поверхности плавательных приспособлений, обра- 3 Основы тидроавиании. ЗЗ зует прилегающий к ним весьма тонкий, так называемый и о г р аничный слой. В этом пограничном слое соверщвается быстрый переход от нулевой скорости движения воды у смочсЪной поверхности к скорости окружающего потока.

Очевидно, что в идеальней жидкости, не имеющей вязкости, и при совершенно гладкой поверхности плавательных приспособлений, трение отсутствовало бы. Течение жидкости в пограничном слое при обтекании твердого тела может быть как ламинарным, так и т.урбулентным. Проследим на опыте оба вида движения жидкости в пограничном слое и определим условия, при которых могут быть наблюдаемы как тот, так и другой режим движения. Риг. 86. Прибор дда двмонограции даминарного и гурбудвигного двиивнив жмдиовги Пропустим воду, налитую в стеклянную банку, через трубку гг, имеющую на входном конце коллектор Ь с плавным окончанием (рис. зэ).

Через трубку о из бачка Ы в коллектор Ь впускаем подкрашенную воду, скорость истечения которой регулируем краном д, а скорость течения воды в трубке а регулируем краном в'. Среднее значение этой скорости определим по времени наполнения водой мерного стаканчика. Оказывается, что при малых скоростях движения воды в трубке гв видна резко очерченная, окрашенная струйка, в то время как остальная масса воды осталась неокрашеннои. Следовательно, в этом случае движение жидкости. в трубке а состоит из ряда параллельных струек и происходит слоями. Этот вяд движения называется ламинарным.

Скорость слоев неодинакова: к внутренней поверхности трубки частицы воды прилипают и остаются неподвижными; вслед- 34 стэие вязкости воды этн частицы тормозят движение соседних слоев и тем самым уменьшают скорость их движения. Чем дальше от стенок удалены слои воды, тем большую они имеют скорость, и на оси трубки мы имеем наибольшую скорость движения воды. Если мы определим скорости отдельных слоев в диаметральной плоскости трубки и изобразим их в определенном масштабе, то получим распределение скоростей потока, как показано На рис. 37. Нри увечичении скорости течения воды по трубке а, при некоторой скорости и„,, характер движения почти мгновенно меняется, и вся вода оказйвается равномерно окрашенной.

Это выавано тем, что имевшееся правильное движение слоями перешло в беспорядочное и окрашенные частицы воды перемешались с чистой водой по всему объему трубки. Этот вид движения носит название турбулентного. Частицы воды, у стенок трубы точно таК жЕ ПРИЛИПаЮт К НИМ, НО ДВИжсине Ркп. 37. Распределение воды происходит уже не слоями, а бес- скоростей частиц ккдкостк порядочно. Вследствие этого и распреде- пгк лл лвп ллкак кк ление скоростей по диаметру трубки совершенно иное. На небольшом расстоянии от стенок скорости значительно увеличиваются, в то время как в других точках возраотают значительно медленнее.

Скорость, при которой происходит переход от ламинарного к турбулентному движению, называется к р и т и ч е с к о й с к оро отью. Если вч" и„,, то возможно лишь ламинарное устойчивое движение, случайное нарушение которого вызывает только местные возмущения; если же п„,)п, то возможно лишь турбулентное устойчивое движение, которое не может быть изменено какой-либо случайной причиной.

В пограничном слое ламинарное движение занимает небольшой участок длины, начальные возмущения у входной кромки плавательных присйособлений и шероховатая поверхность их оказываются вполне достаточными для создания турбулентного движения воды в пограничном слое. Таким образом, частицы воды, приходя в соприкосновение со смоченной поверхностью плавательных приспособлений гидросамолета, будут увлекаться вперед по его движению, и благодаря вязкости это движение будет передаваться соседним слоям воды. Нри этом частицы воды будут не только двигаться поступательно, но получают и вращательное движение, дающее начало небольшим водоворотам в виде отделяющихся от поверхности вихрей. Результатом этого гидросамолет имеет сзади попутный поток, направленный вслед за ним и называемый трущитгся попутным следом (рис.

38). Зб Рис. 68. трущдасд попудппз сдсд Законы трения в воде определены В. Фрудом в следующем виде: 1) трение прямо пропорционально плотности воды; 2)трение прямо пропорционально смоченной поверхности; з) трение зависит от рода поверхности, но не зависит от давления и глубины погружения тела; 4) трение возрастает с увеличением скорости в степени,бчизкойк 2; б) отнесенное к единице поверхности трение уменьшается по мере удаления от входящей кромки, но у корпуса гидросамолета в наиболее его широкой части скорости получаются несколько большими, нежечи скорость свободного потока (примерно до 2%). 3.

Сопротивление формы Сопротивление формы, или, как иногда называют, водоворотное сопротивление, возникает вследствие срыва вихрей, образующихся в пограничном слое в тех местах, где нарушена плавность обводов плавательных приспособлейий гидросамолета,— непосредственно за реданом и за срезанной кормой поплавков. Рпс.

89. Впдрп 36 Это объясняется тем, что в этих местах происходит резкое падение давления в пограничном слое и разрыв струйного течения воды. Область возмущенной воды отстает от гидросамолета и создает постепенно затухающий попутный след в виде отдельных вихрей, отделяющихся попеременно то с правой, то с левой стороны попутного следа. Они почти мгновенно достигают своего окончательного расположения, состоящего в том, что за кормой образуется двойной ряд попеременно расположенных воронок, правых с правым вращением и левых с левым, на одинаковых интервалах (рис.

39). Водоворотиое сопротивление для судов с плавными обводами корпуса по наблюдениям составляет в среднем около 10% от сопротивления трения. Для гидросамолетов водоворотное сойротивление может превышать указанную величину. 4. Волновое сопротивление Свободная поверхность воды под действием силы тяжести стремится установить плоский уровень и при всяком нарушении этого условия равновесия жидкости производит поверхностные движения, распространяющиеся в виде волн. Движение судна вносит возмущение в то распределение давления, обусловленное явлением тяжести, которое соответствует покою. В одних точках происходит увеличение давления, а в других понижение, но так как на поверхности, испытывающей равномерное давление атмосферы, оно должно оставаться постоянным, то нарушение распределения давления в жидкости должно вызывать изменение уровня, т.

е. появление волн. В носу и корме, где происходит замедление относительного движения струек, обтекающих движущееся тело, благодаря их взаимному раздвиганию должно происходить повышение уровня, а против средней, наиболее широкой части тела должно происходить поперечное сжатие стесненных струй и ускорение их движения, сопровождающееся соответственным понижением уровня; все это вызывает появление волн. При равномерном движении тела и спокойном состоянии свободного уровня, воды система волн, поднимаемая телом, носит характер уста- НОВИВШЕГОСЯ ДВИЖЕНИЯ ОПРЕДЕЛЕННой Рис, 4О. Две авс-евы ваде формы для каждой скорости; на об- ери двиыеиии судав рааование этих волн тратится часть энергии движения, что н обусловливает наличие волнового сопротивления. Судно при своем движении образует две системы волн: п о п еречные и расходящиеся (рис.

4о).' Гребни поперечных волн перпендикулярны направлению движения судна и постепенно убывают от носа к корме. Кормовая оконечность подобно носовой создает самостоятельную систему поперечных волн. При движении гидросамолета носовые волны не успевают затухнуть и достигают кормовой системы; при этом происходит так называемое явление интерференции, и в частном случае, если носовыс волны в кормовой части сдвинуты относительно кормовых волн на половину их длины, то за кормой может и не образоваться поперечной волны, и судно будет иметь только одни носовые волны.