Диссертация (1173095), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Корпус также дополнен относительно небольшимиспонсонами по бортам, введенными в конструкцию из соображений обеспечениякомпоновочного пространства ГАММК и общего улучшения водоходных свойствамфибии. Помимо этого, данная модель имеет дополнительное оборудование ввиде носового воздушного резервуара, кормовых воздушных резервуаров,меньших по размеру относительно модели «2», и носового выдвижного щита. Дляудобства посадки уровень надводного борта снижен, ветровое стекло убрано, анадстройке амфибии приданы более обтекаемые формы.Корпусные обводы модели «4» отличаются от обводов модели «3»дополнительным развитием спонсонов и преобразованием «моногидрона» вполноценный «тримаран».
Надводный борт увеличен в передней части, а в егозадней части добавлены водоотливные каналы, обеспечивающие отвод воды изсреднего модуля при разгоне ГАММК. Задние воздушные резервуары заменены науправляемые транцевые плиты.Рассмотрим еще одну модель ГАММК под номером «5», обводы корпусакоторой отличаются от предыдущей модели более развитой полнотой носовойчасти, расширенным выдвижным щитом и увеличенным в объеме носовым74воздушным резервуаром.
Носовой резервуар не экранирует переднюю колеснуюось, гидродинамические силы воспринимаются задней стенкой колесных ниш сплавными обводами. Это сделано с целью упрощения системы складыванияносового воздушного резервуара и исключения его ненадежных креплений кстенкам колесных ниш, которые могут выйти из строя из-за воздействия ударныхнагрузок. При высоких скоростях амфибия всплывает, и такая форма подушкиобеспечивает отсутствие заливаемости колесных ниш, так как поток, срывающийсяс носового щита, перенаправляется на днище амфибии.Проведем расчет характеристик плавучести при посадке на ровный киль длякаждой из исследуемых ГАММК по следующим значениям, полученным изтрехмерных моделей:VD – объемное водоизмещение корпуса, м3,V – максимальное объемное водоизмещение корпуса, м3,Xс – горизонтальная координата центра величины, м,Zс – вертикальная координата центра величины, м,LWL – максимальная длина корпуса по ватерлинии, м,BWL – максимальная ширина корпуса по ватерлинии, м,ТWL – осадка по ватерлинии, м,Hнб – высота надводного борта, м.По перечисленным выше параметрам можем определить для каждой моделиотносительные показатели, характеризующие геометрию корпусных обводов.Удлинение корпуса βWL рассчитаем по формуле (1.4), а коэффициент полноты δнайдем по следующей зависимости:=.
(3.7)Определим также относительный статический запас плавучести VСЗП, %:СЗП = − ∙ 100%.(3.8)Значения относительных показателей геометрии корпусных обводов дляразличных исследуемых моделей представлены на Рисунке 3.3.75Рисунок 3.3 – Относительные показатели исследуемых моделей ГАММККак видно из графика, наибольшими относительным удлинением корпуса,статическим запасом плавучести и остротой обводов обладает эталонный корпус«0» быстроходного катера.3.4. Анализ результатов, полученных в ходе численного экспериментаРезультаты численного эксперимента для каждой из моделей, а такжеграфики ε = f(FrD), θ = f(FrD) и Nбуд = f(FrD) представлены в Приложении Д.Проанализируем информацию, полученную в ходе проведения эксперимента.Корпусные обводы модели «0» обеспечивают лучшее гидродинамическоекачество из всех исследованных моделей.
«Горб сопротивления» выражен неяркои находится в зоне FrD = 1…2, а устойчивое глиссирование наступает при FrD > 3.Дифферент при движении минимален и осуществляется на корму. Потребнаяудельная буксировочная мощность также минимальна.76Сравним результаты компьютерного моделирования с данными натурногоэксперимента для корпуса модели «0». Совмещенные графики зависимостейε = f(FrD) и θ = f(FrD), полученные в ходе натурных испытаний и численногоэксперимента, представлены на Рисунке 3.4. Как видно из графиков, в зонеFrD < 2,2 максимальное расхождение значений составляет 5%, причем параметры,полученные по результатам натурных испытаний, имеют большее значение.
В зонеFrD > 2,2 максимальное расхождение равно 6%, и преобладают значенияпараметров, определенные в ходе численного эксперимента. Таким образом,степень точности сформированной расчетной модели, определяющаяся качествомрасчетной сетки, составляет 6%. Большие значения параметров в различных зонахскоростей при сравнении данных, полученных в ходе натурных испытаний ичисленногоэксперимента,обусловленыразличнойвесомостьювкладовсоставляющих сил в общее сопротивление движению: вихревое сопротивлениеявляется значительным на меньших скоростях, а на больших скоростяхпревалирует сопротивление трения.Рисунок 3.4 – Сравнение данных натурных испытаний и численного экспериментапо зависимостям обратного качества и дифферента от числа Фруда модели «0»77Проведем исследование модели «1».
Описание технического облика ГАММКс корпусными обводами «1» представлено в статье [20]. По полученнойинформации делаем вывод, что данные обводы корпуса имеют худшеегидродинамическое качество из всех испытываемых моделей. Модель имеетнаибольшее значение максимального сопротивления движению, а такжепродолжительность «горба» в диапазоне чисел Фруда (FrD = 2…4). Движение врежиме чистого глиссирования для амфибии с данным корпусом осуществляетсяпри FrD > 4,5.
Дифферент на корму в процессе данного эксперимента задавалсяпостоянным. Удельная буксировочная мощность, необходимая для выхода начистое глиссирование, максимальна среди всех испытанных моделей. Сувеличением скорости движения наблюдается заливаемость колесных нишисследуемой модели (Рисунок 3.5).Рисунок 3.5 – Эпюры свободной поверхности и давлений на поверхности корпусапри движении модели «1» на скорости 5 м/сГидродинамическое давление концентрируется на площадях передней частиднища корпуса, задних стенок колесных арок, на колесах задних полуосей и навходе в водовод водометного движителя.
Для повышения гидродинамическогокачества ГАММК с такими корпусными обводами колесные ниши передней оси иколеса задних полуосей необходимо экранировать, а водоводу придать болеесглаженную форму входа.78Гидродинамическое качество корпуса модели «2» заметно лучше посравнению с предыдущим корпусом. Ярко выраженный «горб сопротивления»находится в зоне FrD = 1…2,5, т.е. смещен в зону меньших скоростей. Амфибиявыходит на устойчивое глиссирование при FrD > 3.
Дифферент при движенииосуществляется на корму. Удельная буксировочная мощность при даннойконфигурации ГАММК меньше относительно предыдущей модели. По эпюрамсвободной поверхности и давлений по поверхности корпуса можно проследить, какработает дополнительное оборудование. В зоне меньших скоростей (Рисунок 3.6(а)) гидродинамические силы воспринимаются носовым щитом, на которомсоздаетсядополнительнаяподъемнаясила,чтооблегчаетпреодолениемаксимального сопротивления.
При разгоне и всплытии ГАММК увеличиваетсядифферент модели и происходит перераспределение давлений на днище корпуса(Рисунок 3.6 (б)). По Рисунку 3.6 также видно, что колесные ниши передней оси изадние колеса экранируются воздушными резервуарами.Рисунок 3.6 – Эпюры свободной поверхности и давлений на поверхности корпусапри движении модели «2» на скоростях: а – 5 м/с, б – 15 м/с79Исследование гидродинамических свойств модели «2» с различнымнагружением и сравнение с моделью «1» представлено в статье [97].Рассмотрим ходкость модели «3».
На Рисунке 3.7 представлено сравнениеэпюр скоростей фаз расчетной среды на одинаковой скорости, из которого видно,что обтекаемость воздушной средой модели «3» качественно лучше, чем «2».Рисунок 3.7 – Эпюры скоростей фаз расчетной среды на скорости 6 м/с:а – модель «2», б – модель «3»Гидродинамическое качество корпуса модели «3» хуже, чем у модели «2».Амфибия не может преодолеть «горб сопротивления» и двигается в переходномрежиме.
Дифферент на корму с увеличением скорости значительно растет, инаблюдается эффект дельфинирования (Рисунок 3.8).Рисунок 3.8 – Дельфинирование амфибии модели «3» на скорости 6 м/сИз-заэтогоявленияГАММКдолжнаобладатьвысокойэнерговооруженностью, чтобы преодолеть максимальное сопротивление, чтоневозможно ввиду малого класса данных машин.
Другим методом устранениядельфинирования является применение транцевых плит, благодаря которым можно80стабилизировать дифферент в переходном режиме и выйти на устойчивоеглиссирование. Недостатком также является тот факт, что в водоизмещающемрежиме вид надводного борта модели «3» способствует заливаемости воды всредний модуль, существенно снижая запас плавучести.Изучим гидродинамические свойства модели «4». Ходкость модели «4» приугле атаки транцевых плит 0о заметно лучше относительно предыдущих корпусов.«Горб сопротивления» смещен в зону меньших скоростей (FrD = 1…2,5). Амфибиявыходит на устойчивое глиссирование при FrD > 3.
Дифферент на кормуминимален, а значение максимальной удельной буксировочной мощности приданной конфигурации сопоставимо со значением для эталонной модели «0».Исследуем различные углы атаки транцевых плит в модели «4». Графикизависимостей обратного качества и дифферента от числа Фруда, полученные врезультате буксировочных испытаний для модели «0» с установкой транцевыхплит под углами 0о, 10о и 20о представлены на Рисунке 3.9.Рисунок 3.9 – Зависимости обратного качества и дифферента от числа Фруда приразличном угле атаки транцевых плит модели «4»С увеличением угла атаки транцевой плиты до 10о обратное качество идифферент на корму уменьшаются, что благоприятно сказывается на ходкости81ГАММК.
Однако, в зоне FrD > 3,5 начинается неустойчивый режим движения –рикошетирование, при котором ГАММК начинает испытывать ударные нагрузкикорпуса при движении по водной поверхности (Рисунок 3.10).Рисунок 3.10 – Рикошетирование модели «4» с транцевыми плитами,установленными под углом атаки 10о, на скорости 11 м/сКак видно из Рисунка 3.10, носовая и кормовая части днища в местахкреплений выдвижного щита, воздушного резервуара, транцевых плит, а также навходе в водовод испытывают значительное нагружение, что на реальнойконструкции приведет к выходу из строя данных систем. При дальнейшемповышении угла установки транцевых плит до 20о после FrD = 1 возникаетдифферент на нос и модель начинает заныривать в воду, что приводит к еезатоплению (Рисунок 3.11).Рисунок 3.11 – Заныривание модели «4» с транцевыми плитами,установленными под углом атаки 20о, на скорости 4,8 м/с82Сделаем вывод, что транцевые плиты должны иметь систему управленияуглом атаки для снижения энергозатрат при выходе на глиссирование.
Последостижения этого режима плиты необходимо убрать для предотвращениярикошетирования или возможного затопления машины.Гидродинамическое качество корпуса модели «5» при угле атаки транцевыхплит 0о несколько хуже относительно предыдущей модели. «Горб сопротивления»смещается в зону больших скоростей (FrD = 1,5…2,5). Амфибия выходит наустойчивое глиссирование при FrD > 3. Максимальный дифферент на корму иудельная буксировочная мощность также несколько большие, чем у модели «4».Уступая в ходкости, данный тип корпуса и дополнительного оборудованияобеспечивает улучшенную совокупность водоходных свойств (плавучесть,остойчивость, мореходность) по сравнению с предыдущей моделью.С увеличением угла атаки транцевой плиты до 10о обратное качествопрактически неизменно, а дифферент на корму уменьшается в значительнойстепени.
Рикошетирование начинается в зоне больших скоростей (FrD > 4),относительно модели «4», при этом ударная нагрузка выше (Рисунок 3.12).Рисунок 3.12 – Зависимости обратного качества и дифферента от числа Фруда приразличной установке транцевых плит модели «5»83Эпюры свободной поверхности и давлений на поверхности корпуса в моментудара при рикошетировании на скорости 14 м/с для модели «5» с установленнымина 10о транцевыми плитами представлены на Рисунке 3.13.Рисунок 3.13 – Рикошетирование модели «5» с транцевыми плитами,установленными под углом 10о, на скорости 14 м/сПо данному рисунку видим, что в момент удара корпуса о воднуюповерхность образуется всплеск.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
