Сделай Сам Свою Работу на 5

Вопрос 23. Глиссирование.





При рассмотрении гидродинамики корабля иногда возникает необходимость учета таких специфических явлений как глиссирование и удар о воду. Эти явления имеют общие черты:

1. Влиянием вязкости (как показывают эксперименты) можно пренебречь, следовательно возникающие течения потенциальны.

2. Проявляются при больших скоростях (числа Фруда – велики) - следовательно влиянием сил весомости на структуру потока можно пренебречь по сравнению с силами инерции.

3. Образование свободных струй жидкости.

Глиссирование – скольжение тел по поверхности жидкости, происходящее при их движении с большими скоростями.

Для режима глиссирования характерно практически полное равенство силы тяжести действующей на тело гидродинамической подъемной силе: .

Давление составляет незначительную часть силы поддержания и им можно пренебречь.

Обтекание глиссирующей поверхности во многом сходно с обтеканием крыла, однако имеется ряд особенностей, отличающих эти потоки.

Рассмотрим силы действующие на глиссирующую пластину, у которой D=Ry/

1.При глиссировании плоской пластины по поверхности перед ней образуется струя брызг, направленная под углом в сторону ее движения. Следовательно, на пластине появляется реактивная сила направленная против ее движения – брызговое сопротивление.



2. С задней кромки (как и крыла ) происходит плавный сход струй. Необходимо отметить, скорость пластины величина конечная, но смоченная длина пластины изменяется при изменении скорости и угла атаки, т.е. является одним из переменных гидродинамических параметров при глиссировании.

3. За пластиной образуются волны, рассматриваемые как волны малой амплитуды.

Переход от плавания к глиссированию определяется режимом движения – числом Фруда по объемному водоизмещению FrV.

Где - характерный линейный размер – сила тяжести действующая на тело.

Результаты исследований показывают, что роль архимедовой силы в создании поддержания ничтожна при FrV>5. Но реально режимом глиссирования можно считать режим при FrV>3.

Рассмотрим силы, действующие на глиссирующую пластину, у которой D=Ry.

Если гидродинамическую силу R возникающую на пластине представить через нормальную и касательную составляющую, то последняя через составляющие реакции в поточной части системы координат запишутся следующим образом:



Отсюда сила сопротивления пластины:

Где Rt – результирующая касательных напряжений, т.е. сила трения, действующая в вязкой жидкости.

- сопротивление трения;

- часть сопротивления, вызванная давлением, действующим по нижней стороне пластины. Вызвана реактивным действием брызговой струи и влиянием волнообразования при глиссировании на распределение давлений по пластине. Таким образом, это слагаемое представляет собой сумму брызгового и волнового сопротивлений.

Учитывая, что , получим:

- при малых углах атаки.

Эта формула пригодна для расчета силы сопротивления движению при глиссировании по поверхности вязкой жидкости.

Rt а следовательно и RT могут быть рассчитаны с помощью методов теории пограничного слоя при известном распределении давления по нижней стороне пластины. (эпюра на рисунке).

- т.е. эта точка критическая.

Т.к. критическая точка, где происходит разветвление линий тока расположена на нижней поверхности пластины на некотором расстоянии от передней кромки, то на этой части скорость направлена в сторону движения. На этом участке касательные напряжения создают наибольшую силу тяги, которая несколько уменьшает силу трения.

В невязкой жидкости:

Т.к. смоченная длина l меняется, то момент M реакции R при глиссировании рассчитывается относительно не передней кромки как у крыла, а относительно задней кромки пластины.

,

Где lD – отстояние Центра давления от задней кромки глиссирующей поверхности.



Теория глиссирования, разработанная для пластин бесконечного размаха основана на использовании методов решения плоской задачи гидромеханики. В ее рамках разработаны линейная и нелинейная теории. Обе основаны на предположениях 1. жидкость невязкая и 2. течение потенциальное.

Линейная: малые углы атаки, вызванные скорости малы. Волнообразование учитывается, т.е. пригодна для всех чисел Фруда.

Нелинейная: все углы атаки, но необходимо пренебречь весомостью жидкости, т.е. Fr=∞. Волнообразование не учитывается.

Рассмотрим основы линейной теории.

 

Используя принцип обратимости движения, бесконечную глубину потока, потенциал скорости будет определяться как:

Первый член – набегающий на плоскость поток, второй – вызванные скорости.

Для нахождения φ1 следует сформулировать граничные условия. Для точек на свободной поверхности жидкости и на бесконечности эти условия не отличаются от используемых в линейной теории вынужденных волн.

Из условия постоянства давления на поверхности жидкости:

Также необходимо чтобы при y= - ∞ (на глубине) отсутствовали вызванные скорости:

И при y=+∞ (далеко впереди) отсутствовали свободные волны:

Сложности при расчете обтекания глиссирующей пластины связаны прежде всего с изменением площади смоченной поверхности в процессе движения. В связи с этим изменяется условие непротекания на поверхности пластины. С учетом того, что пластины плоская y=F(x)=const:

Кроме того, должно быть обеспечено плавное стекание с задней кромки пластины.

Эти граничные условия позволяют найти Φ и рассчитать силы и гидродинамический момент пластины. Решение этой задачи разработано Л.И. Садовым и Н.Е. Кочиным методами теории волн. Так например, для больших чисел Фруда (более 2,8) были получены формулы для подъемной силы и момента относительно центра пластины (начал координат).

Если пренебречь влиянием весомости жидкости, т.е при можно разработать нелинейную теорию глиссирования, проводя аналогию с крылом.

Из анализа граничных условий можно показать, что поле скоростей, а следовательно и распределение давлений вдоль нижней стороны пластины при больших числах Фруда такие же, как и при ее обтекании, когда она погружается в сплошной поток, имеющий V это свойство называют аналогией между пластиной и крылом. Благодаря ему можно показать, что как и для крыла избыточное динамическое давление по верхней (+) и нижней (-) стороне пластины равно по величине, но обратно по знаку. Их сумма создает результирующую сил давлений Rn, перпендикулярную плоскости пластины. Для плоской пластины из теории крыла известно:

- от задней кромки.

Т.к. у глиссирующей пластины давление вдоль верхней кромки постоянно, то результирующая сила давлений создается только за счет повышения давления снизу, т.е. она равна половине Rn, а положение ЦД не изменяется.

(*)

Формула (*) дает величину брызгового сопротивления, т.к. при волновое сопротивление можно считать равным нулю.

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.