Гліссирующие моделі корабля

Всі звичайні водоизмещающих моделі кораблів плавають погруженнимів воду на задану осадку. Осадка водоизмещающего моделі корабля на стоянці малоотлічающіхся від опади на ходу. Тому все водоизмещающих моделі корабля при своемдвіженіі відчувають значний опір води, зростаюче прямопропорційно квадрату швидкості моделі корабля.

Якщо збільшити швидкість судна в 2 рази, то опір води зросте в 4 рази, а щоб подолати етосопротівленіе - знадобиться збільшення потужності двигуна в 8 разів. Наприклад, призбільшення потужності головних двигунів в 2 рази на водоізмещающем суднескорость його зростає приблизно на 15%. Якщо намагатися змусити таке судноідті з дуже великою швидкістю, то необхідну вагу двигуна виявиться большезаданного водотоннажності.

Таким чином, подолати опір води простимувеліченіем потужності двигуна важко, тому можливості збільшення скоростіводоізмещающіх судів обмежені. Рух моделі корабля, при якому його вага полностьюуравновешівается тільки архимедовой силою підтримки, називають режімомплаванія.

Для збільшення швидкості руху проектують і строятгліссірующіе суду, що ковзають по поверхні води. Гліссирующие суду на ходуподдержівает над водою не сила Архімеда, а гідродинамічна сила, вознікающаяот набігаючого потоку води. Глиссирующих судно на ходу лише в дуже малойстепені (5-10%) підтримується архимедовой гидростатической силою.

Із зовнішнього боку глиссирующих судно відрізняється від звичайного водоизмещающего тим, що має плоске або малокілевое, относітельношірокое днище (з малим відношенням L / B), гострі вилиці, транцевую корму і частоуступ (редан) поперек середньої частини днища. Внаслідок виходу днища судна надповерхностью води опір руху значно зменшується.

Для того щоб пояснити, як вознікаетгідродінаміческая сила, уявімо собі, що вода, зображена на рис. 45, затверділа, а упор гвинта продовжує рухати судно вперед. Очевидно, що в такомувипадку рухається судно підніметься над основною поверхнею.

Насправді вода буде лунати від днища вбік і вниз. Однак глісер рухається настільки швидко, що в силу інерціімасси води не встигають розступитися, і днище глісер піднімається надповерхностью.

Звичайно, процес взаємодії глісера з водойсложнее, але ми обмежимося сказаним.

Мал. 45. Виникнення гідродинамічної сили.

Гідродинамічну силу А (рис. 46), що виникає при русі глісера, можна розкласти на дві складові сили - одну, спрямовану вертикально вгору АZ,а іншу - горизонтально Ах, спрямовану в бік, протівоположнуюдвіженію глісера. Вертикальна складова носить назву гідродінаміческойпод`емной сили. Ця сила корисна, вона піднімає глісер з води, благодарячему осаду і опір води руху судна істотно зменшуються.

Горизонтальна складова сила спрямована протівдвіженія глісера і являє собою силу опору води.

Величина гідродинамічної підйомної сили і сілисопротівленія глиссирующего судна залежить від розмірів площі, форми і профілядніща судна, швидкості руху і кута атаки а.

Мал. 46. Дія сил при русі глісера.

Кутом атаки називають кут, під яким днище суднавстречает набігає на нього потік. Залежно від швидкості руху суднанаіболее вигідними є кути в 3-5 °. Чим більше швидкість, тим менше повиненбути кут атаки. Зі збільшенням кута атаки збільшується сила опору Ах.

Таким чином, глиссированием або ковзанням поводного поверхні називають такий режим руху судна, при которомгідродінаміческая підйомна сила становить до 90-95% від ваги судна, агідростатіческая (Архимедова сила) стає менше 10% (ріс.47).

Режим руху судна, що знаходиться між режімаміплаванія і глиссирования (коли гідродинамічна підйомна сила дорівнює прімерносіле підтримки), називається перехідним режимом.

Для характеристики режиму руху будь-якого судна ілімоделі користуються безрозмірним числом Фруда Fr, значення якого можнорассмотреть за формулою:

де Vс - швидкість судна в м / с;

 - прискорення вільного падіння (9,8 м / с?);

V -об`ємних водотоннажність в мsup3-.

Число Фруда характеризує відносну скоростьнабегающего потоку води. Воно однаково як для натурного судна, так і для егомоделі, виконаної в будь-якому масштабі.

Значення чисел Фруда, характерних для різних тіповмелкіх судів, наведено в таблиці.

Таблиця 5

Як видно з таблиці, кожному режиму двіженіясоответствует і своя відносна швидкість (число Фруда). Наприклад, глиссирование судна або моделі починається тільки при значенні относітельнойскорості не менше трьох одиниць. Якщо розрахункове значення числа Фруда получітсяменее трьох, можна стверджувати, що модель чисто глиссировать не буде і надопрінімать якісь заходи до зменшення її ваги.

Важливою характеристикою режиму глиссирования суднаслужіт питоме навантаження, т. Е. Число кілограмів повного ваги судна, пріходящеесяна 1 л. с .:

де р - питоме навантаження, кг / л. с .;

D -повне водотоннажність судна в кг;

N -потужність двигуна, л. с.

Чим менше питоме навантаження, тим більшу скоростьсможет розвинути глиссирующих судно. Наприклад, глиссирование починається при удельнойнагрузке не більше 25 кг / л. с, 25-70 кг / л. с. відповідає перехідному режиму, і при навантаженні понад 70 кг / л. с. можливий тільки звичайний режим плавання.

Мал. 47. Система сил, що діють на гліссірующеесудно.

Питома навантаження спортивних катерів і мотолодоклежіт в межах 3-10 кг / л. с.

Відповідними розрахунками і досвідченим путемустановлено, що питоме навантаження для швидкісних радіокерованих моделейдолжна бути: для моделей з електродвигуном ефективною потужністю 15-20 Вт небільше 50-60 г / Вт-для моделей з електродвигуном потужністю 150-200 Вт етанагрузка повинна становити не більше 20-25 г / Вт-для моделей з двігателемвнутреннего згоряння об`ємом циліндра 2,5 см3, потужністю 0,3 л. с. не більше 500 г на 0,1 л. с.- для моделей з двигуном внутрішнього згоряння об`ємом ціліндра5 см3, потужністю 0,5 л. с. не більше 400 г на 0,1 л. с- з двигуном внутрішнього згоряння об`ємом циліндра 10 см3, потужністю 1 л. с. не більше 300 г на 0,1 л. с.

За оцінками питомих навантажень можна рекомендоватьпредельние водотоннажності для швидкісних радіокерованих моделей:

а) з електродвигуном потужністю 15- 20 Вт не більше 1 кг;

б) з електродвигуном потужністю 150 200 Вт небільше 4 кг;

в) з двигуном внутрішнього згоряння об`емомціліндра 2,5 см3 не більше 1,5 кг;

г) з двигуном внутрішнього згоряння об`ємом ціліндра5 см3 не більше 2 кг;

д) з двигуном внутрішнього згоряння об`ємом ціліндра10 см3 не більше 3 кг.

При будівництві радіокерованих швидкісних моделейнадо прагнути до зменшення питомої навантаження шляхом зменшення ваги моделі корабля іувеліченія потужності двигуна.