Сопротивление движению и выбор воздушного винта судов на воздушной подушке

2.5.

Сопротивление движению и выбор воздушного винта судов на воздушной подушке

Во время движения АВП возникают внешние силы, затрудняющие его движение. Они зависят от характера поверхности, над которой движется АВП (вода или земля, лед), от скорости движения, аэродинамических форм аппарата, количества всасываемого внутрь АВП и увлекаемого вместе с ним воздуха и т. д. Большое влияние оказывает и волновое сопротивление в том случае, если аппарат движется над поверхностью воды.

Задача конструкторов состоит в поиске компромиссных технических решений для создания наиболее оптимального проекта аппарата, который характеризовался бы минимальным сопротивлением движению. От этого будет зависеть экономичность эксплуатации будущего транспортного средства. Совсем несложно построить аппарат, который потребляет значительную мощность для преодоления сопротивления при заданной скорости движения.

Применение воздушного движителя — не единственный способ создания горизонтальной тяги для движения; хотя в любительских аппаратах он используется часто, так как обеспечивает амфибийность АВП, т. е. возможность движения как над водой, так и над твердой опорной поверхностью. Недостатком этого типа движителя является малая отдача тяги на единицу подведенной к нему мощности.

В конструкциях СВП можно применять гребные винты, а также водометные, лопастно-колесные движители.

При движении аппарата над водой на ее поверхности возникает впадина (рис. 39), глубина которой зависит от давления воздуха в подушке. По мере движения АВП впадина перемещается вместе с ним, при этом образуется волновая система, аналогичная возникающей при движении водоизмещающих судов, т. е. появляется волновое сопротивление. По мере увеличения скорости характер этого сопротивления подвергается изменению: сначала оно растет интенсивно, потом падает.

Рис. 39. взаимодействие АВП с поверхностью воды, которое служит источником гидродинамического сопротивления: а — плавание;
б—вертикальный подъем на месте; в — полет со средней скоростью; г — полет с большой скоростью.

По принципу действия работу воздушного винта (рис. 41) можно сравнить с действием крыла. Отличие состоит лишь в том, что скорость каждого сечения лопасти винта является равнодействующей двух скоростей: окружной скорости и скорости движения. Скорость движения в данный момент постоянна, в то время как окружная скорость изменяется вдоль лопасти винта. При постоянной частоте вращения сечения лопасти описывают круги разных диаметров, вследствие чего расстояние, пройденное ими ко дуге окружности, будет разным. Сечение лопасти, находящееся рядом с осью вращения, имеет окружную скорость, равную нулю, а расположенное на конце лопасти — наивысшую скорость.

Профиль лопасти воздушного винта, имеющий в данном сечении определенный угол установки лопасти φ, взаимодействует с потоком воздуха под постоянным углом атаки а. Таким образом,

на нем возникает аэродинамическая сила, одна из составляющих которой параллельна направлению полета и определяет силу тяги винта.

Это расстояние называется поступью винта, которая является одной из характеристик, по которой судят о работе винта (рис. 42).

Путь сечений лопасти можно представить себе на плоскости через развертку винтовой линии, как это показано на рис. 43. Один катет треугольника обозначает поступь винта HD, другой — развернутую окружность круга, который описывает данное сечение лопасти. Если представить себе траекторию лопасти как тангенциальную касательную к хорде профиля в данном сечении, та сечение проходит чисто теоретический путь, который называется геометрическим шагом или шагом винта Н.

В действительности, в момент установившейся работы винта,, когда модель или аппарат движутся с постоянной скоростью, всегда имеет место скольжение винта S, представляющего собой разность между его геометрическим шагом и поступью. Вместо того, чтобы оперировать величиной абсолютного шага Н, вводится понятие так называемого относительного шага h = H / D (где D — диаметр).

Подобным же образом вводится понятие относительной посту пи λ = v/(nsD).

Во время работы воздушный винт использует всю мощность двигателя. Общее представление о мощности, которая потреб-ляется воздушным винтом, можно выразить следующей формулой:

В главе, посвященной проектированию любительских конструкций АВП, представлен пример расчета винта.

Чтобы закончить тему, посвященную воздушным винтам, следует вспомнить о часто применяемых винтах в кольце, которые характеризуются большими значениями КПД и тяги. Это происходит вследствие:

— меньших аэродинамических потерь в потоке воздуха, отбрасываемом винтом, находящемся в кольце, по сравнению с изолированным винтом;

— уменьшения индуктивных потерь на кольцах лопастей винта при вращении его в кольце.

Эта зависимость представлена на графике (рис. 51).

Из опыта известно, что если относительная ширина кольца не превышает В да 30%, то расчет винта в кольце можно производить так же, как и для изолированного винта, диаметр которого равен наружному диаметру кольца.

содержание .. 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 ..