Гидродинамика подводного крыла

Гидродинамика подводного крыла — это раздел теории крыла, изучающий обтекание подводных крыльев (ПК), движущихся под свободной поверхностью воды.

Основы движения подводного крыла

Для реального крыла необходимо учесть суммарное воздействие всех факторов, перечисленных выше: формы крыла, его относительного размаха, относительного погружения и т. д. Следующим параметром, от которого зависят величины сил, развивающихся на крыле, является скорость движения. С точки зрения гидродинамики крыла, существует определенное значение скорости, превышение которого приводит к значительным изменениям характеристик крыла. Причиной этого является развитие на крыле кавитации и связанных с ней нарушений плавного обтекания профиля потоком жидкости. С увеличением скорости движения абсолютное разрежение на крыле достигает значений, при которых из воды начинают выделяться небольшие пузырьки, наполненные паром и газами, до этого растворенными в воде .При дальнейшем увеличении скорости обтекания область кавитации расширяется и занимает значительную часть засасывающей стороны крыла, образуя на крыле большой парогазовый пузырь. В этой стадии кавитации коэффициенты подъемной силы и сопротивления начинают резко изменяться, при этом гидродинамическое качество крыла падает. В связи с отрицательным влиянием кавитации на характери­стики крыла потребовалось создание профилей особой геометрии. В настоящее время все профили подразделяются на профили, работающие в докавитационном режиме обтекания, профили с сильно развитой кавитацией и суперкавитирующие. Для того чтобы предотвратить вредное влияние кавитации на работу крыла, необходимо при расчете произвести проверку на возможность появления кавитации. Возникновение кавитации возможно в тех точках профиля, где давление падает несколько ниже давления насыщенных паров воды, в результате чего пары и газы получают возможность выделяться из жидкости, концентрируясь вокруг мельчайших пузырьков растворенных в воде воздуха и газов.

Основные элементы подводного крыла лодки

В качестве простейшего примера подводного крыла моторной лодки может служить тонкая прямоугольная пластинка, расположенная под некоторым углом к направлению ее движения. Однако для увеличения подъемной силы и снижения сопротивления на практике применяются крылья, профиль и форма которых гораздо сложнее. Основными элементами крыла являются его размах 1, хорда b, угол стреловидности χ и угол килеватости β. В качестве дополнительных параметров при расчетах и проектировании используются площадь крыла в плане S = lb и относительное удлинение λ = l2/S. Для прямоугольного крыла с постоянной вдоль размаха хордой λ = 1/b.

Положение крыла по отношению к потоку определяется геометрическим углом атаки профиля α, т. е. углом между хордой крыла и направлением его движения.

К основным параметрам, определяющим характеристику крыла относится его профиль — сечение крыла плоскостью, перпендикулярной размаху. Профиль крыла определяется толщиной е, вогнутостью средней линии профиля f, а также углом нулевой подъемной силы α0. Толщина профиля переменна по хорде, причем наибольшая толщина находится на середине хорды профиля или несколько смещена в нос. Линия, проходящая через середину толщины профиля в каждом сечении, обычно носит название средней линии кривизны или средней линии профиля. Отношения максимальной толщины и стрелки максимальной вогнутости средней линии к хорде определяют относительную толщину и вогнутость профиля и обозначаются соответственно ē и. Значения и геометрическое положение этих параметров по длине хорды выражаются в ее долях.