УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ В ОПЫТОВОМ БАССЕЙНЕ МОДЕЛЕЙ БЫСТРОХОДНЫХ СУДОВ С ВОЗДУШНОЙ КАВЕРНОЙ
DEVICE FOR HYDRODYNAMIC TESTS OF AIR-CUSHION SPEED-BOATS IN TEST POOL

Изобретение относится к области судостроения, а более конкретно - к экспериментальной гидромеханике, и касается вопросов проведения экспериментальных исследований в опытовых бассейнах моделей быстроходных судов с воздушной каверной (СВК) на днище.
При проектировании быстроходного СВК, наряду с выбором главных размерений и обводов корпуса, наиболее важным и сложным является правильный выбор геометрии днищевой ниши, внутри которой создается каверна.
Носовая часть днищевой ниши ограничена поперечным реданом стреловидной формы. С боков ее ограничивают скеги. Днище в кормовой части корпуса между скегами имеет специальную профилировку, которая должна обеспечивать плавное замыкание каверны. Геометрия и взаимная ориентация этих участков днища существенно влияет на такие параметры каверны, как ее длина, площадь в плане, избыточное давление, характер замыкания, потребный расход воздуха. Профилировка днища СВК является уникальной для каждого проекта и зависит от размерений корпуса, водоизмещения, положения центра тяжести, эксплуатационной скорости и типа движителя.
При выборе геометрии днищевой ниши СВК следует определить:
- положение редана по длине корпуса,
- форму редана в плане,
- высоту и ширину скегов,
- профилировку кормового участка днища, расположенного между скегами вблизи транца, на котором происходит замыкание каверны.
В свою очередь, профилировка этого кормового участка днища характеризуется рядом параметров, среди которых наиболее важными являются:
- длина,
- форма в поперечном сечении,
- высота над основной плоскостью,
- угол атаки.
Такие параметры геометрии днищевой ниши как положение редана по длине корпуса, форма редана в плане, высота и ширина скегов назначаются либо по результатам расчетов, либо на основании результатов отработки модели аналога, имеющего близкие размерения корпуса. Оптимальную профилировку кормового участка днища, на котором происходит замыкание каверны, можно подобрать только экспериментальным путем. От того, насколько удачно выбрана профилировка днища, в месте замыкания каверны во многом зависит эффективность всего гидродинамического комплекса.
Экспериментальная отработка днищевых обводов быстроходного СВК проводится в опытовом бассейне на моделях, изготовленных в соответствующем масштабе и имеющих съемные элементы днища, обеспечивающие возможность варьирования параметров, за счет которых подбирается геометрия днищевой ниши исследуемого судна.
Известна конструкция модели СВК для проведения гидродинамических испытаний в опытовом бассейне, которая состоит из корпуса, не изменяемого в ходе цикла испытаний, и сменных элементов, которые устанавливаются на корпусе и служат для формирования днищевой ниши. Корпус модели выполняется по обычной технологии с той лишь разницей, что плоская часть днища изготавливается из прозрачного оргстекла, обеспечивающего возможность визуального наблюдения за поведением каверны во время движения буксировочной тележки. На плоскую часть днища устанавливается элемент, изготовленный из пенопласта, который формирует поперечный редан и скеги. Заменяя этот элемент, можно варьировать положением редана по длине корпуса, форму редана в плане, а также высоту и ширину скегов. В кормовой части корпуса между скегами устанавливается кормовая наделка, на которой происходит замыкание каверны. Наделка выполняется из нескольких пластин, изготовленных из прозрачного оргстекла, установленных на деревянных или пенопластовых продольных ребрах. Заменяя пластины и продольные ребра, можно варьировать длину кормовой наделки, ее форму в поперечном сечении, высоту над основной плоскостью и угол атаки. Перед кормовой наделкой устанавливается обтекатель, изготовленный из пенопласта, который препятствует прохождению воздуха под кормовой наделкой (Чалов С.А. Исследование профилировки днища глиссирующих судов с искусственными кавернами, движущихся с повышенными скоростями хода. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук: 05.08.01. - ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова, Санкт-Петербург, 2000. - 201 с: ил. РГБ ОД, 61 01-5/1123-2, страница 44) - прототип.
Однако известная конструкция модели СВК, предназначенная для проведения гидродинамических испытаний в опытовом бассейне, в случае необходимости изменения геометрии кормовой наделки требует извлечения модели из воды, изготовления и замены элементов кормовой наделки, что приводит к значительным перерывам в проведении серийных испытаний, что, в свою очередь, ведет к увеличению продолжительности испытаний и росту стоимости работ.
Кроме того, модельная доработка кормовой наделки весьма трудоемка, требует многочисленных переделок и ограничена конечным количеством вариантов, которые реально можно перебрать при экспериментальной отработке. Выбранная таким образом профилировка днища, даже обеспечивающая формирование достаточно эффективной каверны, может оставить значительный резерв по ее дальнейшему совершенствованию.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности проведения гидродинамических испытаний моделей быстроходных СВК за счет сокращения времени вспомогательных работ и более точного согласования элементов профилировки днища СВК.
Для достижения этого в известной конструкции корпуса модели судна с воздушной каверной для проведения гидродинамических испытаний в опытовом бассейне, которая в днищевой части корпуса содержит нишу, ограниченную поперечным реданом стреловидной формы, скегами и профилированной кормовой наделкой, на которой происходит замыкание каверны, по изобретению профилированная кормовая наделка выполнена с возможностью регулирования ее высоты над основной плоскостью, угла атаки и формы в поперечном сечении. Для этого пластины, формирующие кормовую наделку, устанавливаются на резьбовые стойки, для крепления которых в днище модели делаются отверстия с резьбой. Пластины между собой соединяются шарнирно или при помощи гибкой связи. Такое соединение позволяет легко менять форму кормовой наделки в поперечном сечении.
Сущность изобретения поясняется рисунками, где:
- на фиг.1 схематично в аксонометрической проекции показана кормовая регулируемая наделка;
- на фиг.2 в аксонометрической проекции изображен корпус модели СВК со сменным элементом, формирующим поперечный редан и скеги;
- на фиг.3 схематично показано продольное сечение кормовой части модели с установленной кормовой регулируемой наделкой.
Цифрами на рисунках обозначены:
1 - модель;
2 - днище модели;
3 - воздушная каверна;
4 - съемный элемент, формирующий поперечный редан и скеги;
5 - уплотнитель;
6 - резьбовые стойки;
7 - пластины из прозрачного оргстекла;
8 - поперечный редан;
9 - скеги.
Днище 2 модели 1 изготавливается из прозрачного оргстекла, чтобы через него можно было вести наблюдение за формированием воздушной каверны 3 и поведением ее границы замыкания. На днище 2 устанавливается съемный элемент 4, который формирует поперечный редан 8 и скеги 9. Чтобы участку днища вблизи транца придать требуемую форму, на днище 2 устанавливается кормовая регулируемая наделка, которая представляет собой пластины 7 из прозрачного оргстекла, прикрепленные к резьбовым стойкам 6. Пластины 7 между собой соединены шарнирно или при помощи гибкой связи. Чтобы воздух из каверны 3 не выходил под кормовой регулируемой наделкой, между передним краем пластин 7, образующих кормовую регулируемую наделку, и днищем 2 модели 1 крепится уплотнитель 5, изготовленный из эластичного материала. Уплотнитель 5 не дает воздуху пройти под наделкой и в то же время не создает препятствий для вертикального перемещения пластин 7. На боковые стороны пластин 7, расположенные по краям кормовой наделки, также устанавливаются уплотнители (на рисунках не показаны), которые не позволяют воздуху проходить в зазор между кормовой наделкой и скегами 9. Модель оборудуется системой подвода воздуха со средствами контроля и устройством для измерения давления в каверне (на рисунках не показаны).
Работа устройства осуществляется следующим образом.
На днище 2 модели 1 устанавливается съемный элемент 4, который формирует поперечный редан 8 и скеги 9. Геометрия редана 8 и скегов 9 назначается либо по результатам расчетов, либо на основании результатов отработки модели аналога, имеющего близкие размерения корпуса. В днище 2 вблизи транца сверлятся отверстия, в которые вворачиваются резьбовые стойки 6. На резьбовые стойки 6 устанавливаются пластины 7 из прозрачного оргстекла. Резьбовые стойки 6 и пластины 7 вместе представляют собой кормовую регулируемая наделку. Исходный вариант геометрии кормовой наделки также назначается либо по результатам расчетов, либо на основании результатов отработки модели аналога. Модель загружается по заданную осадку, и начинаются ее испытания в опытовом бассейне с измерением сопротивления, всплытия, дифферента и давления в каверне. Целью этих испытаний является выбор оптимальной профилировки кормовой наделки, обеспечивающей минимальное гидродинамическое сопротивление. Перемещение пластин 7 по высоте и изменение их угла атаки происходит путем вращения резьбовых стоек 6 изнутри модели. Если применить резьбу с шагом 1 мм, то один оборот резьбовых стоек 6 переместит пластины 7 на 1 мм, поворот резьбовых стоек 6 на пол-оборота соответственно приведет к перемещению пластин 7 на 0.5 мм. Таким образом, достигается очень высокая точность установки каждого отдельного элемента кормовой наделки. А используя упругие свойства оргстекла, можно в небольших пределах изгибать отдельные пластины, изменяя их форму и углы атаки.
Регулировать кормовую наделку можно во время возвращения буксировочной тележки к месту старта. Это дает возможность дополнительно сэкономить значительное время.
Следует отметить, что регулируемая кормовая наделка позволяет уменьшить сопротивление модели 1 не только за счет выбора оптимальных параметров каверны 3, но также и за счет обеспечения оптимальной посадки корпуса для заданной скорости и нагрузки. Меняя высоту и угол атаки кормовой наделки, можно изменять угол ходового дифферента модели 1, добиваясь оптимального угла атаки несущего участка днища перед реданом 8 и, таким образом, получая дополнительный выигрыш в сопротивлении.
Таким образом, использование регулируемой кормовой наделки позволяет не только более точно подобрать геометрию днищевых обводов судна с каверной, но и экономить время, затрачиваемое на выполнение компьютерных расчетов, значительно сократить объем испытаний в опытовом бассейне, уменьшить время переделки модели и снизить расход материалов. Более того, одну и ту же кормовую регулируемую наделку с небольшими изменениями можно использовать на нескольких моделях. Все вышеперечисленное выгодно отличает предлагаемое изобретение от прототипа.