СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ЛОБОВОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ АППАРАТОВ НА СТАТИЧЕСКОЙ ВОЗДУШНОЙ ПОДУШКЕ
METHOD OF DRAG REDUCTION OF VEHICLES ON STATIC AIR CUSHION

Изобретение относится к способам и устройствам для снижения лобового сопротивления аппаратов на статической воздушной подушке и может быть использовано для других транспортных средств с малым отношением длины к ширине.
Известен способ снижения лобового сопротивления активно движущихся тел (см. Способ снижения лобового сопротивления активно движущихся тел и устройство для его осуществления. Патент RU 2317919; МПК В64С 23/00; В63В 1/38, опубликован 27.02.2008), заключающийся в том, что для снижения скорости набегания внешней среды, ей навстречу выпускают струю рабочего тела, по курсу истекающего из носовой оконечности корпуса, а струи рабочего тела, изменяющие набегание внешней среды со встречного на предмидельный радиальный уход от тела, выпускают перпендикулярно к удлиненному участку носовой части корпуса. Струи формируют обратным потоком рабочего тела, который перепускают от маршевого двигателя-движителя в носовую часть через подводящие каналы.
Известный способ применяется для снижения лобового сопротивления длинных узких тел стреловидной формы с удлиненным участком носовой части и не эффективен для снижения лобового сопротивления аппаратов на статической воздушной подушке с малым отношением:
L/B<3,
где:
L - длина аппарата;
В - ширина аппарата.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ снижения лобового сопротивления, используемый в тяжелом судне на воздушной подушке (Heavy type air cushion ship. Патент CN 201670231 (U): МПК B60V 3/06; B63B 1/38, опубликован 15.12.2010), заключающийся в том, что для снижения скорости и изменения направления набегающей воды, ей навстречу выпускают струю воздуха, по курсу истекающего из отверстия в носовой оконечности корпуса, а струи воздуха, изменяющие набегание воды со встречного на предмидельный радиальный уход выпускают из отверстий в носовой водоизмещающей части корпуса судна перпендикулярно его поверхности. Струи формируют воздухом, поступающим от компрессора через емкость высокого давления по подводящим каналам к отверстиям в корпусе.
Известный способ применяется для снижения лобового сопротивления водоизмещающих судов с узким корпусом и ему присущи указанные выше недостатки аналога.
Задачи, решаемые изобретением:
- снижение лобового сопротивления аппаратов на статической воздушной подушке с малым отношением L/8<3.
Технический результат от использования изобретения заключается в увеличении скорости аппаратов на статической воздушной подушке.
Предлагается способ снижения лобового сопротивления аппарата на статической воздушной подушке, заключающийся в том, что для снижения скорости и изменения направления набегающего воздуха из отверстий в носовой части корпуса аппарата выпускают струи воздуха избыточного давления.
Для достижения указанного технического результата носовое гибкое ограждение выполняют полукруглой в плане цилиндрической или конической формы, которую поддерживают полукруглым обводом носовой части корпуса и давлением воздушной подушки. Отверстия выполняют в виде вертикальных щелей, которые ориентируют в стороны от диаметральной плоскости аппарата. Струи воздуха избыточного давления формируют воздухом воздушной подушки и направляют по касательной к поверхности носового гибкого ограждения в стороны от диаметральной плоскости аппарата.
При истечения воздуха из воздушной подушки через щели в носовом гибком ограждении наблюдается увеличение разрежения и снижение избыточного давления на поверхности ограждения, чем и достигается снижение лобового сопротивления при движении аппарата.
Направленное по касательной к поверхности ограждения течение является устойчивым по отношению к внешним возмущениям (порывам бокового ветра, пульсациям скоростей истечения из воздушной подушки).
На фиг. 1 представлен общий вид аппарата на статической воздушной подушке, на фиг. 2 - сечение А-А носового гибкого ограждения на фиг. 1, фиг. 3 - диаграмма изменения коэффициента давления вдоль поверхности носового гибкого ограждения, на фиг. 4 - диаграмма изменения коэффициента лобового сопротивления от скорости.
Коэффициент давления определяется соотношением (Гидромеханика. Войткунский Я.И., Фаддеев Ю.И., Федяевский К.К. Л.: Судостроение, 1982. 450 с.):
,
где:
p
C - коэффициент давления;
p - относительное давление;
ρ - плотность воздуха;
V - скорость движения аппарата.
Коэффициент сопротивления определяется соотношением (Гидромеханика. Войткунский Я.И., Фаддеев Ю.И., Федяевский К.К. Л.: Судостроение, 1982. 450 с.):
,
где:
х
С - коэффициент давления;
X - сопротивление;
ρ - плотность воздуха;
V - скорость движения аппарата;
S - площадь проекции ограждения на плоскость миделя.
c
r
На фиг. 3, 4 использованы следующие обозначения: V - скорость истечения воздуха через щели в носовом ограждении, L - длина дуги носовой части корпуса и гибкого ограждения в плане, R - радиус носовой части.
При движении аппарата 1 на статической воздушной подушке 2, для снижения скорости и изменения направления набегающего воздуха 3, из отверстий 4 в носовой части корпуса аппарата выпускают струи 5 воздуха избыточного давления. Носовое гибкое ограждение 6 выполняют полукруглой в плане цилиндрической или конической формы, которую поддерживают полукруглым обводом 7 носовой части корпуса и давлением воздушной подушки. Отверстия 4 выполняют в виде вертикальных щелей, которые ориентируют в стороны от диаметральной плоскости аппарата. Струи воздуха избыточного давления формируют воздухом воздушной подушки и направляют по касательной к поверхности носового гибкого ограждения в стороны от диаметральной плоскости аппарата.
При истечении воздуха из воздушной подушки через щели в носовом ограждении наблюдается увеличение разрежения и снижение избыточного давления на поверхности ограждения, чем и достигается снижение лобового сопротивления при движении аппарата, см. рис. 3.
Величина лобового сопротивления зависит от отношения скоростей движения судна и скорости истечения воздуха из щелей гибкого ограждения, см. рис. 4.
а
a
3
3
Режимы движения судна отмечены на диаграмме рис. 4 точками  и b. Режим  соответствует скорости движения судна 16,7 м/с (60 км/час), скорости истечения воздуха 25 м/с (расход 0,5 м/с) и избыточному давлению в воздушной подушке 400 Па. Режим b соответствует скорости движения судна 16,7 м/с (60 км/час), скорости истечения воздуха 50 м/с (расход 1 м/с) и избыточному давлению в воздушной подушке 1200 Па.
Способ реализован в судах на статической воздушной подушке с носовым гибким ограждением высотой 2 м. Носовое гибкое ограждение имеет 10 отверстий для истечения воздуха, выполненных в виде вертикальных щелей. Ширина щели составляет 10 мм.