Глиссирование по впадине

Глиссирование по взволнованной поверхности.

ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ НАГРУЗКИ ПРИ ГЛИССИРОВАНИИ ПО ВОЗМУЩЕННОЙ ПОВЕРХНОСТИ

Поверхность мо­рей и океанов в естественных условиях обычно имеет волновую структуру. Причем длина, амплитуда и пространственная ориента­ция поверхностных волн имеет зачастую вероятностный характер. Поэтому строгий теоретический анализ глиссирования во взволно­ванной поверхности весьма затруднителен. Для получения оценоч­ных решений прибегают к упрощениям. Самым важным из них яв­ляется квазистатический подход. В этом случае форму волны задают в виде синусоиды. Скоростью жидкости во взволнованной воде пренебрегают. Тогда нагрузка будет определяться по формулам предыдущего параграфа, но величина погружения произвольного сечения будет зависеть от местной ординаты свободной поверхно­сти. Следующим шагом может быть учет скорости жидких частиц в волне и тогда нагрузки будут зависеть от относительной скоро­сти киля и жидкости. В современной практике применяется и не­стационарная постановка задачи. Однако рассмотрение данных вопросов выходит за рамки данного курса.

При движении во взволнованной поверхности тело (судно) пе­риодически испытывает удары носовой частью о волну. Возникаю­щие при этом перегрузки (отношение гидродинамической силы к весу тела) велики. У морских глиссирующих судов, например, они равны в носовой части 10... 15, на миделе 5... 10, в корме 2... 15 (зна­копеременные).

Другим типом возмущенной поверх­ности является свободная поверхность жидкости за реданом (рис.10.3).

Рис.9.3

Поддерживающая сила в каждом сечении при глиссировании по возмущенной поверхности будет формироваться за счет несколь­ких факторов:

1) инерционных сил, характерных и для глиссирования по спо­койной воде и определяемых величиной присоединенной массы се­чения;

2) изменения угла атаки вследствие наличия скоростей у жид­ких частиц на смоченном контуре;

3) переменности угла атаки вдоль оси вследствие переменности вдоль оси скоростей жидких частиц на смоченном контуре;

4) выталкивающей силы, создаваемой внешним полем давления в возмущенном течении жидкости.

В неподвижной системе координат хОу элементарная сила в произвольном сечении х будет равна

, (9.35)

где — элемент дуги, ограничивающей смоченную часть тела в се­чении х; ) - вертикальная компонента возмущенной скорости жидких частиц.

В связанной системе координат ,так что соответ­ственно будем иметь

. (9.36)

Здесь учтено, что , где S - площадь сечения х, погруженная в жидкость.

В формуле (9.36) последовательно записаны четыре фактора, определяющие поддерживающую силу.

Интегрирование вдоль смоченной поверхности можно привести к виду

(9.37)

где — объем погруженной части тела; — среднее ускорение жидких частиц в объемепри отсутствии глиссирующего тела.

Первое слагаемое в последней формуле выражает поддержи­вающую силу гидродинамической природы, а второе - «гидроста­тической» . В свою очередь, первое слагае­мое можно расчленить на составляющую , характерную для нагрузок при глиссировании по спокойной воде, и на составляющую , обусловленную возмущением поверхности. Таким образом, можно дать обобщенную за­пись:

. (9.38)

Рис.9.4

Качественная зависимость при глис­сировании по впадине за реданом приведена на рис. 9.4. Как видим, роль «гидростатиче­ской» составляющей повышается с ростом углов атаки.