ПОДВОДНОЕ КРЫЛО БЫСТРОХОДНОГО СУДНА Советский патент 1995 года по МПК B63B1/24 

Изобретение относится к области судостроения и может найти применение в крыльевых системах быстроходных судов, а также лопастях гребных винтов.

Известно подводное крыло для судов на подводных крыльях, выполненное с профилем в виде изогнутого клина с выпуклой засасывающей и выпукло-вогнутой нагнетающей поверхностями, а закругленным носиком и тупой задней кромкой.

Указанное крыло имеет существенные недостатки. Диапазон рабочих скоростей его ограничен, так как при дальнейшем увеличении скорости ухудшаются его гидродинамические характеристики. Оно имеет меньшую несущую способность при стартовом режиме и малый диапазон рабочих углов атаки.

С целью улучшения его гидродинамических характеристик предлагаемое крыло выполнено дипараболической формы, при этом наибольшая погибь засасывающей поверхности расположена на расстоянии 0,35-0,45 хорды крыла от его носика, а наибольшие погиби выпуклости и вогнутости нагнетающей поверхности расположены, соответственно, на расстояниях от его носика, равных 0,04-0,18 и 0,65-0,80 хорды крыла.

На фиг. 1 изображено поперечное сечение подводного суперкавитирующего крыла; на фиг.2 формы каверны за крылом для различных режимов обтекания; на фиг. 3 график значения коэффициента подъемной силы в зависимости от угла атаки и скорости.

Подводное крыло имеет в поперечном сечении 1 дипараболическую форму, образованную утолщением его изогнутого клиновидного поперечного сечения. Крыло имеет параболический носик 2 с радиусом r, выпуклую засасывающую поверхность 3, выпукло-вогнутую нагнетающую поверхность 4 и тупую заднюю кромку 5. Выпуклая засасывающая поверхность 3 плавно переходит от носика 2 к задней кромке 5 крыла с наибольшим значением прогиба f₃, отстоящей от носика 2 на расстоянии 0,35-0,46 хорды 6, длина которой равна В. Погибь f₃ засасывающей поверхности 3 это расстояние от прямой, проведенной от носика 2 поперечного сечения 1 к верхней точке 7 задней кромки 5 крыла, до наиболее удаленной от нее точки 8 поверхности 3. Нагнетающая поверхность 4 выпуклая у носика 2, с наибольшей погибью f, отстоящей от носика 2 на расстоянии 0,04-0,18 хорды 6 крыла, плавно переходит в вогнутую. Наибольшая погибь f_н этой поверхности находится на расстоянии от носика 2, равном 0,65-0,8 хорды 6 крыла. Погиби f_н и f определяются расстояниями от хорды 6 крыла соответственно до точек вогнутости 9 и выпуклости 10, наиболее от нее удаленных. Величина вогнутости нагнетающей поверхности 4 находится в диапазоне 0,01-0,05 хорды 6 крыла. Толщина С задней кромки крыла 5 находится в диапазоне 0,04-0,20 указанной хорды.

У крыла за его задней кромкой в зависимости от скорости его движения возникают различные формы каверн D, E, F (фиг.2).

Работа подводного крыла осуществляется следующим образом. При движении подводного крыла на разных режимах скоростей возникают различного вида каверны. При движении подводного крыла со скоростью до 50 м/сек в рабочем диапазоне углов атаки 3-5^о, за задней его кромкой 5 образуется каверна, имеющая форму D. В этом случае подъемная сила крыла создается за счет разрежения на засасывающей поверхности 3 и давления на нагнетающей поверхности 4. При увеличении угла атаки α происходит срыв с засасывающей поверхности 3 крыла, с образованием каверны сначала по форме E, а на углах атаки больше 5^о по форме F.

Пример экспериментальных кривых зависимости коэффициента подъемной силы C_y от угла α атаки и скорости, полученных при испытаниях на гидростенде дипараболического крыла приведен на фиг.3.

Геометрические параметры поперечного сечения, отнесенные к геометрической хорде крыла длиной В, имеют следующие значения r 0,005; f₃ 0,04; f_н 0,027; С0,085. Значения координат засасывающей поверхности Y₃ и нагнетающей Y_н предлагаемого подводного крыла могут быть выражены аналитически, в зависимости от его геометрических параметров r, f₃, f_н, с и абсциссы Х, отнесенных к геометрической хорде крыла длиной В (фиг.1), например в виде формул:
Y₃= CX+6,8X(1-)f₃+ B
Y_н= 1,9X(1-X⁴)f_н+ ·rB где С толщина задней кромки крыла;
f₃ погибь засасывающей поверхности;
f_н погибь нагнетающей поверхности;
r радиус параболического носика;
В длина геометрической хорды крыла.

Применение разработанных аналитических зависимостей, для определения координат поперечного сечения подводного крыла, снижает трудоемкость конструкторских, технологических и производственных работ.

Использование предлагаемой конструкции позволит улучшить гидродинамическое качество подводного крыла. Дипараболическая форма поперечного сечения крыла и смещение наибольшего значения погиби засасывающей поверхности к носику приближает форму этой поверхности к форме каверны, образующейся при срыве с носика. Это позволяет расширить диапазон рабочих скоростей при бессрывном обтекании и увеличить диапазон углов атаки. Диапазон выпуклости максимальной погиби засасывающей поверхности соответствует форме каверны при срыве.

Если погибь засасывающей поверхности f₃ меньше 0,35 хорды крыла, то каверна скачком переместится от задней кромки к участку крыла с наибольшей погибью, что скажется на стабильности гидродинамических характеристик. При погиби засасывающей поверхности f₃ больше 0,45 хорды крыла кавитация возникает на меньших скоростях, что ухудшает гидродинамическое качество крыла. Выпуклость нагнетающей поверхности, отстоящая от носика на расстоянии 0,04-0,18 хорды крыла, препятствует образованию кавитационной каверны при минимальных значениях углов в рабочем диапазоне. Это расширяет диапазон углов бессрывного обтекания снизу. При значениях выпуклости нагнетающей поверхности меньших, чем 0,04 хорды крыла, что приближает профиль крыла к профилю с острым носиком, диапазон рабочих углов атаки уменьшается. Значения выпуклости нагнетающей поверхности большие, чем 0,18 хорды крыла приводит к опасности возникновения каверны в средней части нагнетающей поверхности, что способствует неустойчивости гидродинамических характеристик и приводит к их ухудшению. Смещение вогнутости нагнетающей поверхности на расстояние от носика до 0,65-0,8 хорды крыла позволит увеличить его несущую способность при сохранении рабочего диапазона бессрывного обтекания. При значениях указанного расстояния менее 0,65 хорды крыла уменьшается диапазон рабочих углов сверху. Значения расстояний вогнутости нагнетающей поверхности от носика большие, чем 0,8 хорды крыла приводят к нестабильности обтекания нагнетающей поверхности и к резкому изменению подъемной силы крыла.

Испытания предлагаемого подводного крыла, проведенные на гидростенде, показали, что оно имеет по сравнению с известными конструкциями улучшенные гидродинамические качества и расширенный диапазон рабочих углов атаки бессрывного обтекания. В связи с этим, применение его на скоростных судах может дать положительный эффект.

Подводное крыло, выполненное с профилем в виде изогнутого клина с выпуклой засасывающей и выпукло-вогнутой нагнетающей поверхностями, с закругленным носиком и тупой задней кромкой, отличающееся тем, что, с целью улучшения гидродинамических характеристик, оно выполнено дипараболической формы, при этом наибольшая погибь засасывающей поверхности расположена на расстоянии 0,35 0,45 хорды крыла от его носика, а наибольшие погиби выпуклости и вогнутости нагнетающей поверхности расположены, соответственно, на расстояниях от его носика, равных 0,04 0,18 и 0,65 0,80 хорды крыла.