Môn học: Tính toán độ bền của cánh và bộ phận hạ cánh có tỷ lệ khung hình cao của máy bay vận tải AN-148. Thiết kế và tính toán Lựa chọn mặt cắt cánh dầm

Trong nhiều thập kỷ, tốc độ của tàu tăng dần chủ yếu bằng cách tăng công suất của động cơ được lắp đặt, cũng như cải thiện đường viền thân tàu và cải tiến động cơ đẩy. Ngày nay, các công ty đóng tàu - kể cả những nhà thiết kế nghiệp dư - có cơ hội sử dụng một phương pháp mới về chất lượng.

Như đã biết, lực cản của nước đối với chuyển động của tàu có thể được chia thành hai thành phần chính:

1) sức cản, tùy thuộc vào hình dạng của cơ thể và mức tiêu thụ năng lượng để hình thành sóng, và

2) lực cản ma sát của vật với nước.

Khi tốc độ của tàu dịch chuyển tăng lên, lực cản chuyển động của tàu tăng mạnh, chủ yếu là do lực cản sóng tăng. Khi tốc độ của tàu bào tăng do có động lực nâng thân tàu bào lên khỏi mặt nước thì thành phần lực cản thứ nhất giảm đi đáng kể. Triển vọng rộng lớn hơn về việc tăng tốc độ mà không tăng công suất động cơ cũng được mở ra bằng cách sử dụng nguyên lý chuyển động mới trên mặt nước - chuyển động của tàu cánh ngầm. Cánh, có (cùng lực nâng) đặc tính thủy động lực cao hơn đáng kể so với tấm bào, có thể làm giảm đáng kể lực cản của tàu khi di chuyển trên cánh.

Giới hạn về lợi nhuận của việc sử dụng các nguyên tắc chuyển động khác nhau trên mặt nước được xác định bởi tốc độ tương đối của tàu, được đặc trưng bởi số Froude:

υ - tốc độ di chuyển;
g là gia tốc trọng trường; g = 9,81 m/s 2 ;
L là kích thước tuyến tính đặc trưng của tàu - chiều dài của nó.

Giả sử L tỷ lệ thuận với căn bậc ba của D (trong đó D là chuyển vị của tàu), số chuyển vị thường được sử dụng:

Thông thường, thân tàu có đường dịch chuyển có lực cản nhỏ hơn ở tốc độ tương ứng với trị số p rD< 1; при больших значениях относительной скорости (F rD >2, 3) đối với tàu, sử dụng đường viền bào và nên lắp cánh.

Ở tốc độ thấp, lực cản của thuyền có cánh lớn hơn một chút so với lực cản của tàu lượn (Hình 1) do lực cản của bản thân cánh và các thanh chống nối thân tàu với cánh. Nhưng khi tốc độ tăng lên, do thân tàu nhô lên khỏi mặt nước dần dần, lực cản chuyển động của nó bắt đầu giảm và ở tốc độ thân tàu nhấc hẳn lên khỏi mặt nước, nó đạt giá trị thấp nhất. Đồng thời, lực cản của thuyền trên cánh nhỏ hơn đáng kể so với lực cản của tàu lượn, giúp đạt được tốc độ cao hơn với cùng công suất động cơ và dung tích.

Khi vận hành tàu cánh ngầm, người ta đã xác định được các ưu điểm khác so với tàu cánh ngầm và trên hết là khả năng đi biển cao hơn do khi di chuyển trên cánh ngầm, thân tàu ở trên mặt nước và không gặp sóng. Khi chèo thuyền ở tốc độ thấp, đôi cánh cũng có tác dụng hữu ích, làm giảm độ rung lắc của tàu. Những phẩm chất tiêu cực (ví dụ, mớn nước lớn khi đỗ, cánh cồng kềnh) hoàn toàn không làm giảm tầm quan trọng của tàu có cánh, mang lại sự thoải mái khi điều hướng cao kết hợp với tốc độ cao. Ưu điểm của tàu có cánh đã khiến chúng được ưa chuộng rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới.

Bài báo trình bày những khái niệm cơ bản và sự phụ thuộc của lý thuyết chuyển động của cánh trong nước và các phương pháp tính toán, thiết kế hệ thống cánh đối với tàu thuyền có dung tích nhỏ.

Thủy động lực học của tàu cánh ngầm

Ví dụ đơn giản nhất về tàu cánh ngầm là một tấm hình chữ nhật mỏng được đặt nghiêng một góc với hướng chuyển động của nó. Tuy nhiên, để có được lực nâng lớn hơn với lực cản ít hơn, các cánh có hình dạng phức tạp hơn hiện đang được sử dụng. Mặc dù thực tế là các vấn đề lý thuyết và nghiên cứu thực nghiệm về tàu cánh ngầm vẫn chưa được phát triển ở nhiều khía cạnh, nhưng những phụ thuộc chính đã được thu thập và tài liệu thực nghiệm phong phú đã được thu thập, cho phép người ta đánh giá chính xác ảnh hưởng của các yếu tố khác nhau đến hoạt động của tàu cánh ngầm. thủy động lực học của cánh và thiết kế cấu trúc của nó.

Hình dạng của cánh (Hình 2) được xác định bởi nhịp l, dây cung b, góc quét χ và góc chết β. Các tham số bổ sung là diện tích cánh trong sơ đồ S = lb và tỷ lệ khung hình tương đối λ = l 2 /S. Đối với cánh hình chữ nhật có dây cung không đổi dọc theo nhịp, λ = l/b.

Vị trí của cánh so với dòng chảy được xác định bởi góc tấn công hình học của mặt cắt α, tức là góc giữa dây cung của cánh và hướng chuyển động của nó.

Tầm quan trọng chính đối với các đặc tính của cánh là hình dáng của nó - phần của cánh theo mặt phẳng vuông góc với nhịp. Biên dạng cánh được xác định bởi độ dày e, độ lõm của đường tâm của tiết diện f, cũng như góc nâng bằng 0 α 0. Độ dày biên dạng có thể thay đổi dọc theo dây cung. Thông thường, độ dày tối đa nằm ở giữa dây cung của biên dạng hoặc hơi lệch về phía mũi. Đường đi qua điểm giữa chiều dày tiết diện ở mỗi mặt cắt được gọi là đường tâm cong hoặc đường tâm của tiết diện. Tỷ lệ giữa độ dày tối đa và mũi tên độ lõm tối đa của đường tâm và dây cung xác định độ dày tương đối và độ lõm của tiết diện và được chỉ định tương ứng e và f. Giá trị e và f và vị trí hình học của chúng dọc theo chiều dài của dây cung được thể hiện bằng phần của nó.

Chúng ta hãy xem xét dòng chảy xung quanh một cánh phẳng có tỷ lệ khung hình vô hạn khi nó chuyển động trong một chất lỏng vô hạn.

Dòng chảy tác động lên cánh với tốc độ v ở một góc tấn α nhất định tăng tốc ở phía trên của mặt cắt và chậm lại ở phía dưới. Trong trường hợp này, theo định luật Bernoulli, áp suất ở phía trên giảm và ở phía dưới tăng (so với áp suất trong chất lỏng không bị xáo trộn). Trong bộ lễ phục. Hình 3 biểu diễn đồ thị minh họa sự thay đổi của hệ số áp suất không thứ nguyên:

dọc theo dây cung của mặt cắt tàu cánh ngầm.
Ở đây Δр = р - р o, trong đó р là áp suất tại điểm tương ứng của tiết diện, và р о là áp suất trong chất lỏng không bị xáo trộn.

Giá trị âm của hệ số áp suất biểu thị chân không (p<Р о), положительные - на наличие давления (р>R ồ).

Sự chênh lệch áp suất tạo ra một lực hướng lên trên cánh, tức là lực nâng của cánh.

Có thể thấy trên hình, diện tích của biểu đồ độ hiếm lớn hơn nhiều so với diện tích của biểu đồ áp suất cao. Nhiều thí nghiệm cho thấy khoảng 2/3 lực nâng được tạo ra ở phía trên (“hút”) của biên dạng do hiếm và khoảng 1/3 ở phía dưới (“xả”) do áp suất tăng.

Tổng lực của áp suất tác dụng lên cánh biểu thị tổng lực thủy động lực, có thể phân tích thành hai thành phần:

Y - lực nâng cánh vuông góc với hướng chuyển động;
X là lực cản có hướng trùng với hướng chuyển động.

Điểm tác dụng của hợp lực của các lực này lên mặt cắt được đặc trưng bởi mômen M so với điểm trước của mặt cắt.

Các nghiên cứu thực nghiệm đã chỉ ra rằng lực nâng Y, lực kéo X và mô men M của chúng được biểu thị bằng các phụ thuộc:

ρ là mật độ của nước (đối với nước biển ρ = 104, và đối với nước ngọt ρ = 102 kg s 2 /m 4);
υ là vận tốc của dòng khí chảy lên cánh (tốc độ của cánh trong dòng khí);
b - hợp âm cánh;
S - diện tích cánh;
С y, С x, С m lần lượt là các hệ số thủy động lực không thứ nguyên của lực nâng, lực kéo và mômen.

Các hệ số C y, C x, C m là đặc điểm chính của cánh, không phụ thuộc vào môi trường mà cánh chuyển động (không khí hoặc nước). Hiện nay, về mặt lý thuyết chưa có phương pháp nào đủ chính xác để tính toán các hệ số thủy động lực của một cánh (đặc biệt là C x và C m) đối với các loại cánh máy bay. Vì vậy, để thu được các đặc tính chính xác của cánh, các hệ số này được xác định bằng thực nghiệm bằng cách thổi trong hầm gió hoặc kéo trong bể thí nghiệm. Kết quả thử nghiệm được trình bày dưới dạng sơ đồ biểu diễn sự phụ thuộc của các hệ số С y, С x, С m vào góc tấn công α.

Đối với đặc tính chung của cánh, người ta đưa thêm khái niệm đặc tính thủy động lực của cánh K, biểu thị tỷ số giữa lực nâng và lực cản:

Thông thường các đặc điểm của một cánh được đưa ra dưới dạng “cực Lilienthal”, biểu thị sự phụ thuộc của C y vào C x. Các điểm thí nghiệm và góc tấn công tương ứng của chúng được đánh dấu trên cực. Trong bộ lễ phục. Hình 4 và 5 thể hiện đặc điểm thủy động lực học của mặt cắt đoạn “Göttingen số 608”. Như bạn có thể thấy, các giá trị của hệ số thủy động lực được xác định bởi góc tấn công của cánh. Trong bộ lễ phục. Hình 6 cho thấy sự phân bổ áp suất cho ba góc tấn công. Khi góc tăng lên, mức độ chân không ở bề mặt trên của cánh tăng lên và ở mặt dưới, áp suất dư thừa tăng lên; tổng diện tích của biểu đồ áp suất tại α = 3° lớn hơn đáng kể so với tại α = 0°, điều này đảm bảo hệ số Cy tăng lên.

Mặt khác, khi góc tới giảm, hệ số Su giảm gần như tuyến tính về 0. Giá trị góc tấn tại đó hệ số nâng bằng 0 xác định góc nâng bằng 0 α o. Góc nâng bằng 0 phụ thuộc vào hình dạng và độ dày tương đối của tiết diện. Khi góc tấn của cánh giảm hơn nữa, lực nâng trở nên âm.

Cho đến nay chúng ta đã nói về đặc điểm của một đôi cánh có chiều dài vô tận. Cánh thật có tỷ lệ khung hình rất rõ ràng và hoạt động gần bề mặt tự do của chất lỏng. Những khác biệt này để lại dấu ấn đáng kể về đặc tính thủy động lực của cánh.

Đối với cánh có λ = ∞, kiểu phân bố áp suất ở mỗi phần của cánh dọc theo nhịp là như nhau. Trên cánh có nhịp hữu hạn, chất lỏng chảy qua hai đầu cánh từ vùng có áp suất dư đến vùng hiếm, cân bằng áp suất và do đó làm giảm lực nâng. Trong bộ lễ phục. Hình 7 cho thấy sự thay đổi áp suất dọc theo nhịp của cánh có tỷ lệ khung hình cuối cùng. Do dòng chất lỏng xảy ra chủ yếu ở các phần cực của cánh nên ảnh hưởng của nó giảm khi tỷ lệ khung hình tăng và thực tế ở mức λ = 7 9, các đặc tính của cánh tương ứng với một nhịp vô hạn (Hình 8).

Một yếu tố khác ảnh hưởng đến hoạt động của cánh là sự hiện diện của bề mặt chất lỏng tự do gần nó - ranh giới của hai môi trường có sự chênh lệch lớn về mật độ khối lượng (ρ nước ≈ 800 ρ không khí). Ảnh hưởng của bề mặt tự do đến lực nâng được giải thích là do cánh, có độ dày nhất định, làm nổi lên một lớp chất lỏng, hạn chế nó càng ít thì cánh càng gần bề mặt tự do. Điều này cho phép chất lỏng chảy quanh cánh với tốc độ thấp hơn so với khi lặn sâu; Giá trị chân không ở bề mặt trên của cánh giảm.

Trong bộ lễ phục. Hình 9 cho thấy sự thay đổi biểu đồ áp suất phụ thuộc vào sự thay đổi độ sâu ngâm tương đối dưới bề mặt tự do đối với cánh có tiết diện phân đoạn (độ chìm tương đối của cánh được hiểu là tỉ số giữa khoảng cách từ cánh đến mặt bề mặt của chất lỏng đến giá trị hợp âm). Có thể thấy, ảnh hưởng của bề mặt tự do đối với phía hút và phía xả của cánh là không giống nhau. Nhiều thí nghiệm đã chứng minh rằng ảnh hưởng của việc ngâm nước chủ yếu ảnh hưởng đến biểu đồ áp suất phía trên cánh, trong khi vùng áp suất cao hầu như không thay đổi. Mức độ ảnh hưởng của việc ngâm nước lên lực nâng của cánh giảm nhanh khi mức độ ngâm tăng dần.

Dưới đây, trong hình. Hình 12 thể hiện đồ thị minh họa sự giảm chân không ở bề mặt trên của cánh khi nó tiếp cận bề mặt tự do. Từ biểu đồ này, ta suy ra rằng ảnh hưởng của bề mặt tự do là nhỏ ngay cả khi độ chìm bằng với dây của cánh, và tại h = 2, cánh có thể được coi là chìm sâu. Trong bộ lễ phục. 10, a, b, c thể hiện đặc tính thủy động lực của cánh phân đoạn phẳng có độ giãn dài λ = 5 và độ dày e = 0,06 đối với các độ ngâm tương đối khác nhau.

Đối với một cánh thực, cần phải tính đến ảnh hưởng tổng thể của tất cả các yếu tố được liệt kê ở trên: hình dạng của cánh, tỷ lệ khung hình của nó, độ chìm tương đối, v.v.

Thông số tiếp theo phụ thuộc vào độ lớn của lực phát triển trên cánh là tốc độ chuyển động. Từ quan điểm thủy động lực học của cánh, có một giá trị tốc độ nhất định, vượt quá giá trị này sẽ dẫn đến những thay đổi đáng kể về đặc tính của cánh. Lý do cho điều này là sự phát triển của hiện tượng xâm thực trên cánh và các rối loạn liên quan đến dòng chảy trơn tru của chất lỏng xung quanh mặt cắt.

Khi tốc độ tăng lên, chân không trên cánh đạt đến giá trị tại đó các bong bóng nhỏ chứa đầy hơi nước và khí bắt đầu nổi lên khỏi mặt nước. Khi tốc độ dòng chảy tăng thêm, vùng tạo bọt sẽ mở rộng và chiếm một phần đáng kể phía hút của cánh, tạo thành bong bóng khí hơi lớn trên cánh. Ở giai đoạn xâm thực này, hệ số lực nâng và lực cản bắt đầu thay đổi đáng kể; đồng thời chất lượng thủy động lực của cánh giảm.

Do tác động tiêu cực của hiện tượng xâm thực đến các đặc tính của cánh, cần phải tạo ra các mặt cắt có dạng hình học đặc biệt. Hiện tại, tất cả các biên dạng được chia thành các biên dạng hoạt động ở chế độ dòng chảy tiền tạo bọt và các biên dạng có cavitation phát triển cao. Lưu ý rằng tất cả sự phụ thuộc mà chúng tôi trình bày đều liên quan đến các cánh không tạo bọt khí (các đặc điểm của cánh máy bay tạo bọt không được xem xét trong bài viết này).

Để ngăn ngừa tác hại của hiện tượng xâm thực đến hoạt động của cánh, khi tính toán cần kiểm tra khả năng xâm thực. Có thể xảy ra hiện tượng xâm thực tại những điểm trong mặt cắt nơi áp suất giảm nhẹ xuống dưới áp suất của hơi nước bão hòa, do đó hơi và khí có thể thoát ra khỏi chất lỏng, tập trung xung quanh các bong bóng khí nhỏ nhất và các khí hòa tan trong nước. Điều kiện này có thể được viết là:

Hệ số P min cho các biên dạng phân đoạn có thể được xác định tùy thuộc vào hệ số nâng và độ dày tương đối bằng cách sử dụng biểu đồ Gutsche được hiển thị trong Hình 2. 11. Đồ thị Gutsche và phép tính sử dụng công thức đã cho có giá trị cho trường hợp chuyển động của cánh trong chất lỏng vô hạn. Tuy nhiên, như đã lưu ý, việc cánh tiếp cận bề mặt tự do sẽ làm giảm độ lớn của chân không trên cánh, do đó làm tăng giá trị tốc độ tối đa của dòng không tạo bọt xung quanh cánh.

Trong trường hợp này:

trong đó giá trị q được lấy theo đồ thị (Hình 12).

Cần lưu ý rằng việc lựa chọn chính xác các đặc điểm hình học của mặt cắt, cũng như các chế độ vận hành của chúng, có thể trì hoãn thời điểm bắt đầu tạo bọt ở tốc độ 120-130 km/h, tức là ở tốc độ cao, khá đủ cho thuyền nhỏ và thuyền máy .

Việc quét cánh có tác động tích cực đến khoảng cách từ khi bắt đầu xâm thực. Trong trường hợp này, mối quan hệ sau đây được giữ:

Ngoài hiện tượng xâm thực, cần xét đến hiện tượng không khí lọt vào cánh, hiện tượng này còn phụ thuộc rất nhiều vào tốc độ của cánh và gây ra sự thay đổi đáng kể về đặc tính thủy động lực. Khi không khí lọt vào cánh, hệ số lực nâng giảm mạnh xảy ra do chân không ở phía trên của cánh giảm xuống áp suất khí quyển, kèm theo đó là mất lực nâng và cánh bị sập dưới tác động của lực nâng. tác dụng của tải trọng đặt lên nó.

Sự xuất hiện của sự đột phá không khí phần lớn phụ thuộc vào giá trị chân không tối đa trên mặt cắt và độ sâu của cánh. Những cánh chìm ở vị trí thấp, rất gần mặt nước khi di chuyển, đặc biệt dễ xảy ra hiện tượng này. Do đó, biên dạng của cánh ngâm thấp được chế tạo với cạnh đầu sắc nét nhằm giảm độ lớn của đỉnh chân không ở phía hút (Hình 13). Đối với các phần tử chìm sâu, khả năng không khí lọt vào cánh sẽ giảm đi, do đó có thể sử dụng các mặt cắt có mũi tròn.

Trong thực tế, luồng không khí lọt vào cánh đôi khi có thể do các vật thể rơi trên cánh (cỏ nổi, mảnh gỗ, v.v.), làm hỏng bề mặt nhẵn của cánh hoặc các cạnh của nó, cũng như sự gần gũi của các thanh chống tạo bọt. , chất ổn định, v.v.

Thiết kế thiết bị cánh

Thiết kế của các thiết bị cánh thuyền bao gồm một giải pháp nhất quán cho một số vấn đề kỹ thuật, đôi khi trái ngược nhau. Ví dụ, sự gia tăng độ giãn dài tương đối của cánh, có tác dụng có lợi đối với các đặc tính thủy động lực, làm giảm độ bền của kết cấu và tăng kích thước của nó.

Chất lượng chính của hệ thống cánh phải là đảm bảo đủ độ ổn định theo phương thẳng đứng, dọc và ngang khi chuyển động của máy bay, tức là duy trì sự cân bằng không đổi giữa tải trọng đặt lên cánh và các lực thủy động lực phát sinh lên nó trong quá trình chuyển động. Cả ba loại hình bền vững này đều có liên quan chặt chẽ với nhau và đạt được theo những cách giống nhau.

Trong quá trình thuyền tăng tốc, như đã chỉ ra, lực nâng của cánh tăng lên; vì trọng lượng của thuyền không đổi nên duy trì đẳng thức:

có lẽ do sự thay đổi diện tích chìm của cánh S hoặc hệ số lực nâng C y.

Một ví dụ điển hình của việc điều chỉnh lực nâng bằng cách thay đổi diện tích ướt của cánh là loại thiết bị cánh “kệ” nổi tiếng. Trong trường hợp này, thiết bị bao gồm một loạt các cánh nằm chồng lên nhau và lần lượt nhô lên khỏi mặt nước khi tốc độ của thuyền tăng lên. Sự thay đổi đột ngột ở vùng ngập nước của cánh khi máy bay tiếp theo nhô lên khỏi mặt nước có thể được loại bỏ bằng cách sử dụng deadrise. Cần lưu ý rằng các thiết bị cánh “xếp chồng lên nhau”, giúp thuyền có độ ổn định chuyển động tốt và dễ dàng tiếp cận các cánh, có giá trị chất lượng thủy động lực học thấp do ảnh hưởng lẫn nhau của các mặt phẳng có khoảng cách gần nhau và một số lượng lớn các phần tử và chúng. kết nối. Do đó, các cánh có chất lượng cao hơn và thể hiện các mặt phẳng cánh có độ bền cao với nhịp lớn giao nhau với mặt nước thường được sử dụng nhiều hơn (Hình 14). Khi một chiếc thuyền có thiết bị cánh như vậy nghiêng, các khu vực bổ sung của cánh sẽ chìm xuống nước từ phía gót, tạo ra mô-men thăng bằng.

Một cách khác để đảm bảo sự ổn định trong chuyển động của thuyền - bằng cách thay đổi hệ số lực nâng của cánh - có thể được thực hiện bằng cách thay đổi góc tấn hoặc đưa cánh đến gần mặt nước tự do hơn.

Góc tấn công của cánh tự động thay đổi tùy theo tốc độ và vị trí của thuyền so với mặt nước. Hầu hết các hệ thống tự động hiện có đều thay đổi góc tấn tùy thuộc vào sự thay đổi độ sâu của cánh. Trong trường hợp này, góc tấn có thể được thay đổi bằng cách xoay toàn bộ cánh hoặc chỉ một phần của nó. Điều khiển tự động các góc tấn của cánh giúp đạt được độ ổn định chuyển động cao, nhưng trở ngại nghiêm trọng đối với việc sử dụng rộng rãi tự động hóa là sự phức tạp trong thiết kế cánh và hệ thống điều khiển. Một ví dụ về hệ thống đơn giản và dễ chế tạo hơn nhiều là một thiết kế cho phép thay đổi góc tấn của cánh mũi bằng cách sử dụng một đòn bẩy có phao bay dọc theo mặt nước. Khi độ chìm của bất kỳ cánh mũi tàu nào tăng lên, hệ thống sẽ cung cấp mức tăng góc tấn tương ứng, nhưng việc đạt được sự ổn định trong chuyển động của một hệ thống như vậy là rất khó.

Cách thứ hai để thay đổi hệ số lực nâng dựa trên thực tế là khi tốc độ tăng thì độ chìm của cánh giảm và hệ số lực nâng giảm. Có thể sử dụng phương pháp này nếu phương thức thiết kế hoạt động của cánh là chuyển động của chúng gần bề mặt tự do. Độ ổn định chuyển động theo phương thẳng đứng, dọc và ngang trên các cánh chịu tải thấp thường được đảm bảo dễ dàng bằng việc lựa chọn chính xác hệ số nâng và lựa chọn góc tiếp xúc của cánh phù hợp và khá đầy đủ ở chế độ khi cánh di chuyển gần bề mặt của cánh. Nước.

Khi thuyền lăn bánh, ở những phần cánh nằm gần bề mặt tự do hơn, lực nâng giảm xuống, còn ở những phần lao xuống (từ phía gót) lực nâng tăng lên. Nhờ đó, một mô men ổn định được tạo ra, hướng theo hướng ngược lại với độ nghiêng. Các bộ phận trung tâm của cánh thay đổi khả năng lặn ít đáng kể hơn và ảnh hưởng đến mô men thăng bằng ở mức độ ít hơn. Trong bộ lễ phục. Hình 15 là đồ thị biểu diễn tỉ số giữa mô men giữ thăng bằng do hai đầu cánh tạo ra và mô men toàn bộ cánh.

Biểu đồ cho thấy vai trò đặc biệt của các phần cực của cánh, kéo dài khoảng 1/4 nhịp.

Về mặt phân tích, mômen phục hồi của cánh phẳng được biểu thị bằng công thức:

Từ công thức chúng ta có thể kết luận rằng mômen ổn định phụ thuộc vào đặc điểm hình học của cánh - sải cánh l và độ giãn dài tương đối λ; việc tăng chúng sẽ dẫn đến cải thiện độ ổn định của cánh trong dòng chất lỏng, điều này phải được tính đến khi thiết kế các thiết bị cánh.

Độ ổn định ngang của chuyển động trong điều kiện nhất thời (trước khi chạm cánh) trên những chiếc thuyền có cánh chìm thấp thường không đủ. Để tăng độ ổn định, các bộ phận cánh bổ sung được sử dụng để nổi lên khỏi mặt nước ở tốc độ cao. Các phần tử như vậy có thể là các cánh bổ sung nằm phía trên mặt phẳng chính hoặc các tấm bào.

Độ ổn định của chuyển động cũng có thể được tăng lên bằng cách sử dụng cái gọi là bộ ổn định, là phần tiếp theo của mặt phẳng chính. Các bộ ổn định có thể có cùng hợp âm với mặt phẳng chính hoặc loe về phía các đầu. Phần trên của bộ ổn định, nằm gần bề mặt tự do, ngay cả khi mặt phẳng chính chìm sâu, đảm bảo sự ổn định cho chuyển động của thuyền. Góc chết của bộ ổn định phải nằm trong khoảng 25-35°. Khi (β<25° по засасывающей стороне стабилизаторов на основную плоскость может попасть атмосферный воздух; стабилизаторы с β>35° là không hiệu quả. Góc tấn công của bộ ổn định (trong các phần thẳng đứng) thường giống với mặt phẳng chính hoặc lớn hơn ~ 0,5°. Đôi khi, để tăng hiệu quả của bộ ổn định, góc tiếp cận được thay đổi, bắt đầu từ 0° ở phía dưới (so với mặt phẳng chính) và lên đến 1,5-2° ở đầu trên.

Điều đặc biệt quan trọng đối với các cánh hoạt động gần bề mặt tự do là hình dạng của đầu mặt cắt của chúng. Trong bộ lễ phục. 16 cho thấy các biên dạng tàu cánh ngầm nhận được mức chênh lệch lớn nhất và Bảng. 1 cho thấy tọa độ cho việc xây dựng của họ.

Cấu hình tốc độ cao Walchner với mũi tròn có đặc tính thủy động lực tốt và tốc độ khởi phát bọt khí cao, tuy nhiên, việc sử dụng cấu hình này bị giới hạn ở các bộ phận của thiết bị cánh nằm ở vị trí chìm đáng kể (hơn một nửa dây cung cánh) so với mặt nước. bề mặt.

Đối với các phần tử tải thấp, các cấu hình có cạnh sắc được sử dụng, có đặc điểm kém hơn một chút, nhưng cung cấp chế độ dòng chảy ổn định hơn.

Đối với các bộ phận chìm sâu, cũng như đối với các bộ ổn định cánh, cùng với đoạn lồi phẳng, có thể sử dụng đoạn “lune” lồi-lõm. Biên dạng dạng “lỗ” có chất lượng thủy động lực cao hơn so với đoạn phẳng nhưng khó chế tạo hơn.

Trong một số trường hợp, để cải thiện chất lượng thủy động lực học, các biên dạng phân đoạn được sửa đổi, dịch chuyển vị trí của độ dày tối đa từ giữa biên dạng đến mũi (đặt ở vị trí 35-40% dây cung) hoặc đơn giản là lấp đầy một chút mũi của hồ sơ.

Độ dày biên dạng tối đa được lựa chọn dựa trên các điều kiện đảm bảo các đặc tính thủy động lực tốt, cường độ kết cấu và không có hiện tượng xâm thực. Thông thường e = 0,04 0,07; độ lõm của mặt dưới của mặt cắt “lune” f n - 0,02.

Đối với các trụ đỡ, các mặt cắt phân đoạn hai mặt lồi có hệ số điện trở thấp được sử dụng; thường e của họ = 0,05.

Nhược điểm chính của thiết bị cánh chìm thấp là khả năng đi biển kém: cánh thường bị lộ ra ngoài, mất lực nâng. Những rung động do con thuyền gây ra có thể lớn đến mức không thể di chuyển trên cánh do tác động rất mạnh xuống mặt nước; tốc độ di chuyển giảm mạnh.

Khả năng đi biển của thuyền có cánh chìm thấp có thể được cải thiện bằng cách sử dụng các bộ phận bổ sung nằm bên dưới hoặc phía trên mặt phẳng chính.

Trong trường hợp đầu tiên (Hình 17, a), một bộ phận chìm sâu bổ sung, ít bị sóng tác động và tạo ra lực nâng không đổi, có tác dụng ổn định cho thuyền, giảm khả năng mái rơi xuyên qua. Tải trọng trên các phần tử như vậy có thể lên tới 50% tải trên toàn bộ thiết bị. Đối với thuyền phân khối nhỏ, kích thước của mặt phẳng ngập sâu nhỏ đến mức khi đi dọc theo luồng bị tắc, mặt phẳng như vậy có thể dễ dàng bị hư hỏng, vì vậy nên sử dụng các chi tiết hình con mòng biển (Hình 17.6). Thiết bị “mòng biển” ở phần giữa của cánh chìm thấp, không làm giảm đặc tính ổn định, giúp cải thiện khả năng đi biển của thuyền. Góc chết của hải âu được chọn trong khoảng 25-35°; vì lý do ổn định, nhịp được lấy không quá 0,4-0,5 toàn bộ nhịp của mặt phẳng. Hiệu suất thấp hơn một chút của "mòng biển" (so với phần tử phẳng, chìm sâu) được chứng minh bằng tính đơn giản và độ tin cậy của thiết kế.

Việc lắp đặt các mặt phẳng bổ sung phía trên mặt phẳng chính (Hình 17, c) không loại bỏ được tình trạng hỏng cánh, tuy nhiên, việc chúng đi xuống nước làm giảm biên độ nghiêng và làm giảm tác động của thân tàu lên mặt nước. Tuy nhiên, sơ đồ này có điện trở lớn hơn một chút ở tốc độ tối đa so với sơ đồ có phần tử chìm sâu (do khả năng cuốn trôi các mặt phẳng bổ sung), tuy nhiên, với việc bố trí và lựa chọn chính xác diện tích của các mặt phẳng bổ sung này, nó sẽ Có thể giảm lực cản của thuyền ở chế độ chuyển tiếp, khi chúng đồng thời đóng vai trò là mặt phẳng khởi động, tăng tốc độ phóng thuyền lên cánh.

Khả năng đi biển của con thuyền có thể được cải thiện nhờ cánh xuôi. Trong trường hợp này, diện tích cánh được trải rộng trên mặt sóng, điều này làm giảm khả năng tiếp xúc đồng thời của toàn bộ mặt phẳng cánh. Ngoài ra, khả năng đi biển trong vùng nước gồ ghề được cải thiện khi góc tấn của cánh tăng 1-1,5° so với góc tấn trong vùng nước lặng. Vì vậy, mong muốn có một hệ thống gắn thiết bị cánh vào thân để có thể dễ dàng thay đổi góc tấn của cánh tùy theo trạng thái kích thích; Hơn nữa, hệ thống như vậy còn hỗ trợ rất nhiều cho quá trình lựa chọn góc tấn công tối ưu của cánh trong thời gian thử nghiệm thuyền.

Khả năng đi biển của thuyền phần lớn phụ thuộc vào sự phân bổ trọng lượng của thuyền giữa các thiết bị cánh. Đối với loại thuyền hai cánh (mũi và đuôi) phổ biến nhất hiện nay, chúng ta có thể phân biệt đại khái ba phương án phân bổ trọng lượng thuyền:

1) phần lớn trọng lượng (hơn 70-75%) rơi vào thiết bị mũi;
2) trọng lượng của thuyền được phân bổ gần như bằng nhau giữa các thiết bị ở mũi và đuôi tàu;
3) phần lớn trọng lượng rơi vào thiết bị cấp liệu.

Trong các dự án thuyền nước ngoài, cả ba phương pháp phân bổ trọng lượng đều thường được sử dụng như nhau; trong thực tế đóng thuyền trong nước, phương án thứ hai thường được sử dụng nhiều nhất. Như thực tế đã chỉ ra, sự phân bổ tải trọng như vậy mang lại cho con thuyền khả năng đi biển tốt nhất.

Bước đầu tiên trong việc thiết kế tàu cánh ngầm là xác định tốc độ có thể đạt được với công suất động cơ nhất định (hoặc giải bài toán nghịch đảo).

Vận tốc của thuyền có thể được xác định từ công thức:

N e - công suất tiêu thụ của động cơ hiện có, l. Với.;
η là hiệu suất đẩy tổng thể của hệ thống lắp đặt cơ khí, có tính đến tổn thất trong quá trình vận hành đường trục và chân vịt;
R là tổng lực cản của thuyền (kg) khi chuyển động với tốc độ υ (m/s).

Tổng sức cản có thể được biểu thị thông qua giá trị chất lượng thủy động K:

Khi đó các công thức (1), (2) có dạng:

Việc tính toán đủ chính xác lực cản của nước đối với chuyển động của tàu cánh ngầm là vô cùng khó khăn. Hiện nay, với mục đích này, kết quả thử nghiệm của các mô hình kéo trong bể thử nghiệm hoặc vùng nước mở được sử dụng. Mô hình được thực hiện chính xác theo bản chất, nhưng ở quy mô nhỏ hơn. Khi tính toán lại lực cản dựa trên kết quả thử nghiệm mô hình tại hiện trường, người ta thường giả định rằng các giá trị chất lượng thủy động lực của mô hình và thuyền thiết kế ở cùng tốc độ tương đối (nếu số Froude của mô hình và thuyền thực tế bằng nhau) trong mọi phương thức chuyển động đều bằng nhau.

Việc chuyển đổi tương tự về chất lượng thủy động lực có thể được thực hiện từ bất kỳ nguyên mẫu nào được chấp nhận sang chiếc thuyền được thiết kế.

Giá trị hiệu suất đẩy tổng thể được xác định như sau:

Đối với thuyền truyền động trực tiếp bằng động cơ – chân vịt thì η m = 0,9 0,95. Khi đưa hộp số vào đường trục η m = (0,9 0,95); ηη rút gọn = 0,8 0,9. Đối với thuyền máy có cột góc (bánh răng hình chữ Z ở chân vịt) thì ηm nằm trong khoảng 0,8 0,95 tùy theo chất lượng của bánh răng.

Việc xác định chính xác ηp chỉ có thể thực hiện được bằng cách tính đường cong hoạt động của chân vịt. Giá trị này phụ thuộc vào nhiều yếu tố: tốc độ; Số lần xoay vòng; kích thước chân vịt được chấp nhận; vị trí tương đối của cánh, các bộ phận nhô ra và cánh quạt, v.v. Lưu ý rằng việc lựa chọn và chế tạo cánh quạt là một công việc phức tạp và rất có trách nhiệm.

Đối với cánh quạt được lựa chọn kỹ càng và chế tạo kỹ càng thì η р = 0,6 0,75 ở tốc độ 30-50 km/h (ở tốc độ cao η р giảm nhẹ).

Việc tạo ra một mô hình và xác định khả năng chống kéo của nó là khó khăn và tốn kém, vì vậy phương pháp này không được chấp nhận đối với từng công trình xây dựng. Thông thường, trong những trường hợp như vậy, phương pháp gần đúng được sử dụng, dựa trên việc sử dụng dữ liệu thống kê từ các cuộc thử nghiệm các tàu thuyền hiện có.

Vì có thể không có dữ liệu về giá trị K và η p ngay cả đối với thuyền đã đóng nên khi xác định công suất yêu cầu hoặc tốc độ có thể đạt được theo (3) và (4), cần sử dụng hệ số chất lượng động cơ đẩy K η giá trị của nó có thể được tính nếu công suất, tốc độ và độ dịch chuyển:

Khi sử dụng hệ số chất lượng động cơ đẩy đạt được theo cách này, nó phải được điều chỉnh có tính đến sự khác biệt giữa thuyền thiết kế và thuyền nguyên mẫu.

Khi tốc độ chuyển động tăng lên đến tốc độ tương ứng với thời điểm bắt đầu tạo bọt trên cánh, chất lượng thủy động lực giảm xảy ra chủ yếu do sự gia tăng lực cản của các bộ phận nhô ra, lực phun và lực cản khí động học (tức là lực cản không khí). . Độ lớn của các thành phần lực cản này phụ thuộc vào bình phương tốc độ chuyển động và diện tích bề mặt của cả phần nhô ra và bản thân cơ thể, được làm ướt bằng nước hoặc trong không khí.

Đối với các tàu cánh ngầm hiện có, lực cản của các bộ phận nhô ra, lực cản phun và lực cản khí động học ở tốc độ 60-70 km/h là 20-25% và đối với các thuyền nhỏ - lên tới 40% tổng lực cản.

Vấn đề chính trong việc thiết kế tàu cánh ngầm có chất lượng thủy động lực cao, lực đẩy tốt và khả năng đi biển là việc lựa chọn các bộ phận của tàu cánh ngầm.

Giá trị ban đầu để chọn kích thước của cánh là diện tích phần chìm của nó, được xác định theo tỷ lệ:

Hệ số nâng được chọn trong khoảng 0,1-0,3; trong trường hợp tổng quát C y phụ thuộc vào tốc độ thiết kế. Giá trị hệ số lực nâng của cánh sau để tăng độ ổn định chuyển động được lấy lớn hơn hệ số nâng của cánh trước từ 20-50%.

Kích thước cánh (sải cánh l và dây b) được chỉ định sau khi xác định diện tích cánh, có tính đến nhu cầu đảm bảo chất lượng thủy động lực đủ cao, độ ổn định ngang của tàu và độ bền của cánh.

Như đã lưu ý, độ giãn dài xác định giá trị của đặc tính thủy động lực. Thông thường họ lấy λ = l/b > 5. Cần lưu ý rằng việc tăng sải cánh sẽ làm tăng đáng kể độ ổn định ngang của tàu khi hành trình.

Đối với các tàu thuyền nhỏ, việc đảm bảo sự ổn định ngang khi di chuyển là đặc biệt quan trọng. Theo kinh nghiệm vận hành cho thấy, tổng sải cánh không được nhỏ hơn chiều rộng thân thuyền và nhỏ hơn 1,3 - 1,5 m.

Đối với những chiếc thuyền có tốc độ tương đối thấp, việc thực hiện các yêu cầu này không gây ra những phức tạp trong việc đảm bảo độ bền của cánh. Có thể sử dụng cánh có hai hoặc ba thanh chống làm bằng thép, hợp kim nhôm-magie hoặc thậm chí là gỗ. Việc sử dụng cánh có bộ ổn định nghiêng (hình thang) cho phép bạn giảm số lượng thanh chống xuống còn một hoặc hai. Tuy nhiên, khi tốc độ tương đối tăng lên, sức mạnh của đôi cánh trở thành yếu tố quyết định. Để đảm bảo độ bền của cánh, cần lắp đặt một số lượng lớn thanh chống, điều này cực kỳ không mong muốn do tăng lực cản và tăng thêm khả năng không khí xuyên qua bề mặt trên của cánh; cần phải chế tạo các mặt phẳng có chiều rộng thay đổi hoặc sử dụng các sơ đồ có cánh đứng tự do.

Trong bộ lễ phục. Hình 18 thể hiện các đường cong thể hiện sự thay đổi ứng suất hiệu dụng ở cánh tùy thuộc vào tốc độ thiết kế của thuyền. Những đường cong này được vẽ cho cánh mũi của một chiếc thuyền có lượng giãn nước 500 kg, có hai cánh phẳng tải trọng thấp, tải trọng được phân bố đều.

Biểu đồ hiển thị sự phụ thuộc cho hai trường hợp:

• cánh căn cứ vào các điều kiện đảm bảo độ ổn định ngang có một mặt phẳng (đường cong nét đứt);
• cánh bao gồm hai cánh đứng tự do có tỷ lệ khung hình nhất định (các đường cong được hiển thị dưới dạng đường liền nét).

Trong mọi trường hợp, cánh hình chữ nhật phẳng có Cy = 0,15 và độ dày tương đối 6% được sử dụng.

Như có thể thấy trên biểu đồ, ở tốc độ trên 10-12 m/giây, để đảm bảo độ bền của cánh theo phương án thứ nhất, cần lắp thêm thanh chống thứ ba, điều này sẽ làm giảm nhẹ chất lượng thủy động lực. hoặc sử dụng vật liệu có tính chất cơ học cao hơn. Đồng thời, đối với các cánh đứng tự do, khi lắp từng thanh chống, ứng suất tương tự xuất hiện ở tốc độ cao hơn nhiều (20-25 m/giây).

Biểu đồ đã cho có thể được sử dụng để lựa chọn vật liệu cánh khi thiết kế những chiếc thuyền có lượng giãn nước tương tự. Trong từng trường hợp cụ thể, cần tính toán chi tiết và chính xác hơn về độ bền của cánh, coi cánh như một bộ khung gồm các thanh phẳng và thanh chống.

Kinh nghiệm vận hành tàu và thử nghiệm tàu ​​cánh ngầm cho thấy, khi di chuyển theo sóng, cánh phải chịu tải trọng vượt xa tải trọng tĩnh V. Hậu quả quá tải là do hỏng hóc khi cánh cắt qua sóng, thay đổi góc tấn. của cánh do sự xuất hiện của độ nghiêng dọc và dọc và sự hiện diện của các hạt nước vận tốc quỹ đạo trong quá trình sóng, cũng như những thay đổi khi chìm trong cánh. Về vấn đề này, khi tính toán độ bền của cánh, cần phải tăng giới hạn an toàn:

Thông thường, đối với các phần tử ngập nhẹ, lấy n = 3. Xét rằng khi cánh được ngâm càng sâu thì sự thay đổi lực nâng tác dụng lên nó do ảnh hưởng của bề mặt tự do sẽ giảm đi, đối với các mặt phẳng ngập sâu, hệ số an toàn có thể bằng giảm nhẹ.

Khi tính toán độ bền của các bộ phận cánh nhô lên khỏi mặt nước trong quá trình chuyển động, cần xác định một tải trọng có điều kiện nhất định có thể tác dụng lên chúng khi chuyển động theo sóng, chuyển động lắc, v.v. Trong trường hợp này, giả sử rằng tải trọng này là ngẫu nhiên và giới hạn an toàn giảm xuống n=1,25 1,5.

Ngoài việc xác định các kích thước cơ bản của mặt phẳng chịu lực, trong quá trình thiết kế cần xác định chiều cao của giá đỡ. Đồng thời, người thiết kế phải đối mặt với những yêu cầu trái ngược nhau. Một mặt, việc tăng chiều cao của các thanh chống ở cánh giúp cải thiện khả năng đi biển của tàu và giảm lực cản khi di chuyển cả khi nước động và nước lặng. Mặt khác, việc tăng chiều cao của các thanh chống có thể dẫn đến suy giảm độ ổn định dọc và ngang của thuyền, và quan trọng nhất là nó làm tăng lực cản của thuyền trong các chế độ trước khi di chuyển bằng cánh ( do bề mặt ướt của thanh chống tăng lên, giá đỡ trục các đăng bổ sung, v.v.).

Thông thường, khi xác định chiều cao của giá đỡ, các cân nhắc sau sẽ được tính đến. Yếu tố quan trọng nhất là khoảng cách tối đa từ trục chân vịt đến thân tàu, được xác định bởi vị trí chung của hệ thống lắp đặt cơ khí (động cơ, mô tơ phía ngoài) trên thuyền và điều kiện hoạt động của chân vịt. Ví dụ, với động cơ phía ngoài Moscow, khoảng cách này không vượt quá 230-250 mm (tương ứng với chiều cao ngang 290-300 mm); Việc đào sâu thêm (hạ thấp) động cơ là không thực tế, vì nó có thể gây ra hiện tượng khởi động kém, nước lọt vào xi lanh và bugi đánh lửa, v.v.

Khi sử dụng động cơ đứng yên cần tiến hành từ điều kiện đặt động cơ dọc theo chiều dài thuyền và đảm bảo góc trục bình thường (không quá 10-12°). Việc sử dụng bánh răng hình chữ Z (cột góc) cho phép bạn tăng khoảng cách từ cánh quạt đến vỏ, ngay cả khi lắp đặt động cơ đứng yên.

Chiều cao của các thanh chống cánh sau hk phải sao cho khi di chuyển trên cánh, cánh quạt không bị lộ ra ngoài và không hút được không khí trong khí quyển. Nên đặt chân vịt dưới mặt phẳng cánh, chừa khoảng trống giữa cánh và cánh bằng 10-15% đường kính chân vịt.

Khi lắp động cơ phía ngoài, cánh thường được lắp ngang với tấm chống xâm thực.

Chiều cao của các thanh chống cánh mũi hp được xác định dựa vào giá trị độ lệch của thuyền khi di chuyển trên các cánh và có thể được tính theo công thức:

Công thức này mang tính gần đúng vì nó không tính đến sự biến dạng của mặt nước phía sau cánh mũi tàu, vốn ảnh hưởng đến góc chạy tàu.

Đối với thuyền máy và thuyền máy hiện có ψ = 1 3°. Đối với những chiếc thuyền có tốc độ tương đối cao, góc cắt được chọn ít hơn một chút, vì trong trường hợp này, chế độ chạm cánh sẽ chuyển sang tốc độ thấp hơn và lực cản trên “bướu” giảm.

Một trong những vấn đề chính cần giải quyết khi thiết kế tàu cánh ngầm là lối ra các cánh. Đối với những chiếc thuyền có tốc độ tương đối cao, vấn đề này có thể trở thành một vấn đề lớn.

Trong quá trình tăng tốc, khi lực nâng của cánh còn nhỏ thì thuyền chuyển động trên thân tàu. Với tốc độ ngày càng tăng, lực nâng của cánh tăng lên và con thuyền bắt đầu di chuyển trước tiên ở cánh mũi và thân tàu, và với tốc độ tăng thêm - trên cả hai cánh. Khi thuyền chạm tới cánh mũi, lực cản chuyển động của nước đạt giá trị lớn nhất; trên đường cong điện trở, thời điểm này tương ứng với một “bướu” đặc trưng (xem Hình 1). Khi vật nổi lên khỏi mặt nước, bề mặt ướt của nó giảm đi và lực cản giảm xuống. Ở một tốc độ nhất định - cái gọi là tốc độ cánh - thân tàu được nâng lên hoàn toàn khỏi mặt nước. Khi chọn diện tích cánh, việc tính toán không chỉ là tốc độ tối đa mà còn cả tốc độ cất cánh khỏi mặt nước.

Lực nâng của cánh ở mọi tốc độ của thuyền cân bằng trọng lượng của nó. Do đó, nếu ở tốc độ lớn nhất v diện tích cánh ngập nước S và hệ số lực nâng C y, và ở tốc độ cất cánh υo diện tích cánh S o và hệ số lực nâng C y0 thì phải thỏa mãn điều kiện sau:

Do ở tốc độ tối đa cánh phẳng bị ngập nước ít, còn khi cất cánh thì độ chìm của nó lớn hơn nhiều nên giá trị C y0 thường lớn hơn C y 1,5-2 lần. Ngoài ra, khi bắt đầu hành trình trên cánh, độ cong của thuyền thường lớn hơn ở tốc độ tối đa, điều này cũng dẫn đến C y0 tăng (khoảng 1,2-1,5 lần) do góc nghiêng tăng. cuộc tấn công của cánh α.

Xét diện tích ngập nước của cánh phẳng không đổi, từ đẳng thức trên (7) có thể suy ra rằng đối với thuyền có cánh phẳng, hơi ngập nước thì tốc độ cất cánh là:

Kinh nghiệm cho thấy rằng việc vượt qua gờ cản với tỷ số tốc độ như vậy chỉ có thể thực hiện được ở tốc độ tương đối thấp. Trong bộ lễ phục. Hình 19 thể hiện sự thay đổi lực cản của các thuyền có cùng lượng giãn nước nhưng có tốc độ thiết kế lớn nhất khác nhau. Như có thể thấy từ biểu đồ trên, trong khi ở tốc độ tối đa lực cản gần như không đổi, ở chế độ thoát cánh nó tăng đáng kể khi tăng tốc độ cất cánh.

Để khắc phục gờ kéo ở tốc độ tương đối cao, thuyền có cánh phẳng phải có bề mặt bào phụ hoặc cánh phụ hoặc có khả năng thay đổi góc tấn của mặt phẳng chính của cánh khi di chuyển. Để giảm tốc độ tách thân tàu khỏi nước, cần tăng đáng kể tổng diện tích các bề mặt chịu lực. Các bề mặt chịu lực bổ sung phải được bố trí sao cho khi tốc độ tăng lên và các mặt phẳng chính nhô lên, chúng dần dần nổi lên khỏi mặt nước và không tạo thêm lực cản; Để làm điều này, nên làm cho chúng đứng yên (góc deadrise 20-30°) và không đưa chúng lại gần thân và mặt phẳng chính ở khoảng cách nhỏ hơn dây cung của cánh.

Để tăng hiệu quả của các phần tử khởi đầu, nên lắp đặt các phần tử phía trên có góc tấn lớn hơn các phần tử phía dưới. Việc lắp đặt các mặt phẳng phụ (khi di chuyển ở tốc độ tối đa) phía trên mặt nước, như đã lưu ý, làm tăng khả năng đi biển và độ ổn định của tàu.

Như có thể thấy từ hình. 19, ở tốc độ tàu chạm tới cánh, lực cản chủ yếu là lực cản của thân tàu. Theo đó, để thuận tiện cho việc tăng tốc, thân tàu phải có đường viền hài hòa, tương tự như các tàu thông thường được thiết kế để di chuyển với tốc độ tương ứng với chế độ sải cánh.

Trong bảng 2 thể hiện những yếu tố chính và những yếu tố so sánh! đặc điểm của năm chiếc thuyền máy cánh ngầm nội địa và một chiếc thuyền có cánh sáu chỗ ngồi "Volga" (Hình 20), minh họa rõ ràng cho những điểm nêu trên.

Tính toán thiết bị cánh cho thuyền máy nhựa "L-3"

Ví dụ: tính toán các cánh được thực hiện cho thuyền máy nhựa “L-3” (“MK-31”), các yếu tố chính được nêu trong Bảng. 2. Thân của nó được làm bằng sợi thủy tinh dựa trên nhựa polyester, được gia cố bằng sợi thủy tinh. Trọng lượng thùng 120kg. Một chiếc thuyền không có cánh, chở bốn người trên tàu, phát triển (với động cơ Moskva) tốc độ chỉ khoảng 18 km/h, do đó, để tăng tốc độ, người ta quyết định lắp đặt tàu cánh ngầm (Hình 21, 22).

Khi thiết kế cánh, ngoài những yêu cầu cơ bản để đảm bảo sự ổn định của thuyền, các nhiệm vụ sau được đặt ra:

• đảm bảo hiệu suất tốc độ cao của thuyền máy có tổng lượng giãn nước 480 kg (bốn người trên tàu) khi lắp đặt cùng một động cơ phía ngoài “Moscow”;
• đảm bảo đủ khả năng đi biển khi chạy cánh ria với đầy tải ở độ cao sóng 300 mm.

Dựa trên kinh nghiệm thử nghiệm và vận hành tàu cánh ngầm, người ta quyết định thiết kế cánh bao gồm một cánh mũi dẹt, hơi ngập nước (chở khoảng 50% tải trọng) với bộ phận có khả năng đi biển, ngập sâu dưới dạng một cánh. “mòng biển” và một cánh phẳng phía sau.

Diện tích cánh được tính theo thứ tự sau.

Xác định tốc độ ước tính của thuyền. Do thiết kế cánh được chọn của thuyền tương tự như thiết kế được sử dụng trên thuyền của P. Korotkov và tốc độ di chuyển của chúng gần nhau nên giá trị chất lượng lực đẩy của thuyền “L-3” được coi là giống như trên P. . Thuyền của Korotkov, tức là K η = 5 ,45.

Tại giá trị K η này tốc độ của ca nô là:

Kích thước cánh. Dựa vào vị trí trọng tâm của thuyền và vị trí của cánh đuôi tàu mà xác định được vị trí chiều dài của cánh mũi. Vì giả sử tải trọng tác dụng lên các cánh được phân bố đều:
Để loại bỏ ảnh hưởng tiêu cực của cánh mũi đến khoảng cách đuôi tàu giữa chúng phải có ít nhất 12-15 dây của cánh mũi và đối với loại thuyền này là L k = 2,75 m.

Để đạt được tốc độ cao, khả năng đi biển và giảm lực cản ở chế độ tiếp cận cánh, giá trị trung bình của hệ số lực nâng ở cánh mũi được lấy bằng Cyn = 0,21. Đồng thời, giá trị hệ số nâng của các phần chìm nhẹ của cánh có phần nhỏ hơn giá trị này, đảm bảo tăng độ ổn định của cánh khi di chuyển; giá trị trung bình Su của phần tử bị chôn sâu có phần lớn hơn do nó được nhúng chìm đáng kể. Hệ số lực nâng của cánh đuôi tàu khi xét đến tốc độ thấp của thuyền lấy bằng Сук = 0,3.

Đối với các giá trị C y đã chọn, diện tích của cánh (tức là diện tích hình chiếu của cánh lên mặt phẳng ngang) bằng:

Để đảm bảo đủ độ ổn định ngang, sải cánh của cánh mũi được giả định là ln = 1,5 m; do đó có hợp âm cánh:

Người ta quyết định làm cánh đuôi tàu theo kích thước của con thuyền; trong điều kiện này, nhịp của nó hóa ra là l n = 1350 mm và dây cung của nó:

Với kích thước cánh đã chọn, độ giãn dài mặt phẳng lớn λ n = 7,5 và λ k = 8,5 đảm bảo chất lượng thủy động lực cao của thuyền.

Đối với trường hợp đang xem xét, nhịp của “mòng biển” ban đầu được lấy là 500 mm. Tuy nhiên, để tăng độ sâu tuyệt đối và tương đối của phần tử chìm sâu và từ đó tăng khả năng đi biển của cánh, người ta đã quyết định, đồng thời duy trì diện tích của phần tử chìm sâu và góc chết của nó, để tăng sải cánh của nó lên 600 mm bằng cách giảm giá trị dây trung bình xuống 170 mm. Để đảm bảo diện tích của các mặt phẳng chìm thấp không thay đổi, tổng sải cánh đã được tăng lên 1550 mm.

Như tính toán độ bền của cánh cho thấy, khi chuyển động trên mặt nước lặng, ứng suất ở cánh đạt giá trị ο = 340 kg/cm2. Với hệ số an toàn n = 3, độ bền của cánh có thể được đảm bảo bằng cách sử dụng vật liệu οT = 1200 kg/cm2.

Để giảm trọng lượng của thiết bị cánh, vật liệu là hợp kim nhôm-magiê chống ăn mòn có khả năng hàn tốt thuộc nhãn hiệu AMg-5V, có οT = 1200 kg/cm 2.

Thiết kế cấu trúc cánh của thuyền được thể hiện trong hình. 23.

Xác định chiều cao của các thanh chống cánh. Theo điều kiện đặt động cơ trên ngang thuyền, người ta chọn chiều cao của giá đỡ cánh đuôi hk = 140 mm (chiều cao của phần cắt cho kẹp động cơ trên ngang là 300 mm).

Sau khi thiết lập giá trị của nẹp chạy ψ = 1°20", ta thu được chiều cao của thanh chống cánh mũi:

Tuy nhiên, giá trị được chấp nhận của hệ số lực nâng cao hơn một chút so với trên thuyền của P. Korotkov, tuy nhiên, người ta không nên sợ lực cản tăng ở chế độ “bướu”, vì tốc độ tương đối của thuyền L-3 tăng đáng kể ít hơn chiếc thuyền nguyên mẫu. Ngoài ra, chiều rộng đáy thuyền lớn và các nếp gấp dọc phần nào làm giảm lực cản của thân thuyền ở chế độ bung cánh.

Để cải thiện hiệu suất và hiệu suất của thuyền, các tính năng thiết kế sau đã được cung cấp cho thiết bị cánh:

• các đầu tự do của cánh mũi được làm tròn nhẵn, giúp giảm tổn thất ở đầu do hình thành xoáy và do đó làm tăng chất lượng thủy động lực học và độ ổn định của chuyển động;
• mép vào của các phần hơi ngập nước của cánh được uốn cong xuống 1 mm, bằng cách giảm góc tiếp cận của cánh xuống nước, giúp giảm nước bắn tung tóe khi chèo thuyền trong sóng, khi cánh định kỳ nhảy lên khỏi mặt nước, cắt ngang làn sóng;
• Các thanh chống của cánh mũi được làm bằng tiết diện thay đổi: các phần của thanh chống ở trong nước trong quá trình chuyển động mỏng hơn và ở phần tiếp giáp với thân tàu, chúng dày hơn. Điều này làm giảm lực cản của thanh chống khi di chuyển mà không làm giảm độ bền của cánh;
• các thanh chống cánh phía trên mực nước ở tốc độ thiết kế nghiêng về phía trước, giúp giảm hiện tượng bắn nước khi các thanh chống vượt qua mặt nước;
• cánh mũi và đuôi tàu có dây buộc giúp bạn dễ dàng thay đổi góc cánh để chọn góc tấn tối ưu cho các tải trọng khác nhau của thuyền và tùy theo sóng;
• Thiết kế của phần đính kèm cánh mũi mang đến khả năng lắp đặt một cơ chế cho phép bạn chọn các góc tấn công của cánh khi đang di chuyển.

Các cuộc thử nghiệm trên biển đã cho thấy tốc độ tốt và khả năng đi biển của con thuyền. Khi nạp đầy tải, nó dễ dàng thoát ra khỏi cánh và di chuyển đều đặn với tốc độ khoảng 32 km/h. Khi có sóng có chiều cao sóng lên tới 0,5 m, thuyền di chuyển bằng đôi cánh mà không bị va đập hay va đập đột ngột. Thuyền có khả năng cơ động tốt. Khi giảm tải trọng (một hoặc hai người), thuyền không bị mất ổn định vì chuyển động xảy ra trên một “mòng biển” và các phần cánh chìm nhẹ, bào dọc theo mặt nước, ổn định chuyển động tốt. Đồng thời, cánh phía sau quá gần bề mặt nên đôi khi nó cũng phẳng.

Sơ đồ tính toán thiết bị cánh cho thuyền máy L-3 về cơ bản có thể được sử dụng để tính toán cánh của bất kỳ thuyền máy và thuyền máy nào. Tuy nhiên, trong từng trường hợp cụ thể, những đặc điểm cụ thể có thể phát sinh sẽ gây ra sự thay đổi trong trình tự hoặc cần phải tính toán và làm rõ chi tiết hơn.

Chế tạo, lắp đặt và thử nghiệm thiết bị cánh

Để sản xuất cánh, trên thực tế, nhiều loại vật liệu được sử dụng, nhưng hầu hết các cánh thường được làm bằng thép hàn hoặc hợp kim nhôm-magiê (và để đơn giản là rắn).

Quá trình tốn nhiều công sức nhất là xử lý các cánh dọc theo mặt cắt. Có một số cách đã biết để có được hình dạng cánh nhất định, nhưng hai trong số đó là phổ biến nhất (Hình 24):

1) các mặt phẳng của cánh được làm từ các phôi cắt từ ống. Đường kính của ống trống đối với một biên dạng có dạng đoạn tròn có thể được xác định bằng cách sử dụng biểu đồ (Hình 25). Bề mặt bên trong của ống được phay trên một mặt phẳng và bề mặt bên ngoài được mài theo hình dạng mong muốn;

2) các mặt phẳng của cánh được làm bằng vật liệu dạng tấm. Để có được biên dạng mong muốn, bề mặt phía trên được bào hoặc phay theo tọa độ quy định và các “bước” kết quả được sắp xếp thủ công.

Nếu cần thiết phải có được hình dạng lồi-lõm, mặt phẳng cánh được uốn cong hoặc vật liệu được chọn cơ học.

Các cánh có kích thước nhỏ, nếu không thể gia công cơ học thì có thể làm bằng cách giũa thủ công.

Trong quá trình xử lý và kiểm tra biên dạng của cánh và thanh chống đã hoàn thiện, các mẫu thường được sử dụng, được sản xuất theo tọa độ cho trước với độ chính xác ± 0,1 mm. Độ lệch của biên dạng so với mẫu không được vượt quá ±1°/o so với độ dày cánh tối đa.

Sau khi xử lý các mặt phẳng và thanh chống, các cánh được lắp ráp. Để đảm bảo độ chính xác của việc lắp ráp và ngăn ngừa biến dạng trong quá trình hàn, các cánh nên được lắp ráp và hàn trong đồ gá, có thể làm bằng kim loại hoặc thậm chí là gỗ. Các đường hàn phải được giũa xuống.

Để giảm khả năng không khí xuyên qua các thanh chống lên bề mặt trên của cánh, các vị trí tiếp giáp của các thanh chống với các mặt phẳng phải có sự chuyển tiếp trơn tru dọc theo bán kính và bán kính chuyển tiếp ở phần lớn nhất của thanh chống không được vượt quá. 5% hợp âm của nó và bán kính chuyển tiếp lớn nhất ở mũi phải là 2-3 mm.

Cánh đã lắp ráp không được có sai lệch vượt quá các giá trị sau:

• sải cánh và dây cung ±1% dây cung cánh;
• dây thanh chống ±1% dây thanh chống;
• sự khác biệt giữa các góc lắp đặt ở bên phải và bên trái (“xoắn”) ±10";
• độ nghiêng của mặt phẳng dọc theo chiều dài thuyền và chiều cao của giá đỡ là ±2-3 mm.

Sau khi lắp ráp và kiểm tra, bề mặt của cánh và thanh chống được mài và đánh bóng. Đánh bóng làm giảm lực cản trong quá trình di chuyển và do đó làm tăng chất lượng thủy động lực của thuyền.

Nếu sơn được cung cấp để bảo vệ cánh khỏi bị ăn mòn thì sau khi hoàn thiện bề mặt sẽ được sơn và đánh bóng. Để sơn cánh, nhiều loại men và vecni, nhựa polyester và epoxy và các lớp phủ chống thấm khác thường được sử dụng. Trong quá trình vận hành, lớp sơn và vecni phải được thay mới thường xuyên vì nước chảy quanh cánh với tốc độ cao khiến chúng bị phá hủy nhanh chóng.

Cánh đã hoàn thiện được lắp đặt trên thuyền. Vị trí của cánh so với thân phải được giữ đúng theo tính toán. Độ ngang của các mặt phẳng được kiểm tra theo cấp độ và các góc lắp đặt được kiểm tra bằng thước đo góc với độ chính xác ±5".

Các phần gắn của cánh vào thân phải đủ cứng và chắc để đảm bảo rằng các góc tiếp xúc được cố định trong quá trình di chuyển khi cánh bị quá tải đáng kể. Ngoài ra, các dây buộc phải cho phép thay đổi dễ dàng (trong khoảng ±2 3°) đối với các góc lắp đặt của các mặt phẳng chính của cánh. Đối với những chiếc thuyền khác biệt đáng kể so với nguyên mẫu về thiết kế cánh đã chọn, tốc độ tương đối hoặc các đặc điểm khác.

Nên cung cấp khả năng sắp xếp lại các cánh theo chiều cao (để chọn vị trí tối ưu).

Như thực tế đã chỉ ra, việc đáp ứng các yêu cầu quy định về độ chính xác của việc chế tạo và lắp đặt tàu cánh ngầm là điều kiện cần; Thông thường, ngay cả những sai lệch nhỏ so với kích thước quy định cũng có thể dẫn đến hỏng hóc hoàn toàn hoặc tốn thời gian và tiền bạc không cần thiết để sửa lỗi và tinh chỉnh thiết bị cánh. Thông thường một chiếc thuyền có chắn bùn được làm đúng cách sẽ dễ dàng lên khỏi mặt nước và di chuyển trên chắn bùn ngay từ đầu; chỉ cần tinh chỉnh một chút - lựa chọn các góc tấn tối ưu để có được chuyển động ổn định trên toàn bộ phạm vi tốc độ và đảm bảo khả năng chạy và khả năng đi biển tốt nhất.

Các góc lắp đặt ban đầu của cánh thường được lấy là những góc mà tại đó các góc tiếp xúc của cánh so với đường nối các mép ngoài của cánh bằng nhau: trên cánh mũi 2-2,5° và ở đuôi tàu. cánh 1,5-2°. Trong quá trình kiểm tra cuối cùng của thuyền, ngoài việc xác định các góc lắp đặt cánh, cần phải kiểm tra toàn diện con thuyền: xác định tốc độ, khả năng đi biển và khả năng cơ động của nó: để đảm bảo rằng nó hoàn toàn an toàn khi đi thuyền trên đó .

Trước khi tiến hành các thử nghiệm phát triển, độ dịch chuyển của thuyền phải được đưa về giá trị thiết kế. Nên cân thuyền và xác định vị trí trọng tâm dọc theo chiều dài của thuyền. Ngoài ra, cần kiểm tra trước khả năng sử dụng của động cơ.

Khi kiểm tra thuyền phải tuân thủ các quy tắc sau:

1) các cuộc thử nghiệm phải được thực hiện trong thời tiết yên tĩnh và không có sóng;

2) trên thuyền không nên có thêm người; tất cả người tham gia thử nghiệm phải biết bơi và có thiết bị nổi cá nhân;

3) thuyền không được lắc ban đầu quá 1°;

4) Việc tăng tốc độ phải được thực hiện dần dần: trước mỗi lần tăng tốc độ mới, bạn phải đảm bảo rằng thiết bị lái hoạt động tốt và thuyền có đủ độ ổn định ngang cả trên đường thẳng và khi điều động. Trường hợp có hiện tượng nguy hiểm - lắc tăng nhiều, thân tàu chìm trong nước, mất ổn định ngang và mất khả năng điều khiển - phải giảm tốc độ và tìm hiểu nguyên nhân gây ra hiện tượng đó;

5) Trước khi bắt đầu tăng tốc thuyền, bạn phải đảm bảo đường đi thông thoáng và không có nguy cơ tàu, thuyền, người trôi và vật thể bất ngờ xuất hiện trên đường đi. Không nên tiến hành thử nghiệm ở những khu vực có nhiều tàu thuyền và phao khác hoặc gần bãi biển;

6) Cần tuân thủ nghiêm ngặt mọi quy định về lái thuyền, thuyền máy.

Các trường hợp sau có thể xảy ra trong quá trình thử nghiệm:
1. Thuyền không chạm tới cánh mũi. Nguyên nhân của điều này có thể là do góc tấn nhỏ của cánh mũi hoặc tâm thuyền quá hướng về phía trước. Để thuyền chạm tới cánh mũi, cần phải thay đổi tâm của thuyền hoặc, nếu điều này không mang lại kết quả, hãy tăng dần góc lắp đặt cánh mũi (mỗi lần 20); trong trường hợp này, bạn có thể giảm một chút góc lắp đặt cánh đuôi tàu (10-20"). Nên chọn góc tấn của cánh mũi để thuyền có thể dễ dàng thoát ra và di chuyển ổn định trên cánh mũi. Khi đến cánh mũi, tốc độ di chuyển sẽ tăng lên.

2. Thuyền không tới được cánh đuôi. Nguyên nhân có thể là do góc tấn của cánh sau nhỏ hoặc lệch tâm về phía sau quá nhỏ. Điều này có thể được loại bỏ theo hai cách giống nhau: bằng cách thay đổi tâm thuyền hoặc tăng dần góc lắp đặt cánh đuôi tàu (20/mỗi cái); Nếu cùng lúc đó thuyền dừng chạm tới cánh mũi thì góc tấn của nó cũng phải tăng lên (10").

3. Sau khi tới cánh đuôi, thuyền nhẹ nhàng rơi xuống cánh mũi; trong trường hợp này, không có sự gián đoạn nào từ mặt phẳng của cánh mũi. Hiện tượng này là do góc tiếp xúc của cánh mũi giảm do góc cắt trong quá trình di chuyển trên cánh giảm. Cần tăng góc lắp đặt cánh mũi lên 10-20".

4. Sau khi tới cánh đuôi, thuyền đột ngột rơi xuống cánh mũi; Đồng thời, sự gián đoạn dòng chảy và sự lộ ra của cánh có thể được quan sát thấy ở cánh mũi. Góc tấn của cánh mũi cao nên giảm 5-10".

5. Khi thuyền di chuyển bằng cánh, cánh lái bị hỏng; trong trường hợp này, cánh phía sau đi ở độ sâu nông và có thể quan sát thấy sự cố. Góc tấn của cánh sau cao nên giảm 10-20".

6. Thuyền lao ra khỏi cánh với một cuộn lớn; Đồng thời, cuộn tăng lên với tốc độ ngày càng tăng. Kiểm tra sự trùng khớp giữa các góc lắp đặt của các cánh ở bên phải và bên trái và loại bỏ tình trạng “xoắn” của các mặt phẳng. Nếu độ lắc giảm khi tốc độ tăng, điều này cho thấy độ ổn định ngang thấp khi thuyền chạm vào lá. Để tăng độ ổn định của thuyền khi tăng tốc, có thể đề xuất các biện pháp sau: tăng góc tấn của cánh mũi để giảm độ lặn khi thoát ra; giảm than! các đòn tấn công của cánh đuôi tàu để “thắt chặt” (dịch sang tốc độ cao) lối ra cánh đuôi tàu; lắp thêm các bộ phận ổn định trên cánh mũi.

7. Thuyền không có đủ độ ổn định ngang khi di chuyển trên cánh. Hiện tượng này có thể được loại bỏ bằng cách sử dụng các biện pháp tương tự như trong đoạn 6.

8. Thuyền có khả năng điều khiển kém khi di chuyển bằng cánh. Nguyên nhân của điều này có thể là do bánh lái không đủ hiệu quả, tỷ lệ diện tích không mong muốn của các thanh chống ở cánh mũi và cánh đuôi, v.v. Khả năng xử lý có thể được cải thiện phần nào bằng cách lắp thêm thanh chống trên cánh mũi.

Trong trường hợp hiện tượng ngược lại - độ ổn định hướng đi kém - nên lắp thanh giằng ở cánh đuôi tàu. Diện tích của sprat được chọn bằng thực nghiệm.

Tất nhiên, trong một số trường hợp, những biện pháp này có thể không mang lại kết quả như mong muốn. Nguyên nhân dẫn đến hư hỏng có thể rất khác nhau: tỷ lệ tải trọng, diện tích, hệ số nâng, độ cao của thanh chống cánh không chính xác, v.v. Để xác định nguyên nhân trong từng trường hợp cụ thể, cần so sánh một số hiện tượng, phân tích các phép đo tốc độ di chuyển, chạy trang trí và số lượng khác.

Khi đã đạt được chuyển động ổn định trên cánh trong toàn bộ phạm vi tốc độ, bạn có thể bắt đầu chọn các góc lắp đặt cánh tối ưu. Trong quá trình tinh chỉnh cuối cùng, bạn nên thay đổi góc tấn của cánh một lượng rất nhỏ (khoảng 5") và liên tục theo dõi tiến trình tinh chỉnh bằng cách đo tốc độ ở các chế độ lái khác nhau, thời gian tăng tốc và các đặc điểm khác.

Khi các góc lắp đặt cánh cuối cùng đã được chọn, các cuộc kiểm tra khả năng đi biển có thể được thực hiện, mục đích của việc này là xác định độ cao sóng tối đa mà thuyền có thể di chuyển trên cánh, đồng thời đo tốc độ. Các thử nghiệm phải được thực hiện ở các góc hướng khác nhau so với tốc độ truyền sóng.

Nếu thiết kế của dây buộc cánh mũi cho phép bạn dễ dàng thay đổi góc tấn của cánh, thì bạn có thể tiến hành kiểm tra khả năng đi biển của thuyền ở các góc lắp đặt của cánh mũi tăng lên.

Thử nghiệm trên biển cũng là thử thách sức mạnh của đôi cánh. Sau khi chạy thử trên biển, thuyền và chắn bùn phải được kiểm tra kỹ lưỡng. Nếu phát hiện thấy các vết nứt, vết nứt và biến dạng, cần xác định nguyên nhân gây ra sự xuất hiện của chúng và các kết cấu này cần được gia cố.

Chỉ sau khi thử nghiệm rộng rãi, chiếc thuyền mới có thể được coi là phù hợp để sử dụng hàng ngày. Tuy nhiên, chúng ta không nên quên rằng bất kỳ tàu cánh ngầm nào vẫn còn đang thử nghiệm ở nhiều khía cạnh, và do đó cần tăng cường chú ý đến việc đảm bảo an toàn hàng hải.

Trước khi xem xét lực nâng của cánh máy bay là gì và cách tính nó, chúng ta hãy tưởng tượng rằng máy bay là một điểm vật chất chuyển động theo một quỹ đạo nhất định. Để thay đổi hướng hoặc lực chuyển động này, cần phải tăng tốc. Nó có hai loại: bình thường và tiếp tuyến. Cái đầu tiên có xu hướng thay đổi hướng chuyển động và cái thứ hai ảnh hưởng đến tốc độ chuyển động của điểm. Nếu chúng ta nói về một chiếc máy bay, gia tốc của nó được tạo ra nhờ lực nâng của cần trục. Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn về khái niệm này.

Lực nâng là một phần của lực khí động học. Nó tăng mạnh khi góc tấn công thay đổi. Như vậy, khả năng cơ động của máy bay phụ thuộc trực tiếp vào lực nâng.

Lực nâng của cánh máy bay được tính bằng công thức đặc biệt: Y= 0,5 ∙ Cy ∙ p ∙ V ∙ 2∙ S.

1. Cy là hệ số nâng của cánh máy bay.
2. S – diện tích cánh.
3. P – mật độ không khí.
4. V – vận tốc dòng chảy.

Tính khí động học của cánh máy bay ảnh hưởng đến nó trong quá trình bay được tính bằng biểu thức sau:

F= c ∙ q ∙ S, trong đó:

• C là hệ số hình dạng;
• S - diện tích;
• q - áp suất vận tốc.

Cần lưu ý rằng ngoài cánh, lực nâng còn được tạo ra bằng các bộ phận khác, đó là bộ phận đuôi ngang.

Những ai quan tâm đến hàng không, đặc biệt là lịch sử của nó, đều biết rằng chiếc máy bay này cất cánh lần đầu tiên vào năm 1903. Nhiều người quan tâm đến câu hỏi: tại sao việc này lại xảy ra muộn như vậy? Vì lý do gì mà điều này không xảy ra sớm hơn? Vấn đề là các nhà khoa học từ lâu đã bối rối về cách tính lực nâng cũng như xác định kích thước và hình dạng của cánh máy bay.

Nếu chúng ta áp dụng định luật Newton thì lực nâng tỉ lệ với góc tới lũy thừa bậc hai. Vì điều này, nhiều nhà khoa học tin rằng không thể phát minh ra cánh máy bay có nhịp nhỏ nhưng hoạt động tốt. Chỉ đến cuối thế kỷ 19, anh em nhà Wright mới quyết định tạo ra một công trình kiến ​​trúc quy mô nhỏ với lực nâng bình thường.

Căn chỉnh máy bay

Điều gì ảnh hưởng đến việc máy bay bay lên không trung?

Nhiều người sợ đi máy bay vì họ không biết nó bay như thế nào, điều gì quyết định tốc độ của nó, độ cao mà nó đạt được, v.v. Sau khi nghiên cứu điều này, một số người thay đổi suy nghĩ của họ. Máy bay bay lên như thế nào? Hãy tìm ra nó.

Nhìn kỹ hơn vào cánh máy bay, bạn có thể thấy nó không hề bằng phẳng. Phần dưới nhẵn, phần trên lồi. Do đó, khi tốc độ máy bay tăng lên, áp suất không khí trên cánh của nó sẽ thay đổi. Vì tốc độ dòng chảy thấp hơn nên áp suất tăng lên. Và khi tốc độ tăng lên ở đỉnh, áp suất sẽ giảm. Do những thay đổi như vậy, máy bay được kéo lên trên. Sự khác biệt này được gọi là lực nâng của cánh máy bay. Nguyên tắc này được Nikolai Zhukovsky đưa ra vào đầu thế kỷ 20. Trong những nỗ lực ban đầu để đưa con tàu lên không trung, nguyên tắc Zhukovsky này đã được áp dụng. Tàu hiện tại bay với tốc độ 180-250 km/h.

Tốc độ máy bay khi cất cánh

Khi máy bay tăng tốc, nó trực tiếp tăng lên. Tốc độ cất cánh khác nhau và phụ thuộc vào kích thước của máy bay. Một ảnh hưởng quan trọng khác là hình dạng của đôi cánh của nó. Chẳng hạn, nổi tiếng TU-154 bay với tốc độ 215 km/h và Boeing 747-270 km/h. Airbus A có tốc độ bay thấp hơn một chút, 380-267 km/h.

Nếu lấy số liệu trung bình thì các máy bay chở khách ngày nay bay với tốc độ 230-240 km/h. Tuy nhiên, tốc độ có thể thay đổi do gia tốc gió, trọng lượng máy bay, thời tiết, đường băng và các yếu tố khác.

Tốc độ hạ cánh

Cần lưu ý rằng tốc độ hạ cánh cũng có thể thay đổi, giống như tốc độ cất cánh. Nó có thể khác nhau tùy thuộc vào kiểu máy bay, khu vực, hướng gió, v.v. Nhưng nếu chúng ta lấy dữ liệu trung bình thì máy bay sẽ hạ cánh ở tốc độ trung bình 220-240 km/h. Đáng chú ý là tốc độ không khí được tính tương đối với không khí chứ không phải mặt đất.

Độ cao máy bay

Nhiều người quan tâm đến câu hỏi: độ cao bay của máy bay chở khách là bao nhiêu? Phải nói rằng trong trường hợp này không có số liệu cụ thể. Chiều cao có thể thay đổi. Nếu lấy chỉ số trung bình thì máy bay chở khách bay ở độ cao 5-10 nghìn mét. Máy bay chở khách lớn bay ở độ cao cao hơn - 9-13 nghìn mét. Nếu máy bay đạt được độ cao trên 12 nghìn mét thì nó bắt đầu hỏng. Do không khí loãng nên không có lực nâng bình thường và thiếu oxy. Đó là lý do tại sao bạn không nên bay quá cao vì có nguy cơ xảy ra tai nạn máy bay. Máy bay thường không bay trên 9 nghìn mét. Đáng chú ý là độ cao quá thấp có ảnh hưởng tiêu cực đến chuyến bay. Ví dụ, bạn không thể bay dưới 5 nghìn mét vì có nguy cơ thiếu oxy, do đó công suất động cơ bị giảm.

Điều gì có thể khiến chuyến bay bị hủy?

• tầm nhìn thấp, khi không có gì đảm bảo rằng phi công sẽ có thể hạ cánh máy bay đúng nơi. Trong trường hợp này, máy bay có thể không nhìn thấy đường băng, điều này có thể dẫn đến tai nạn;
• tình trạng kỹ thuật của sân bay. Có thể xảy ra trường hợp một số thiết bị tại sân bay ngừng hoạt động hoặc có trục trặc trong hoạt động của hệ thống này hoặc hệ thống khác, khiến chuyến bay có thể bị dời lại;
• tình trạng của bản thân phi công. Đã hơn một lần phi công không thể điều khiển chuyến bay đúng lúc và cần có người thay thế. Không có gì bí mật khi luôn có hai phi công trên một chiếc máy bay. Đây là lý do tại sao phải mất một khoảng thời gian nhất định để tìm được một phi công phụ. Vì vậy, chuyến bay có thể bị chậm một chút.

Chỉ khi có sự chuẩn bị đầy đủ và trong điều kiện khí tượng thuận lợi, máy bay mới có thể cất cánh. Quyết định điều động do người chỉ huy tàu bay đưa ra. Anh ta chịu hoàn toàn trách nhiệm đảm bảo rằng máy bay thực hiện chuyến bay an toàn.

Liên hệ với

Thật không may, tôi chưa tìm thấy một bài viết nào về khí động học “dành cho người điều chế”. Cả trên các diễn đàn, trong nhật ký, trên blog, cũng như ở bất cứ đâu không có sự “ép chặt” cần thiết về chủ đề này. Và rất nhiều câu hỏi được đặt ra, đặc biệt là đối với những người mới bắt đầu, và những người tự coi mình “không còn là người mới bắt đầu” thường không thèm nghiên cứu lý thuyết. Nhưng chúng tôi sẽ sửa nó!)))

Tôi sẽ nói ngay rằng tôi sẽ không đi sâu quá sâu vào chủ đề này, nếu không nó ít nhất sẽ trở thành một công trình khoa học với một loạt công thức khó hiểu! Hơn nữa, tôi sẽ không làm bạn sợ hãi bằng những thuật ngữ như “số Reynolds” - nếu bạn quan tâm, bạn có thể đọc nó lúc rảnh rỗi.

Vì vậy, chúng tôi đã đồng ý - chỉ những điều cần thiết nhất đối với những người làm mô hình như chúng tôi.)))

Các lực tác dụng lên máy bay đang bay.

Trong khi bay, máy bay chịu tác dụng của nhiều lực không quân nhưng có thể coi tất cả các lực đó là 4 lực chính: trọng lực, lực nâng, lực đẩy cánh quạt và lực cản của không khí (lực cản). Lực hấp dẫn luôn không đổi, trừ khi nó giảm đi khi nhiên liệu được tiêu thụ. Lực nâng phản đối trọng lượng của máy bay và có thể lớn hơn hoặc nhỏ hơn trọng lượng, tùy thuộc vào lượng năng lượng tiêu hao khi chuyển động về phía trước. Lực đẩy của chân vịt bị phản tác dụng bởi lực cản của không khí (hay còn gọi là lực cản).

Trong bay thẳng và bay ngang, các lực này cân bằng lẫn nhau: lực đẩy của cánh quạt bằng lực cản của không khí, lực nâng bằng trọng lượng của máy bay. Không có tỷ lệ nào khác giữa bốn lực chính này, việc bay thẳng và bay ngang là không thể.

Bất kỳ sự thay đổi nào của bất kỳ lực nào trong số này sẽ ảnh hưởng đến hoạt động bay của máy bay. Nếu lực nâng do cánh tạo ra tăng lên tương ứng với lực hấp dẫn thì kết quả sẽ là lực nâng của máy bay hướng lên trên. Ngược lại, việc giảm lực nâng so với trọng lực sẽ khiến máy bay hạ độ cao, tức là mất độ cao.

Nếu sự cân bằng lực không được duy trì, máy bay sẽ bẻ cong đường bay theo hướng của lực chiếm ưu thế.

Về cánh.

Sải cánh- khoảng cách giữa các mặt phẳng song song với mặt phẳng đối xứng của cánh và tiếp xúc với các điểm cực trị của nó. R.K. là một đặc tính hình học quan trọng của máy bay, ảnh hưởng đến đặc tính khí động học và tính năng bay của nó, đồng thời cũng là một trong những kích thước tổng thể chính của máy bay.

Phần mở rộng cánh- tỷ số giữa sải cánh với dây khí động học trung bình của nó. Đối với cánh không phải hình chữ nhật, tỷ lệ khung hình = (bình phương nhịp)/diện tích. Điều này có thể hiểu được nếu chúng ta lấy cánh hình chữ nhật làm cơ sở thì công thức sẽ đơn giản hơn: tỉ lệ = nhịp/dây. Những thứ kia. nếu cánh có sải cánh là 10 mét và dây cung = 1 mét thì tỷ lệ khung hình sẽ là = 10.

Tỷ lệ khung hình càng lớn thì lực cản cảm ứng của cánh càng thấp, liên quan đến luồng không khí từ bề mặt dưới của cánh lên phía trên qua đầu cánh với sự hình thành các xoáy ở đầu cánh. Theo phép tính gần đúng đầu tiên, chúng ta có thể giả sử rằng kích thước đặc trưng của một xoáy như vậy bằng với dây cung; và khi nhịp tăng dần, xoáy ngày càng nhỏ hơn so với sải cánh. Đương nhiên, lực cản cảm ứng càng thấp thì điện trở tổng thể của hệ thống càng thấp thì chất lượng khí động học càng cao. Đương nhiên, các nhà thiết kế muốn làm cho độ giãn dài càng lớn càng tốt. Và ở đây vấn đề bắt đầu: cùng với việc sử dụng tỷ lệ khung hình cao, các nhà thiết kế phải tăng độ bền và độ cứng của cánh, dẫn đến khối lượng của cánh tăng không cân xứng.

Từ quan điểm khí động học, lợi thế nhất sẽ là cánh có khả năng tạo ra lực nâng lớn nhất có thể với lực cản thấp nhất có thể. Để đánh giá sự hoàn hảo về khí động học của cánh, khái niệm chất lượng khí động học của cánh được đưa ra.

Chất lượng khí động học của cánh gọi là tỉ số giữa lực nâng và lực kéo trên cánh.

Hình dạng khí động học tốt nhất là hình elip, nhưng loại cánh như vậy rất khó chế tạo và do đó hiếm khi được sử dụng. Cánh hình chữ nhật ít có lợi thế hơn về mặt khí động học nhưng lại dễ sản xuất hơn nhiều. Cánh hình thang có đặc tính khí động học tốt hơn cánh hình chữ nhật, nhưng khó chế tạo hơn.

Cánh xuôi và hình tam giác kém hơn về mặt khí động học so với cánh hình thang và hình chữ nhật ở tốc độ cận âm, nhưng ở tốc độ siêu âm và siêu âm, chúng có những lợi thế đáng kể. Do đó, những chiếc cánh như vậy được sử dụng trên máy bay bay ở tốc độ siêu âm và siêu âm.

Cánh hình elip trong kế hoạch, nó có chất lượng khí động học cao nhất - lực cản tối thiểu có thể với lực nâng tối đa. Thật không may, cánh có hình dạng này thường không được sử dụng do thiết kế phức tạp, khả năng chế tạo thấp và đặc tính gian hàng kém. Tuy nhiên, lực cản ở góc tấn lớn của các cánh có hình dạng mặt phẳng khác luôn được đánh giá tương đối so với cánh hình elip. Ví dụ điển hình nhất về việc sử dụng cánh loại này là máy bay chiến đấu Spitfire của Anh.

Cánh có hình chữ nhật trong kế hoạch có lực cản cao nhất ở góc tấn công cao. Tuy nhiên, cánh như vậy thường có thiết kế đơn giản, công nghệ tiên tiến và có đặc tính ổn định rất tốt.

Cánh có hình thang trong kế hoạchĐộ lớn của lực cản không khí gần bằng hình elip. Được sử dụng rộng rãi trong thiết kế máy bay sản xuất. Khả năng chế tạo thấp hơn so với cánh hình chữ nhật. Để có được những đặc điểm có thể chấp nhận được của gian hàng cũng đòi hỏi một số chỉnh sửa về thiết kế. Tuy nhiên, cánh có hình thang và thiết kế chính xác đảm bảo khối lượng của cánh ở mức tối thiểu, tất cả các yếu tố khác đều bằng nhau. Các máy bay tiêm kích Bf-109 thuộc loạt đầu tiên có cánh hình thang với các đầu thẳng:

Cánh có dạng mặt bằng kết hợp. Theo quy định, hình dạng của cánh như vậy trong kế hoạch được hình thành bởi một số hình thang. Thiết kế hiệu quả của một cánh như vậy bao gồm nhiều lần hạ cánh; hiệu suất đạt được vài phần trăm so với cánh hình thang.

Quét cánh- góc lệch của cánh so với pháp tuyến đến trục đối xứng của tàu bay, trong hình chiếu lên mặt phẳng cơ sở của tàu bay. Trong trường hợp này, hướng về phía đuôi được coi là dương, có sự quét dọc theo mép trước của cánh, dọc theo mép sau và dọc theo đường hợp âm phần tư.

Cánh xuôi về phía trước (KSW)- cánh có độ quét âm.

Thuận lợi:

Cải thiện khả năng kiểm soát ở tốc độ bay thấp.
-Cải thiện hiệu quả khí động học trong mọi lĩnh vực của điều kiện bay.
-Bố trí với cánh xuôi về phía trước giúp tối ưu hóa sự phân bổ áp lực lên cánh và đuôi ngang phía trước

Sai sót:
-KOS đặc biệt dễ bị phân kỳ khí động học (mất ổn định tĩnh) khi đạt tốc độ và góc tấn nhất định.
-Yêu cầu vật liệu kết cấu và công nghệ cung cấp đủ độ cứng kết cấu.

Su-47 "Berkut" quét về phía trước:

Tàu lượn Tiệp Khắc LET L-13 với cánh xuôi về phía trước:

- tỷ lệ trọng lượng của máy bay với diện tích bề mặt chịu lực. Được biểu thị bằng kg/m2 (đối với kiểu máy - g/dm2). Lượng tải trọng trên cánh quyết định tốc độ cất cánh và hạ cánh của máy bay, khả năng cơ động và đặc điểm chết máy của nó.

Nói một cách đơn giản, tải càng thấp thì tốc độ bay cần thiết càng thấp và do đó cần ít công suất động cơ hơn.

Dây cung khí động học trung bình của cánh (MAC)được gọi là dây cung của một cánh hình chữ nhật, có cùng diện tích với cánh đã cho, độ lớn của tổng lực khí động học và vị trí của tâm áp suất (CP) ở các góc tấn công bằng nhau. Hay đơn giản hơn, dây cung là đoạn thẳng nối hai điểm của một biên dạng cách xa nhau nhất.

Độ lớn và tọa độ MAR của mỗi máy bay được xác định trong quá trình thiết kế và được nêu trong phần mô tả kỹ thuật.

Nếu không xác định được độ lớn và vị trí MAR của một máy bay nhất định thì chúng có thể được xác định.

Đối với cánh có mặt bằng hình chữ nhật, MAR bằng dây cung của cánh.

Đối với cánh hình thang, MAR được xác định bằng cấu trúc hình học.Để làm được điều này, cánh máy bay được vẽ theo sơ đồ (và theo một tỷ lệ nhất định). Khi tiếp tục hợp âm gốc, một đoạn có kích thước bằng hợp âm cuối được đặt và trên phần tiếp theo của hợp âm cuối (chuyển tiếp), một đoạn bằng hợp âm gốc được đặt. Các đầu của các đoạn được nối bằng một đường thẳng. Sau đó vẽ đường giữa của cánh, nối điểm giữa thẳng của dây gốc và dây cuối. Dây cung khí động học trung bình (MAC) sẽ đi qua giao điểm của hai đường này.

Hình dạng mặt cắt cánh được gọi là biên dạng cánh. Hình dạng cánh có ảnh hưởng mạnh mẽ đến tất cả các đặc tính khí động học của cánh ở mọi chế độ bay. Theo đó, việc lựa chọn hình dạng cánh là một nhiệm vụ quan trọng và có trách nhiệm. Tuy nhiên, ở thời đại chúng ta, chỉ những người tự làm mới tham gia vào việc chọn cấu hình cánh từ những cấu hình hiện có.

Hình dạng cánh là một trong những bộ phận chính tạo nên hình dáng của máy bay và máy bay nói riêng, vì cánh vẫn là một bộ phận không thể thiếu của nó. Sự kết hợp của một số mặt cắt nhất định tạo nên toàn bộ cánh và chúng có thể khác nhau dọc theo toàn bộ sải cánh. Và mục đích của máy bay cũng như cách nó bay phụ thuộc vào chúng là gì. Có khá nhiều loại hồ sơ, nhưng hình dạng của chúng về cơ bản luôn là hình giọt nước. Một kiểu thả ngang kéo dài mạnh mẽ. Tuy nhiên, mức giảm này thường không hoàn hảo vì độ cong của bề mặt trên và bề mặt dưới là khác nhau đối với các loại khác nhau, cũng như độ dày của bản thân mặt cắt. Cổ điển là khi đáy gần phẳng, còn đỉnh lồi theo một quy luật nhất định. Đây được gọi là mặt cắt không đối xứng, nhưng cũng có những mặt đối xứng, khi mặt trên và mặt dưới có cùng độ cong.

Việc phát triển các cấu hình khí động học đã được thực hiện gần như ngay từ khi bắt đầu lịch sử hàng không và vẫn được thực hiện cho đến ngày nay, được thực hiện tại các cơ sở chuyên môn. Đại diện sáng giá nhất của loại hình tổ chức này ở Nga là TsAGI - Viện Khí động lực học Trung ương mang tên Giáo sư N.E. Zhukovsky. Và ở Hoa Kỳ, những chức năng như vậy được thực hiện bởi Trung tâm Nghiên cứu Langley (một bộ phận của NASA).

KẾT THÚC?

Còn tiếp.....

Tính toán đặc tính khí động học của cánh bằng gói phần mềm ANSYS CFX

Việc tạo ra một máy bay thế hệ mới là không thể nếu không phân tích các đặc tính khí động học của nó ở giai đoạn đầu thiết kế. Các đặc tính hiệu suất bay của máy bay đang được phát triển phụ thuộc trực tiếp vào độ sâu nghiên cứu về hình dạng của bề mặt chịu lực và đường viền của khung máy bay. Sự phát triển cơ sở lý thuyết của các phương pháp số để tính toán các đặc tính khí động học của máy bay có thể được chia thành nhiều giai đoạn:

• lý thuyết tuyến tính (thập niên 60);
• lý thuyết phi tuyến về thế năng vận tốc toàn phần (70s);
• phương trình Euler (thập niên 80);
• Phương trình Navier-Stokes trung bình của Reynolds (90s).

Tính chất vật lý của quá trình dòng khí chảy xung quanh một vật thể có hình dạng tùy ý được phản ánh rõ nhất bằng các phương pháp dựa trên nghiệm của phương trình Navier-Stokes. Với sự ra đời của phần mềm dựa trên các giải pháp số của phương trình Navier-Stokes, người ta có thể tính toán một số đặc tính khí động học quan trọng của máy bay, đặc biệt là tính giá trị tối đa của hệ số nâng C ytối đa. Khi tính toán các đặc tính khí động học của các đối tượng có cấu hình không gian phức tạp bằng phương pháp này, cần có lượng RAM máy tính lớn, vì kích thước cho phép của lưới tính toán tỷ lệ thuận với dung lượng RAM máy tính. Sự tăng trưởng về khả năng tính toán được quan sát thấy trong những năm gần đây cho phép sử dụng các chương trình dựa trên nghiệm số của phương trình Navier-Stokes để tính toán các đặc tính của dòng chảy xung quanh các vật thể như máy bay. Một trong những chương trình thương mại phổ biến trong lĩnh vực này là ANSYS CFX (giấy phép TsAGI số 501024).

Việc sử dụng CFX trong ngành công nghiệp máy bay là hợp lý, vì gói ANSYS, ngoài mô-đun khí động học CFX, còn chứa một số mô-đun tính toán khác (CẤU TRÚC, FATIQUE, v.v.), cung cấp khả năng cùng nhau giải quyết các vấn đề về khí động học , tính đàn hồi khí động và sức bền.

Chúng ta hãy xem xét đặc điểm của việc tính toán dòng chảy xung quanh một cánh thẳng có nhịp vô hạn với biên dạng GA(W)-1. Cấu hình này được tạo ra bởi nhà khí động học nổi tiếng người Mỹ Whitcomb để sử dụng ở tốc độ bay cận âm.

Tổ hợp ANSYS được trang bị các giao diện tích hợp cho một số chương trình CAD chính. Mô hình hình học được tạo trong chương trình mô hình đồ họa ba chiều có thể được đọc bởi bất kỳ chương trình phức tạp nào. Mô hình hình học khối của khoang cánh, được lưu ở định dạng Parasolid, đã được nhập vào trình tạo lưới ANSYS ICEM chuyên nghiệp, trong đó lưới tính toán phi cấu trúc bao gồm 3 triệu phần tử tứ diện thể tích được xây dựng bằng phương pháp Octree (Hình 1). Gần bề mặt cánh, các thông số Tỷ lệ kích thước Tetra và Tỷ lệ chiều cao đều bằng 1,2. Kích thước tối đa của các phần tử ở mép trước của cánh là 1 mm. Để đảm bảo độ chính xác của giải pháp cần thiết và độ hội tụ tính toán, các phần tử của lưới tính toán có Tỷ lệ khung hình lớn hơn 0,3 và Góc tối thiểu lớn hơn 20°. Ngoài ra, điều cần thiết là kích thước tổng thể của miền tính toán phải lớn hơn nhiều lần so với kích thước đặc trưng của đối tượng đang nghiên cứu. Trong trường hợp này, miền tính toán hình chữ nhật có chiều dài 35 và chiều cao 30 m đã được sử dụng, sải cánh là 4 m và dây cung cánh là 3,3 m. Việc mô hình hóa cánh có nhịp vô hạn được thực hiện bằng cách chỉ định các điều kiện biên của kiểu Đối xứng trong bộ tiền xử lý CFX-PRE ở bên phải và bên trái của cánh. Các loại điều kiện biên được sử dụng trong bài toán này được thể hiện trong hình 2. 2.

Ở các vùng gần tường, khi xây dựng lưới tính toán, các lớp phần tử lăng trụ được hình thành để mô hình hóa lớp ranh giới tốt nhất (xem Hình 1). Khi giải bài toán dòng chảy quanh cánh (trong đó một trong các đại lượng được tính toán là ứng suất cắt), việc kiểm soát giá trị là rất quan trọng. Y+. Nghĩa Y+đặc trưng cho chiều cao tương đối của ô đầu tiên của lớp ranh giới, được chỉ định trong ICEM khi xây dựng các phần tử lăng trụ. Sau khi hoàn thành các phép tính trong môi trường bộ xử lý sau CFX-POST, bạn có thể hình dung Y+ trên mô hình tính toán (Hình 3).

Khi sử dụng các kỹ thuật dựa trên nghiệm số của phương trình Navier-Stokes, chất lượng của kết quả thu được phần lớn phụ thuộc vào việc lựa chọn mô hình nhiễu loạn. Gói phần mềm ANSYS CFX thực hiện một số lượng khá lớn các mô hình nhiễu loạn. Tuy nhiên, không có giải pháp nào trong số đó là phổ quát cho tất cả các loại vấn đề hiện có. Từ sự đa dạng của các mô hình nhiễu loạn được sử dụng để tính toán các đặc tính khí động học, chúng ta có thể phân biệt các mô hình nhiễu loạn nổi tiếng k-ε và k-ω. Chúng là các mô hình nhiễu loạn hai tham số, dựa trên việc xem xét động năng của các xung hỗn loạn k. Là phương trình thứ hai, phương trình tốc độ truyền tiêu tán năng lượng hỗn loạn ε hoặc tốc độ tiêu tán năng lượng cụ thể ω được sử dụng. Mô hình truyền ứng suất cắt SST (two-layer Menter) sử dụng mô hình k-ω trong vùng gần tường và mô hình được biến đổi k-ε cách xa bức tường. Các phiên bản mới của chương trình CFX bao gồm phiên bản beta của mô hình nhiễu loạn Spalart-Allmaras (S-A). Mô hình này là một tham số, sử dụng một phương trình vận chuyển vi phân.

Các tính toán sử dụng gói phần mềm ANSYS CFX được thực hiện trên máy chủ có bộ xử lý Intel Xeon 8 nhân 2,83 GHz và RAM 16 GB. Để có được giải pháp ổn định, tùy thuộc vào loại mô hình nhiễu loạn và góc tấn công của cánh, cần thực hiện lặp lại 40-60 lần.

Các tính toán được thực hiện ở số Mach là 0,2 và số Reynolds là 2,2S106. Bộ tiền xử lý ANSYS CFX không có khả năng thiết lập trực tiếp số Reynolds. Về vấn đề này, số Reynolds được tính trong CFX-PRE từ giá trị áp suất tĩnh tương ứng với một hệ số nhớt động học nhất định.

Kết quả tính toán thu được giá trị của lực và mômen tác dụng lên tiết diện cánh ở các góc tới cho trước. Mối quan hệ hệ số nâng Сy về góc tấn công được so sánh với dữ liệu thực nghiệm tương tự do các chuyên gia NASA người Mỹ Wentz và Sitharam thu được (SAE Paper 740365). Trong phần tuyến tính, tất cả các mô hình nhiễu loạn được xem xét đều thể hiện sự phù hợp thỏa đáng giữa dữ liệu tính toán và thực nghiệm. Trong khu vực Сy tối đa Sự phù hợp tốt nhất với dữ liệu thực nghiệm được thể hiện bằng mô hình nhiễu loạn SST (Hình 4). Bằng cách sử dụng bộ xử lý hậu CFX-POST, tệp có kết quả tính toán cho phép bạn hình dung mô hình dòng chảy xung quanh cánh. Trường dòng chảy và vận tốc minh họa rõ ràng dòng chảy tách biệt tương ứng với góc tấn công mà tại đó Cymax cánh (Hình 5).

Như vậy, kết quả công việc đã thực hiện cho thấy khi tính toán các đặc tính của dòng chảy xung quanh các bề mặt khí động học, việc sử dụng mô hình nhiễu loạn SST cho kết quả tốt hơn.

Do góc xiên của dòng chảy, một cánh có nhịp hữu hạn có thêm điện trở cảm ứng so với biên dạng. Dựa trên mối quan hệ (8.13), chúng ta thu được công thức xác định hệ số nâng cánh có tính đến độ dốc dòng chảy. Vì , thì , hoặc .

Do đó đạo hàm bằng

Có thể thấy rõ rằng giá trị, do kích thước hữu hạn của sải cánh, trở nên nhỏ hơn so với mặt cắt (cánh có sải cánh vô hạn). Khi hệ số nâng cánh giảm thì nó cũng giảm (Hình 8.24). Tất cả những thứ khác đều bằng nhau, để có được cùng một lực nâng, cánh có nhịp hữu hạn phải có góc tấn lớn hơn cánh có nhịp vô hạn.

Điện trở cảm ứng bổ sung dẫn đến sự thay đổi hình dạng của cực cánh so với cực của biên dạng và sự dịch chuyển của nó theo hướng tăng điện trở. Về mặt đồ họa, hệ số điện kháng cảm ứng biểu thị parabol của điện kháng cảm ứng theo tọa độ (Hình 8.25). Cuối cùng, điều này dẫn đến chất lượng của cánh giảm so với chất lượng hình dáng của cánh đó.

Công thức (8.14) thu được liên quan đến một cánh, hình dạng phẳng của nó đảm bảo sự phân bố đồng đều vận tốc cảm ứng và góc dòng chảy dọc theo sải cánh. Các yêu cầu này được đáp ứng bởi một cánh có hình elip trong chế độ xem mặt phẳng (dây cung cấu hình thay đổi theo sự phụ thuộc, ở đâu là dây cung gốc), đảm bảo phân bố hình elip của vòng tuần hoàn tốc độ dọc theo nhịp và lực cản cảm ứng ít nhất. Đối với các cánh có hình dạng mặt bằng tùy ý, việc xác định có thể được thực hiện bằng cách sử dụng mối quan hệ có tính đến ảnh hưởng của hình dạng mặt bằng cánh:

Ở góc tấn thấp, toàn bộ bề mặt cánh chảy không tách rời. Ở góc tiếp xúc vừa phải và cao, sự phụ thuộc và trở nên phi tuyến do sự phân tách dòng chảy ở bề mặt trên của cánh, xảy ra ở gần đầu phía sau của cánh. Với sự tăng trưởng, nơi dòng chảy phân tách sẽ di chuyển ngược dòng chảy về phía trước. Ở góc tấn cao, người ta quan sát thấy sự tách biệt chung của dòng khí khỏi bề mặt cánh, dẫn đến lực nâng của cánh giảm mạnh.

Sự phân tách dòng chảy ở các cánh xuôi với các cạnh sắc nét xảy ra ở các cạnh bên và phía trước ở góc tấn vừa phải. Các xoáy hình thành do sự phân tách dòng khí khỏi các cạnh trước tạo ra thêm hiện tượng hiếm ở bề mặt phía trên, gây ra sự phân phối lại tải trọng khí động học dọc theo cánh. Kết quả là lực nâng của cánh tăng lên và các mối phụ thuộc trở nên phi tuyến tính (Hình 8.26).

Hệ số nâng có thể được xác định gần đúng có tính đến lực bổ sung do sự phân tách dòng chảy ở mép trước bằng công thức sau: .

hệ số MỘT phụ thuộc vào góc quét cạnh trước, độ mở rộng của cánh và độ côn.

Số liệu thực nghiệm cho thấy đối với các cánh có thông số hình học khác nhau nhưng có cùng giá trị thì hệ số MỘT hầu như giống nhau.

Khi giá trị tăng, tức là khi tăng hoặc giảm, thành phần phi tuyến của hệ số nâng sẽ giảm.

Do đó, các đặc điểm chính của các bộ phận máy bay tạo ra lực nâng đã được xem xét và các giá trị hệ số lực cho cánh máy bay và cánh được tính toán ở nhiều tốc độ khác nhau.

Câu hỏi và bài tập kiểm tra

1. Xác định tính chất khí động học K. Chất lượng khí động học của vật nào lớn hơn: một cánh máy bay biệt lập hay một cánh có nhịp hữu hạn và tại sao?

2. Cánh chính nằm cách mũi máy bay một khoảng. Điều gì quyết định vị trí của nó? Phạm vi của nó?

3. Góc tấn công nào của cánh máy bay (cánh) được gọi là quan trọng và tại sao?

4. Những thành phần nào tạo nên lực cản của cánh máy bay ở tốc độ bay siêu tới hạn?

5. Dựa trên những cân nhắc nào, để tính độ giãn dài của một cánh có hình dạng mặt bằng bất kỳ, công thức được đề xuất, trong đó l là sải cánh cánh và S là diện tích mặt phẳng của nó?

6. Nguyên nhân gây ra lực cản của một cánh có nhịp hữu hạn là gì? Điều gì xảy ra với dòng khí gần một cánh có nhịp hữu hạn? Cánh nào được đặc trưng bởi sự phân bố đồng đều vận tốc cảm ứng và góc dòng chảy dọc theo nhịp của nó?

7. Đối với máy bay có khối lượng bay 60 tấn, bay với tốc độ không đổi ở độ cao h bằng 10 km, lực nâng được tạo ra bởi một cánh có sải cánh l là 35 m và tỷ số khung là 6. Tính tốc độ bay của máy bay và lực đẩy do máy bay của nhà máy điện phát triển, nếu hệ số lực nâng của cánh là »1 và hệ số lực cản của máy bay là 0,2.

8. Trên máy bay, nhiều loại thiết bị được sử dụng để tăng khả năng chịu tải của cánh với cùng trọng lượng cất cánh của máy bay và giảm tốc độ bay tối thiểu. Các thiết bị như vậy dựa trên việc thay đổi độ cong của đường tâm biên dạng hoặc thay đổi diện tích bề mặt chịu lực của cánh hoặc thổi bay (hút) lớp ranh giới từ bề mặt trên của cánh hoặc vạt của nó. Dựa trên phân tích sự phụ thuộc và hình ảnh vật lý của dòng chảy ở mặt trên của cánh, hãy chỉ ra đâu là nguyên nhân khiến khả năng chịu lực của cánh tăng (tức là) khi lớp biên bị thổi bay (bị hút) ).

9. Khái niệm cạnh dẫn (cuối) dưới tới hạn ( tới hạn, siêu tới hạn) liên quan đến cánh nào?

10. Làm thế nào có thể giảm ảnh hưởng của đầu cánh đến đặc tính khí động học của nó ở tốc độ bay siêu thanh xuống bằng 0?

11. Tại sao sự phân tách dòng chảy ở bề mặt trên của cánh thông thường lại làm giảm lực nâng mà nó tạo ra, trong khi ở các cánh xuôi có cạnh đầu nhọn lại làm tăng lực nâng?