Скорость моторной лодки и гидродинамическая кавитация

Еще одним важным параметром, от которого зависят силы, действующие на подводное крыло (далее - ПК) мотолодки, является скорость движения. При скорости, превышающей определенное значение, разрежение на крыле усиливается настолько, что из воды начинают выделяться мелкие пузырьки пара и газов, т. е. появляется кавитация.

Причина этого явления заключается в следующем. Известно, что если при нормальном атмосферном давлении вода закипает при температуре 100 °С, то при уменьшении давления точка кипения воды понижается (например, при давлении 0,024 атм вода закипает при 20 °С). С возрастанием скорости вследствие разрежения на верхней поверхности подводного крыла давление там может уменьшиться до давления насыщенного пара, при котором начинает закипать вода с образованием пузырьков пара. При этом около крыла образуется полость, заполненная парами воды, и вода как бы отрывается от крыла.

На первой стадии кавитации такие каверны (пустоты) образуются на небольшом участке крыла, в зоне максимального разрежения, поэтому гидродинамическое качество крыла моторной лодки существенно не меняется. Обтекание крыла в начальной стадии кавитации носит неустановившийся характер: каверны появляются, сносятся потоком воды и вновь появляются. Кавитация на этой стадии сопровождается характерным шумом, иногда вибрацией и сильным эрозионным разрушением материала крыла.

Образующиеся в точке наименьшего давления кавитационные пузырьки потоком воды сносятся в область более высокого давления, где они сначала сжимаются, а затем разрушаются. Освободившееся пространство с большой скоростью заполняется водой. Это явление носит характер гидравлического удара, при котором из-за малой площади приложения возникают большие давления (до нескольких тысяч атмосфер). В результате поверхность крыла в месте замыкания каверн подвергается сильным и частым точечным гидравлическим ударам, вызывающим механическое разрушение (кавитационную эрозию).

С дальнейшим увеличением скорости область кавитации расширяется и захватывает большую часть засасывающей поверхности крыла, образуя на ней большой парогазовый пузырь. В этот момент гидродинамическое качество ПК резко снижается, разрушение каверны происходит вне крыла, гидравлические удары перемещаются в поток за крылом и механическое разрушение крылу уже не угрожает.

Для предотвращения кавитации при расчете ПК следует определить значение максимальной скорости бескавитационного обтекания крыла и принять меры по отдалению начала кавитации (грамотно выбрать профиль, угол стреловидности крыла и т. д.). В частности, крылья должны иметь острые входящие и выходящие кромки, минимальную толщину, необходимую по условиям прочности. Расчетный угол атаки при этом не должен превышать 1,5-3°, а поверхность крыльев необходимо отполировать. Хорошо известно также положительное влияние угла стреловидности, который связан со значением скорости начала кавитации соотношением


где v1 — скорость начала кавитации на стреловидном крыле;
v — скорость начала кавитации на прямоугольном крыле;
χ — угол стреловидности.

Помимо кавитации с возрастанием скорости возможен прорыв воздуха к крылу, который также вызывает значительные изменения гидродинамических характеристик крыла. В этом случае происходит резкое уменьшение подъемной силы ввиду падения разрежения на верхней плоскости крыла до величины атмосферного давления. В результате крыло проваливается, и корпус судна опускается на воду. Решающую роль в борьбе с такими прорывами воздуха играет установка правильного угла атаки. Кроме этого вероятность прорыва воздуха к крылу снижается при использовании крыльев с острой передней кромкой.

На практике прорыв воздуха может быть вызван попаданием на крыло плавающей травы, веток и пр., повреждением гладкой поверхности крыла или его кромок, а также близким расположением кавитирующих стоек или стабилизаторов.

 
   
  
 
 
Copyright © 2008 ИП Гараев З. М.
Тел.: (8552) 77-36-15
катера лодки Условия использования материалов сайта Политика конфиденциальности партнеры


Создание сайта Вебцентр CMS SiteEdit


Rambler's Top100