Для более полной характеристики подводного крыла (далее - ПК) лодки или катера используется также понятие гидродинамического качества крыла К, представляющего собой отношение подъемной силы к силе сопротивления:
.
Для того чтобы в общих чертах представить себе работу крыла в воде целесообразно проанализировать силы, воздействующие на крыло при его движении в жидкости.
Поток, набегающий на такое крыло со скоростью v под некоторым положительным углом атаки α, на верхней стороне профиля ускоряется, а на нижней замедляется. При этом, согласно закону Бернулли, давление на верхней стороне уменьшается, а на нижней возрастает (по сравнению с давлением в невозмущенной жидкости). На рис. 3 приведен график, иллюстрирующий изменение безразмерного коэффициента давления
по хорде профиля ПК.
Здесь Δр = р — р0, где р — давление в соответствующей точке профиля, p0 — давление в невозмущенной жидкости, а ρ — массовая плотность воды, равная 102 кг ּ сек2/м4.
Рис. 3. Распределение давления по профилю подводного крыла.
1 —
эпюра давлений засасывающей стороны; 2 — эпюра давлений нагнетающей стороны.
Отрицательные значения коэффициента давления указывают на разрежение (р < р0), положительные — на наличие давления (p > p0).
Возникающая разность давлений создает на крыле силу, направленную вверх, т. е. подъемную силу крыла.
Из рис. 3 видно, что эпюра разрежения по своей площади значительно превосходит эпюру повышенного давления. Опытным путем установлено, что примерно 2/3 подъемной силы создается на верхней ("засасывающей") стороне профиля благодаря разрежению, а около 1/3 — на нижней ("нагнетающей") стороне под действием повышенного давления.
Равнодействующая сил давлений, действующих на крыло, представляет полную гидродинамическую силу, которую можно разложить на две составляющих: Y - подъемную силу крыла, перпендикулярную направлению движения и R - силу сопротивления, направление которой совпадает с направлением движения.
Точка приложения равнодействующей этих сил на профиле характеризуется моментом М относительно передней точки профиля.
По результатам многочисленных экспериментов известно, что параметры Y, R и М более или менее точно можно выразить следующими зависимостями:
,
где: v - скорость потока, набегающего на крыло; b - хорда крыла; S - площадь крыла; Сy, Сr, См - безразмерные гидродинамические коэффициенты соответственно подъемной силы, силы сопротивления и момента. Следует отметить, что эти величины не зависят от среды, в которой движется крыло (вода или воздух).
Для различных типов профилей точный метод теоретического расчета данных коэффициентов затруднен, поэтому их (если есть возможность) определяют экспериментально путем буксировки в опытовых бассейнах.
