Гидродинамика-ликбез

Версия 13:37, 26 августа 2023

статья----автор Книжников ВВ

Гидродинамика занимается движением жидкости и взаимодействие с твердым телами ! Этот подраздел физики имеет много общего с газодинамикой и аэродинамикой---- например формулы подъёмной силы и лобового сопротивления твердого тела из дозвуковой аэродинамики справедливы для расчётов и в гидродинамики с поправкой на огромную плотность жидкостей и в том числе пресной воды с плотностью 1000 кг на м3! Также коэффициент кинематической вязкости у жидкостей намного выше, чем у газов и также зависит от температуры среды! Жидкости существуют в узком температурном диапозоне от замерзания или кристаллизации до кипения или газообразования----- где температура кипения воды падает с уменьшением атмосферного давления! Например в горах на высоте 8 тысяч метров не возможно согреть воду в котелке для варки, так как температура кипения всего 32 гр С! Движение жидкости в трубах описываются общей механикой, типа сантехника или гидронасосы или гидроприводы! Нас интересует движение на открытой воде по закону реактивного движения за счет отбрасывания массы с приращением скорости потока от гребного винта-----исторически их называют пропульсивными системами от терминов судостроения ---швартовые испытания на упор гребного винта или стендовые в моделизме винта или тяги пропеллера на стопе в авиации------физически это одно и тоже! На воде легко визуализировать процессы обтекания методом подкрашивания чернилами струек в бассейне при относительно небольших скоростях потока!

Все водоплавающие средства передвижения делятся на водоизмещающие и глиссирующие!!! Число Фруда характеризует взаимодействие плывущего тела по поверхности воды с поперечными волнами им индукциированного-----водоизмещающее судно как бы пытается залесть в горку на собственную носовую волну или плужит, поэтому большое лобовое гидросопротивление! Чтобы уменьшить высоту носовой волны, а значит и сопротивление спереди корпуса ставят так называемую бульбу, а корпус удлиняют и зализывают обводы для уменьшения Сх формы днища! А вот глиссера взбираются на вершину собственной носовой волны и подминают её под днище, при этом резко падает лобовое сопротивление и площадь смачивоемого трения-----скорость движения резко возрастает! днище плющат в центре, делают поперечный срывной выступ типа редана и острые скулы в килеватом носу для повышение мореходности при волнении! Тяговооруженность для преодоления переходного режима не менее 0.2

По простому -----число Фруда Фр=(gL)^0.5/v указывает сколько поперечных волн уложится в длину ватерлинии на определенной скорости плавания!
Если выполнено условие длины корпуса судна равной длине полуволны, то возможно глиссирование!

где кол-во волн Фр=n=0.5=(gL)^0.5/v, тогда скорость переходного режима v=2(10L)^0.5----- например минимальная скорость движения катера на режиме глиссирования с длиной ватерлинии 1 м должна быть не менее квадратного корня 2(10)^0.5=2х3.15м/с=22км/ч! Самый затратный по мощности и тяге режим называется переходным----надо преодолеть горку носовой волны при сильно проваленной корме----так называемый дифферент на корму и энергетический барьер, если хватит упора гребного винта ,то судно само вскочит на свой гребень волны! Теоретически даже корыто любой формы при огромной мощности на валу вскочит на волну и перейдет на глиссирование, а грамотные обводы позволяют лишь облегчить этот переход с наименьшей мощностью---- так спроектированы днища скоростных катеров и гидропоплавков в морской авиации!

Особенность гребных винтов это короткие широкие лопасти с малым удлинением и сверхтонким плосковыпуклым профилем толщиной 3-4% с острыми кромками!!!

Подводные упорные  винты с шагом равном диаметру имеют 3-4 лопасти с коэф перекрытия 0.5 -----для глиссеров обычно шаг больше диаметра 1.62 раза или золотое сечение по скорости и всего 2 лопастей!

Есть ещё кавитационные полупогруженные винты для сверх больших скоростей типа моно класс и трёхточка! Кавитация погранслоя или парообразование в зоне пониженного давления над выпуклой поверхностью винта объясняется резким падением локального давления и закипанием воды----за винтом стоит бурун из смеси воды и бывшего растворенного газа! Чем выше забортная температура воды, например в тропиках +30-35 С ,тем быстрее наступает кавитация при меньшей скорости потока через винт и наоборот с понижением температуры и уход на глубину, где столб воды запирает кавитацию на 1 атмосферу на каждые 10 м погружения!

Устойчивость по крену у судов принято нызывать боковой остойчивостью----когда центр тяжести ниже ватер линии корабля!