Способ повышения гидро- и аэродинамических свойств объекта при движении в аморфной среде

Способ повышения гидро- и аэродинамических свойств объекта при движении в аморфной среде

Реферат

 

Изобретение относится к судостроению и авиастроению, касаясь технологии снижения сопротивления при движении объекта в водной и воздушной среде. Способ повышения гидро- и аэродинамических свойств при движении объекта в аморфной среде заключается в размещении выступающих частей на корпусе, например ниже меридианной плоскости бульбообразного выступа. Выступающую часть выполняют подвижной в угловом направлении и сопрягают ее с выемом объекта. Саму выступающую часть выполняют с отверстиями, которые соединяют с поверхностью объекта каналами. Суммарную площадь отверстий принимают больше суммарной площади каналов. Технический результат реализации изобретения заключается в повышении маневренности, снижении лобового сопротивления и в повышении устойчивости судна при волнении среды.

Изобретение относится к снижению сопротивления при движении объекта в воздушной и водной среде и может быть использовано для повышения устойчивости объекта и для повышения маневренности объекта при осуществлении маневра.

Далее будет рассмотрено по отношению к водному объекту - судну любого типа (подводного и надводного, военного и гражданского применения); однако, все положительные эффекты полностью относятся и к летательному аппарату пассивного и активного действия (управляемый лайнер или ракета). Такое соответствие обусловлено одинаковыми законами физики, которым подчиняются виды движения в водной или воздушной среде (Раздел "Гидроаэродинамики", стр. 300, "Справочник по физике" для инженеров под редакцией Яворского, Детлафа).

Известно техническое решение, когда ниже срединной плоскости судна (меридианная плоскость) размещают "бульбообразный выступ для снижения волнового сопротивления судна или лайнера воздушного при скоростях выше скорости звука ("Элементарный учебник физики" под редакцией Лендсберга, том 1, стр. 409).

Выступ снижает волновое сопротивление, однако его сопротивление гидродинамическое (все рассматривается по отношению к судну, как говорилось выше) будет определяться площадью повышенной самого выступа в плоскости, перпендикулярной оси судна.

Кроме этого, будет наблюдаться снижение маневренности при осуществлении поворота, т. к. при повороте сам выступ будет играть роль дополнительного сопротивления, т.к. возрастает площадь, причем на передней оконечности, которая имеет больший радиус относительно центра масс. При бортовой или килевой качке выступ также будет играть отрицательную роль из-за размещения массы выступа на большем радиусе относительно центра масс.

Сам выступ определяет трение относительно среды перемещения, которое будет зависеть от чистоты обработки поверхности выступа, которая меняется со временем эксплуатации.

Подводя итоги, можно сформулировать недостатки: выступ не способствует маневренности, устойчивости судна при волнении, повышает сопротивление лобовое при взаимодействии с массой набегающей водной среды.

Целью технического решения является устранение указанных недостатков, а именно: - повышение маневренности судна, - снижение лобового сопротивления, - повышение устойчивости судна при волнении среды.

Технический результат достигается тем, что бульбообразную выступающую часть выполняют поворотной и сопрягают ее с выемом корпуса, а сам выступ изготавливают с отверстиями, которые соединяют с наружной поверхностью корпуса каналами, причем суммарная площадь отверстий выступа больше суммарной площади каналов.

Пояснения к способу: 1. Трение материала выступа в существующих бульбообразных конструкциях заменено трением водной среды между слоями ее. Этот эффект получается благодаря тому, что встречный водный поток частично проходит к каналам, которые, имея большее гидродинамическое сопротивление, т.к. их суммарная площадь меньше суммарной площади отверстий, а частично после заполнения отверстий водной средой будет растекаться по поверхности выступа на боковые поверхности корпуса.

Т. е. произойдет распределение встречной массы водной среды: часть будет транспортироваться через отверстия в подвижной части выступа и далее через каналы к поверхности корпуса, а другая часть будет обволакивать выступ с транспортировкой к поверхности корпуса, Будут наблюдаться следующие эффекты: - снижение эффективного лобового сопротивления выступа, т.к. его эффективная площадь снизится за счет отверстий, которые пропускают водную среду через отверстия и каналы к поверхности корпуса, - часть оставшейся водной массы, которая не прошла через отверстия и каналы, причем существенно сниженная, будет обтекать выступ, создавая пониженное сопротивление за счет снижения массы жидкости и за счет снижения поверхности из материала выступа.

Оба показанных эффекта приведут (при сохранении снижения волнового сопротивления) к резкому снижению прямого гидродинамического сопротивления.

2. Вывод потока водной среды через каналы после отверстий приведет к снижению гидродинамического сопротивления от трения водной среды о поверхность корпуса, причем вывести каналы можно по всей поверхности корпуса. Поясним этот эффект. Скорость водного потока, который будет выходить на поверхность корпуса, будет иметь составляющую скорости, которая совпадает с направлением движения объекта, но более низкую, т.к. происходит потеря энергии движения водной массы при ее транспортировке через отверстия и каналы.

Получение на поверхности корпуса слоя водной массы, которая образует переходный слой между неподвижной водной средой и имеет промежуточную скорость между скоростью корпуса объекта и окружающей водной средой, полностью заменяет трение на жидкостное (потери остаточные на трение будут столь малы, что ими можно пренебречь, т.к. градиент скорости в перпендикулярном направлению движения будет значительно снижен. Такими свойствами будет обладать вся поверхность корпуса.

3. Выполнение выступа подвижным позволяет повысить маневренность, т.к. можно повысить момент для осуществления поворота. В качестве примера: если поворот осуществляют вправо по курсу, то нужно повернуть выступающую часть также вправо. Это положение повысит смещенное гидродинамическое сопротивление в направлении поворота и приведет к возникновению силы, которая приложена на максимальном радиусе относительно центра масс. Аналогично можно снижать любой вид качки, перемещая выступ в любом направлении, а, т.к. этот процесс медленный во времени, то возможно ручное управление, однако лучше использовать бортовой компьютер. Маневренность повышается также за счет снижения массы выступа.

4. Возможность осуществления устройства по техническому решению. Выступ сопрягается по сферической поверхности с корпусом и имеет штангу по оси, которая соединена с двумя приводами: для вертикального перемещения и горизонтального. Совокупность этих перемещений позволяет придать выступу любое положение по углу.

В самом сопряжении, подвижном по сфере между выступом и корпусом, выполняют выем, к которому сходятся все каналы, а отверстия выступа также перемещаются с выступом в указанном выеме.

Чтобы увеличить угол поворота отверстия могут быть выполнены сходящимися к оси выступа, а каналы - расходящимися от выема, 5. Способ может быть применен к любой носовой части и боковым выступам: крылья у летательного аппарата, стойки у судна на "Метеоре", вся носовая часть судна. Т.е. техническое решение является универсальным, и эффекты будут те же самые, что показаны выше. Любые выступы, например хвостовое оперение летательного аппарата, которое управляемо и подвижно, может быть выполнено с учетом рассмотренного способа.

Особое значение способ имеет для скоростных летательных объектов, где идет борьба и за массу, и за скорость. Обе цели можно получить, используя данный способ, причем с повышением маневренности.

Выполнение устройства по способу просто и малозатратно, причем можно использовать не только при проектировании новых объектов, но и при модернизации существующих объектов любого назначения, где имеет место сопротивление среды движению.

Таким образом, достигаются все поставленные цели, которые были сформулированы выше.

Следует иметь ввиду, что возможно использование технического решения на кормовой оконечности объекта для предотвращения образования вихрей и турбулентностей. В этом случае отверстия также сопрягаются с каналами от поверхности корпуса до выхода каналов в окружающую среду.

Формула изобретения

Способ повышения гидро- и аэродинамических свойств объекта в аморфной среде, включающий размещение выступающих частей на корпусе, например ниже меридианной плоскости бульбообразного выступа, отличающийся тем, что выступающую часть выполняют подвижной в угловом направлении и сопрягают ее с выемом объекта, а саму выступающую часть выполняют с отверстиями, которые соединяют с поверхностью объекта каналами, причем суммарная площадь отверстий больше суммарной площади каналов.