Целью данного курса является знакомство студентов с основами гидродинамики летательных аппаратов водного базирования, а также смежных дисциплин, обеспечивающих полноценное научное сопровождение разработки, проектирования и испытаний перспективных амфибийных самолетов и экранопланов. Курс содержит как теоретические основы гидроавиации, так и сведения о методах и средствах экспериментальных исследований.
Разделы
1. Введение. Краткий обзор истории развития гидроавиации. Этапы движения ЛА по воде: дрейф, плавание, разбег, пробег. Мореходность. Типы взлетно-посадочных устройств для воды: глиссирующие корпуса и поплавки, подводные крылья, воздушная подушка, гидролыжи. Типы МЛА: гидросамолеты, самолеты-амфибии, экранопланы, экранолеты. Классификация экранопланов.
2. Режимы плавания и дрейфа ЛА водного базирования. Основные понятия гидростатики ЛА. Плавучесть и остойчивость. Диаграммы остойчивости. Гидростатический расчет самолетов разного типа: лодочных, поплавковых. Расчет непотопляемости.
3. Понятие о глиссировании. Плоская задача о глиссировании пластинки. Особенности обводов глиссирующих корпусов и течения жидкости при глиссировании. Постановка плоской задачи о глиссировании пластинки. Поле скоростей. Форма свободной поверхности жидкости. Поле давлений. Толщина брызговой струи. Подъемная сила и продольный момент.
4. Линейная теория глиссирования. Плоская задача в линейной постановке. Аналогия с крылом. Парадокс бесконечной высоты продольного подпора. Решение Седова и Кочина для случая глиссированя пластинки по поверхности тяжелой жидкости.
5. Базовые подходы к математическому моделированию пространственного глиссирования. Граничные условия при глиссировании. Метод аналогии с крылом. Приближенные расчетные формулы. Сведение задачи о глиссировании килеватого тела к задаче о погружении плоского контура. Области применимости метода плоских поперечных сечений в задачах о глиссировании.
6. Погружение килеватых профилей в жидкость. Импульсивные давления. Удар плоской пластинки о поверхность жидкости. Плоская задача о погружении килеватого тела в жидкость. Задача Вагнера. Интеграл Вагнера. Сила сопротивления при погружении плоского контура. Аппроксимационная формула Вагнера. Начальная стадия погружения со смоченной скулой. Переходное сопротивление. Сопротивление Бобылева.
7. Использование метода плоских поперечных сечений в задачах гидродинамики глиссирования и границы его применимости. Расчет сил и моментов при глиссировании методом плоских поперечных сечений. Учет весомости воды. Учет продольного перетекания на основе аналогии с крылом. Формулы Джонса. Поправочные коэффициенты в формулах расчетов сил и моментов. Снижение давлений у транца.
8. Общая схема расчета гидродинамических характеристик глиссирующего корпуса. Сопротивление при глиссировании. Сопротивление давление и сопротивление вязкого трения. Глиссирование второго редана в следе первого редана.
9. Выбор основных размерений лодок и поплавков. Предварительная оценка взлетно-посадочных и мореходных характеристик самолетов водного базирования. Принятая терминология. Выбор основных размерений корпуса летающей лодки. Коэффициент совершенства обводов. Угол продольной килеватости. Средства улучшения местной гидродинамики: гидрощитки, гидродинамические интерцепторы, дефлекторы. Выбор основных размерений поплавков. Предварительная оценка взлетно-посадочных характеристик на воде. Полуэмпирическая формула для предварительной оценки ожидаемого уровня мореходности.
10. Нетрадиционные взлетно-посадочные устройства летательных аппаратов водного базирования. Подводные крылья. Подъемная сила, ее зависимость от погружения крыла. Кавитация и аэрация крыльев. Профили подводного крыла. Суперкавитирующие и супервентилируемые крылья. Компоновки системы подводных крыльев. Шасси на воздушной подушке. Возможные схемы шасси на воздушной подушке. Уровень сопротивления, проходимость, мореходность. Глиссирующие гидролыжи.
11. Экранопланы и экранолеты. Сущность экранного эффекта. Влияние экрана на подъемную силу и сопротивление. Особенности динамики экранопланов. Поддув под крыло. Отечественные экранопланы.
12. Основы теории волн. Общие свойства волн. Длина, высота и период. Постановка плоской линейной задачи теории волн. Траектории частиц в волне. Связь длины и скорости волн. Влияние мелководья на характеристики волнения. Энергия прогрессивных волн. Перенос энергии и массы. Волны конечной амплитуды. Ветровые волны. Статистические характеристики ветрового волнения.
13. Методы и средства экспериментальных исследований гидродинамики летательных аппаратов водного базирования. Геометрическое подобие. Масштаб подобия. Типы моделей и типы испытаний. Основные методики испытаний и измеряемые параметры. Критерии моделирования. Динамически подобные модели. Экспериментальные установки: гидроканалы, катера-буксировщики, катапульты, гидролотки, гидротрубы, ротативные установки, самоходные модели.
14. Сравнение технико-экономических характеристик аппаратов водного базирования с характеристиками альтернативных транспортных систем. Сравнительные характеристики топливной и транспортной эффективности самолетов сухопутного базирования и самолетов-амфибий. Сравнительные характеристики основных затрат на строительство гидроаэродрома и аэропорта для самолетов и самолетов-амфибий взлетной массой 37-95 тонн. Сравнение эффективности противопожарных самолетов. Сравнение технико-экономических характеристик транспортных гидросамолетов и экранопланов.
15. Натурные испытания самолетов водного базирования. Контроль исходных массовых и геометрических характеристик. Погодные условия. Измеряемые параметры и требования к используемой аппаратуре. Исходные данные для начала гидродинамических испытаний. Программа испытаний. Первый спуск самолета на воду. Готовность к гидродинамическим и мореходным испытаниям. Гидростатические испытания. Режимы дрейфа и маневрирования. Пробежки. Контроль устойчивости глиссирования. Определение взлетно-посадочных характеристик. Мореходные испытания. Дополнительные испытания. Теория пограничного слоя Прандтля.
В результате освоения дисциплины «Гидродинамика морских летательных аппаратов» студент должен:
Знать классификацию, компоновочные особенности, преимущества и недостатки летательных аппаратов водного базирования различных видов и типов, основы методов определения гидродинамических характеристик расчетными и экспериментальными средствами,
Уметь прогнозировать основные гидродинамические, взлетно-посадочные, мореходные характеристики перспективных ЛА водного базирования уже на начальных стадиях проектирования.
Владеть расчетными и экспериментальными методами выбора гидродинамических компоновок и обводов корпусов и несущих систем создаваемых ЛА водного базирования.
Рекомендуемая литература.
- Лотов А.Б. Глиссирование и быстрый вход тел в воду. М, МФТИ, 1984.
- Логвинович Г.В. Гидродинамика течений со свободными границами. Киев, Наукова думка, 1969.
- Ламб Г. Гидродинамика. М.-Л., ОГИЗ ГОСТЕХИЗДАТ, 1947.
- Шашин В.М. Гидроаэромеханика морских ЛА. М, МАИ, 1997.
Дополнительная литература
- Справочник авиаконструктора, том 2, Гидромеханика гидросамолета, ЦАГИ, 1938.
- Морская авиация России. Под редакцией А.Г. Братухина, М., Машиностроение, 1996.
- Осташов В.Г., Сандлер Л.Б. Глиссирующие снегоходы-амфибии. Новосибирск, «Галатея», 1991.
