Аэродинамическая сила и ее момент

Равнодействующая сила давления ветра на надводную часть — аэродинамическая сила А не совпадает в общем случае с направлением кажущегося ветра, а отклоняется в сторону траверзного направления.

Надводная часть судна находится в потоке воздуха под углом атаки, равным курсовому углу кажущегося ветра. При этом на надводной части создается аэродинамическая сила А, имеющая, как показано на рис. 9.2, продольную А _х и поперечную А _у составляющие.

Продольная составляющая А _х влияет на скорость судна, а поперечная А _у вызывает боковое перемещение судна.

Поперечную аэродинамическую силу (Н) можно рассчитать по формуле

(9.2)

Где С_аy- безмерный коэффициент аэродинамической силы, зависящий от формы надводной части судна и косового угла ветра

С_аe=(0.8 ÷ 1.3)sinq_W

Q_y – боковая площадь парусности (площадь проекции надводной части на ДП) м²;

ρ_а – массовая плотность воздуха (ρ_а≈ 1,226 кг/м)

Рис.9.2, Аэродинамическая сила и ее составляющие

Точка приложения аэродинамической силы в соответствии со свой-ствами крыла смещается от ЦП навстречу потоку воздуха (см. рис, 9.2 ), т, е. при носовых курсовых углах ветра в сторону носа, а при кормовых курсовых углах — в корму. Величина смешения зависит от курсового угла кажущегося ветра: чем острее угол атаки между ДП и направлением ветра, тем дальше от ЦП смещается точка приложения аэродинамической силы. Максимальное смещение точки приложения аэродинамической силы (при курсовых углах, близких к 0 и 180°) составляет в среднем приблизительно четверть длины судна, т.е. 0,25L, а при курсовых углах кажущегося ветра, равных 90°, точка приложения аэродинамической силы совпадает с ЦП (центром парусности).

Таким образом, в общем случае на корпус судна действует не только поперечная аэродинамическая сила, вызывающая дрейф судна, но и момент этой силы, стремящийся развернуть судно вокруг вертикальной оси, проходящей через ЦТ (центр тяжести).

Плечо поперечной аэродинамической силы 1_А относительно ЦТ можно определить по приближенной формуле:

(9.3)

где —относительное плечо аэродинамической силы, выраженное в долях длины корпуса ()

L —длина судна между перпендикулярами, м

ℓ_ЦП - — отстояние ЦП от ЦТ, м.

В формуле (9.3) величина ℓ_ЦП принимается положительной, если ЦП смещен в нос от ЦТ, и отрицательной при его смещении в корму, Знак величины ℓ_А укажет соответственно направление смещения точки приложения аэродинамической силы от ЦТ.

Положение ЦП по длине судна ℓ_ЦП зависит от размеров и расположения надстроек и других надводных частей, а также от дифферента судна и его осадки. Площадь парусности и положение ЦП по длине судна можно рассчитать по чертежу бокового вида судна с учетом масштаба. При этом следует иметь в виду, что положение ЦП значительно изменяется с изменением дифферента судна.

При определении отстояния ЦП от ЦТ для (9.3) необходимо учитывать положение ЦТ по длине, которое только при посадке судна на «ровный киль» приблизительно совпадает с мидель-шпангоутом. Если ЦТ смещен в сторону одной из оконечностей судна, то благодаря дифференту ЦП смешается в противоположную сторону, что приводит к существенному изменению ℓ_ЦП и, следовательно, ℓ_А.

Аэродинамический момент М_А=А_У ℓ_А стремится развернуть судно относительно вертикальной оси в направлении уваливания наветренной оконечности судна.

Дата добавления: 2014-01-03