Остойчивость гидросамолета

Характеристика остойчивости гидросамолета заключается в ознакомлении с поведением его под влиянием опрокидывающих (кренящих) моментов.

Как известно, влияние опрокидывающих моментов на гидро­самолет характеризуется диаграммой Рида как продольной, так и поперечной остойчивости. К построению диаграмм Рида мы и приступим, пользуясь для этого тем же оборудованием, каким

пользовались и при определении водоизмещения. Усыновим прежде всего, что при действии какой-либо внешней рилы, не приложенной в ЦТ, гидросамолет получает вращение около ЦТ (пренебрегаем тормозящим действием частей, погруженных в воду), но при этом сам ЦТ гидросамолета не перемещается и остается неподвижным. /

Таким образом, установив модель в ванне, как — то было при определении водоизмещения, будем наклонять ее как в продоль­ном, так и поперечном направлении при помощи укрепленных на ней рычагов с передвигаемыми по ним грузами. Замеряя величину момента (кренящего), одновременно отсчитываем по рейкам угол крена на тот или другой борт или диферент на нос или корму. По полученным цифрам строим диаграмму Рида.

Рис. 22. Двухпоплавковый гидросамолет с подкрыльными поплавками

Произведя опыт с различными схемами гидросамолетов и по — втроив для них диаграмму Рида, на основе сравнения можно сделать вывод о преимуществах одной схемы перед другой в отношении остойчивости.

В настоящее время известны следующие схемы:

а) двухпоплавковые гидросамолеты; при дальней­шем увеличении поплавков они превращаются в лодки (двух­лодочные гидросамолеты);

б) однопоплавковые гидросамолеты;

в) летающие лодки.

Поплавковые гидросамолеты появились как результат пере­несения на воду уже разработанных и оправдавших себя на деле конструкций сухюпу^ных самолетов. Схема таких самолетов принципиально не отличается от схемы сухопутного самолета, и видоизменение заключается в замене колесного шасси на поплавковое.

Двухпсплавковые гидросамолеты при достаточном расстоянии междо поплавками обладают необходимой поперечной остойчи­востью, и установки добавочных подкрыльных поплавков не требуют. Однако при постановке сухопутного самолета на поплавки из-за невозможности укрепить их к фюзеляжу на

Рио, 23. Двухяоплавковый гидрооамолеї Блом и Фосс „Гамбург На“ —139. Полетный вес 16 і

Рис. 24. Двухлодочный гидросамолет

необходимом для надлежащей остойчивости расстояний попе­речной остойчивости не всегда удается достигнуть. В/Этон слу­чае установка подкрыльных поплавков обязательна7 (рис. 22). Самым большим двухпоплавковым самолетом явлйется „Гам­бург На»—139, построенный фирмой Блом и Фосс (рис. 23).

Итальянская фирма Савойя построила гидросамолет S-66 с тремя моторами Фиат по 500 л. с., схема которого ничем не отличается от схемы двухпоплавкового гидросамолета, но по­плавки сделаны настолько большими, что вмещают всю подни­маемую нагрузку (рис. 24).

Исходя из аналогии с летающими лодками, где грузы тоже располагаются в лодке, этот тип гидросамолета неправильно называют „двухлодочным гидросамолетом».

Однопоплавковые гидросамолеты остойчивы только при наличии подкрыльных поплавков (рис. 25) и в этом случае принципи­альной разницы между ними и летающими лодками нет.

Рис. 25. Однопошавковый гидросамолет (морской разведчик Боот-Сикррский (052И-Т)

Наиболее разнообразны решения вопроса остойчивости в схе­мах летающих лодок.

1. Летающая лодка с ненесущими подкрыль­ными поплавками. Если лодка в спокойном состоянии совсем не касается подкрыльными — поплавками воды или же слегка наклонена на одни поплавок, в то время как другой на­ходится над уровнем воды* поплавки в расчет водоизмещения не входят и значения при глиссировании. не имеют. Их действие начинается лишь с появлением кренящих моментов: тогда один из них, погружаясь в воду, под действием гидростатических сил выправляет полученный гидросамолетом крен.

Совершенно очевидно, что чем дальше от оси гидросамолета будут расположены поплавки, тем больше будет восстанавли­вающий момент при том же объеме поцлавков. Поэтому в дан­ной схеме поплавки стремятся расположить возможно ближе к концу крыла.

2. Летающие лодки с несущими подкрыльными поплавками. Впервые применил эту схему известный не­

редкий конструктор инженер Рорбах. По этой схеме гидросамо­лет плавает при погруженных обоих подкрыльных поплавках, которые несут часть веса гидросамолета.

В некоторых случаях водоизмещение несущих поплавков до­стигает 15% от водоизмещения всего гидросамолета.

Описанная схема нашла свое применение в ряде конструкций гидросамолетов, например Блекборн „Сиднеи11 (рис. 26).

о. Летающие лодки с плавниками (штумяелями, жабрами). Немецкий конструктор Дорнье осуществил эту схему на целой серии своих гидросамолетов, начиная с „Либелль11 и кончая Do-X (рис. 27). Особенность этой схемы заключается в том, что с обеих сторон лодки, примерно в средней ее трети, устроены упшрения значительного объема, которые при плава­нии гидросамолета частично погружены в воду и тем самым обеспечивают устойчивость плавания.

Эта схема была (рис. 28 и 29).

Некоторые конструктора (американские и английские) делают уширение подводной части лодки в комбинации с подкрыль­ными поплавками (рис. 30), достигая этим самым меньших раз­меров подкрыльных поплавков.

2. Особая схема летающих лодок (рис. 31). В гидро­самолете, построенном по схеме Электрической Компании, остой­чивость достигается низким размещением нижних плоскостей,

Рис. 28. Лодочный гидросамолеї с жабрами Дориье До-24

имеющих большое V. Плоскости сделаны водонепроницаемыми, представляют одно целое с лодкой и являются особого рода плавниками. Эта схема распространения не получила.

Ознакомившись со способами и схемами гидросамолетов и произведя исследования над моделями с различными типовыми приспособлениями для обеспечения остойчивости, мы получим диаграммы Рида, которые для удобства сравнения построим на одном графике (рис. 32). Будем помнить, что водоизмещение моделей было одно и то же.

Рис. 29. Лодочный гидросамолеї Боинг

Как нам известно, на диаграмме Рида по оси ординат откла­дываются восстанавливающие моменты, а по оси абсцисс — со­ответствующие им углы крена.

Из диаграммы видно, что с точки зрения наилучшего обеспе­чения остойчивости самой наивыгоднейшей схемой является схема двухпоплавкового (двухлодочного) гидросамолета, затем летающая лодка с несущими поплавками, лодка с ненесущими поплавками и, наконец, летающая лодка, с жабрами. Однопоплав­ковый гидросамолет аналогичен летающей лодке с ненесущими поплавками.

Рис. 80. Гидросамолет Макки-9®

Вспомним из теории корабля выражение момента восстанавли­вающей пары

3)? = G (ро rfc a) sin 0.

Представим его в виде

9Я = Q Р0 sin 6° ± Оа sin 6° = G~MC sin 6° ± GMK sin 0°, (18)

где G — вес гидросамолета,

Р0 — метацентрический радиус, а — расстояние между ЦВ и ЦТ, h — метацентрическая высота.

Первый член уравнения GMCsin0° носит название остойчи­вости формы, так как он зависит лишь от момента инерции 1Х площади BJI, а не от веса судна, и объема его подводной части.

Второй член GMKsin0° носит название остойчивости в е с а и исключительно зависит от веса и расстояния ЦТ и ЦВ.

Ввиду того, что в процессе нашего исследования вес и поло­жение ЦТ не менялись, то и величина члена остойчивости веса не изменялась и влиять на результат исследования не могла.

Следовательно, для остойчивостя_~имеет большое значение при прочих разных условиях остойчивость формы, зависящая от момента инерции площади ВЛ.

М о м е’н т о м инерции любой’ площади около какой-либо оси называется сумма произведений элементарных площадок на ква­драт расстояния от центров тя — жйсти их до этой оси.

, і

Рис. 33. Определение момента пверцин пря­моугольника

Поясним это определение примером. Возьмем прямоугольник ABCD (рис. зз) и определим момент инерции I относительно оси гг, проходящей через ЦТ сечения. Обозначим ширину основания прямоугольника CD через Ъ, а высоту АС через Ь.

Разделим площадь прямоугольника ЛВС!) На отдельные эле­менты прямыми линиями, параллельными основанию и отстоя­щими одна от другой на величину у.

Тогда площадь каждого такого элемента будет равна

f=by,

а момент инерции относительно горизонтальной оси гг будет

‘ I = уЧ.

Производя суммирование этих элементарных моментов по всей площади, получим момент инерции площади прямоугольника

j ___ №

2 12

Из приведенного примера можно видеть, что момент инерции есть величина, характеризующая расположение площади относи­тельно какой-либо оси, и чем дальше от оси расположена площадь, тем большей может быть получена величина момента инерции.

Обычно при расчетах остойчивости за ось моментов инерции гидросамолета принимают его продольную ось симметрии, совпадающую с осью лодки или фюзеляжа (рис. 34), и тогда момент инерции площади BJ1 определится по формуле

/W + 2H-H4 у (19)

где 1л — момент инерции площади ВЛ лодки около собственной оси,

і — момент инерции площади ВЛ поплавка, около собствен­ной оси,

I — расстояние от оси лодки,

г + l2s — момент инерции площади ВЛ поплавка, отнесенной к оси лодки.

Как видно из этой формулы, разнесение площади ВЛ относительно оси гидросамолета весьма выгодно с точки зрения улучшения остойчивости.