Удар при посадке
Пусть лодка с килеватым днищем движется вертикально “аниз с некоторой начальной скоростью v. При этом лодка соприкасается с плоской поверхностью воды и при погружении дает воде движение вниз, получая в то же время некоторый толчок вверх; при этом вода вытесняется’ слегка и в стороны (рис. 87).
В результате удара вода по бокам лодки поднимается, и так как на поверхности ее имеется везде одинаковое давление, то градиент давления должен быть направлен перпендикулярно к уровню жидкости, так что ускорение частиц жидкости, лежащих ца поверхности, будет так же перпендикулярно к ней. Следовательно, скорость жидкости направлена приблизительно кверху.
Изображенное на рис. 88 распределение давления на днище станет понятным, если принять во внимание, что давление воды на днище в сущности есть реакция воды против приведения ее в движение книзу. В середине днища вода уже имеет скорость, направленную вниз. Так как с течением времени ширина поверхности удара с возрастает, то вода у края поверхности удара
вытесняется вверх с весьма большой скоростью и, наконец, целиком сворачивает на-
gyacy и разлетается в стороны.
этом месте поворота возникает весьма большое давление на днище. Выбрасываемые струи соответствуют потере энергии движения в процессе удара.
Так как лодка во время удара испытывает силу, направленную вверх, то первоначальная скорость движения v уменьшается, точно так же как и скорость приведенной в движение воды.
Когда поверхность удара распространяется до краев днища лодки,—явление удара заканчивается. При дальнейшем погружении гидросамолета в действие приходят гидростатические силы, которые во время самого удара почти не имели никакого влияния.
Кроме таких факторов, как высота волны, вес гидросамолета, величина посадочной скорости, размер и форма ’.днища лодки или поплавков, .большое влияние на величину будара имеет эластичность конструкции гидросамолета.
Значительная по величине, но кратковременная ударная нагрузка (средняя продолжительность от 0,25 _ до 0,50 сек.), распределяясь по гидросамолету, сообщает всем его частям различную перегрузку, зависящую от степени жесткости конструкции. ,
По мере удаления от места приложения силы удара перегрузка падает и в наиболее удаленных точках она превращается в свободные колебания. Так, например, на рис. 89 изображены перегрузки при посадке большого гидросамолета с большой консольной частью лодки. В этом случае период свободных коле-
баний хвоста, и период действующей силы — величины одного порядка, и перегрузки, возникающие при последующем толчке, складываясь с незатухшими еще колебаниями от предыдущего толчка, могут достигать значительной величины.
Исследование посадочного удара пяти гидросамолетов, произведенное ЦАГЙ[6], показало что если перегрузку на первом редане принять за единицу, то в других точках гидросамолета перегрузки не превзошли следующих величин:
Редан….. • 1,00
Нос… ……………………………………….. 0,85
Центр тяжести……………………… і. 0,80
Моторная установка……………………… 0,65
Корна………………………………………….. 0,65
Начато крыла……………………………….. 0,70
Конец крыла…………………………………. 0,60
Таким образом, инерционные силы, вызванные ударом плавательных’ приспособлений о воду, поглощаются всей конструкцией гидросамолета, и, следовательно, его следует рассматривать не абсолютно жестким, & как систему связанных упругих масс.
Рис. 90. Максимальные перегрузки в различных частях гидросамолетов с кнлеватым м вогнутым днищем лодки |
Из эксплоатационной практики известно, что днища поплавков обычно ломаются чаще всего в тех местах, где они наиболее жестки, т. е. вблизи переборок.
О влиянии формы днища плавательных приспособлений на величину перегрузок при посадках гидросамолетов можно судить
по диаграмме на рис. 90. Как видно, перегрузки будут во всех частях гидросамолета* при наличии килеватого днища на 30—40°/0 меньше, чем у вогнутого.
Столь значительную разницу в величине перегрузок можно объяснять исключительно разными формами днища лодок; увеличение килеватости днища уменьшает величину силы удара при посадке.
Следует отметить, что наличие радиуса закругления на киле у некоторых современных машин значительно повышает величину перегрузок по сравнению с той же формой днища, но острокилевой (рис. 91).
Поплавки или лодки должны иметь килевую донную часть если не по всей длине, то хотя бы на части днища, сразу касающейся воды при посадке. Поплавкам придают в хвостовой части днища большую килеватость, а борта сводят к острому прямому ахтерштевню; такую же форму должны иметь и хвостовые части лодок.
Дорнье для обеспечения мягкости посадки применяет клинообразный уступ за главным реданом, оказавшийся весьма рациональным на практике. Редану дается тоже некоторая килеватость из соображения уменьшения напряжений на донную часть.
В немецких конструкциях ранее встречалась плоская носовая часть лодок или поплавков. Это объясняется стремлением при большой удельной нагрузке на днище уменьшить сопротивление при разбеге.
Также считали, что поплавок с плоским днищем, а следовательно, с большой гидродинамической силой является гарантией против капота гидросамолета при посадках.
Пикирующее положение наблюдается в момент касания воды и вызывается внезапно нарастающим водяным сопротивлением и силами инерции, которые развиваются вследствие замедления движения гидросамолета и приложены в его ЦТ.
Для килевых поплавков или лодок нужна длинная носовая часть, для того чтобы погасить возникающие при этом кренящие моменты. Наличие моментов относительно поперечной оси самолета может вызвать продольное его раскачивание, чему следует всемерно препятствовать; в этом отношении плоское днище дает большую продольную динамическую остойчивость. ‘