Akış eğimi nedeniyle, sonlu açıklığa sahip bir kanat, profile kıyasla ek endüktif dirence sahiptir. İlişkiye (8.13) dayanarak, akış eğimini hesaba katarak kanat kaldırma katsayısını belirlemek için bir formül elde ederiz. O zamandan beri veya .
Dolayısıyla türev eşittir
Kanat açıklığının sonlu olmasından dolayı değerin profilden (sonsuz açıklıklı kanat) daha küçük olduğu açıkça görülmektedir. Kanat kaldırma katsayısı azaldıkça azalır (Şekil 8.24). Diğer her şey eşit olduğunda, aynı kaldırma kuvvetini elde etmek için, sonlu açıklığa sahip bir kanadın, sonsuz açıklığa sahip bir kanattan daha büyük bir hücum açısına sahip olması gerekir.
Ek endüktif direnç, profil polar ile karşılaştırıldığında kanat polar şeklinin değişmesine ve artan direnç yönünde yer değiştirmesine yol açar. Grafiksel olarak, endüktif reaktans katsayısı, koordinatlardaki endüktif reaktansın parabolünü temsil eder (Şekil 8.25). Sonuçta bu durum, o kanadın profil kalitesine göre kanadın kalitesinin düşmesine yol açmaktadır.
Formül (8.14), planformu kanat açıklığı boyunca indüklenen hızın ve akış açısının düzgün dağılımını sağlayan bir kanatla ilgili olarak elde edildi. Bu gereksinimler, üstten görünümde eliptik bir şekle sahip bir kanatla karşılanır (profil kirişi, açıklık boyunca hız dolaşımının eliptik bir dağılımını ve en az endüktif sürüklemeyi sağlayan bağımlılığa göre değişir). Rasgele planform şekline sahip kanatlarla ilgili olarak, kanat planformu şeklinin etkisini hesaba katan bir ilişki kullanılarak belirleme yapılabilir:
Düşük hücum açılarında kanadın tüm yüzeyi ayrılmadan akar. Orta ve yüksek hücum açılarında, kanadın arka ucuna yakın bir yerde meydana gelen, kanadın üst yüzeyindeki akış ayrılması nedeniyle bağımlılıklar ve doğrusal olmayan hale gelir. Büyümeyle birlikte akışın ayrıldığı yer akışın tersine doğru ön uca doğru hareket eder. Yüksek hücum açılarında, akışın kanat yüzeyinden genel bir ayrımı gözlenir ve bu da kanat kaldırma kuvvetinin keskin bir şekilde düşmesine neden olur.
Keskin kenarlı süpürülmüş kanatlarda akış ayrımı, orta hücum açılarında zaten yan ve ön kenarlarda meydana gelir. Akışın ön kenarlardan ayrılması sonucu oluşan girdaplar, üst yüzeyde ek bir seyrelme oluşturarak aerodinamik yükün kanat boyunca yeniden dağıtılmasına neden olur. Bunun sonucunda kanadın kaldırma kuvveti artar ve bağımlılıklar doğrusal olmayan hale gelir (Şekil 8.26).
Kaldırma katsayısı, aşağıdaki formül kullanılarak ön kenardaki akış ayrılmasından kaynaklanan ilave kuvvet dikkate alınarak yaklaşık olarak belirlenebilir: .
Katsayı A hücum kenarı tarama açısına, kanat uzantısına ve konikliğine bağlıdır.
Deneysel veriler, farklı geometrik parametrelere sahip ancak aynı değerlere sahip kanatlar için katsayının A hemen hemen aynı.
Değer arttıkça, yani artış veya azalışla kaldırma katsayısının doğrusal olmayan bileşeni azalır.
Böylece kaldırma kuvveti oluşturan uçak elemanlarının temel özellikleri dikkate alınmış, geniş bir hız aralığında kanat profilleri ve kanatlar için kuvvet katsayısı değerleri hesaplanmıştır.
Test soruları ve ödevler
1. Aerodinamik kaliteyi tanımlayın K. Hangi nesnenin aerodinamik kalitesi daha iyidir: yalıtılmış bir kanat profili mi yoksa sonlu açıklığa sahip bir kanat mı ve neden?
2. Ana kanat, uçağın burnundan belli bir mesafede bulunur. Konumunu ne belirler? Kapsamı?
3. Kanat profilinin (kanadın) hangi hücum açısına kritik denir ve neden?
4. Süper kritik uçuş hızlarında kanat profilinin direncini hangi bileşenler oluşturur?
5. Herhangi bir planform şekline sahip bir kanadın uzamasını hesaplamak için hangi hususlara dayanarak aşağıdaki formül önerilmektedir; burada l kanat açıklığı ve S, planform alanıdır?
6. Sonlu açıklığa sahip bir kanadın indüklenen sürüklenmesine ne sebep olur? Sonlu açıklığa sahip bir kanadın yakınındaki gaz akışına ne olur? Hangi kanat, açıklığı boyunca indüklenen hız ve akış açısının düzgün bir dağılımı ile karakterize edilir?
7. Uçuş ağırlığı 60 ton olan ve h yüksekliği 10 km olan sabit hızla uçan bir uçak için kaldırma kuvveti, açıklığı l 35 m ve en-boy oranı 6 olan bir kanat tarafından yaratılmaktadır. Kanadın kaldırma katsayısı » 1 ve uçağın sürükleme kuvveti katsayısı 0,2 ise uçağın uçuş hızı ve santral uçağının geliştirdiği itme kuvveti.
8. Uçaklarda, uçağın aynı kalkış ağırlığında kanadın taşıma kapasitesini artıran ve minimum uçuş hızını azaltan çeşitli tipte cihazlar kullanılmaktadır. Bu tür cihazlar, profil merkez çizgisinin eğriliğinin değiştirilmesine veya kanadın yük taşıyan yüzeyinin alanının değiştirilmesine veya sınır tabakasının kanadın üst yüzeyinden veya kanadından üflenmesine (emilmesine) dayanır. Kanadın üst yüzeyindeki akışın bağımlılığı ve fiziksel resminin analizine dayanarak, sınır tabakası havaya uçtuğunda (emildiğinde) kanadın yük taşıma kapasitesindeki artışın nedeninin ne olduğunu gösterin. ).
9. Kritik altı (kritik, süperkritik) ön (arka) kenar kavramı hangi kanatla ilgilidir?
10. Süpersonik uçuş hızlarında kanat uçlarının aerodinamik özelliklerine etkisi nasıl sıfıra indirilebilir?
11. Geleneksel bir kanadın üst yüzeyindeki akış ayrımı neden yarattığı kaldırma kuvvetini azaltırken, keskin hücum kenarı olan eğimli kanatlarda bu kuvveti artırır?
Bir uçağın kanadının bükülme için kesitinin hesaplanmasına ilişkin ders çalışmasına bir örnek
İlk veri
Kalkış ağırlığı, kg 34500
Kanat ağırlığı, kg 2715
Yakıt kütlesi, kg 12950
Güç ağırlığı
kurulum, kg 1200 2=2400
Kanat açıklığı, m 32,00
Merkezi akor, m 6.00
Bitiş akoru, m 2,00
Operasyonel
aşırı yük, n E 4,5
Katsayı
Güvenlik, f 1,5
Pirinç. 5.1 Uçak çizimi.
Kanat yüklerinin hesaplanmış diyagramlarının oluşturulması
5.2.1. Eşdeğer bir kanadın inşası
Kanadın planını çizelim. %50 kiriş çizgisini uçağın simetri eksenine dik bir konuma döndürerek ve Şekil 5.2'deki temel yapıları uygulayarak eşdeğer bir düz kanat elde ederiz. İlk verilere dayanarak uçağın taslağını kullanarak kanadın geometrik parametrelerinin değerlerini belirliyoruz:
; 
;
; 
(5.1)
Şekil 5.2 Eşdeğer kanat.
Değeri eşit segmentlere bölelim:
M, (5.2)
böylece almak bölümler: = … , Nerede - bölüm numarası Her bölümdeki akorun büyüklüğü aşağıdaki formülle belirlenir:
. (5.3)
Hesaplama sonuçları tablo 5.1'de listelenmiştir.
5.2.2 Yükler tasarım durumuna göre güvenlik faktörüne göre belirlenir.
Kanadın kaldırma kuvvetini aşağıdaki formülü kullanarak hesaplıyoruz:
, N. (5.4)
Doğrusal hava yükünü kanat açıklığı boyunca akorlarla orantılı olarak dağıtıyoruz:
Nerede 
, m2- Şekil 2'ye göre kanat alanı. 5.3.a).
Hesaplama sonuçları Tablo 5.1'e girilmiştir, diyagram Şekil 1'de gösterilmiştir. 5.3.b).
Yükü kanat yapısının ağırlığından kanat açıklığı boyunca akorlarla orantılı olarak dağıtıyoruz:
. (5.6)
Hesaplama sonuçları Tablo 5.1'e girilir. Diyagram Şekil 2'de gösterilmektedir. 5.3.c).
Yükü, kanada yerleştirilen yakıtın ağırlığından kanat açıklığı boyunca akorlarla orantılı olarak dağıtıyoruz:
. (5.7)
Hesaplama sonuçları Tablo 5.1'e girilir. Diyagram Şekil 2'de gösterilmektedir. 5.3.d).
Kanat açıklığı boyunca dağıtılan yüklerin diyagramlarını özetleyelim:
Hesaplama sonuçları Tablo 5.1'e girilir. Diyagram Şekil 2'de gösterilmektedir. 5.3.d).
Diyagramın integralini alarak enine kuvvetlerin diyagramını elde ederiz:
.
Diyagramın entegrasyonu uç bölümden başlayarak yamuk yöntemi kullanılarak yapılmalıdır:
, N. (5.9)
Dağıtılmış yüklerin diyagramı Şekil 5.3.e)'de gösterilmektedir.
Motorun ağırlığından kaynaklanan konsantre kuvvet, diyagramda büyüklüğü motorun ağırlığına ve aşırı yüke göre belirlenen bir sıçrama yaratır:
, N. (5.10)
Hesaplama sonuçları Tablo 5.1'e girilir. Şekil 5.3.g), motorun ağırlığından kaynaklanan konsantre kuvveti hesaba katan bir diyagramı göstermektedir.
Diyagramı entegre ederek (Şekil 5.3.g)), bükülme momentlerinin bir diyagramını elde ederiz:
.
Diyagramın entegrasyonu da uç bölümden başlayarak yamuk yöntemi kullanılarak gerçekleştirilmelidir:
Hesaplama sonuçları tablo 5.1'dedir.
Kanat yük diyagramlarının hesaplanması sonuçları Tablo 5.1
| Ben | , | , | , | , | , | , | , | , |
| 6.0 | 13.07 | -1.098 | -5.236 | 6.736 | 37.03 | 31.74 | 120.40 | |
| 5.6 | 12.20 | -1.025 | -4.887 | 6.288 | 31.70 | 26.41 | 96.62 | |
| 5.2 | 11.33 | -0.952 | -4.538 | 5.840 | 26.74 | 26.74 | 74.88 | |
| 4.8 | 10.46 | -0.878 | -4.189 | 5.393 | 22.15 | 22.15 | 54.88 | |
| 4.4 | 9.588 | -0.805 | -3.840 | 4.943 | 17.92 | 17.92 | 38.49 | |
| 4.0 | 8.716 | -0.732 | -3.491 | 4.493 | 14.06 | 14.06 | 25.41 | |
| 3.6 | 7.844 | -0.659 | -3.142 | 4.044 | 10.43 | 10.43 | 15.39 | |
| 3.2 | 6.973 | -0.586 | -2.793 | 3.594 | 7.167 | 7.167 | 8.195 | |
| 2.8 | 6.101 | -0.512 | -2.444 | 3.145 | 4.411 | 4.411 | 3.458 | |
| 2.4 | 5.230 | -0.439 | -2.094 | 2.697 | 2.022 | 2.022 | 0.827 | |
| 2.0 | 4.358 | -0.366 | -1.745 | 2.247 | 0.0 | 0.0 | 0.0 |
Kanat bölümünün tasarım hesaplaması
5.3.1. Kanadın ikinci bölümünü tasarım bölümü olarak alacağız - kanadın çıkarılabilir kısmı (konsol) ile orta bölümün birleşim noktasına en yakın bölüm. Bölümün geometrik özelliklerini ele alalım. Tasarım bölümündeki kirişin büyüklüğü (bkz. Tablo 5.1) eşittir M . Uçak profilleri atlasını kullanarak, bu tip bir uçak için uygun bir aerodinamik profil seçeceğiz, örneğin %9'luk bir NACA-2409 profili. Profilin geometrik özellikleri Tablo 5.2'de verilmiştir. Sadece kanat bölümünün kirişler arası kısmı (kesit profilinin ön ve arka direkler arasında kalan kısmı) bükülme için çalışır. Kendimizi yalnızca bu alanda bulunan profil noktalarının koordinatlarıyla sınırlayalım. İki direkli bir kanat tasarlayacağız, ilk direk üzerine yerleştirilecek, direk üzerine yerleştirilecek. , Nerede , M – ikinci bölümdeki kanat kirişinin uzunluğu.
Tasarım bölümünün profil noktalarının koordinatları Tablo 5.2
| X, %b | ||||||||
| Yв,%b | 5.81 | 6.18 | 6.38 | 6.35 | 5.92 | 5.22 | 4.27 | |
| Yn,%b | -2.79 | -2.74 | -2.62 | -2.35 | -2.02 | -1.63 | -1.24 | |
| X, b 2, m | 1.04 | 1.30 | 1.56 | 2.08 | 2.6 | 3.12 | 3.38 | 3.64 |
| Yв,b 2,m | 0.302 | 0.321 | 0.332 | 0.330 | 0.308 | 0.271 | 0.247 | 0.222 |
| Yn,b 2,m | -0.145 | -0.142 | -0.136 | -0.122 | -0.105 | -0.085 | -0.075 | -0.064 |
Pirinç. 5.3.a), b), c), d), e) Doğrusal yüklerin diyagramları: .
Pirinç. 5.3.e), g), h). Kesme kuvveti ve eğilme momenti diyagramları.
Tasarım bölümündeki profil kiriş uzunluğu b2 = 5,2m .
1. direk yüksekliği: H 1 =0,302+0,145=0,447 m .
2. direk yüksekliği: H 2 =0,247+0,075=0,322m .
Maksimum profil yüksekliği: N MAKS =0,332+0,136=0,468 m .
Yan elemanlar arasındaki mesafe: B=0,45b 2 =0,45*5,2=2,34 m .
Profilin dış konturu Şekil 5.4.a)'da gösterilmektedir.
Yan elemanlar tarafından emilen bükülme momentinin oranı v =0,4
Yapı malzemesi yüksek mukavemetli alüminyum alaşımı D16AT'dir.
D16AT için verim gücü S 0 , 2 =380 *10 6 Pa, E=72 *109, Pa .
Verilen başlangıç verileri kanat bölümünün tasarım hesaplamasını gerçekleştirmek için yeterlidir.
5.3.2. Şekil 5.4.a)'da gösterilen kesitin kirişler arası kısmının üst ve alt kirişleri, Şekil 5.4.b)'de gösterildiği gibi dikdörtgenler biçiminde temsil edilmiştir.
Bu tür basitleştirilmiş kayışların ağırlık merkezleri arasındaki mesafe aşağıdaki formülle belirlenir:
=0.412, m.
(5.12)
Nerede: 0,95 - payda (5.12) olması nedeniyle çarpan tanıtıldı
bölümün dış çevresine ilişkin boyutlar kullanılır.
Bükülme momentinin etkisini bir çift kuvvetle değiştiririz ve:
= 
= 1,817*10 6, hayır
(5.13)
Pirinç. 5.4 Başlangıç kesit gösterimi
5.3.3. Üst kanat akorunu tasarlıyoruz.
Üst akorun kesit alanı:
= 
= 5.033*10 -3, m2,
(5.14)
Nerede: 0,95 - üst kayışın sıkıştırma altında çalışması ve stabilite kaybının şu şekilde meydana gelmesi nedeniyle paydaya eklenen bir çarpan
genellikle voltaj sınır değerine ulaşmadan önce
akışkanlık.
Orantılı v Yan elemanlar tarafından algılanan bükülme momentinin oranı, yan elemanların üst flanşlarının toplam alanını belirleriz:
= 
= 2.0.13*10 -3, m2.
(5,15)
Buna göre kanat bölümünün üst bölgesinde yer alan deri ve kirişler şuna eşit bir paya karşılık gelir:
= 
.= 3.020*10 -3, m2
(5.16)
Tellerin perdesini belirleyin. aralıkta…
(kirişlerin koordinatlarını hesaplamanın kolaylığı için ilişkiyi kullanacağız 
, nerede = 5,2
,M
- kanadın tasarım bölümünün profilinin akoru, a - tamsayı):
= 0,05*5,2/2 = 0,13, m. (5.17)
Kirişlerin aralığını bilerek üst kirişlerin sayısını belirleriz:
= .= 17
.
(5.18)
Oranların rehberliğinde:
; 
;
(bkz. Şekil 5.5), denklemi çözerek üst derinin kalınlığını belirleyin:
(35*17+60)d B 2 = 3,020*10 -3, m2. (5.19)
Ortaya çıkan kabuk kalınlığı değeri 0,1 mm'nin katlarına yuvarlanır,
dB = 2,2*10 -3 , M . (5.20)
İle yan elemanların flanşlarının boyutlarının boyutlarının oranı.
Kılıf ve kirişler.
İyi bilinen Bredt formülünü kullanarak kanadın burulmalı çalışma durumuna göre gerekli minimum kaplama kalınlığını yaklaşık olarak belirleriz:
.
Hesaplamanın bu aşamasında daha doğru verilerin yokluğunda, enine kuvvetin çizgi boyunca etki ettiğini varsayıyoruz. %25b profil ucundan ve kesit sertliğinin merkezinden belirli bir mesafede bulunur %50b profil ucundan itibaren, bölümdeki torkun büyüklüğü şuna eşit olacaktır:
= 26,74*10 4 *0,25*5,2 = 34,76*10 4 ,n m. (5.21)
d GENEL KR = 34,76*10 4 / (2*2,34*0,412*0,5*380*10 6) = 0,95*10 -3, M. (5.22)
(5.20) ve (5.22)'yi karşılaştırarak, kanat bükülme durumundan bulunan deri kalınlığı için daha büyük bir değer seçiyoruz, dB = 2,2*10 -3 , M.
Kirişin kalınlığını kaplamanın kalınlığına eşit alalım; Şekil 5.5'te gösterilen ilişkileri kullanarak kirişin yüksekliğini belirleyelim:
,
h sayfa B = 5*2,2*10 3 = 11*10 -3, M. (5.23)
Alanı dağıtma 
1. ve 2. yan elemanların üst flanşları arasında yükseklikleriyle orantılı olarak:
= 2,013*10 - 3*0,447/0,769 = 1,17*10 -3
, m2.
(5.24)
.= 2,013*10 -3
*0,322/0,769 = 0,842*10 -3
, m2.
(5.25)
Tasarlanan direklerin tüm flanşları için geçerli olup, bunlara göre aşağıdaki formülleri kullanarak birinci ve ikinci direklerin üst flanşlarının boyutlarını belirleriz:
; 
; 
; 
.
h l.v.1 =12.1*10 -3 , M; b l.v.1 = 96,8*10 -3, M;
b' l.v.1 = 2,2*1,5*10 -3 = 3,3*10 -3 , M; (5.26)
h l.v.1 = 3,3*8*10 -3 = 26,4*10 -3, M.
; 
; 
; 
.
H l.v.2 =10.3*10-3, M; b l.v.2 = 82,1*10 -3, M (5.27)
B' l.v.2 + 3,3*10-3, M; h' l.v.2 = 26,4*10 -3, M .
(5.20), (5.23), (5.26), (5.27)'de kanadın üst kirişindeki elemanların tüm kesit boyutları belirlenmiştir. Üst kirişin sıkıştırma uzunlamasına kirişlerindeki kritik gerilimleri hemen hesaplamanız gerekir.
İlk direğin üst flanşı.
Şekil 5.7, direğin flanşının bir şeritle oluşturduğu kaburga kesitinin bir taslağını göstermektedir ekli kaplama, geleneksel olarak üç temel dikdörtgene bölünmüştür (kaplama, raf, ayak). Malzemelerin mukavemeti kursundan bilinen formülleri kullanarak kesitin ağırlık merkezinin ordinatını ve bu kaburga için minimum eksenel atalet momentini hesaplayalım.
Pirinç. 5.7 Kaplamalı direğin üst flanşı
Kaplamanın dış yüzeyinden direk flanşı ve şerit tarafından oluşturulan kaburganın ağırlık merkezine kadar olan mesafe ekli kaplama:
Direk flanşı ve şerit tarafından oluşturulan kirişin minimum atalet momenti ekli kaplama:
. (5.29)
İlk direğin (5.26) üst flanşının boyutlarını kullanarak (5.28) ve (5.29) formüllerini kullanarak hesaplamalar yaptıktan sonra şunu elde ederiz:
g l.v.1 = 8.01*10-3, M; ben l.v.1 = 66.26*10 -9, m4. (5.30)
Euler formülünü (2.13) kullanarak, 1. direğin üst flanşının basınç altındaki kritik burkulma gerilmelerini hesaplıyoruz:
,
Nerede: l = 5t sayfa =5*0,13=0,65 , M – kaburgalar arasındaki mesafe;
İLE– kaburga uçlarının sabitlenme yöntemine bağlı katsayı; yan elemanların flanşlarının uçlarının sıkıştığı (duvarın varlığından dolayı) olduğu düşünülmektedir (Şekil 2.5), Sl =4 ; kirişin uçları desteklenir (Şekil 2.5), Sayfadan = 2.
= 288.7*10 6
, Pa.
(5.31)
İkinci direğin (5.27) üst flanşının boyutlarını kullanarak (5.28) ve (5.29) formüllerini kullanarak hesaplamalar yaptıktan sonra şunu elde ederiz:
F l.v.2 = 0,1186*10 -2 , m2 ;
g l.v.2 = 7.36*10-3, M; ben l.v.2 =51.86*10 -9, m4 . (5.32)
= 294,2*10 6
, Baba;
(5.33)
(kare F l.v.2 ekli kaplama).
Kiriş kesitinin taslağına uygun olarak (bkz. Şekil 5.5), kaplamanın dış yüzeyinden üst kirişin ağırlık merkezine kadar olan mesafeyi ve basınçtaki kritik burkulma gerilimini belirleriz.
= 1,694*10 -4
, m2
. (5.34)
=2,043*10 -3 , M. (5.35)
=1,206*10 -9 , m4. (5.36)
=. (5.37),
Sonuçları analiz edelim:
s l.v.1.KR = 288.7*10 6 , Pa;
s l.v.2.KR = 293,6*10 6 , Pa ; (5.38)
s sayfa V.KR = 47,9*10 6 , Pa
1. direğin üst flanşının kritik gerilme değeri yetersiz. Gerçek şu ki, bu değere yakın bir voltajda, 1. direğin alt, gerilmiş flanşı da çalışacaktır ve bu, yapısal malzemenin akma dayanımından önemli ölçüde daha azdır ( 380*10 6 , Pa ). Direk az yüklenecek, kanat ise aşırı kilolu olacaktır.
Üst kiriş için kritik gerilimin değeri de küçüktür; kirişlerin malzemesi verimli bir şekilde çalışmaz.
Tırnağı güçlendirerek 1. direğin flanşı için kritik gerilimi arttıralım. Bu durumda direk flanşının atalet momenti I x l.v.1 önemli ölçüde artacak ve kesit alanı F l.v.1 biraz artacaktır. 380/289 =1,31 yani raf için kritik voltajın arttırılması arzu edilir
1. maç başlıyor 35% . Ayağın kalınlığını arttırın 14% , Şekil 5.6'da önerilen oranları koruyalım ve hesaplamayı tekrarlayalım. Şunu elde ederiz:
b' l.v.1 =3,76*10 -3 , M; h’ l.v.1 =30,1*10 -3, M.
F l.v.1 = 0,157*10 -2 ,m2; g l.v.1=8.471*10 -3 , M; (5.39)
ben l.v.1 = 87,87*10 -9 , M 4; S l.v.1 KR=376,5*10 6 , Baba;
(kare F l.v.1 şeridin kesit alanı dikkate alınarak belirtilmiştir ekli kaplama).
Ayrıca üst kirişi de güçlendirerek kalınlığını 1,5 kat artıracağız ve Şekil 1'de gösterilen oranları koruyacağız. 5.5. Sonuç olarak şunu elde ederiz:
b sayfa B = 3,3*10 -3 , M; h sayfa B=16.5*10 -3 , M;
F sayfası B = 1.997*10 -4 , m2; g sayfa B=3.65*10 -3 , M; (5.40)
I sayfa B = 4.756 *10 -9 , m4 ; s sayfası V.KR=160*10 6 , Pa ;
(kare F sayfası B şeridin kesit alanı dikkate alınarak belirtilmiştir ekli kaplama).
Optimum sonuçları (5.39), (5.40) elde etmek için tasarımın ayarlanması konusunda kesin önerilerde bulunmanın imkansız olduğu söylenmelidir. Burada bir takım yaklaşımlar yapmak gerekir (ancak bu, kanat tasarımının özelliklerini yansıtır).
5.3.4. Alt kanat akorunun tasarımı. Paragraf 5.3.3'te gerçekleştirilen tüm adımları tekrarladıktan sonra alt kanat kirişinin elemanlarının kesit boyutlarını belirliyoruz:
= = 0,4782*10 -2 ,m2 ;
Yan elemanların alt flanşlarının toplam kesit alanı:
= 0,4*0,4782*10 -2
= 0,1913*10 -2
, m2
;
Uçak modeli yapımında önemli aşamalardan biri kanatların hesaplanması ve tasarımıdır. Bir kanadı doğru bir şekilde tasarlamak için birkaç noktanın dikkate alınması gerekir: doğru kök ve uç kanat profillerini seçmek, sağladıkları yüklere göre doğru seçmek ve ayrıca ara kanat profillerini doğru tasarlamak.
Kanat tasarımı nerede başlar?
İnşaatın başlangıcında, aydınger kağıdı üzerine uçağın gerçek boyutlu bir ön taslağı yapıldı. Bu aşamada modelin ölçüsüne ve kanat açıklığına karar verdim.
Kapsamın tanımı
Ön kanat açıklığı onaylandıktan sonra sıra ağırlığı belirlemeye gelmişti. Hesaplamanın bu kısmı özellikle önemliydi. Orijinal plan 115 cm kanat açıklığını içeriyordu ancak ön hesaplamalar kanatlara binen yükün çok yüksek olacağını gösteriyordu. Bu nedenle kanat uçlarını hesaba katmadan modeli 147 cm açıklığa ölçeklendirdim. Bu tasarımın teknik açıdan daha uygun olduğu ortaya çıktı. Hesaplamanın ardından tek yapmam gereken ağırlık değerlerinin yer aldığı bir ağırlık tablosu oluşturmak. Ayrıca tabloma deri ağırlıklarının ortalama değerlerini de ekledim, örneğin bir uçağın balsa derisinin ağırlığı, kanat alanının çarpımı olarak ağırlığın iki katı (kanadın altı ve üstü için) olarak benim tarafımdan belirlendi. bir metrekare balsa. Aynı şey kuyruk ve asansörler için de yapıldı. Gövdenin ağırlığı, gövdenin yan ve üst kısmının alanının iki ile çarpılması ve balsanın metrekare başına yoğunluğu ile elde edildi.
Sonuç olarak aşağıdaki verileri aldım:
- Basswood, inç küp başına 24 oz.
- Balsa 1/32'', inç kare başına 42 oz.
- Balsa 1/16'', inç kare başına 85 oz.
Sürdürülebilirlik
Ağırlık belirlendikten sonra uçağın stabil olmasını ve tüm parçaların yeterli büyüklükte olmasını sağlamak için stabilite parametreleri hesaplandı.
İstikrarlı bir uçuş için çeşitli koşulların sağlanması gerekliydi:
- İlk kriter ortalama aerodinamik akorun (MAC) değeridir. Her iki taraftaki kök akora bir uç akor ve her iki taraftaki uç akora bir kök akor eklenerek ve ardından uç noktaları birbirine bağlayarak geometrik olarak bulunabilir. MAR'ın merkezi kesişme noktasında yer alacaktır.
- Kanat aerodinamik odak değeri MAR değerinin 0,25'idir.
- Hem kanatlar hem de asansörler için bu merkezin bulunması gerekmektedir.
- Daha sonra uçağın nötr noktası belirlenir: uçağın ağırlık merkezini gösterir ve ayrıca basınç merkezi (kaldırma merkezi) ile birlikte hesaplanır.
- Daha sonra statik bir sınır tanımlanır. Bu kriter uçağın stabilitesini değerlendirir: ne kadar yüksekse stabilite de o kadar fazla olur. Ancak uçak ne kadar stabil olursa manevra kabiliyeti de o kadar artar ve kontrolü o kadar az olur. Öte yandan çok dengesiz bir uçağı uçuramazsınız. Bu parametrenin ortalama değeri% 5 ila 15 arasındadır
- Tüy katsayıları da hesaplanır. Bu katsayılar, boyutların ve kanada olan mesafenin oranı aracılığıyla asansörün aerodinamik verimliliğini karşılaştırmak için kullanılır.
- Dikey kuyruk oranı genellikle 0,35 ile 0,8 arasındadır.
- Yatay kuyruk oranı genellikle 0,02 ile 0,05 arasındadır.
Doğru kanat profilini seçmek
Doğru profili seçmek uçağın havadaki doğru davranışını belirler. Aşağıda kanat profillerini kontrol etmek için basit ve erişilebilir bir araca bir bağlantı veriyorum. Kanat profillerini seçerken temel olarak kanat ucundaki kiriş uzunluğunun kökteki kiriş uzunluğunun yarısı kadar olduğu konseptini seçtim. Kanadın stolunu önlemek için bulduğum en iyi çözüm, yeterli hıza ulaşana kadar uçağın kontrolünü koruyamadan kanadın uç kısmını keskin bir şekilde konikleştirmekti. Bunu kanadın uç kısmını aşağı doğru çevirerek ve kök ve uç profillerini dikkatli seçerek başardım.
Temel olarak kanat kalınlığı kiriş uzunluğunun %16'sı olan S8036 kanat profilini seçtim. Bu kalınlık, kanadın içine geri çekilebilir iniş takımlarının yanı sıra yeterli mukavemete sahip bir direğin yerleştirilmesini mümkün kıldı. Uç parça için seçilen profil, yine kiriş kalınlığının %16'sı kadar kalınlığa sahip olan S8037'dir. Böyle bir kanat, aynı Reynolds sayısında S8036'ya göre daha yüksek bir kaldırma katsayısının yanı sıra daha yüksek bir hücum açısında da duracaktır (bu terim farklı boyutlardaki kanat profillerini karşılaştırmak için kullanılır: Reynolds sayısı ne kadar yüksekse, kiriş o kadar büyük olur) ). Bu, aynı Reynolds sayısında kanadın kökünde, uç kısmına göre daha hızlı stol olacağı, ancak kontrolün korunacağı anlamına gelir. Bununla birlikte, kök akor uzunluğu uç akor uzunluğunun iki katı olsa bile Reynolds sayısının iki katıdır ve sayının arttırılması stolu geciktirecektir. Bu yüzden kanat ucunu aşağıya doğru çevirdim, böylece sadece kökten sonra bir duraklamaya girecekti.
Kanat profillerini tanımlamak için kaynak: airfoiltools.com
Kanat tasarımının temelleri üzerine teori
Kanat tasarımı, uçağın ağırlığına ve manevrayla ilgili ek yüklere karşı yeterli kaldırma kuvveti sağlamalıdır. Bu esas olarak, üst ve alt olmak üzere iki akor, bir çerçeve ve ince bir cilde sahip olan merkezi bir direk kullanılarak elde edilir. Kanat çerçevesi ince olmasına rağmen kanatlara yeterli bükülme mukavemetini sağlar. Tasarım ayrıca genellikle arka kenarın ön kısmındaki sürtünmeyi azaltmak için ek direkler içerir. Hem bükülme yüklerini absorbe edebilir hem de burulma direncini artırabilirler. Son olarak, ön kenar, burulma yüklerini absorbe etmeye yarayan, D-çerçeve adı verilen kapalı bir enine çerçeve oluşturmak üzere yan elemanın arkasına doğru itilebilir. Resim en yaygın profilleri göstermektedir.
- Üst kanatta, çerçevenin merkezde yer aldığı I kesitli bir direk ve D tüpü adı verilen kaplamaya sahip bir ön kenar bulunur. D - Tüp, daha fazla burulma sertliği sağlar ve diğer direk tasarımlarına eklenebilir ve ayrıca tamamen kaplamalı bir kanat oluşturmak için arka kenara kadar uzatılabilir. Bu kanat için arka direk sadece dikey bir destektir. Ayrıca basit bir kontrol düzlemi yani üst kısımda menteşeli bir kapak bulunmaktadır. Bu tasarımın çoğaltılması kolaydır.
- İkinci kanatta, ön yükleri absorbe etmeye daha uygun, güçlendirilmiş bir ana direğe sahip olan C şeklinde bir direğe sahiptir. Kanat, üst menteşeye kıyasla boşluğu ve sürtünmeyi azaltan merkezi bir menteşe ile donatılmıştır.
- Üçüncü profilde tüp şeklinde bir direk bulunur, bunlar genellikle plastik tüplerden yapılır, yapımı kolaydır, ancak tüpler dolaylı veya bükülmüşse kanadın bükülmesi sorun olabilir. Sorun, ek bir D şeklinde tüp kullanılarak kısmen çözülebilir. Ek olarak direk, kanadın sertliğini önemli ölçüde artıran C şeklinde bir profilden yapılmıştır. Menteşe, menteşe boşluğunu azaltmak ve kenarların pürüzsüz olmasını sağlamak için yuvarlatılmış ön kenarın ortasında bir dönme noktasına sahip yuvarlak bir profildir.
- Dördüncü profilde hem önde hem de arkada çerçeveler bulunan tam bir kutu direk bulunur. Boşluk önceki profille aynı özelliğe ve aynı kontrol düzlemine sahiptir. Ancak boşluğu gizlemek için üstte ve altta kaportalar var.
Tüm bu kanat tasarımları direkler ve radyo kontrollü uçaklar için montaj halkaları oluşturmak için tipiktir. Bu tasarımlar istisnasız flapları ve kanatçıkları teknik olarak uygulamanın tek yoludur ve diğer çeşitli çözümler de bunlara göre ayarlanabilir.
C şeklinde mi yoksa kutu direk mi?
Uçağım için güçlü bir hücum kenarı ve basit bir dikey direk bulunan ahşap C şeklinde bir direk profili seçtim. Burulma direnci ve estetik için kanadın tamamı balsa ile kaplanmıştır.
Plastik boru yerine ahşap seçildi çünkü uçak 2 derecelik iç açıyla tasarlandı ve kanadın ortasındaki plastik boru bağlantısı bükülme yüklerine uzun süre dayanamayacaktı. C-şekilli direk profili aynı zamanda I-kiriş profilinden daha uygundur, çünkü direk ızgaraya montaj için tüm uzunluğu boyunca yarıklı olmalıdır. Bu ilave karmaşıklık, direğin mukavemetinde ve ağırlık oranında gözle görülür bir artışa yol açmaz. Kutu direk de çok fazla ağırlık kattığı için reddedildi, ancak yapımı o kadar da zor değil ve güç açısından en iyilerden biri. Kanadın geri kalanı kılıflı ve herhangi bir ek destek gerektirmeden yeterince güçlü olduğunda, kanat tasarımında, halka kaplamayla birleştirilmiş basit bir dikey direk tercih edildi.
- Spar. Kanat direği, kanadın kaldırılmasından kaynaklanan bükülme yükünü absorbe edecek şekilde tasarlanmıştır. Kanadın aerodinamik kuvvetlerinin yarattığı burulma kuvvetini absorbe edecek şekilde tasarlanmamıştır ve yük kanat derisi üzerine biner. Bu yük dağılımı, her parça tam olarak yerini işgal ettiğinden, hafif ve çok verimli yükleme için uygundur.
- Kanat direklerinin flanşları ¼ x ½ x 24 inç ölçülerinde ıhlamur dökümden yapılmıştır. Malzeme olarak ıhlamur ağacı seçildi çünkü iyi çalışıyor ve ağırlığına göre iyi bir dayanıklılığa sahip. Ayrıca, tahtaları kesmek için elimde bir ağaç işleme makinem olmadığından, uzman mağazalarda uygun büyüklükte çubuk satın alma kolaylığı büyüleyici.
- Kanat çerçevesi, üst ve alt kısımdaki kanat direklerine tutturulan 1/32” kalınlığındaki ıhlamur levhadan yapılmıştır. Böyle bir çerçeve bir zorunluluktur çünkü çok düşük ağırlıkta bile kanatların sağlamlığını ve gücünü önemli ölçüde artırır.
- Kanadın arka kenarı/arka direği 1/16" kalınlığındaki balsa levhadan yapılmıştır; bu, burulma direncinin arttırılmasına yardımcı olmanın yanı sıra kanat kaburgalarını birleştirmeye ve kontrol düzlemlerini kaburgaların arkasına bağlamaya yardımcı olur.
AutoCAD kullanarak kaburga tasarlama
Trapez kanat için kaburga yapmanın ilham verici bir aktivite olabileceği ortaya çıktı. Birkaç yöntem vardır: İlk yöntem, kanat profilinin bir şablon kullanılarak önce kök kısmı, sonra kanat ucu için kesilmesine dayanır. Her iki profili cıvatalarla birbirine bağlamak ve diğerlerini yanlarına çekmekten oluşur. Bu yöntem özellikle düz kanatlar yapmak için iyidir. Yöntemin temel sınırlaması sadece hafif daralması olan kanatlar için uygun olmasıdır. Uç akoru ile kanat kökü akoru arasında önemli bir fark olan profiller arasındaki açının keskin bir şekilde artması nedeniyle sorunlar ortaya çıkar. Bu durumda, büyük miktarda ahşap israfı, keskin köşeler ve kaldırılması gereken nervür kenarları nedeniyle montaj sırasında zorluklar yaşanabilir. Bu yüzden kendi yöntemimi kullandım: Her kaburga için kendi şablonlarımı hazırladım ve ardından mükemmel kanat şeklini elde etmek için bunları makinede işledim. Kök kısmının deseni uçtan kökten farklı olduğundan ve aradaki tüm profiller, burulma ve gerilimin yanı sıra önceki ikisinin bir kombinasyonu olduğundan, görev beklediğimden daha zor çıktı. Geçmişte RC uçak modellerini modellerken çok eğlendiğim için tasarım programım olarak Autodesk AutoCAD 2012 Öğrenci Toplama programını kullandım. Kaburgaların tasarımı birkaç aşamada gerçekleşir.
Her şey veri aktarımıyla başlar. Bir kanat profilini (profiller UIUC kanat profili veritabanlarında bulunabilir) AutoCAD'e aktarmanın bulduğum en hızlı yolu, kanat profili noktaları için x ve y koordinatlarından oluşan sütunları içeren bir tablo olarak bir Excel elektronik tablo dosyası oluşturmaktır. Bir kez daha kontrol edilmesi gereken tek şey, ilk ve son noktaların birbirine karşılık gelip gelmediğidir: kapalı bir kontur elde edip etmediğiniz. Daha sonra sonucu bir txt dosyasına kopyalayın ve kaydedin. Bu yapıldıktan sonra, yanlışlıkla başlık eklemeniz durumunda geri dönmeli ve öğedeki tüm bilgileri vurgulamalısınız. AutoCAD daha sonra ilk çizim noktasını işaretlemek için "spline" ve "paste" komutunu çalıştırır. İşlemin sonuna kadar “enter” tuşuna basın. Kanat profili temel olarak her akor ayrı bir eleman haline gelecek şekilde işlenir; bu, ölçek ve geometriyi değiştirmek için oldukça uygundur.
Profillerin plana göre çizimi ve göreceli konumu. Ön kenar ve yan elemanlar, kaplamanın kalınlığını akılda tutarak gereken boyuta dikkatlice ayarlanmalıdır. Bu nedenle çizimde direkler gerçekte olduklarından daha dar çizilmelidir. Desenin daha eşit bir şekilde uzanması için direklerin ve ön kenarın gerçekte olduğundan daha yüksek yapılması tavsiye edilir. Ayrıca direklerin üzerindeki oluklar, direğin geri kalan kısmı kaburgalara oturacak ancak kare kalacak şekilde konumlandırılmalıdır.
Şekil ana kanat profillerini ara kanatlara ayrılmadan önce göstermektedir.
Direk ve ön kenarı birbirine bağlanır, böylece daha sonra inşaatın dışında tutulabilirler.
Kanat profilleri, direk ve hücum kenarı görünür olacak şekilde bir kanat şekli oluşturacak şekilde bir araya getirilir.
Direk ve hücum kenarı "çıkarma" işlemi kullanılarak kaldırılmıştır ve kanadın geri kalanı gösterilmiştir.
Kanat, "solidedit" ve "shell" işlevleri kullanılarak genişletilir. Daha sonra kanadın kök kısmının ve ucunun düzlemleri sırasıyla seçilir, çıkarılır ve elde edilen kanat derisidir. Bu nedenle kanat derisinin iç kısmı kaburgaların temelini oluşturur.
"Kesit düzlemi" fonksiyonunu kullanarak her profilin çizimleri oluşturulur.
Bundan sonra “kesit düzlemi” komutunun altında bir kesit oluşturmayı seçin. Bu komut ile tüm profil noktalarında oluşturulan profiller görüntülenebilir. Kanat kaburgalarının hizalanmasına yardımcı olmak için, kanadın arka kenarından hücum kenarına kadar her bölümde yatay bir çizgi oluşturmanızı şiddetle tavsiye ederim. Bu, kanadın burulma ile yapılmışsa düzgün şekilde hizalanmasına ve düz olmasına olanak sağlayacaktır.
Bu şablonlar aslında kanat kaplamalarına uyacak şekilde tasarlandığından, profillerin iç çizgisi, kaburgaların oluşturulması için doğru çizgidir.
Artık tüm kaburgalar "metin" komutu kullanılarak etiketlendiğine göre, baskıya hazırdırlar. Kaburgaların olduğu her sayfaya, yazıcıda yazdırmaya uygun bir platform içeren şematik bir kutu yerleştirdim. Küçük kaburgalar kalın kağıda basılabilirken, büyük kanat folyoları düz kağıda basılabilir ve bu daha sonra kesilmeden önce güçlendirilir.
Komple parça seti
Kanadın tasarlanması, uçak modelinin imalatı için gerekli tüm parçaların analiz edilmesi ve seçilmesinin ardından, inşaat için ihtiyaç duyulan her şeyin bir listesi yapıldı.
F16 Temel Veriler
tablo 1
1. Kanadın tasarım kısmında kesme kuvveti ve eğilme momentinin belirlenmesi
1.1 Kanat kaldırma kuvvetinin belirlenmesi
Kanat kaldırma kuvvetinin büyüklüğü aşağıdaki formülle belirlenir:
uçağın uçuş ağırlığı nerede;
Operasyonel aşırı yük;
Emniyet faktörü;
1.2 Kanattaki hava yükünün diyagramı
Kanadı 10 geleneksel bölüme ayırıyoruz ve çizim üzerinde (eke bakınız) ortaya çıkan akorların uzunluklarını ölçüyoruz, sonra bunları (3), (4), (5) formüllerine yerleştiriyoruz. Hesaplamalar Microsoft Excel yazılım uygulamasında yapılmıştır (Tablo 2).
İlk yaklaşım olarak, kanattaki hava yükünün dağılımının kirişlerle orantılı olduğu varsayılır ve aşağıdaki formülle hesaplanır:
kanattaki doğrusal hava yükünün büyüklüğü nerede;
Bölüm akorunun büyüklüğü;
1.3 Kanadın kütlesinden kaynaklanan yükün diyagramı
Kanadın kendi ağırlığından kaynaklanan doğrusal yükünün büyüklüğü aşağıdaki formülle belirlenir:
kanadın ağırlığı nerede?
1.4 Yük ve yakıt kütlesi diyagramı
Kanat üzerindeki yakıtın ağırlığından kaynaklanan doğrusal yükün büyüklüğü aşağıdaki formülle belirlenir:
yakıtın ağırlığı nerede?
1.5 Kanattaki doğrusal yükün özet diyagramı
Doğrusal yükün toplam diyagramı, hava yükünden kanat üzerindeki doğrusal yükün, kanat kütlesinden gelen yüklerin ve yakıt kütlesinin diyagramlarının eklenmesiyle elde edilir.
1.6 Kesme kuvvetleri diyagramı
Enine kuvvetlerin diyagramı, kanattaki toplam doğrusal yükün diyagramının grafiksel olarak entegre edilmesiyle elde edildi, ardından kanatta bulunan birimlerin yerel yükleri buna eklendi - bu durumda kanatta birim yok.
1.7 Eğilme momentlerinin diyagramı
Eğilme momentlerinin diyagramı, enine kuvvetler diyagramının grafiksel olarak entegre edilmesiyle elde edildi.
Tablo 1.2
1.8 Kanadın tasarım bölümünde kesme kuvveti ve eğilme momenti değerleri
Kanadın tasarım bölümündeki - bölgedeki - enine kuvvet ve bükülme momentinin değerleri, enine kuvvet ve bükülme momentinin elde edilen diyagramlarından alınmıştır ve şunlardır:
2. Bölgedeki kanadın tasarım hesaplaması
2.1 Başlangıç verileri
kanat bölümü derisinin kaldırılması
Belirli bir bölümdeki akor uzunluğu: .
Belirli bir kesitteki kuvvetlerin büyüklüğü: ; .
Yan elemanlar tarafından algılanan bükülme momentinin oranı: w=%50.
Güç elemanlarının malzemesi: D16T, .
Yan elemanların konumları: 1.; 2..
Yan elemanların, kirişlerin ve kaplamaların redüksiyon katsayıları:
gerilim altında çalışırken: ; ; ;
sıkıştırmada çalışırken: ; ; .
Kiriş sayısı: , adım h=0,098m.
2.2 Ana bölüm boyutlarının hesaplanması
2.3 Kanadın keson kısmının, iki kiriş ve iki duvardan oluşan dikdörtgen bir bölümle değiştirilmesi
2.4 Eylemin bir çift kuvvetin eylemiyle değiştirilmesi ve
2.5 Alt kayışın güç elemanlarının boyutlarının seçimi
2.5.1 Yan elemanların alt kirişlerinin boyutlarının belirlenmesi
2.5.2 Yan elemanların alt kirişlerinin şekli ve boyutları
2.5.3 Kirişlerin seçimi
Uygun profil 410018, .
2.5.4 Kılıf kalınlığının belirlenmesi
0,8 mm kalınlığındaki mantolama uygundur.
2.6 Üst akorun güç elemanlarının boyutlandırılması
2.6.1 Yan elemanların üst kirişlerinin boyutlarının belirlenmesi
2.6.2 Yan elemanların üst kirişlerinin şekli ve boyutları
2.6.3 Kirişlerin seçimi
Uygun profil 710022, .
2.6.4 Kılıf kalınlığının belirlenmesi
1 mm kalınlığında mantolama uygundur.
2.7 Yan elemanların et kalınlıkları
3. Kanat gözlüklerinin orta kısım ile bağlantı cıvatalarının boyutlarının hesaplanması
3.1 Yan elemanlar için cıvataların hesaplanması
Camlar ile orta kısım arasındaki bağlantının kesitindeki boyuna kuvvet:
Direkler (üst) üst kirişe gelen yükün yarısını aldığından ve cıvata sayısı 4 olduğundan (eke bakın), cıvatanın çapını normal gerilmeler altındaki mukavemet durumundan belirleriz.
Cıvataların 30KhGSA çeliğinden yapıldığını varsayalım - izin verilen gerilim (madde 1.1'de güvenlik faktörü dikkate alınır).
3.2.Mantolama bağlantı parçaları için cıvataların hesaplanması
Kasa üst kirişe gelen yükün yarısını aldığından ve cıvata sayısı 7 (bkz. ek), adım 90 mm olduğundan, cıvatanın çapını normal gerilmeler altındaki mukavemet durumundan belirleriz.
Benzer belgeler
Su-26 uçağının tasarımının teknik açıklaması. Kanat yüklerinin belirlenmesi. Torkun belirlenmesi ve kanat kaplama kalınlığının seçimi. Kanadın gerilmiş ve sıkıştırılmış bölgesindeki direk kuşaklarının ve kiriş bölümlerinin duvar kalınlığının ve bölümlerinin seçimi.
kurs çalışması, eklendi 06/14/2010
Kanat elemanlarının başlangıç geometrik özellikleri ve yükleme şeması. Her yapısal eleman için malzeme özelliklerinin ayarlanması. Burkulma Seçeneklerinde sonlu eleman modelinin oluşturulması ve stabilitesinin hesaplanması. Kanat direklerinin hareketi.
kurs çalışması, eklendi 03/16/2012
Bf 109 G-2 uçağının performans özellikleri. Manevra sırasında kanat yüklemesinin uçuş durumları. Kanat açıklığı boyunca iç kuvvet faktörlerinin diyagramlarının oluşturulması. Yapısal güç şemasının seçimi. Boyuna kanat setinin elemanlarının bölümlerinin seçimi.
kurs çalışması, eklendi 04/13/2012
Bir uçak kanadının boyuna ve enine setinin ana elemanlarının, kanatçıkların, sallanan kolların, bağlantı noktalarının hesaplanması, bunların güç ve stabilitesinin sağlanması. Boyutsal doğruluk, yapısal elemanlarla kuvvet etkileşimi, alın eklemleri için katı gereksinimler.
kurs çalışması, eklendi 05/13/2012
Bir uçağın aerodinamik özelliklerinin hesaplanması. İzin verilen hız sınırları. Kanat yüklerinin hesaplanması. Statik yükler için tasarlanmış bir kanadın tasarım bölümüne ait parametre değerleri. Tipik bir uçuşta uçak ağırlığının zamana bağımlılığı.
tez, eklendi: 03/15/2013
RSM-25 "Sağlam" uçak için destekli kompozit malzemelerden kanat direk üretim teknolojisi. Kanada etki eden yüklerin belirlenmesi, yapının sağlamlığının ve stabilitesinin sağlanması; kuvvet etkileşimi, alın eklemleri için gereksinimler.
tez, 16.03.2012 eklendi
Uçak yapılarında kompozit malzemelerin kullanımı. COSMOS/M ortamında uçak kanatçıklarının hesaplanması. Gerilim-gerinim durumunda yan elemanların, kirişlerin, kirişlerin ve kaplamaların kirişleri ve duvarları için sonlu eleman modelinin oluşturulması.
kurs çalışması, eklendi 29.06.2012
Projenin ilk verileri olan özelliklerine göre bir uçak prototipinin seçilmesi. Operasyonel aşırı yük ve güvenlik faktörünün atanması. Kanada etki eden yüklerin belirlenmesi ve kanadın yapısal kuvvet şeması tipinin seçimi.
eğitim kılavuzu, 29.01.2010 eklendi
Kanat yükü oranı. Flanşların ve direk duvarlarının tasarımı. Direk bölümünün geometrik parametrelerinin hesaplanması. Gergi çubuğunun direğe bağlantı noktasının tasarımı. Tasarımın şekillendirilmesi ve kalite kontrolünün teknolojik süreci.
tez, 27.04.2012 eklendi
Kayışı ve direk duvarını, alt ve üst gözleri, dikmeyi ve D-D çatalının tehlikeli bölümünü bağlayan perçinlerin hesaplanması. Cıvataya etki eden toplam kuvvetin belirlenmesi. Kütle merkezinin koordinatlarını bulma. Bağlantının kayış ve yan kaburga duvarı ile bağlantısı.
Onlarca yıldır, gemilerin hızında kademeli bir artış, esas olarak kurulu motorların gücünün arttırılmasının yanı sıra, gövde konturlarının iyileştirilmesi ve itici güçlerin iyileştirilmesi yoluyla sağlandı. Günümüzde amatör tasarımcılar da dahil olmak üzere gemi yapımcıları niteliksel olarak yeni bir yöntem kullanma fırsatına sahip.
Bilindiği gibi suyun bir kabın hareketine karşı direnci iki ana bileşene ayrılabilir:
1) Vücudun şekline ve dalga oluşumu için enerji tüketimine bağlı olarak direnç ve
2) Vücudun suya karşı sürtünme direnci.
Yer değiştiren bir geminin hızı arttıkça, esas olarak dalga direncindeki artışa bağlı olarak hareketine karşı direnç keskin bir şekilde artar. Kaymakta olan teknenin gövdesini sudan kaldıran dinamik bir kuvvetin varlığı nedeniyle kayan teknenin hızı arttığında, direncin ilk bileşeni önemli ölçüde azalır. Suda yeni bir hareket prensibi olan hidrofoil hareketinin kullanılmasıyla, motor gücünü artırmadan hızı artırmaya yönelik daha geniş umutlar açılıyor. (Aynı kaldırma kuvvetinde) planya plakasından önemli ölçüde daha yüksek hidrodinamik özelliklere sahip olan kanat, kanatlar üzerinde hareket ederken geminin direncini önemli ölçüde azaltabilir.
Su üzerinde çeşitli hareket prensiplerini kullanmanın karlılığının sınırları, Froude sayısı ile karakterize edilen geminin göreceli hızına göre belirlenir:
υ - hareket hızı;
g yerçekiminin ivmesidir; g = 9,81 m/s2;
L, geminin karakteristik doğrusal boyutudur - uzunluğu.
L'nin D'nin küp köküyle orantılı olduğu varsayılırsa (burada D, geminin yer değiştirmesidir), yer değiştirme sayısı sıklıkla kullanılır:
Tipik olarak yer değiştirme hatlarına sahip gövdeler, P rD fod sayılarına karşılık gelen hızlarda daha az dirence sahiptir.< 1; при больших значениях относительной скорости (F rD >2, 3) gemiler için planya konturları kullanılır ve kanatların takılması tavsiye edilir.
Düşük hızlarda, kanatların ve gövdeyi kanatlara bağlayan payandaların direnci nedeniyle kanatlı teknenin direnci planörün direncinden (Şekil 1) biraz daha fazladır. Ancak hız arttıkça gemi gövdesinin sudan kademeli olarak çıkması nedeniyle harekete karşı direnci azalmaya başlar ve gövdenin sudan tamamen havalandığı hızda en düşük değerine ulaşır. Aynı zamanda teknenin kanatlardaki direnci kanadın direncinden önemli ölçüde daha azdır ve bu da aynı motor gücü ve deplasmanla daha yüksek hızların elde edilmesini mümkün kılar.
Hidrofoil gemileri çalıştırırken, hidrofoillere göre diğer avantajlar ve hepsinden önemlisi, folyolar üzerinde hareket ederken gövdenin suyun üzerinde olması ve dalgalar yaşamaması nedeniyle daha yüksek denize elverişlilik tespit edilmiştir. Düşük hızlarda seyrederken kanatlar da geminin hareketini azaltarak faydalı bir etkiye sahiptir. Olumsuz nitelikler (örneğin, park halindeyken büyük su çekimi, hantal kanatlar), yüksek hız ile birlikte yüksek seyir konforu sağlayan kanatlardaki gemilerin önemini hiç azaltmaz. Kanatlı gemilerin avantajları, onlara dünyanın birçok ülkesinde geniş bir popülerlik kazandırdı.
Bu makale, sudaki kanat hareketi teorisinin temel kavramlarını ve bağımlılıklarını ve küçük deplasmanlı gemilere ilişkin kanat sistemlerinin hesaplanması ve tasarlanmasına yönelik yöntemleri sunmaktadır.
Deniz otobüsü hidrodinamiği
Hidrofilin en basit örneği, hareket yönüne belli bir açıyla yerleştirilen ince dikdörtgen bir plakadır. Bununla birlikte, daha az dirençle daha fazla kaldırma kuvveti elde etmek için şu anda daha karmaşık şekilli kanatlar kullanılmaktadır. Deniz otobüsü ile ilgili teori ve deneysel araştırma konularının pek çok açıdan henüz geliştirilmemiş olmasına rağmen, ana bağımlılıklar zaten elde edilmiş ve çeşitli faktörlerin etkisinin doğru bir şekilde değerlendirilmesine olanak tanıyan kapsamlı deneysel materyal toplanmıştır. Kanadın hidrodinamiği ve yapısının tasarımı.Kanadın şekli (Şekil 2), açıklığı l, kirişi b, süpürme açısı χ ve ölü yükseliş açısı β ile belirlenir. Ek parametreler, S = lb planındaki kanat alanı ve bağıl en-boy oranı λ = l2/S'dir. Açıklık boyunca sabit kirişe sahip dikdörtgen bir kanat için λ = l/b.
Kanadın akışa göre konumu, α profilinin geometrik hücum açısıyla, yani kanadın kirişi ile hareket yönü arasındaki açıyla belirlenir.
Bir kanadın özellikleri açısından asıl önemli olan, kanadın açıklığa dik bir düzlem tarafından kesiti olan profilidir. Kanat profili kalınlığa göre belirlenir e, f profilinin merkez çizgisinin içbükeyliği ve sıfır kaldırma açısı α 0. Profil kalınlığı kiriş boyunca değişkendir. Tipik olarak maksimum kalınlık profilin kirişinin ortasında bulunur veya buruna doğru hafifçe kaydırılır. Her kesitte profil kalınlığının ortasından geçen çizgiye eğrilik merkez çizgisi veya profil merkez çizgisi denir. Merkez çizgisinin maksimum kalınlığı ve maksimum içbükeylik okunun kirişe oranları profilin göreceli kalınlığını ve içbükeyliğini belirler ve buna göre belirlenir e ve f. Değerler e ve f ve kirişin uzunluğu boyunca geometrik konumları paylarıyla ifade edilir.
Sonsuz bir akışkan içinde hareket ederken, sonsuz en-boy oranına sahip düz bir kanadın etrafındaki akışı düşünelim.
Belirli bir pozitif α hücum açısında kanada v hızıyla çarpan akış, profilin üst tarafında hızlanır, alt tarafında ise yavaşlar. Bu durumda Bernoulli yasasına göre üst taraftaki basınç azalır, alt taraftaki basınç artar (bozulmamış sıvıdaki basınca kıyasla). İncirde. Şekil 3'te boyutsuz basınç katsayısındaki değişimi gösteren bir grafik gösterilmektedir:
hidrofoil profilinin kirişi boyunca.
Burada Δр = р - р o, burada р profilin karşılık gelen noktasındaki basınçtır ve р о bozulmamış sıvıdaki basınçtır.
Negatif basınç katsayısı değerleri vakumu belirtir (p<Р о), положительные - на наличие давления (р>R o).
Ortaya çıkan basınç farkı kanat üzerinde yukarıya doğru bir kuvvet yani kanadın kaldırma kuvveti oluşturur.
Şekilden de görülebileceği gibi seyrekleşme diyagramının alanı, yüksek basınç diyagramının alanından çok daha büyüktür. Çok sayıda deney, kaldırma kuvvetinin yaklaşık 2/3'ünün seyrekleşme nedeniyle profilin üst ("emme") tarafında ve yaklaşık 1/3'ünün artan basınç nedeniyle alt ("basınç") tarafında oluşturulduğunu göstermektedir.
Kanada etki eden basınç kuvvetlerinin sonucu, iki bileşene ayrıştırılabilen toplam hidrodinamik kuvveti temsil eder:
Y - hareket yönüne dik kanat kaldırma;
X, yönü hareket yönü ile çakışan direnç kuvvetidir.
Bu kuvvetlerin bileşkesinin profil üzerine uygulandığı nokta, profilin ön noktasına göre M momenti ile karakterize edilir.
Deneysel çalışmalar, kaldırma kuvveti Y, sürükleme kuvveti X ve bunların momentinin M aşağıdaki bağımlılıklarla ifade edildiğini göstermiştir:
ρ suyun yoğunluğudur (deniz suyu için ρ = 104 ve tatlı su için ρ = 102 kg s2 /m4);
υ, kanada akan akışın hızıdır (akıştaki kanadın hızı);
b - kanat akoru;
S - kanat alanı;
С y, С x, С m sırasıyla kaldırma kuvveti, sürükleme kuvveti ve momentin boyutsuz hidrodinamik katsayılarıdır.
C y, C x, C m katsayıları, kanadın hareket ettiği ortamdan (hava veya su) bağımsız olarak kanadın temel özellikleridir. Şu anda, çeşitli kanat profilleri için bir kanadın hidrodinamik katsayılarını (özellikle Cx ve Cm) teorik olarak hesaplamak için yeterince doğru bir yöntem yoktur. Bu nedenle kanadın doğru özelliklerini elde etmek için bu katsayılar, rüzgar tünellerinde üflenerek veya deney havuzlarında çekilerek deneysel olarak belirlenir. Test sonuçları, С y, С x, С m katsayılarının α saldırı açısına bağımlılığının diyagramları şeklinde sunulur.
Kanadın genel özellikleri için, kaldırma kuvvetinin sürükleme kuvvetine oranını temsil eden K kanadının hidrodinamik kalitesi kavramı da eklenmiştir:
Genellikle bir kanadın özellikleri, C y'nin C x'e bağımlılığını ifade eden "Lilienthal polar" şeklinde verilir. Deneysel noktalar ve bunlara karşılık gelen saldırı açıları kutup üzerinde işaretlenmiştir. İncirde. Şekil 4 ve 5, “Göttingen No. 608” segmental profilinin hidrodinamik özelliklerini göstermektedir. Gördüğünüz gibi hidrodinamik katsayıların değerleri kanadın hücum açısına göre belirleniyor. İncirde. Şekil 6, üç hücum açısı için basınç dağılımını göstermektedir. Açı arttıkça kanadın üst yüzeyindeki vakum derecesi artar, alt yüzeyinde ise aşırı basınç artar; α = 3°'deki basınç diyagramının toplam alanı, α = 0°'dekinden önemli ölçüde daha büyüktür, bu da Cy katsayısında bir artış sağlar.
Öte yandan hücum açısı azaldıkça Su katsayısı neredeyse doğrusal olarak sıfıra düşer. Kaldırma katsayısının sıfıra eşit olduğu hücum açısının değeri, sıfır kaldırma açısını α o belirler. Sıfır kaldırma açısı profilin şekline ve bağıl kalınlığına bağlıdır. Kanadın hücum açısı daha da azaldıkça kaldırma kuvveti negatif olur.
Şu ana kadar sonsuz açıklığa sahip derin bir kanadın özelliklerinden bahsettik. Gerçek kanatların çok belirgin bir en-boy oranı vardır ve sıvının serbest yüzeyine yakın çalışırlar. Bu farklılıklar kanadın hidrodinamik özellikleri üzerinde önemli bir etki bırakır.
λ = ∞ olan bir kanat için kanat açıklığı boyunca her bir bölümdeki basınç dağılım şekli aynıdır. Sonlu açıklığa sahip bir kanatta sıvı, kanadın uçlarından aşırı basınç alanından seyrekleşme alanına akar, basıncı eşitler ve böylece kaldırma kuvvetini azaltır. İncirde. Şekil 7, son en boy oranı kanadının açıklığı boyunca basınçtaki değişimi göstermektedir. Sıvı akışı esas olarak kanadın en uç kısımlarında meydana geldiğinden, etkisi artan en-boy oranıyla birlikte azalır ve pratik olarak λ = 7÷9'da kanadın özellikleri sonsuz bir açıklığa karşılık gelir (Şekil 8).
Kanadın çalışmasını etkileyen bir diğer faktör, yakınında serbest bir sıvı yüzeyinin bulunmasıdır - kütle yoğunlukları arasında büyük fark olan iki ortamın sınırı (ρ su ≈ 800 ρ hava). Serbest yüzeyin kaldırma kuvveti üzerindeki etkisi, belirli bir kalınlığa sahip olan kanadın bir sıvı katmanını yükselterek onu daha az daraltması, kanat serbest yüzeye ne kadar yakın olmasıyla açıklanmaktadır. Bu, sıvının kanat çevresinde derin dalışa göre daha düşük bir hızda akmasına olanak tanır; Kanadın üst yüzeyindeki vakum değerleri azalır.
İncirde. Şekil 9, parçalı profilli bir kanat için serbest yüzey altındaki göreceli dalma derinliğindeki değişime bağlı olarak basınç diyagramındaki değişimi göstermektedir (bir kanadın göreceli daldırılması, kanattan kanata olan mesafenin oranı olarak anlaşılmaktadır). sıvının yüzeyini akor değerine kadar). Görüldüğü gibi serbest yüzeyin etkisi kanadın emme ve basma taraflarında aynı değildir. Çok sayıda deney, daldırma etkisinin esas olarak kanat üzerindeki basınç diyagramını etkilediğini, yüksek basınç alanının ise neredeyse hiç değişmediğini ortaya koymuştur. Daldırma işleminin kanat kaldırma kuvveti üzerindeki etkisinin derecesi, daldırmanın artmasıyla hızla azalır.
Aşağıda, Şekil 2'de. Şekil 12, serbest yüzeye yaklaştıkça kanadın üst yüzeyindeki vakumun azalmasını gösteren bir grafiği göstermektedir. Bu grafikten, kanadın kirişine eşit bir suya batma durumunda bile serbest yüzeyin etkisinin küçük olduğu ve h = 2'de kanadın derin bir şekilde suya batmış olduğu düşünülebilir. İncirde. Şekil 10, a, b, c, çeşitli göreceli daldırmalar için λ = 5 uzaması ve e = 0,06 kalınlığı olan düz parçalı bir kanadın hidrodinamik özelliklerini göstermektedir.
Gerçek bir kanat için yukarıda listelenen tüm faktörlerin toplam etkisini hesaba katmak gerekir: kanadın şekli, en-boy oranı, bağıl daldırma vb.
Kanatta gelişen kuvvetlerin büyüklüğünün bağlı olduğu bir sonraki parametre hareket hızıdır. Kanat hidrodinamiği açısından bakıldığında belli bir hız değeri vardır ve bunun aşılması kanadın özelliklerinde önemli değişikliklere neden olur. Bunun nedeni kanatta kavitasyonun gelişmesi ve buna bağlı olarak profil etrafındaki sıvının düzgün akışındaki bozukluklardır.
Hız arttıkça kanattaki vakum, sudan buhar ve gazlarla dolu küçük kabarcıkların çıkmaya başladığı değerlere ulaşır. Akış hızının daha da artmasıyla kavitasyon bölgesi genişler ve kanadın emme tarafının önemli bir bölümünü kaplayarak kanat üzerinde büyük bir buhar-gaz kabarcığı oluşturur. Kavitasyonun bu aşamasında kaldırma ve sürükleme katsayıları önemli ölçüde değişmeye başlar; aynı zamanda kanadın hidrodinamik kalitesi de düşer.
Kavitasyonun kanat özelliklerine olumsuz etkisi nedeniyle özel geometrili profillerin oluşturulması gerekiyordu. Şu anda tüm profiller, kavitasyon öncesi akış rejiminde çalışan profiller ve oldukça gelişmiş kavitasyona sahip profiller olarak ikiye ayrılmaktadır. Sunduğumuz tüm bağımlılıkların kavitasyona uğramayan kanatlarla ilgili olduğunu unutmayın (kavitasyona neden olan kanat profillerinin özellikleri bu makalede dikkate alınmamıştır).
Kavitasyonun kanadın çalışmasına zararlı etkilerini önlemek için hesaplarken kavitasyon olasılığını da kontrol etmek gerekir. Profilde basıncın doymuş su buharı basıncının biraz altına düştüğü noktalarda kavitasyon oluşması mümkündür, bunun sonucunda buharlar ve gazlar sıvıdan salınarak en küçük hava kabarcıkları etrafında yoğunlaşır ve Gazlar suda çözünmüştür. Bu koşul şu şekilde yazılabilir:
Parçalı profiller için Pmin katsayısı, Şekil 2'de gösterilen Gutsche grafiği kullanılarak kaldırma katsayısına ve bağıl kalınlığa bağlı olarak belirlenebilir. 11. Gutsche grafiği ve verilen formül kullanılarak yapılan hesaplama sonsuz akışkandaki kanat hareketi için geçerlidir. Ancak, daha önce de belirtildiği gibi, kanadın serbest yüzeye yaklaşması, kanat üzerindeki vakumun büyüklüğünü azaltır, böylece kanat etrafındaki kavitasyonsuz akışın maksimum hızının değerini artırır.
Bu durumda:
burada q değeri grafiğe göre alınır (Şekil 12).
Profillerin geometrik özelliklerinin ve çalışma modlarının doğru seçiminin, kavitasyonun başlangıcını 120-130 km/saat'e, yani küçük tekneler ve motorlu tekneler için oldukça yeterli olan yüksek hızlara kadar geciktirmeyi mümkün kıldığına dikkat edilmelidir. .
Kanadın süpürülmesinin kavitasyonun başlangıcından itibaren mesafe üzerinde olumlu bir etkisi vardır. Bu durumda aşağıdaki ilişki geçerlidir:
Kavitasyonun yanı sıra, kanadın hızına büyük ölçüde bağlı olan ve hidrodinamik özelliklerde önemli bir değişikliğe neden olan, kanada hava girişi olgusunu da dikkate almak gerekir. Hava kanada girdiğinde, kanadın üst tarafındaki vakumun atmosferik basınca düşmesi nedeniyle kaldırma katsayısında keskin bir azalma olur, buna kaldırma kuvveti kaybı ve kanadın alttan çökmesi eşlik eder. üzerine yerleştirilen yükün etkisi.
Hava geçişinin meydana gelmesi büyük ölçüde profildeki maksimum vakum değerine ve kanat derinliğine bağlıdır. Hareket ederken su yüzeyine çok yakın olan alçakta kalan kanatlar bu olguya özellikle duyarlıdır. Bu nedenle, düşük daldırmalı kanatların profilleri, emme tarafındaki vakum zirvesinin büyüklüğünü azaltmak amacıyla keskin bir ön kenarla yapılır (Şekil 13). Derin suya batmış elemanlar için, havanın kanada girme olasılığı azalır ve bu nedenle yuvarlak burunlu profillerin kullanılması mümkündür.
Uygulamada, kanada hava geçişi bazen kanadın üzerine düşen nesneler (yüzen çimen, tahta parçaları vb.), kanadın pürüzsüz yüzeyinin veya kenarlarının hasar görmesi ve ayrıca kavitasyonlu desteklerin yakınlığından kaynaklanabilir. , stabilizatörler vb.
Kanat cihazlarının tasarımı
Bir teknenin kanat cihazlarının tasarımı, bazen birbiriyle çelişen bir takım teknik problemlerin tutarlı bir çözümünden oluşur. Örneğin, hidrodinamik özellikler üzerinde olumlu etkisi olan kanatların göreceli uzamasındaki artış, yapının mukavemetini kötüleştirir ve boyutlarını arttırır.Kanat sisteminin ana kalitesi, uçağın hareketinin yeterli dikey, boylamsal ve yanal stabilitesini sağlamak, yani kanattaki yük ile hareket sırasında kanatta ortaya çıkan hidrodinamik kuvvetler arasında sürekli eşitliği sağlamak olmalıdır. Her üç sürdürülebilirlik türü de birbiriyle yakından ilişkilidir ve aynı yollarla elde edilir.
Daha önce de belirtildiği gibi teknenin hızlanması sırasında kanatların kaldırma kuvveti artar; Eşitlik korunarak teknenin ağırlığı sabit kaldığından:
belki de kanatların S daldırılmış alanındaki veya C y kaldırma katsayısındaki bir değişiklik nedeniyle.
Kanatların ıslak alanını değiştirerek kaldırma kuvvetini düzenlemenin tipik bir örneği, iyi bilinen "raf" tipi kanat cihazıdır. Bu durumda cihaz, teknenin hızı arttıkça sırayla sudan çıkan, üst üste yerleştirilmiş bir dizi kanattan oluşur. Bir sonraki uçak sudan çıktığında kanatların batık alanındaki ani değişiklik deadrise kullanılarak ortadan kaldırılabilir. Teknenin iyi hareket stabilitesini ve kanatlara kolay erişimini sağlayan “raf” kanat cihazlarının, yakın aralıklı düzlemlerin ve çok sayıda elemanın karşılıklı etkisi ve bunların birbirine etkisi nedeniyle düşük hidrodinamik kalite değerlerine sahip olduğunu belirtmek gerekir. bağlantılar. Bu nedenle, daha kaliteli olan ve su yüzeyiyle kesişen geniş açıklıklı güçlü omurgalı kanat düzlemlerini temsil eden kanatlar daha sık kullanılır (Şekil 14). Böyle bir kanat cihazına sahip bir tekne yana yattığında, kanatların ek alanları topuklu tarafın yanından suya girerek bir doğrulma anı yaratır.
Teknenin hareketinin stabilitesini sağlamanın bir başka yolu da - kanatların kaldırma katsayısını değiştirerek - hücum açısını değiştirerek veya kanadı suyun serbest yüzeyine yaklaştırarak yapılabilir.
Kanadın hücum açısı, teknenin su yüzeyine göre hızına ve konumuna bağlı olarak otomatik olarak değişir. Mevcut otomatik sistemlerin çoğu, kanadın dalma derinliğindeki değişikliklere bağlı olarak hücum açısını değiştirir. Bu durumda kanadın tamamı veya bir kısmı döndürülerek hücum açısı değiştirilebilir. Kanatların hücum açılarının otomatik kontrolü, yüksek hareket stabilitesi elde etmeyi mümkün kılar, ancak kanatların ve kontrol sistemlerinin tasarımının karmaşıklığı, otomasyonun yaygın kullanımının önündeki ciddi bir engeldir. Çok daha basit ve üretimi daha kolay bir sisteme örnek olarak, su yüzeyi boyunca düz bir şekilde ilerleyen şamandıralı bir manivela kullanarak pruva kanadının hücum açısının değiştirilmesine izin veren bir tasarım verilebilir. Yay kanatlarından herhangi birinin suya batma derecesi arttıkça, sistem hücum açılarında da buna karşılık gelen bir artış sağlar, ancak böyle bir sistemin hareket stabilitesini sağlamak zordur.
Kaldırma katsayısını değiştirmenin ikinci yolu ise hız arttıkça kanatların suya batmasının azalması ve kaldırma katsayısının düşmesi gerçeğine dayanmaktadır. Kanatların tasarım çalışma modunun serbest yüzeye yakın hareketleri olması durumunda bu yöntemin kullanılması mümkündür. Düşük yüklü kanatlarda dikey, boylamsal ve yanal hareket stabilitesi genellikle doğru kaldırma katsayıları seçimi ve kanatların hücum açılarının uygun seçimi ile kolaylıkla sağlanır ve kanadın kanat yüzeyine yakın hareket ettiği modda oldukça yeterlidir. su.
Tekne yuvarlandığında kanadın serbest yüzeye yakın kısımlarında kaldırma kuvveti azalır, dalma kısımlarında (topuklu taraftan) artar. Bu sayede eğimin tersi yönde yönlendirilen bir düzeltme anı yaratılır. Kanadın orta kısımları dalışı daha az önemli ölçüde değiştirir ve düzeltme momentini daha az etkiler. İncirde. Şekil 15, kanadın uçlarının oluşturduğu düzeltme momentinin tüm kanadın momentine oranını gösteren bir grafiktir.
Grafik, kanadın yaklaşık 1/4'ü kadar uzanan uç kısımlarının özel bir rol oynadığını göstermektedir.
Analitik olarak, düz yatık kanadın geri yükleme momenti aşağıdaki formülle ifade edilir:
Formülden, düzeltme momentinin kanat açıklığının l ve bağıl uzama λ'nın geometrik özelliklerine bağlı olduğu sonucuna varabiliriz; bunların arttırılması, kanat cihazları tasarlanırken dikkate alınması gereken, sıvı akışında kanadın daha iyi stabilizasyonuna yol açar.
Düşük daldırma kanatlı teknelerde geçici koşullarda (kanada ulaşmadan önce) yanal hareket stabilitesi genellikle yetersizdir. Stabiliteyi arttırmak amacıyla sudan yüksek hızda çıkan ilave kanat elemanları kullanılır. Bu tür elemanlar, ana düzlemin üzerinde bulunan ek kanatlar veya planya plakaları olabilir.
Ana düzlemin devamı olan stabilizatörler kullanılarak hareket stabilitesi de arttırılabilir. Stabilizatörler ana düzlemle aynı akorda olabileceği gibi uçlara doğru genişleyen de olabilir. Serbest yüzeyin yakınında bulunan stabilizatörlerin üst kısmı, ana düzlemin büyük dalmalarında bile teknenin hareketinin stabilitesini sağlar. Stabilizatörlerin ölü yükseliş açısı 25-35° arasında olmalıdır. Ne zaman (β<25° по засасывающей стороне стабилизаторов на основную плоскость может попасть атмосферный воздух; стабилизаторы с β>35° etkisizdir. Stabilizatörlerin hücum açısı (dikey kesitlerde) genellikle ana düzlemle aynı veya ~0,5° daha büyüktür. Bazen stabilizatörlerin etkinliğini arttırmak için hücum açısı, altta 0°'den başlayarak (ana düzleme göre) üst uçta 1,5-2°'ye kadar değişken hale getirilir.
Serbest yüzeye yakın çalışan kanatlar için özellikle önemli olan, profillerinin uçlarının konfigürasyonudur. İncirde. Şekil 16, en büyük yayılımı alan deniz otobüsü profillerini ve Tabloyu göstermektedir. Şekil 1, inşaatlarının koordinatlarını göstermektedir.
Yuvarlatılmış burunlu Walchner yüksek hız profili, iyi hidrodinamik özelliklere ve yüksek kavitasyon başlangıç hızına sahiptir, ancak bu profilin kullanımı, suya önemli ölçüde (kanat kirişinin yarısından fazlası) batırılan kanat cihazlarının elemanları ile sınırlıdır. yüzey.
Düşük yüklü elemanlar için, biraz daha kötü özelliklere sahip olan ancak daha kararlı bir akış rejimi sağlayan keskin kenarlı profiller kullanılır.
Derin suya batmış elemanların yanı sıra kanat stabilizatörleri için düz dışbükey bir segmentle birlikte dışbükey içbükey bir "lune" segmenti kullanılabilir. "Delik" tipi profil, düz segmente göre daha yüksek hidrodinamik kaliteye sahiptir ancak üretimi daha zordur.
Bazı durumlarda, hidrodinamik kaliteyi iyileştirmek için, maksimum kalınlığın konumu profilin ortasından buruna kaydırılarak (akorun %35-40'ına yerleştirilerek) segmental profiller değiştirilir veya sadece burun kısmı hafifçe doldurulur. Profil.
Maksimum profil kalınlığı, iyi hidrodinamik özellikler, yapısal dayanıklılık ve kavitasyonun olmamasını sağlayan koşullara göre seçilir. Genellikle e = 0,04÷0,07; “lune” profilinin alt yüzeyinin içbükeyliği f n - 0,02.
Destek direkleri için düşük direnç katsayılarına sahip bikonveks segmental profiller kullanılır; genellikle e = 0,05'tir.
Alçakta kalan kanat cihazlarının ana dezavantajı, denize elverişliliklerinin düşük olmasıdır: kanatlar genellikle açıkta kalır ve kaldırma kuvvetini kaybeder. Teknenin sonuçta ortaya çıkan titreşimleri o kadar önemli olabilir ki, su üzerindeki çok güçlü darbeler nedeniyle kanatların hareketi imkansız hale gelir; hareket hızı keskin bir şekilde azalır.
Düşük suya daldırılan kanatlara sahip bir teknenin denize elverişliliği, ana düzlemin altına veya üstüne yerleştirilen ek elemanlar kullanılarak artırılabilir.
İlk durumda (Şekil 17, a), dalgalardan çok az etkilenen ve sabit bir kaldırma kuvveti oluşturan ilave bir derin su altı elemanı, tekne üzerinde dengeleyici bir etkiye sahip olup çatının düşme olasılığını azaltır. Bu tür elemanlar üzerindeki yük, cihazın tamamındaki yükün %50'sine kadar olabilir. Küçük deplasmanlı tekneler için, derin suya batmış düzlemin boyutları o kadar küçüktür ki, tıkanmış çim yollarda seyrederken böyle bir düzlem kolayca hasar görebilir, bu nedenle martı şeklindeki elemanların kullanılması tavsiye edilir (Şekil 17.6). Alçak su altındaki kanadın orta kısmındaki “martı” cihazı, stabilite özelliklerini azaltmadan teknenin denize elverişliliğini arttırmayı mümkün kılar. Martının ölü yükseliş açısı 25-35° arasında seçilir; Stabilite nedeniyle açıklık, uçağın tam açıklığının 0,4-0,5'inden fazla olmayacak şekilde alınır. "Martının" biraz daha düşük verimliliği (düz, derine daldırılmış bir elemanla karşılaştırıldığında), tasarımın basitliği ve güvenilirliği ile haklı çıkar.
Ana düzlemin üzerine ilave düzlemlerin yerleştirilmesi (Şekil 17, c), kanadın arızasını ortadan kaldırmaz, ancak bunların suya girişi, yalpalama genliğini azaltır ve gövdenin su üzerindeki etkilerini yumuşatır. Bu şema, derin suya daldırılmış bir elemana sahip şemalardan (ek düzlemlerin yıkanma olasılığı nedeniyle) tam hızda biraz daha fazla dirence sahiptir, ancak bu ek düzlemlerin alanının doğru yerleştirilmesi ve seçilmesiyle, Geçiş modunda teknenin direncini azaltmak mümkündür, bunlar aynı anda başlangıç düzlemleri olarak çalıştıklarında, teknenin kanatlar üzerine fırlatılmasını hızlandırırlar.
Kavisli kanatlar sayesinde teknenin denize elverişliliğinde bir miktar iyileşme sağlanabilir. Bu durumda kanat alanı dalga cephesi boyunca yayılır, bu da tüm kanat düzleminin aynı anda açığa çıkma olasılığını azaltır. Ayrıca dalgalı sularda denize elverişlilik, kanadın hücum açısı sakin sudaki hücum açısına göre 1-1,5° arttığında artar. Bu nedenle, heyecan durumuna bağlı olarak kanadın hücum açısının kolayca değiştirilmesini mümkün kılacak, kanat cihazını gövdeye tutturmak için bir sistemin bulunması arzu edilir; Üstelik böyle bir sistem, tekne test süresi boyunca kanatların optimal hücum açılarının seçilmesi sürecini büyük ölçüde kolaylaştırır.
Bir teknenin denize elverişliliği büyük ölçüde teknenin ağırlığının kanat cihazları arasındaki dağılımına bağlıdır. Şu anda en yaygın olarak kullanılan iki kanatlı (baş ve kıç) tekneler için, tekne ağırlığının dağılımına ilişkin kabaca üç seçeneği ayırt edebiliriz:
1)
ağırlığın büyük kısmı (% 70-75'ten fazla) burun cihazına düşer;
2)
teknenin ağırlığı, baş ve kıç aygıtları arasında yaklaşık olarak eşit olarak dağıtılır;
3)
ağırlığın büyük kısmı besleme cihazına düşer.
Yabancı tekne projelerinde ağırlık dağılımına ilişkin her üç yöntem de eşit sıklıkla kullanılmaktadır; yerli tekne yapımı uygulamasında en sık ikinci seçenek kullanılır. Uygulamanın gösterdiği gibi, böyle bir yük dağılımı tekneye en iyi denize elverişliliği sağlar.
Bir hidrofoil tekne tasarlamanın ilk adımı, belirli bir motor gücü için ulaşılabilir hızı belirlemek (veya tersi problemi çözmektir).
Teknenin hızı aşağıdaki formülden belirlenebilir:
N e - mevcut motorun güç tüketimi, l. İle.;
η, şaft hattı ve pervanenin çalışması sırasındaki kayıpları hesaba katarak, mekanik kurulumun genel itme verimliliğidir;
R, υ (m/sn) hızında hareket ederken teknenin toplam direncidir (kg).
Toplam direnç, hidrodinamik kalite K değeriyle ifade edilebilir:
Daha sonra formüller (1), (2) şu şekli alır:
Suyun bir hidrofoil teknenin hareketine karşı direncinin yeterince doğru bir şekilde hesaplanması son derece zordur. Şu anda bu amaçla, çekilen modellerin deney havuzlarında veya açık su kütlelerinde yapılan test sonuçları kullanılmaktadır. Model doğaya tam uygun olarak ancak küçültülmüş ölçekte yapılmıştır. Yerinde model testlerinin sonuçlarına göre direnç yeniden hesaplanırken, genellikle modelin ve tasarlanan teknenin hidrodinamik kalite değerlerinin aynı bağıl hızda olduğu varsayılır (eğer modelin Froude sayıları ve gerçek olan eşittir) tüm hareket modlarında eşittir.
Hidrodinamik kalitenin benzer bir dönüşümü, kabul edilen herhangi bir prototipten tasarlanan tekneye yapılabilir.
Genel itici verimliliğin değeri şu şekilde tanımlanır:
Doğrudan motor-pervane şanzımanlı tekneler için, η m = 0,9÷0,95. Şaft hattına bir dişli kutusu dahil edildiğinde η m = (0,9÷0,95); ηηazaltma = 0,8÷0,9. Açısal kolonlu motorlu tekneler için (pervanedeki Z şekilli dişli), η m, dişlinin kalitesine bağlı olarak 0,8÷0,95 aralığındadır.
η p'nin doğru bir şekilde belirlenmesi yalnızca pervane hareket eğrilerinin hesaplanmasıyla mümkündür. Bu değer birçok faktöre bağlıdır: seyahat hızı; Devir sayısı; kabul edilen pervane boyutları; kanatların, çıkıntılı parçaların ve pervanenin vs. göreceli konumu. Pervane seçiminin ve üretiminin karmaşık ve çok sorumlu bir konu olduğunu unutmayın.
İyi seçilmiş ve dikkatle üretilmiş pervaneler için 30-50 km/saat hızlarda η р = 0,6÷0,75 (yüksek hızlarda η р hafifçe düşer).
Bir model oluşturmak ve çekme direncini belirlemek zor ve pahalı olduğundan, bu yöntem bireysel inşaat için kabul edilemez. Tipik olarak bu gibi durumlarda, mevcut teknelerin testlerinden elde edilen istatistiksel verilerin kullanımına dayanan yaklaşık bir yöntem kullanılır.
İnşa tekneler için bile K ve η p değerlerine ilişkin veri bulunmayabileceğinden, (3) ve (4)'e göre gerekli gücü veya ulaşılabilir hızı belirlerken, sevk kalite katsayısı K η'nın kullanılması gerekir. Güç, hız ve yer değiştirme durumunda değeri hesaplanabilir:
Bu şekilde elde edilen sevk kalite katsayısı kullanılırken tasarlanan tekne ile prototip tekne arasındaki farklar dikkate alınarak ayarlanması gerekmektedir.
Hareket hızının kanatlarda kavitasyonun başlangıcına karşılık gelen bir hıza yükselmesiyle, hidrodinamik kalitede bir azalma, esas olarak çıkıntılı parçaların sürtünmesindeki, sprey ve aerodinamik sürüklemedeki (yani hava direnci) artış nedeniyle meydana gelir. Bu direnç bileşenlerinin büyüklüğü, hareket hızının karesine ve hem çıkıntılı parçaların hem de vücudun kendisinin suyla veya havada ıslanan yüzey alanına bağlıdır.
Mevcut hidrofil tekneler için, çıkıntılı parçaların sürtünmesi, püskürtme ve aerodinamik sürüklenme 60-70 km/saat hızlarda %20-25'tir ve küçük tekneler için toplam sürüklemenin %40'ına kadardır.
Yüksek hidrodinamik kaliteye, iyi itiş gücüne ve denize elverişliliğe sahip bir hidrofoil tekne tasarımında ana konu, hidrofoil elemanlarının seçimidir.
Kanadın boyutlarını seçmenin ilk değeri, batık kısmının şu orandan belirlenen alanıdır:
Kaldırma katsayısı 0,1-0,3 aralığında seçilir; genel durumda C y tasarım hızına bağlıdır. Hareket stabilitesini artırmak için kıç kanadın kaldırma katsayısının değeri, pruva kanadınınkinden %20-50 daha büyük alınır.
Kanat boyutları (açıklık l ve kiriş b), yeterince yüksek hidrodinamik kalite, geminin yanal stabilitesi ve kanat mukavemetinin sağlanması ihtiyacı dikkate alınarak, kanat alanı belirlendikten sonra atanır.
Daha önce belirtildiği gibi uzama, hidrodinamik kalitenin değerini belirler. Genellikle λ = l/b > 5 alırlar. Kanat açıklığının arttırılmasının, seyir halindeyken geminin yanal stabilitesini önemli ölçüde artırdığı unutulmamalıdır.
Küçük tekneler için seyir halindeyken yanal stabilitenin sağlanması özellikle önemlidir. Operasyon deneyiminin gösterdiği gibi, toplam kanat açıklığı tekne gövdesinin genişliğinden ve 1,3 - 1,5 m'den az olmamalıdır.
Göreceli hızı düşük olan teknelerde bu şartların yerine getirilmesi, kanat mukavemetinin sağlanmasında herhangi bir soruna neden olmaz. Çelikten, alüminyum-magnezyum alaşımlarından ve hatta ahşaptan yapılmış iki veya üç payandalı kanatları kullanmak mümkündür. Eğimli dengeleyicilere (yamuk) sahip bir kanadın kullanılması, dikme sayısını bir veya ikiye indirmenize olanak sağlar. Ancak bağıl hız arttıkça kanatların kuvveti belirleyici bir faktör haline gelir. Kanatların gücünü sağlamak için, direncin artması ve havanın kanadın üst yüzeyine sızma ihtimalinin artması nedeniyle son derece istenmeyen bir durum olan çok sayıda payandanın monte edilmesi gerekir; değişken genişlikte düzlemler yapmak veya bağımsız kanatlı şemalar kullanmak gerekir.
İncirde. Şekil 18'de teknenin tasarım hızına bağlı olarak kanattaki efektif gerilmelerdeki değişimi gösteren eğriler gösterilmektedir. Bu eğriler, yükün aralarında eşit olarak dağıtıldığı iki adet düşük yüklü düz kanada sahip, 500 kg deplasmanlı bir teknenin baş kanadı için çizilmiştir.
Grafik iki duruma ilişkin bağımlılıkları gösterir:
- yanal stabiliteyi sağlama koşullarına bağlı olarak kanat bir düzleme sahiptir (kesikli eğriler);
- kanat, belirli bir en boy oranına sahip (düz çizgilerle gösterilen eğriler) iki bağımsız kanattan oluşur.
Grafikten görülebileceği gibi, 10-12 m/sn'den daha yüksek bir hızda, ilk seçenekte kanadın gücünü sağlamak için, hidrodinamik kaliteyi biraz azaltacak olan üçüncü bir dikmenin takılması gerekir. veya mekanik özellikleri artırılmış bir malzeme kullanın. Aynı zamanda, serbest kanatlar için, tek seferde bir dikme takıldığında aynı gerilimler çok daha yüksek bir hızda (20-25 m/sn) ortaya çıkar.
Verilen grafik, benzer deplasmana sahip tekneler tasarlanırken kanat malzemesinin seçilmesi için kullanılabilir. Her özel durumda, kanadı düzlem çubuklardan ve dikmelerden oluşan bir çerçeve olarak dikkate alarak kanatların kuvvetinin daha ayrıntılı ve doğru hesaplamalarının yapılması gerekir.
Gemilerin çalıştırılması ve hidrofillerin test edilmesindeki deneyimlerin gösterdiği gibi, dalgalar halinde hareket ederken kanat, statik yük V'yi çok aşan yüklere maruz kalır. Ortaya çıkan aşırı yüklere, kanadın dalgaları kesmesi sırasında meydana gelen arızalar, hücum açısındaki değişiklikler neden olur. Uzunlamasına ve dikey eğimlerin ortaya çıkması ve dalgalar sırasında su parçacıklarının yörüngesel hızlarının varlığı ve ayrıca kanatların daldırılmasındaki değişiklikler nedeniyle kanadın. Bu bağlamda kanatların gücünü hesaplarken artırılmış güvenlik marjlarının dahil edilmesi gerekmektedir:
Tipik olarak, hafif suya batmış elemanlar için, n = 3 alınır, kanadın suya batması arttıkça, serbest yüzeyin etkisiyle kanat üzerindeki kaldırma kuvvetindeki değişimin azaldığı, derin suya batmış düzlemler için güvenlik faktörünün olabileceği dikkate alınır. biraz azaldı.
Hareket sırasında sudan çıkan kanat elemanlarının mukavemeti hesaplanırken, dalga halinde, yuvarlanma vb. hareketlerle üzerlerinde oluşabilecek belirli bir koşullu yükün belirtilmesi gerekir. Bu durumda bu yükün rastgele ve güvenlik marjı n=1,25÷1,5'e düşürülür.
Taşıyıcı düzlemlerin ana boyutlarının belirlenmesine ek olarak, tasarım sırasında rafların yüksekliğinin de belirlenmesi gerekmektedir. Aynı zamanda tasarımcı birbiriyle çelişen gereksinimlerle karşı karşıyadır. Bir yandan, kanat desteklerinin yüksekliğinin arttırılması, geminin denize elverişliliğini artırır ve hem dalgalı suda hem de sakin suda seyrederken direnç miktarını azaltır. Öte yandan payandaların yüksekliğinin artması teknenin boyuna ve yanal stabilitesinin bozulmasına neden olabilir ve en önemlisi kanatlarda seyir öncesindeki modlarda teknenin direncinin artmasına neden olur ( desteklerin ıslak yüzeyinin artması, ilave kardan mili braketleri vb. nedeniyle).
Tipik olarak rafların yüksekliğini belirlerken aşağıdaki hususlar dikkate alınır. En önemli faktör, mekanik tesisatın (motor, dıştan takma motor) tekne üzerindeki genel konumuna ve pervanenin çalışma koşullarına göre belirlenen, pervane ekseninden gövdeye olan maksimum mesafedir. Örneğin, bir Moskova dıştan takma motorla bu mesafe 230-250 mm'yi geçmez (bu, 290-300 mm'lik bir kıç yatırması yüksekliğine karşılık gelir); Motorun daha fazla derinleştirilmesi (indirilmesi) pratik değildir, çünkü bu, kötü çalıştırmaya, silindirlere ve bujilere su girmesine vb. neden olabilir.
Sabit motorlar kullanıldığında, motorun teknenin uzunluğu boyunca yerleştirilmesi ve normal şaft açısının (10-12°'den fazla olmamak üzere) sağlanması koşullarından yola çıkılmalıdır. Z şeklinde bir dişlinin (açısal sütun) kullanılması, sabit bir motor takarken bile pervane ile mahfaza arasındaki mesafeyi artırmanıza olanak tanır.
Kıç kanat desteklerinin yüksekliği hk, kanatlar üzerinde hareket ederken pervane açığa çıkmayacak ve atmosferik havayı emmeyecek şekilde olmalıdır. Pervanenin kanat düzleminin altına yerleştirilmesi, kanat ile kanat arasında pervane çapının %10-15'ine eşit bir boşluk bırakılması tavsiye edilir.
Dıştan takma motorları monte ederken, kanat genellikle kavitasyon önleyici plaka adı verilen seviyeye monte edilir.
Pruva kanat desteklerinin yüksekliği hp, kanatlar üzerinde hareket ederken teknenin trim değerine göre belirlenir ve aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanabilir:
Bu formül yaklaşıktır çünkü pruva kanadının arkasındaki su yüzeyinin çalışma trim açısını etkileyen deformasyonunu hesaba katmaz.
Mevcut motorlu tekneler ve tekneler için ψ = 1÷3°. Nispeten yüksek hızlara sahip tekneler için trim açısı biraz daha küçük seçilir, çünkü bu durumda kanatlara ulaşma modu daha düşük hızlara kayar ve "tümsek" üzerindeki direnç azalır.
Hidrofoil tekne tasarımında çözülmesi gereken ana konulardan biri folyolara çıkıştır. Göreceli hızları yüksek olan tekneler için bu sorun önemli bir sorun haline gelebilir.
Hızlanma sırasında kanatların kaldırma kuvveti hala küçük olduğunda tekne gövde üzerinde hareket eder. Hız arttıkça kanatların kaldırma kuvveti artar ve tekne önce pruva kanadı ve gövde üzerinde ve hızın daha da artmasıyla her iki kanatta hareket etmeye başlar. Tekne pruva kanadına ulaştığı anda suyun harekete karşı direnci en yüksek değerine ulaşır; direnç eğrisinde bu an karakteristik bir "tümseğe" karşılık gelir (bkz. Şekil 1). Gövde sudan çıktıkça ıslanan yüzeyi azalır ve direnci düşer. Belirli bir hızda - kanat hızı olarak adlandırılan - gövde tamamen sudan kaldırılır. Kanat alanlarını seçerken sadece maksimum hız değil, aynı zamanda sudan kalkış hızı da hesaplanır.
Teknenin tüm hızlarında kanatların kaldırma kuvveti, ağırlığını dengeler. Bu nedenle, maksimum v hızında batık kanat alanı S ve kaldırma katsayısı C y ve kalkış hızında υ o kanat alanı S o ve kaldırma katsayısı C y0 ise, o zaman aşağıdaki koşulun karşılanması gerekir:
Maksimum hızda düz kanadın suya çok az batması ve kalkış hızında batmasının çok daha fazla olması nedeniyle, C y0'ın değeri genellikle C y'den 1,5-2 kat daha büyüktür. Ek olarak, kanat vuruşunun başlangıcında teknenin trimi genellikle maksimum hıza göre daha yüksektir ve bu da açının artmasına bağlı olarak C y0'da (yaklaşık 1,2-1,5 kat) bir artışa yol açar. α kanadının saldırısı.
Düz bir kanadın su altındaki alanının sabit kaldığı göz önüne alındığında, yukarıdaki eşitlikten (7) düz, hafif batık kanadı olan bir tekne için havalanma hızının şöyle olduğu elde edilebilir:
Deneyimler, direnç tümseğinin böyle bir hız oranıyla aşılmasının ancak düşük bağıl hızlarda mümkün olduğunu göstermektedir. İncirde. Şekil 19, aynı deplasmana sahip ancak farklı maksimum tasarım hızlarına sahip teknelerin direncindeki değişimi göstermektedir. Yukarıdaki grafikten görülebileceği gibi, maksimum hızda sürükleme neredeyse sabit kalırken, kanattan çıkış modunda havalanma hızının artmasıyla birlikte önemli ölçüde artmaktadır.
Yüksek bağıl hızlarda sürükleme tümseğinin üstesinden gelmek için, düz kanatlı teknelerin yardımcı kayma yüzeyleri veya ilave kanatlara sahip olması veya hareket halindeyken kanatların ana düzlemlerinin hücum açısını değiştirebilmesi gerekir. Gövdenin sudan ayrılma oranını azaltmak için yük taşıyan yüzeylerin toplam alanını önemli ölçüde arttırmak gerekir. Ek yük taşıyan yüzeyler, hız arttıkça ve ana düzlemler yükseldikçe yavaş yavaş sudan çıkacak ve ek direnç oluşturmayacak şekilde konumlandırılmalıdır; Bunu yapmak için, bunların deadrise (deadrise açısı 20-30°) yapılması ve gövdeye ve ana düzlemlere kanat kirişinden daha az bir mesafede yaklaştırılmaması önerilir.
Başlangıç elemanlarının verimliliğini arttırmak için, üst elemanların alt elemanlara göre daha büyük bir hücum açısına sahip olarak monte edilmesi tavsiye edilir. Daha önce de belirtildiği gibi, su yüzeyinin üzerinde (maksimum hızda hareket ederken) bulunan yardımcı düzlemlerin montajı, geminin denize elverişliliğini ve dengesini arttırır.
Olarak Şekil l'de görülebilir. 19, geminin kanatlara ulaştığı hızlarda direncin ana kısmı gövde direncidir. Buna uygun olarak, hızlanmayı kolaylaştırmak için, geminin gövdesi, kanat dışarı moduna karşılık gelen hızlarda hareket etmek üzere tasarlanmış geleneksel gemilerinkine benzer şekilde iyi düzenlenmiş dış hatlara sahip olmalıdır.
Masada 2 ana unsurları ve karşılaştırmalı olanları gösterir! Beş yerli deniz otobüsü motorlu teknenin ve altı kişilik kanatlı bir tekne "Volga"nın (Şekil 20) özellikleri, yukarıda belirtilen noktaları iyi bir şekilde göstermektedir.
Plastik motorlu tekne "L-3" için kanat cihazının hesaplanması
Örnek olarak, ana elemanları tabloda belirtilen “L-3” (“MK-31”) plastik motorlu tekne için yapılan kanatların hesaplanması verilmiştir. 2. Gövdesi, fiberglas ile güçlendirilmiş, polyester reçine bazlı fiberglastan yapılmıştır. Kasa ağırlığı 120 kg. İçinde dört kişinin bulunduğu kanatsız bir tekne (Moskva motoruyla) yalnızca yaklaşık 18 km/saat hıza ulaşır, bu nedenle hızı artırmak için hidrofoillerin takılmasına karar verildi (Şekil 21, 22).Kanatları tasarlarken, teknenin dengesini sağlamaya yönelik temel gerekliliklere ek olarak aşağıdaki görevler de belirlendi:
- aynı dıştan takma motoru "Moskova" takarken, toplam 480 kg (gemide dört kişi) deplasmana sahip bir motorlu teknenin yüksek hız performansını sağlamak;
- ria kanatlarını 300 mm dalga yüksekliğinde tam yükte çalıştırırken tatmin edici denize elverişlilik sağlar.
Kanat alanları aşağıdaki sıraya göre hesaplanmıştır.
Tahmini tekne hızının belirlenmesi. Teknenin seçilen kanat tasarımı P. Korotkov'un teknesinde kullanılan tasarıma benzediğinden ve hareket hızları birbirine yakın olduğundan “L-3” botunun sevk kalitesi değeri P ile aynı olarak alınmıştır. Korotkov'un teknesi, yani K η = 5 ,45.
Bu K η değerinde motorlu teknenin hızı:
Kanat boyutlandırma. Teknenin ağırlık merkezinin konumuna ve kıç kanadın yerleşimine bağlı olarak baş kanadın uzunluk konumu belirlendi. Kanatlara gelen yükün eşit olarak dağıtıldığı varsayıldığından:
Pruva kanadının aralarındaki kıç mesafesi üzerindeki olumsuz etkisini ortadan kaldırmak için pruva kanadında en az 12-15 kiriş bulunmalıdır ve bu tekne için L k = 2,75 m'dir.
Kanat fırlatma modunda yüksek hız ve denize elverişlilik elde etmek ve sürüklemeyi azaltmak için pruva kanadındaki kaldırma katsayısının ortalama değeri C yn = 0,21'e eşit alınmıştır. Aynı zamanda kanadın hafifçe suya batmış kısımlarının kaldırma katsayısının değeri bu değerden biraz daha düşüktür, bu da hareket sırasında kanadın stabilitesinin artmasını sağlar; derine gömülmüş elemanın ortalama Su değeri, önemli ölçüde batma nedeniyle biraz daha yüksektir. Teknenin düşük hızı dikkate alınarak kıç kanadın kaldırma katsayısı Сук = 0,3'e eşit alınmıştır.
Seçilen C y değerleri için kanatların alanı (yani kanadın yatay düzleme izdüşümü alanı) şuna eşittir:
Yeterli yanal stabiliteyi sağlamak için pruva kanadının açıklığının l n = 1,5 m olduğu varsayılır; dolayısıyla kanat akoru:
Kıç kanadın tekne ölçülerinde yapılmasına karar verildi; bu koşul altında açıklığının l n = 1350 mm olduğu ve akorunun:
Seçilen kanat boyutlarıyla, büyük düzlem uzamaları λ n = 7,5 ve λ k = 8,5, teknenin yüksek hidrodinamik kalitesini garanti eder.
Söz konusu durum için “martı”nın açıklığı başlangıçta 500 mm olarak alınmıştır. Bununla birlikte, derinlemesine batık elemanın mutlak ve göreceli derinliğini arttırmak ve böylece kanadın denize elverişliliğini arttırmak için, derine batık elemanın alanı ve ölü yükseliş açısı korunurken, açıklığının arttırılmasına karar verildi. Ortalama akor değerini 170 mm'ye düşürerek 600 mm. Düşük daldırmalı uçakların alanının değişmemesini sağlamak için toplam kanat açıklığı 1550 mm'ye çıkarıldı.
Kanat kuvveti hesaplamasının gösterdiği gibi, sakin suda hareket ederken kanatlardaki gerilimler ο = 340 kg/cm2 değerlerine ulaşır. Güvenlik faktörü n = 3 olan kanatların mukavemeti ο T = 1200 kg/cm2 malzeme kullanılarak sağlanabilir.
Kanat cihazının ağırlığını azaltmak için, malzeme olarak ο T = 1200 kg/cm2 değerine sahip, AMg-5V marka, iyi kaynaklanabilen, korozyon önleyici alüminyum-magnezyum alaşımı seçildi.
Teknenin kanat yapısının tasarımı Şekil 1'de gösterilmektedir. 23.
Kanat dikmelerinin yüksekliklerinin belirlenmesi. Motorun teknenin kıç yatırması üzerine yerleştirilmesi koşullarına göre, kıç kanat standının yüksekliği hk = 140 mm seçildi (kıç yatırması üzerindeki motor kelepçesi için oyuk yüksekliği 300 mm idi).
Koşu triminin değerini ψ = 1°20" olarak ayarladıktan sonra, baş kanat desteğinin yüksekliğini elde ettik:
Kaldırma katsayılarının kabul edilen değerleri P. Korotkov'un teknesinden biraz daha yüksektir, ancak L-3 teknesinin göreceli hızı önemli ölçüde olduğundan "kambur" modunda sürükleme artışından korkmamak gerekir. prototip tekneden daha az. Ek olarak, tekne tabanının geniş genişliği ve uzunlamasına oluklar, kanat açık modunda tekne gövdesinin direncini bir miktar azaltır.
Teknenin performansını ve performansını artırmak için kanat cihazına aşağıdaki tasarım özellikleri verildi:
- pruva kanadının serbest uçları düzgün bir şekilde yuvarlatılmıştır; bu, girdap oluşumundan kaynaklanan uç kayıplarını azaltır ve böylece hareketin hidrodinamik kalitesini ve stabilitesini arttırır;
- kanatların hafifçe suya batmış kısımlarının gelen kenarı 1 mm aşağı doğru bükülür, bu, kanadın suya giriş açısını azaltarak, dalgalar halinde seyrederken, kanat periyodik olarak sudan dışarı atladığında sıçramayı azaltır, dalgayı kesmek;
- Pruva kanadının payandaları değişken kesitlerden yapılmıştır: hareket sırasında suda bulunan payandaların kısımları daha incedir ve gövde ile birleşim yerlerinde daha kalındır. Bu, kanadın gücünü azaltmadan hareket ederken desteklerin direncini azaltır;
- tasarım hızında su hattının üzerindeki kanat payandaları ileri doğru eğilir, bu da payandalar su yüzeyini geçtiğinde sıçramayı azaltır;
- pruva ve kıç kanatlar, teknenin farklı yükleri için ve dalgalara bağlı olarak en uygun hücum açılarını seçmek için kanatların açılarını kolayca değiştirmenize olanak tanıyan bağlantılara sahiptir;
- Burun kanadı ataşmanının tasarımı, hareket halindeyken kanadın hücum açılarını seçmenize olanak tanıyan bir mekanizma kurma imkanı sağlar.
L-3 motorlu tekne için kanat cihazının hesaplanmasına yönelik verilen şema, temel olarak herhangi bir motorlu teknenin ve motorlu teknenin kanatlarını hesaplamak için kullanılabilir. Ancak her özel durumda, sıralamanın değişmesine veya daha detaylı hesaplama ve açıklamalara ihtiyaç duyulmasına neden olacak spesifik özellikler ortaya çıkabilir.
Kanat cihazının imalatı, montajı ve testi
Kanatların üretimi için pratik olarak çeşitli malzemeler kullanılır, ancak çoğu zaman kanatlar kaynaklı çelikten veya alüminyum-magnezyum alaşımlarından (ve basitlik açısından katı) yapılır.En emek yoğun süreç, kanatların profil boyunca işlenmesidir. Belirli bir kanat profilini elde etmenin bilinen birkaç yolu vardır, ancak bunlardan ikisi en yaygın olanıdır (Şekil 24):
1) kanatların düzlemleri bir borudan kesilmiş boşluklardan yapılır. Dairesel bir segment şeklindeki bir profil için boş borunun çapı, bir nomogram kullanılarak belirlenebilir (Şekil 25). Borunun iç yüzeyi bir düzlem üzerinde frezelenir ve dış yüzeyi istenilen profile kadar törpülenir;
2) Kanatların düzlemleri sac malzemeden yapılmıştır. İstenilen profili elde etmek için üst yüzey belirlenen ordinatlara göre planlanır veya frezelenir ve ortaya çıkan "adımlar" manuel olarak dosyalanır.
Dışbükey-içbükey profil elde edilmesi gerekiyorsa kanat düzlemi bükülür veya malzeme mekanik olarak seçilir.
Küçük boyutlardaki kanatlar, eğer mekanik işlem mümkün değilse, elle eğeleme yapılabilir.
İşleme süreci sırasında ve bitmiş kanatların ve dikmelerin profillerinin kontrol edilmesi için genellikle verilen koordinatlara göre ±0,1 mm hassasiyetle üretilen şablonlar kullanılır. Profilin şablondan sapmaları maksimum kanat kalınlığından ±1°/o'yu aşmamalıdır.
Uçaklar ve dikmeler işlendikten sonra kanatlar monte edilir. Montaj doğruluğunu sağlamak ve kaynak sırasında deformasyonu önlemek için kanatların metalden veya hatta ahşaptan yapılabilen bir aparatla birleştirilip kaynaklanması önerilir. Kaynak dikişleri aşağıya doğru törpülenmelidir.
Havanın payandalardan kanadın üst yüzeyine sızma olasılığını azaltmak için, payandaların uçaklarla birleştiği yerler yarıçaplar boyunca düzgün geçişlere sahip olmalı ve payandanın en büyük bölümündeki geçişin yarıçapı aşmamalıdır. Akorunun %5'i ve burunlardaki geçişin en büyük yarıçapı 2-3 mm olmalıdır.
Monte edilen kanatta aşağıdaki değerleri aşan sapmalar olmamalıdır:
- kanat açıklığı ve kirişi kanat kirişinin ±%1'i;
- dikme akoru dikme akorunun ±%1'i;
- sağ ve sol taraftaki montaj açıları arasındaki fark (“bükülme”) ±10";
- teknenin uzunluğu ve rafların yüksekliği boyunca düzlemlerin eğimi ±2-3 mm'dir.
Kanatların korozyondan korunması için boyama yapılması gerekiyorsa, dolgu işlemi bittikten sonra yüzey boyanır ve ardından cilalanır. Kanatları boyamak için genellikle çeşitli emayeler ve vernikler, polyester ve epoksi reçineler ve diğer su geçirmez kaplamalar kullanılır. Operasyon sırasında kanat çevresinden yüksek hızlarda akan su, bunların hızlı bir şekilde tahrip olmasına neden olduğundan boya ve vernik kaplamalarının sık sık yenilenmesi gerekmektedir.
Bitmiş kanat tekneye monte edilir. Kanatların vücuda göre konumu hesaplamaya uygun olarak korunmalıdır. Düzlemlerin yataylığı bir terazi ile kontrol edilir ve montaj açıları iletkiler tarafından ±5" hassasiyetle kontrol edilir.
Kanadın gövdeye olan bağlantıları, kanada ciddi aşırı yük uygulandığında hareket sırasında hücum açılarının sabit kalmasını sağlayacak kadar sağlam ve sağlam olmalıdır. Ek olarak, bağlantılar, kanatların ana düzlemlerinin montaj açılarında (±2÷3° dahilinde) kolay değişiklik yapılmasına olanak sağlamalıdır. Seçilen kanat tasarımı, bağıl hız veya diğer özellikler açısından prototipten önemli ölçüde farklılık gösteren tekneler için.
Kanatların yüksekliğini yeniden düzenleme olanağının sağlanması tavsiye edilir (en uygun konumu seçmek için).
Uygulamanın gösterdiği gibi, hidrofoillerin imalat ve montajının doğruluğu için belirtilen gerekliliklerin yerine getirilmesi gerekli bir durumdur; Çoğu zaman belirtilen boyutlardan küçük sapmalar bile tamamen başarısızlığa veya hataların düzeltilmesi ve kanat cihazında ince ayar yapılması için gereksiz zaman ve para harcamasına yol açabilir. Genellikle usturmaçaları düzgün yapılmış bir tekne, en başından itibaren kolaylıkla sudan çıkıp usturmaçaların üzerinde hareket edecektir; sadece küçük bir ince ayar gereklidir - tüm hız aralığı boyunca istikrarlı hareket elde etmek ve en iyi koşuyu ve denize elverişliliği sağlamak için en uygun hücum açılarının seçilmesi.
Kanatların ilk kurulum açıları genellikle kanatların dış kenarlarını birleştiren çizgiye göre kanatların hücum açılarının eşit olduğu değerler olarak alınır: pruva kanadında 2-2,5° ve kıç kanadında kanat 1,5-2°. Teknenin son testi sırasında, kanatların montaj açılarını belirtmenin yanı sıra, tekneyi kapsamlı bir şekilde test etmek de gereklidir: hızını, denize elverişliliğini ve manevra kabiliyetini belirlemek: üzerinde yelken açmanın tamamen güvenli olduğundan emin olmak için .
Geliştirme testleri yapılmadan önce teknenin deplasmanının tasarım değerine getirilmesi gerekmektedir. Teknenin tartılması ve ağırlık merkezinin uzunluğu boyunca konumunun belirlenmesi tavsiye edilir. Ek olarak, motorun servis edilebilirliğini önceden kontrol etmek gerekir.
Tekneyi test ederken aşağıdaki kurallara uyulmalıdır:
1) testler sakin havalarda ve dalgaların olmadığı bir ortamda yapılmalıdır;
2) teknede fazladan insan bulunmamalıdır; tüm test katılımcıları yüzebilmeli ve kişisel yüzdürme cihazlarına sahip olmalıdır;
3) teknenin ilk yalpa açısı 1°'den fazla olmamalıdır;
4) hız artışı kademeli olarak yapılmalıdır: hızdaki her yeni artıştan önce, dümen cihazının düzgün çalıştığından ve teknenin hem düz rotada hem de manevra sırasında yeterli yanal dengeye sahip olduğundan emin olmalısınız. Tehlikeli olaylar durumunda (önemli ölçüde artan yalpalama, gövdenin suya gömülmesi, yanal stabilite ve kontrol edilebilirliğin kaybı) hız azaltılmalı ve bu olaylara neden olan nedenler bulunmalıdır;
5) Tekneyi hızlandırmaya başlamadan önce yolun açık olduğundan ve rota üzerinde aniden gemi, tekne, yüzen insan ve nesnelerin belirme tehlikesi olmadığından emin olmalısınız. Diğer gemi ve şamandıraların kalabalık olduğu veya sahile yakın yerlerde testler yapılmamalıdır;
6) Tekneleri ve motorlu tekneleri sürmek için tüm kurallara kesinlikle uymak gerekir.
Test sırasında aşağıdaki durumlar ortaya çıkabilir:
1. Tekne pruva kanadına ulaşmıyor. Bunun nedenleri pruva kanadının hücum açısının küçük olması veya teknenin merkezinin fazla önde olması olabilir. Teknenin pruva kanadına ulaşabilmesi için teknenin merkezlemesinin değiştirilmesi veya bu sonuç vermezse pruva kanadının montaj açısını kademeli olarak artırmak (her biri 20") gerekir; bu durumda, kıç kanadının montaj açısını biraz azaltabilirsiniz (10-20" kadar). Pruva kanadının hücum açısı, teknenin kolayca çıkabileceği ve pruva kanadı üzerinde sabit bir şekilde hareket edebileceği şekilde seçilmelidir. Pruva kanadına ulaşıldığında hareket hızı artmalıdır.
2. Tekne kıç kanadına ulaşmıyor. Sebepler, arka kanadın küçük bir hücum açısı veya çok fazla merkezlenmesi olabilir. Bu durum aynı iki yöntemle ortadan kaldırılabilir: teknenin merkezlemesini değiştirerek veya kıç kanadın montaj açısını kademeli olarak artırarak (her biri 20 adet); Aynı zamanda tekne pruva kanadına ulaşmayı bırakırsa hücum açısı da artırılmalıdır (10" kadar).
3. Kıç kanada ulaştıktan sonra tekne sorunsuz bir şekilde pruva kanadına düşer; bu durumda burun kanadı düzleminde herhangi bir bozulma olmaz. Bu olay, kanatlara vuruş sırasında trim açısının azalması nedeniyle pruva kanadının hücum açısının azalmasından kaynaklanır. Burun kanadının montaj açısının 10-20" arttırılması gerekmektedir.
4. Kıç kanada ulaştıktan sonra tekne aniden pruva kanadının üzerine düşer; Aynı zamanda pruva kanadında akış bozuklukları ve kanadın açığa çıkması da gözlemlenebilmektedir. Burun kanadının hücum açısı yüksektir ve 5-10" kadar azaltılması gerekmektedir.
5. Tekne kanatlar üzerinde hareket ettiğinde kıç kanadı arızalanır; bu durumda arka kanat sığ bir derinliğe gider ve arızalar görülür. Kıç kanadın hücum açısı yüksek, 10-20" kadar düşürülmesi gerekiyor.
6. Tekne büyük bir taklayla kanatların üzerine çıkıyor; Aynı zamanda hız arttıkça yuvarlanma da artar. Sağ ve sol taraftaki kanatların montaj açılarının çakışmasını kontrol edin ve düzlemlerin "bükülmesini" ortadan kaldırın. Hız kazandıkça yalpalamanın azalması, tekne folyolara ulaştığında yanal stabilitenin düşük olduğunu gösterir. Hızlanma sırasında teknenin stabilitesini arttırmak için aşağıdaki önlemler önerilebilir: çıkıştaki dalışını azaltmak için pruva kanadının hücum açılarını artırmak; kömürü azaltın! kıç kanadının çıkışını “sıklaştırmak” (yüksek hızlara tercüme etmek) için kıç kanadının saldırıları; pruva kanadına ilave stabilizasyon elemanları takın.
7. Kanatlar üzerinde manevra yaparken teknenin yanal dengesi yetersiz. Bu olgu, 6. paragrafta belirtilen önlemlerin aynısı kullanılarak ortadan kaldırılabilir.
8. Kanatlar üzerinde hareket ederken teknenin kontrol edilebilirliği zayıftır. Bunun nedenleri dümenin yetersiz verimliliği, baş ve kıç kanatların payanda alanlarının istenmeyen oranı vb. olabilir. Baş kanadına ilave çaça takılarak yol tutuşu bir miktar iyileştirilebilir.
Tersi bir durum olması durumunda - rota stabilitesinin zayıf olması - kıç kanadına çaça takılmalıdır. Çaça alanı deneysel olarak seçilir.
Elbette bazı durumlarda bu önlemler istenilen sonucu vermeyebilir. Arızaların nedenleri çok farklı olabilir: yüklerin, alanların, kaldırma katsayılarının yanlış oranı, kanat desteklerinin yüksekliği vb. Her özel durumda nedenini bulmak için, çeşitli olayları karşılaştırmak, hız ölçümlerini analiz etmek, koşmak gerekir. trim ve diğer miktarlar.
Tüm hız aralığı boyunca kanatlarda stabil hareket elde edildikten sonra en uygun kanat kurulum açılarını seçmeye başlayabilirsiniz. Son ince ayar sırasında kanatların hücum açılarını çok küçük bir miktarda (yaklaşık 5 inç) değiştirmeli ve çeşitli sürüş modlarındaki hızı, hızlanma süresini ve diğer özellikleri ölçerek ince ayarın ilerlemesini sürekli izlemelisiniz.
Kanatların montaj açıları nihayet seçildiğinde, amacı teknenin kanatlar üzerinde hareket edebileceği maksimum dalga yüksekliğini belirlemek ve aynı zamanda hızı ölçmek olan denize elverişlilik testleri yapılabilir. Testler, dalga ilerlemesine göre farklı yön açılarında gerçekleştirilmelidir.
Pruva kanadı tespitinin tasarımı kanadın hücum açılarını kolayca değiştirmenize izin veriyorsa, pruva kanadının artan kurulum açılarında teknenin denize elverişlilik testlerini yapabilirsiniz.
Deniz denemeleri aynı zamanda kanatların gücünün de bir sınavıdır. Deniz denemelerinden sonra tekne ve usturmaçalar iyice incelenmelidir. Kırılma, çatlak ve deformasyonların tespit edilmesi durumunda bunların oluşma sebepleri belirlenerek bu yapıların güçlendirilmesi gerekmektedir.
Ancak kapsamlı testlerden sonra teknenin günlük kullanıma uygun olduğu düşünülebilir. Ancak, hidrofoil gemilerin pek çok açıdan hala deneme aşamasında olduğunu ve bu nedenle seyir güvenliğinin sağlanmasına daha fazla dikkat edilmesi gerektiğini unutmamalıyız.