Размеры и форма основных агрегатов гидросамолета

Ширина корпуса по редану (B) - является важнейшим линейным параметром лодки или поплавка, влияющим на гидродинамические, аэродинамические и весовые характеристики гидросамолета. Значение B определяется по формуле



где m₀ - взлетная масса гидросамолета (для двухпоплавковых гидросамолетов в эту и последующие формулы вместо m₀ подставляется 0,5m₀, - плотность воды, - коэффициент начальной нагрузки на воду. В первом приближении при отсутствии результатов буксировочных испытаний можно взять следующие значения :

Летающие лодки с удлинением корпуса лодки 4-6,5 = 0,3-1,2

Однопоплавковые гидросамолеты с удлинением поплавка 5,5-7 = 1,2-1,7

Двухпоплавковые гидросамолеты с удлинением поплавка 6-8,75 = 1,7-1,9

Меньшие из указанных значений рекомендуются для самолетов с малой стартовой энерговооруженностью и относительно невысокими скоростями отрыва. Полученная в результате расчета ширина корпуса должна быть увязана с требованиями по размещению экипажа и пассажиров.

Следует иметь ввиду, что уменьшение (увеличение ширины корпуса) облегчает выход на глиссирование и уменьшает брызгообразование при разбеге, но одновременно возрастает сопротивление на предвзлетных скоростях и аэродинамическое сопротивление в полете, увеличиваются перегрузки при посадке, растет масса конструкции лодки или поплавка.

Длина корпуса от форштевня до второго редана



где - длина носовой части (до первого редана), - длина межреданной части корпуса.

Рекомендуемые значения удлинения корпуса лодки или поплавков приведены выше. С ростом удлинения корпуса уменьшается коэффициент его лобового сопротивления и улучшается продольная остойчивость гидросамолета. Но рост удлинения ведет также к увеличению массы корпуса и к некоторому ухудшению маневренности гидросамолета на воде.

Длина носовой части влияет на продольную остойчивость и на угол начального дифферента (наклон продольной оси самолета к поверхности воды) самолета. При больших увеличение длины носовой части устраняет опасность зарывания носом и затопление палубы при разбеге. Обычно значение принимается (2,3 - 3,5)В - для лодок и (3,5 - 5)В - для поплавков.

Положение лодки (поплавка) относительно центра масс гидросамолета рекомендуется выбирать таким, чтобы расстояние по горизонтали между центром масс и первым реданом (размер "а") составляло (0,15 - 0,3)В. Увеличение размера "а" (передняя центровка гидросамолета) снижает углы дифферента во всем диапазоне скоростей разбега и облегчает выход на редан, но приводит к росту гидродинамического сопротивления на предвзлетных скоростях.

Полная длина корпуса двухреданной лодки определяется с учетом потребного, по условию устойчивости в полете, плеча горизонтального оперения



Можно принимать = (2,8 - 3,2), где - средняя аэродинамическая хорда крыла, - назначается по конструктивным соображениям. Полная длина корпуса однореданной лодки или поплавка



Цилиндрическая вставка - участок длиной с постоянным поперечным сечением - перед первым реданом улучшает гидродинамические характеристики корпуса при выходе на глиссирование. Обычно принимается = (1,2 - 1,5)В.

Высота корпуса лодки или поплавка, обеспечивающая требуемый запас плавучести, определяется по формуле:



где - запас плавучести (задан техническими требованиями), - коэффициент полноты обьема корпуса. В первом приближении можно принимать = 0,45 для лодок и = 0,47 для поплавков.

Ниже уровня, определяемого высотой H, корпус не должен иметь отверстий и негерметичных лючков, через которые внутрь его может попадать вода.

Форма в плане и высота реданов. Передний (основной) редан способствует отрыву воды от зареданного участка днища, что приводит к резкому снижению гидродинамического сопротивления на участке глиссирования. Наиболее часто встречается прямой в плане передний редан ("а" см. рис ниже) с постоянной высотой ступеньки. Недостаточная высота ступеньки может вызвать появление "барсов" - рикошетирования - при посадке гидросамолета. Заостренная в плане форма переднего редана ("в") дает меньшее сопротивление в полете и меньшее брызгообразование при малых , но ухудшает путевую устойчивость в начале разбега.

Второй редан улучшает продольную устойчивость при разбеге и уменьшает заливание водой кормовой части лодки. Для уменьшения аэродинамического сопротивления корпуса второму редану часто придается заостренная форма в плане ("б", "в"). При малом заднем редане его ширина составляет приблизительно 80% от ширины переднего редана.



Продольная килеватость межреданной и кормовой частей корпуса характеризуется углами и .

Угол поперечной килеватости межреданной части выбирается в пределах 5 - 9 градусов. ПРи меньших знчениях угла возрастает скорость, потребная для выхода на редан, увеличивается гидродинамическое сопротивление при глиссировании и может быть затруднен перевод гидросамолета на взлетный угол атаки.

Кроме того, малые значения угла приводят к увеличению посадочной скорости, так как препятствуют приводнению на больших углах атаки крыла.

Чрезмерное увеличение угла сопровождается увеличением дифферента при разбеге, что ведет к снижению гидродинамического качества.

Во избежание подсасывания воды и заливания кормовой части лодки угол продольной килеватости принимается достаточно большим 20 - 30 градусов. Желательно, чтобы верхняя линия контура кормовой части лодки не имела подьема, приводящего к росту сопротивления в полете.

Поперечная килеватость днища нужна для уменьшения перегрузок при посадке и при движении по взволнованной поверхности воды. Поперечная килеватость улучшает также путевую устойчивость гидросамолета при разбеге, рулении и буксировке. Наиболее целесообразной формой днища считается плоско-килеватая со скуловыми накладками, уменьшающими брызгообразование. Углы поперечной килеватости днища на переднем редане имеют слеующие значения: = 10 - 30 градусов, = - (4 - 6 градусов). Уменьшение угла повышает гидродинамическое качество на глиссировании и уменьшает осадку гидросамолета, что является существенным фактором при эксплуатации на мелководных реках и озерах. Увеличение угла улучшает аммортизирующие свойства днища - уменьшает величину действующих перегрузок. Для повышения мореходности требуется большая килеватость, но принимать угол более 30 градусов нецелесообразно, а при увеличении угла больше 60 градусов глиссирование становится невозможным.

За передним реданом, по направлению к корме, килеватость днища изменяется незначительно, перед цилиндрической вставкой корпуса (к носу) возрастает до 48 - 65 градусов.

Носовая часть корпуса должна разваливать встречную волну и не создавать бурунов и брызг. Этому требованию отвечают плоско-килеватые носовые образования с небольшим отгибом у скул. Придание носовой части закругленно-обтекаемой формы без резко выраженной скулы приводит к забрызгиванию на разбеге и заливанию палубы.

Скула препятствует прилипанию воды к бортам. Рекомендуется, чтобы при плавании гидросамолета скула выходила из воды примерно на половине длины носовой части корпуса и образовывала с поверхностью воды угол = 11 градусов.

Борт выше ватерлинии и палуба не влияют на гидродинамические характеристики корпуса. Ниже ватерлинии желателен вертикальный подьем бортов. НА участке заостренного в плане второго редана допускается развал бортов наружу.

Поддерживающие поплавки поперечной остойчивости устанавливаются по возможности ближе к концам крыла. Размер стойки поплавка подбирается таким, чтобы на стоянке гидросамолет принимал остойчивое положение при крене, не превышающим 2 - 3 градуса. Расчетным случаем для определения потребного обьема поплавка является положение гидросамолета на скате волны с одновременным воздействием бокового ветра.



Для прикидочных расчетов можно применить формулу



где = 2,5 - 3,5 - запас поперечной остойчивости, - метацентрическая высота корпуса лодки - разность вертикальных координат центра масс гидросамолета и метацентра корпуса (берется абсолютное значение). = 3 градуса - начальный крен, - увеличение угла крена из за волнения и воздействия ветра. Угол принимается не менее 4 градусов. - плотность воды, - разнос поплавков по размаху.

После определения потребного обьема поплавка его основные размеры определяются в такой последовательности:

Ширина поплавка

Длина поплавка

Высота поплавка

Угол поперечной килеватости в миделевом сечении = 16 - 18 градусов.

Во избежание зарывания поплавка в воду угол между поверхностью воды и линией киля у заднего обреза поплавка или у редана (если применяют поплавки с реданами) принимается не менее 1 - 4 градуса.



источник: А.А.Бадягин Ф.А.Мухамедов "Проектирование легких самолетов" Москва "Машиностроение" 1978 г.