CC BY
74
Проектирование и конструкция судов
УДК 629.12.011
С.В. Антоненко, М.В. Китаев, В.В. Новиков
АНТОНЕНКО СЕРГЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ - доктор технических наук, профессор кафедры кораблестроения и океанотехники Инженерной школы (Дальневосточный федеральный университет, Владивосток). ДВФУ (корп. 12), Суханова ул., 8, Владивосток, 690950. E-mail: antonenko48@rambler.ru КИТАЕВ МАКСИМ ВЛАДИМИРОВИЧ - кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры кораблестроения и океанотехники Инженерной школы (Дальневосточный федеральный университет, Владивосток). ДВФУ (корп. 12), Суханова ул., 8, Владивосток, 690950. E-mail: maxkit@mail.ru НОВИКОВ ВАЛЕРИЙ ВАСИЛЬЕВИЧ - кандидат технических наук, доцент кафедры кораблестроения и океанотехники Инженерной школы (Дальневосточный федеральный университет, Владивосток). ДВФУ (корп. 12), Суханова ул., 8, Владивосток, 690950. E-mail: Leka1551@rambler.ru
Способ повышения динамических характеристик экраноплана при взлете и их расчетный анализ
Экранопланы - уникальные технические объекты, по своим характеристикам занимающие промежуточное положение между судами и самолетами. Они предназначены для движения преимущественно над водной поверхностью, но обладают скоростями, близкими к самолетным. Неудивительно, что многие страны проявляют интерес к созданию экранопланов.
Экранопланы не требуют твердых взлетно-посадочных полос, они могут взлетать с поверхности воды или другой ровной поверхности. Но для разгона требуется наличие соответствующего участка большой длины. Кроме того, в ходе разгона необходима мощность, в несколько раз превышающая мощность на ходовом режиме [2]. Для улучшения разгонных характеристик экраноплана различные авторы предложили ряд решений. В предлагаемой работе рассматривается вариант с распылением под крылом воды, отбираемой с поверхности специальным устройством.
Выполнено исследование аэродинамических характеристик крыла экраноплана, движущегося над экраном при разных плотностях среды. Проведен численный эксперимент, в котором в смоделированной расчетной схеме между крылом и экраном увеличена плотность среды путем искусственного создания аэрозольной динамической воздушной подушки с целью увеличения подъемной силы. В качестве расчетной системы выбрана программа COSMOS FIoWorks, интегрированная в SolidWorks. Для проведения расчетов в SolidWorks воссоздана трехмерная модель крыла по чертежам прототипа судна. Также были смоделированы экран в виде твердотельной протяженной поверхности под крылом и часть фюзеляжа.
Приводятся результаты расчетов для случая, когда количество воды в смеси под крылом составляет 1% по объему. Зависимость сопротивления экраноплана от его скорости была принята с учетом известных данных.
© Антоненко С.В., Китаев М.В., Новиков В.В., 2015
Выполненный анализ показал, что повышение плотности среды путем создания водно-воздушной смеси под крылом позволяет существенно уменьшить как длину разбега, так и скорость в момент отрыва от поверхности воды, что является особенно важным для взлетного режима экраноплана. Изложенные в статье материалы явились основанием для подачи заявки на изобретение.
Ключевые слова: экраноплан, подъемная сила, крыло, аэродинамическое качество, сопротивление, экран.
Введение
Экраноплан (рис. 1) представляет собой высокоскоростное транспортное средство, которое способно летать на относительно небольшой высоте от поверхности воды, земли, снега или льда. Скорость таких аппаратов может достигать 400-500 км/ч, а дальность полета - 1,5 тыс. км. Сейчас вопросам строительства и использования этих судов уделяется все больше внимания. В частности, в СМИ активно обсуждается тематика создания в Приморском крае перспективной системы скоростного морского транспортного сообщения с использованием экранопланов [7]. Все это свидетельствует об актуальности исследования в направлении совершенствования эксплуатационных качеств экранопланов.
Рис. 1. Экраноплан в движении [7]
Экраноплан - это необычное транспортное средство. По своим техническим характеристикам он занимает промежуточное положение между высокоскоростными судами и самолетами. Он может выполнять различные функции: перевозку пассажиров и грузов, обеспечение аварийно-спасательных работ на море, а также использоваться в военных целях. Экраноплан передвигается на минимальной высоте над поверхностью воды (или над любой ровной поверхностью) со скоростями, сравнимыми со скоростью самолетов. При этом он не требует специально подготовленной взлетно-посадочной полосы и может взлетать с воды. Аэропорт обычно находится на некотором расстоянии от населенного пункта, экранопланы же могут базироваться непосредственно в городе. Это уменьшает время в пути для пассажиров.
Задача исследования динамики взлета и посадки экранопланов является одной из основных проблем, которая во многом влияет на их экономическую эффективность и конкурентоспособность в отношении с известными видами транспорта.
Для кривых сопротивления движения судов с динамическими принципами поддержания характерным является наличие так называемого горба сопротивления [6]. Для его преодоления судну требуется, как правило, дополнительная мощность или использование специальных, зачастую тяжелых и дорогих устройств.
Предлагаемая работа посвящена исследованию возможности повышения динамических характеристик экраноплана при его взлете путем создания водно-воздушной смеси под крылом.
Изложенные в статье материалы явились основанием для подачи заявки на изобретение [3].
Постановка задачи
Для движущегося крыла в неограниченном потоке среды характерна сложная картина динамических сил, приводящих к возникновению подъемной силы и составляющих сопротивления
движению (рис. 2).
Рис. 2. Схема возникновения аэродинамических сил при обтекании крыла.
им - направление потока вдали от крыла; а - кажущийся угол атаки; Да - угол скоса потока;
У - подъемная сила крыла; Q¡ - лобовое сопротивление крыла
Многочисленными экспериментальными и теоретическими исследованиями установлено, что заметное влияние экрана на аэродинамические характеристики крыла проявляется при движении на малых расстояниях от него. В этом случае наблюдается иная картина обтекания, чем при движении крыла в неограниченном потоке. Между крылом и экраном происходит интенсивное подтормаживание воздуха и, как следствие, - увеличение давления на нижней поверхности профиля. Образующаяся динамическая воздушная подушка способствует увеличению подъемной силы, увеличивается и лобовое сопротивление.
Изменения в распределении давлений по хорде крыла при его движении вблизи экрана сводятся главном образом к резкому увеличению давления на его нижней поверхности и сравнительно небольшим изменениям на его верхней части. Если вдали от земли подъемная сила крыла образуется в основном за счет разрежения над крылом, то вблизи поверхности значительную роль в создании подъемной силы играет повышение давления под крылом (рис. 3). Цифры под рисунками указывают расстояние до экрана в процентах от хорды профиля.
Близость экрана оказывает заметное влияние на лобовое сопротивление крыла. Это влияние выражается в уменьшении скоса потока за крылом и, как следствие, в снижении индуктивного сопротивления крыла. В то же время эксперименты показали, что профильное сопротив-
ление крыла с приближением к земле изменяется сравнительно мало. Характер изменения лобового сопротивления в целом от угла атаки крыла и близости его к экрану показан на рис. 3.
Помимо сил трения и разности давлений в потоке, одной из основных причин возникновения силы лобового сопротивления крыла является образование за крылом скоса потока вследствие возникновения системы вихрей. Эти вихри возникают в результате перетекания воздуха по торцам крыла из зоны повышенного давления под крылом в зону пониженного давления над крылом. Очевидно, что часть силы лобового сопротивления, обусловленная разностью давлений впереди и сзади крыла и трением в пограничном слое крыла, зависит только от формы профиля и состояния поверхности крыла. Эту часть силы лобового сопротивления обычно называют профильным сопротивлением крыла. Завихренный поток на концах крыла вызывает при создании подъемной силы индуктивное сопротивление крыла, которое вместе с профильным сопротивлением и составляет лобовое (см. рис. 4).
И профильное, и лобовое сопротивление крыла вблизи экрана изменяются.
Рис. 4. Схема образования вихревого следа за крылом.
1 - концевая шайба; 2 - свободные концевые вихри крыла; Wа - средняя вертикальная составляющая
скорости потока за крылом; Аа- угол скоса потока
Крайне интересной в этой связи является количественная оценка влияния условий движения крыла на аэродинамические характеристики с учетом экрана. Как видно из структуры классических формул, определяющих динамику крыла (табл. 1), аэродинамические силы зависят от скорости потока, геометрических характеристик крыла и плотности среды [6].
Рис. 3. Изменение подъемной силы крыла
2'
Таблица 1
Основные формулы
Формула Обозначение Примечание
F = ^ри2^ Полная аэродинамическая сила оу, ^ - коэффициенты полной аэродинамической силы, подъемной силы, лобового сопротивления крыла соответственно, определяемые продувками модели; S - площадь крыла; и -скорость обтекания; р - плотность среды
Y = CySpu2/2 Подъемная сила
R = CRSpu2/2 Лобовое сопротивление
Известно несколько способов улучшения взлетных характеристик экранопланов [5].
1. Система поддува струи стартовых двигателей под крыло позволяет экраноплану отрываться практически без разгона, но требует колоссальных энергозатрат. На современном этапе признана неэффективной в большинстве случаев.
2. Использование стартовых подводных крыльев показывает положительные результаты по энергозатратам, однако задачи согласования динамически изменяющихся моментов подъемных сил от надводных и подводных крыльев, влияющих на устойчивость экраноплана в режиме взлета, до сих пор являются трудно решаемыми.
3. Создание воздушной подушки эффективно обеспечивает взлет экраноплана. Однако в силу громоздкости конструктивных элементов (которые необходимо размещать на участках, наиболее пригодных для грузов и пассажиров) в целом воздушная подушка не является полноценным решением представленной проблемы.
4. Применение глиссирующих поверхностей, гидролыж, продольных реданов считается наиболее перспективным направлением.
Данные конструктивные решения повсеместно используются, однако они не дают существенной экономии энергоресурсов судна и требуют установки дополнительных (стартовых) двигателей.
В качестве альтернативы представленным способам или их дополнения возможна иная (предложенная нами) концепция взлетного устройства - искусственное изменение плотности среды под воздушным крылом путем подачи под него аэрозоля. Идея увеличения плотности среды под крылом в виде аэрозольной динамической подушки возникла на основании другого, аналогичного метода разряжения водной среды за счет воздушной каверны. Суть предлагаемого решения заключается в том, чтобы увеличить подъемную силу крыла, изменяя плотность воздушной среды под ним. По предварительным оценкам, подъемная сила в этом случае должна изменяться прямо пропорционально изменению плотности. Однако при увеличении плотности среды, в которой работает крыло, должно возрасти и аэродинамическое сопротивление его движению (см. табл. 1).
Расчетная модель
С целью оценки эффективности данного метода исследованы динамические характеристики крыла вблизи экрана путем проведения численного эксперимента. Изучался взлетный режим экраноплана со следующими характеристиками (табл. 2).
Таблица 2
Основные характеристики экраноплана
Взлетная масса 350 т
Расстояние от нижней кромки крыла до экрана 0,5 м
Размах крыла 40 м
Хорда средняя 12 м
Площадь проекции крыла 268 м2
Для выполнения численного анализа выбрана программа COSMOSFIoWorks, интегрированная в SolidWorks. Предварительно в SolidWorks была воссоздана трехмерная модель крыла по чертежам прототипа судна. Также были смоделированы экран в виде твердотельной протяженной поверхности под крылом и часть фюзеляжа.
При описании численного эксперимента был принят тип задачи как внешний (задача обтекания твердого тела жидкостью или газом); в качестве газа принимался воздух плотностью р = 1,22 кг/м ; теплопередача внутри крыла отсутствует; в качестве начальных условий эксперимента приняты нормальные условия (давление 101,3 кПа, температура 293,2 К).
Задача исследования заключалась в сравнении взлетных характеристик крыла аэроплана без введения и с введением водно-воздушной смеси. В этом случае необходимо принять во внимание некоторое падение тяги двигателей судна при увеличении скорости. Так как мы не смогли найти соответствующие зависимости в литературе, для проведения численного анализа предварительно был принят закон изменения ускорения при движении крыла, как показано на рис. 5.
a, м/с2 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0
0 20 40 60 80 100 120 140 160 t, с
Рис. 5. Закон изменения ускорения a = f(t)
Погрешность сравнительной оценки, связанной с принятием этой зависимости, на наш взгляд, не должна существенно повлиять на конечный результат.
В ходе численного эксперимента скорость обтекания варьировалась от 10 до 110 м/с. Взлет происходит при скорости 110 м/с, когда подъемная сила достигает величины, равной весу экрано-плана.
Расчетная сетка была сгенерирована автоматически, форма конечного элемента выбрана в виде параллелепипеда, минимальный размер конечного элемента составлял 0,005 м, минимальный размер учитываемых твердотельных элементов - также 0,005 м. В расчетах установлен уровень точности: 4 из 8 возможных.
Следует отметить, что в случае оценки подъемной силы и сопротивления среды при работе крыла с аэрозольной смесью между экраном и нижней кромкой необходимо разделять силы, действующие на верхнюю и нижнюю поверхности крыла. Над верхней поверхностью крыла в рассматриваемый момент времени воздушная среда не изменяется, и динамические характеристики остаются прежними. На нижней поверхности из-за изменения плотности воздуха возрастают и подъемная сила, и сопротивление. По этой причине затруднительно использовать традиционные подходы, подразумевающие определение коэффициентов подъемной силы и сопротивления.
Расчеты выполнялись при различных концентрациях воды в смеси. На основании полученных результатов численного эксперимента были составлены аналитические выражения для оценки аэродинамических характеристик крыла в зависимости от скорости в воздухе и в водно-воздушной смеси с концентрацией воды 1% под крылом с учетом экрана. В соответствии с принятым законом
движения получены расчетные формулы подъемной силы и силы сопротивления в зависимости от времени. Задача решалась в квазистатической постановке с шагом по времени 5 с.
Подъем жидкости для разбрызгивания под крыло требует затрат энергии. Очевидно, что эта энергия прямо пропорциональна требуемому удельному массовому расходу воды и высоте, на которую ее нужно поднять, и представляет собой реактивную силу засасывания. В итоге расчетного анализа получена зависимость подъемной силы от времени с учетом реактивных потерь. Также учтены составляющие вязкостного сопротивления нижней кромки крыла в водно-воздушной смеси, аэродинамическое сопротивление крыла при движении в воздухе, а также приблизительные потери на сопротивление устройств забора жидкости. В целом получена картина полного сопротивления движению экраноплана в смеси с учетом дополнительных факторов сопротивления.
Предварительные результаты расчета
Графически изменение гидродинамических характеристик крыла во времени при перемещении судна в условиях воздуха и водно-воздушной среды показано на рисунках 6-8. Очевидно, что искусственное создание водно-воздушной динамической подушки способствует увеличению подъемной силы (рис. 6) и полного сопротивления крыла (рис. 7). Аэродинамическое качество (отношение подъемной силы к сопротивлению К = Ру /Я) в случае движения судна в аэрозольной смеси является величиной постоянной (К = 8) и достаточно высокой (рис. 8).
Рассчитанные характеристики для двух рассматриваемых вариантов взлета экраноплана (Р = 350 т) при одинаковом законе изменения ускорения представлены в табл. 3.
Таблица 3
Сравнительные результаты расчета
Характеристика Водно-воздушная смесь Воздух
Время взлета, с 50 125
Взлетная скорость, м/с 45 110
Взлетная дистанция, м 1115 6674
Максимальное аэродинамическое сопротивление без учета корпуса, кН 548 110
0,1 0,05
Рис. 6. Изменение подъемной силы крыла PY при движении в водно-воздушной смеси и в воздушной среде PY = f(t)
Рис. 7. Изменение сопротивления крыла R при движении в водно-воздушной смеси и в воздушной среде R = f(t))
R. МН
0
0
0
0
t. с
0
20
40
60
80
100
120
140
160
Рис. 8. Изменение аэродинамического качества Рис. 9. Изменение подъемной силы во времени крыла аэроплана при взлете К=Щ) (воздушная среда)
Расчетный анализ
Предварительный анализ показал, что распыление воды под крылом дает положительные результаты. Однако принятый закон изменения ускорения в зависимости от времени (рис. 5) приводит к слишком большому пути разбега. В действительности также необходимо учитывать реальную зависимость сопротивления от скорости экраноплана и дополнительное сопротивление, вызванное подъемом воды с поверхности.
Можно допустить, что это сопротивление является следствием увеличения потенциальной энергии воды, извлеченной из поверхности. При таком предположении увеличение потенциальной энергии оказывается пропорциональным скорости движения крыла, а дополнительное сопротивление является постоянным, не зависимым от скорости.
Тяга турбореактивных двигателей в рассматриваемом диапазоне скоростей немного снижается. В нашем исследовании предполагается, что тяга линейно зависит от скорости, уменьшаясь на 15 % при скорости 200 м/с.
Сопротивление было разделено на аэродинамическое, гидродинамическое и сопротивление, обусловленное забором воды. Предполагалось, что коэффициент подъемной силы на верхней поверхности крыла соответствует значению 0,264, на нижней поверхности крыла - 0,604. Эти значения были получены ранее и считаются постоянными. Составляющая подъемной силы, приложенная к верхней поверхности крыла, не изменяется, в то время как сила, приложенная к нижней поверхности, увеличивается пропорционально изменению плотности воздуха и смеси (1,22 кг/м и 11,47 кг/м3 соответственно). Величина аэродинамического качества Ру/Я в расчетах принята постоянной и равной 25.
Зависимость подъемной силы от времени с момента начала движения, без водораспыле-ния под крылом, показана на рис. 9. Расчетный вес экраноплана составляет 3430 кН. Рисунок 10 иллюстрирует изменение во времени силы тяги Рх, аэродинамического сопротивления Яа и гидродинамического сопротивления Яь (кН), рис. 11 - изменение скорости V (м/с), а рис. 12 - пройденное расстояние в метрах.
Как свидетельствуют графики, полное отделение крыла экраноплана от воды происходит через 60 с на дистанции 3070 м и при скорости движения 110 м/с. По сравнению с предварительной расчетной оценкой дистанция разгона уменьшилась более чем в 2 раза за счет увеличения тяги.
В структуре общего сопротивления преобладает гидродинамическая составляющая. В диапазоне «горба сопротивления» ускорение резко снижается, однако избыток тяги обеспечивает продолжение разгона. Результаты расчета движения экраноплана с разбрызгиванием воды под крылом представлены на рис. 13-16. Графики показывают изменение подъемной силы, тяги, сопротивления, скорости и пройденное расстояние соответственно.
Рис. 10. Зависимость изменения сопротивления от времени (воздушная среда)
Рис. 11. График изменения скорости (воздушная среда)
Рис. 12. Пройденное расстояние (воздушная среда)
Рис. 13. Изменение подъемной силы во времени (водно-воздушная смесь)
Рис. 14. Зависимость изменения сопротивления от времени (водно-воздушная смесь)
Рис. 15. График изменения скорости (водно-воздушная смесь)
путь, 600
500
400
300
200
100
0
0 5 10 15 20 25 30 ^ с
Рис. 16. Пройденное расстояние (водно-воздушная смесь)
Анализ результатов расчета показывает, что при подаче воды под крыло в количестве около 1% от объема смеси взлет происходит через 27 с после начала движения при скорости 36 м/с. За это время экраноплан проходит 510 м. Таким образом, время разгона сокращается в 2 раза, а длина разбега - в 6 раз.
Очевидно, что подача водно-воздушной смеси под крыло способствует возрастанию подъемной силы, увеличивая плотность среды, в которой движется экраноплан. Конечно, это увеличивает и сопротивление движению. Но взлет с подачей воды происходит при более низкой скорости. При этом время разгона судна и требуемая длина взлетно-посадочной полосы резко уменьшаются.
Заметим, что вода под крыло может подаваться за счет динамического напора. К примеру, при движении со скоростью 4,5 м/с существующее давление (скоростной напор) достаточно для подъема воды из поверхностного слоя на высоту 1 м, что соответствует расчетной высоте полета экраноплана. Очевидно, что эффект зависит от концентрации распыленной воды в воздухе под крылом. Приведенные результаты были получены при концентрации воды, равной 1% от объема смеси. При размахе крыльев 40 м длина разбега составила 500 м, а средняя высота крыла над водой - около 1 м. В этом случае для разбега необходимо поднять с поверхности около 200 т воды в виде спрея. Для этой цели можно использовать специальные конструкции с регулируемой высотой подъема заборных устройств.
Заключение
На основании проведенного расчетного анализа можно заключить следующее. Повышение плотности среды путем создания водно-воздушной смеси под крылом позволяет значительно увеличить подъемную силу при сравнительно низких энергозатратах на устройство забора воды и разбрызгивание смеси. Соответственно, взлетная скорость экраноплана снижается, что дает возможность, в свою очередь, уменьшить мощность стартовой энергетической установки. Также использование водно-воздушной смеси позволяет увеличить маневренность и безопасность экрано-плана, позволяя проходить необходимые участки маршрута на низкой скорости без посадки на воду. Использование данного метода может также увеличить грузоподъемность.
Расчеты осуществлялись при активном участии студентов ДВФУ Е.В. Кирилюка и М.О. Латухина [4].
Работа выполнена при поддержке Министерства образования и науки Российской федерации, проект 543.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ашик В.В. Проектирование судов. Л.: Судостроение, 1985. 320 с.
2. Белавин Н.И. Экранопланы. Л.: Судостроение, 1968. 256 с.
3. Латухин M.O., Кирилюк Е.В., Антоненко С.В., Китаев М.В. Способ улучшения взлетных характеристик экраноплана. Заявка на патент № 2012127018. Приоритет от 27.06.2012 (рус. яз.).
4. Латухин М.О., Кирилюк Е.В., Антоненко С.В., Новиков В.В. Исследование динамических характеристик экраноплана на взлетном режиме // Материалы Сахалинского морского научного форума «Мореходство и морские науки-2013». Южно-Сахалинск, 12-13 февр. 2013 г. Южно-Сахалинск: СахГУ, 2013. С. 106-114.
5. Панченков А.Н., Драчев Н.Г., Любимов В.И. Экспертиза экранопланов. Н. Новгород: Поволожье, 2006. 656 с.
6. Справочник по теории корабля: В 3 т. Т. 3. Управляемость водоизмещающих судов. Гидродинамика судов с динамическими принципами поддержания / под ред. Я.И. Войткунского. Л.: Судостроение, 1985.544 с.
7. Экранопланы теперь будут возить приморцев в любую точку края. URL: http://deita.ru/news/society/15.12.2014/4796396-v-kraevom-parlamente-obsudili-perspektivu-ispolzovaniya-v-primore-ekranoplanov/ (дата обращения: 12.01.2015).
THIS ARTICLE IN ENGLISH SEE NEXT PAGE
Ship Design and Construction
Antonenko S.V., Kitaev M.V., Novikov VV.
SERGEY V. ANTONENKO, Doctor of Technical Sciences, Professor, Department of Shipbuilding and Ocean Technique, School of Engineering, Far Eastern Federal University, Vladivostok. 8 Su-khanova St., Vladivostok, Russia, 690950, e-mail: antonenko48@rambler.ru MAKSIM V. KITAEV, Candidate of Technics, Senior Lecturer, Department of Shipbuilding and Ocean Technique, School of Engineering, Far Eastern Federal University, Vladivostok. 8 Sukhano-va St., Vladivostok, Russia, 690950, e-mail: maxkit@mail.ru
VALERY V. NOVIKOV, Candidate of Technics, Senior Lecturer, Department of Shipbuilding and Ocean Technique, School of Engineering, Far Eastern Federal University, Vladivostok. 8 Sukhano-va St., Vladivostok, Russia, 690950, e-mail: Leka1551@rambler.ru
The ways to improve the dynamic characteristics of airfoil boats during takeoff and to calculate them
Airfoil boats are unique technical structures. They are intermediate in their characteristics between vessels and aircrafts. They are intended for movement mainly just above the water surface, but they have velocities close to the speed of an aircraft. It is not surprising that many countries are showing interest in building airfoil boats.
Airfoil boats require no hard runways; they can take off from a water surface or other flat surfaces. But their take-off run requires a runway of a considerable length. Besides, in the course of acceleration, they require a dispersal power several times higher than that of the navigation mode. Various authors have proposed a number of solutions to improve the acceleration characteristics of the boats. This paper deals with the variant when the water taken from the surface by a special device is sprayed under the wing.
There have been made studies into the aerodynamic characteristics of the wing of an airfoil boat moving above the screen at different ambient densities. A numerical experiment has been performed, when, in the simulated design scheme between the wing and the screen, the ambient density was increased by generating an artificial aerosol dynamic air cushion to increase the lift force.
Numerical calculations were performed using the COSMOS FloWorks programme integrated into the software package SolidWorks. To perform calculations, a three-dimensional model of the wing was re-made in SolidWorks according to the drawings of the prototype of the boat. There were modeled also the screen as a solid surface under the extended wing and part of the fuselage.
Presented are the results of the calculations for the case when the amount of water in the mixture under the wing makes up one per cent by volume. The dependence of the resistance of the airfoil boat on its speed was adopted with consideration for the known data.
The studies have revealed that increasing the ambient density by making a water-air mixture under the wing can significantly reduce both the length of the runway and the speed at the moment of taking-off from the water surface. This is particularly important for the take-off mode of the airfoil boat. These materials presented in the paper enabled the authors to apply for an invention patent.
Key words: airfoil boat, aerodynamic lift force, wing, aerodynamic quality, resistance, screen.
REFERENCES
1. Ashik V.V. Design of boats. L., Shipbuilding, 1985, 320 p. (in Russ.). [Ashik V.V. Proektirovanie sudov. L.: Sudostroenie, 1985. 320 s.].
2. Bellavin N.I. Airfoil boats. L., Shipbuilding, 1968. 256 p. (in Russ.). [Belavin N.I. Jekranoplany. L.: Sudostroenie, 1968. 256 s.].
3. Latukhin M.O., Kyrylyuk E.V., Antonenko S.V. Kitaev M.V. A method for improving take-off performance of Airfoil boat. The patent application N 2012127018, priority from 27.06.2012. (in Russ.). [Latuhin M.O., Kiriljuk E.V., Antonenko S.V., Kitaev M.V. Sposob uluchshenija vzletnyh harakteristik jekranoplana. Zajavka na patent № 2012127018. Prioritet ot 27.06.2012 (rus. jaz.)].
4. Latukhin M.O., Kyrylyuk E.V., Antonenko S.V., Novikov V.V. Study the dynamic characteristics of Airfoil boat takeoff. Materials Science Forum Sakhalin Shipping "Sailing and Marine Science 2013". Yuzhno-Sakhalinsk, 12-13 Febr., 2013. Yuzhno-Sakhalinsk, Sakhalin State University, 2013, pp 106-114. (in Russ.). [Latuhin M.O., Kiriljuk E.V., Antonenko S.V., Novikov V.V. Issledovanie dinamicheskih harakteristik jekranoplana na vzletnom rezhime // Materialy Saha-linskogo morskogo nauchnogo foruma «Morehodstvo i morskie nauki-2013». Juzhno-Sahalinsk, 12-13 fevr. 2013 g. Juzhno-Sahalinsk: SahGU, 2013. S. 106-114].
5. Panchenkov A.N., Drachov N.G., Lyubimov V.I. Examination airfoil boat. Nizhny Novgorod, Povolozhe, 2006, 656 p. (in Russ.). [Panchenkov A.N., Drachev N.G., Ljubimov V.I. Jekspertiza jekranoplanov. N. Novgorod: Povolozh'e, 2006. 656 s.].
6. Reference ship theory, In 3 vol., t. 3. Manageability displacement vessels. Hydrodynamics of vessels with dynamic principles of maintenance, ed. Ya. I. Voytkunskiy L., Shipbuilding, 1985. 544 p. (in Russ.). [Spravochnik po teorii korablja: V 3 t. T. 3. Upravljaemost' vodoizmeshhajushhih sudov. Gidrodinamika sudov s dinamicheskimi principami podderzhanija / pod red. Ja. I. Vojtkunskogo. L.: Sudostroenie, 1985. 544 s.].
7. Airfoil boats will now carry to anywhere in the Primorye. URL: http://deita.ru/news/society/15.12.2014/4796396-v-kraevom-parlamente-obsudili-perspektivu-ispolzovaniya-v-primore-ekranoplanov/ (date accessed: 12.01.2015). (in Russ.). [Jekranoplany teper' budut vozit' primorcev v ljubuju tochku kraja. URL: http://deita.ru/news/society/15.12.2014/4796396-v-kraevom-parlamente-obsudili-perspektivu-ispolzovaniya-v-primore-ekranoplanov/ (data obrashhenija: 12.01.2015)].
