Экспериментальное определение зависимости гидродинамических коэффициентов траловых досок от их удлинения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Экспериментальное определение зависимости гидродинамических коэффициентов траловых досок от их удлинения

Ф.Л. Зеленин

Приводятся данные экспериментальных исследований зависимостей гидродинамических коэффициентов Сх и Сy моделей траловых досок типа Зюберкрюба от их удлинения. Результаты эксперимента подтвердили теоретические выводы о целесообразности увеличения траловых досок с целью повышения их гидродинамического качества. Используя полученные в эксперименте данные, в дальнейшем планируется осуществить анализ изменения запаса статической устойчивости траловой доски при увеличении ее удлинения, что позволит обосновать возможность создания таких досок.

гидродинамическое качество, траловая доска, удлинение, статическая устойчивость, экспериментальные исследования

Основной целью настоящей работы является обоснование возможности и целесообразности увеличения удлинения разноглубинных траловых досок типа Зюберкрюба [1,2].

Анализ изменения гидродинамических коэффициентов Сх и Су натурных траловых досок и крыльев цилиндрического профиля от их удлинения показал, что гидродинамический коэффициент распорной силы возрастает при увеличении удлинения от 0,75 до 5 на 11%, гидродинамический коэффициент силы лобового сопротивления падает в 2 раза, гидродинамическое качество траловой доски возрастает в 2,2 раза. Для предполагаемой доски удлинением л=5 приняты значения коэффициентов Сх и Су, соответствующие подъемному крылу аналогичного удлинения, так как на практике траловые доски удлинением 5 не применяются.

Вместе с тем, с увеличением удлинения траловых досок снижается запас статической устойчивости. Целью эксперимента с моделями траловых досок Зюберкрюба является уточнение зависимостей коэффициентов Сх и Су от удлинения, а также обоснование необходимости увеличения удлинения, как с целью увеличения гидродинамического качества, так и с целью сохранения необходимой статической устойчивости.

В этих целях были изготовлены три модели доски. Характеристики натурных досок удлинением 0,75 и 1,65, характеристики предполагаемой траловой доски удлинением 5, которые получены путем расчета при условии сохранения площади доски и радиуса кривизны хорды приведены в таблице.

Таблица 1

Эксперименты проводились в гидроканале ЗАО «ЭКБ МариНПО». Учитывая размеры рабочего сечения в гидроканале, масштаб для изготовления моделей траловых досок был принят равным 1:5.

Не моделировались такие конструктивные элементы траловых досок, как траловые дуги, киль, элементы крепления лапок. Существенным условием проведения эксперимента является скоростной режим. Скорость потока должна обеспечивать автомодельную область по числу Рейнольдса, т. е. область слабого влияния скорости на гидродинамические коэффициенты модели. Это условие для существующих моделей выполняется при скорости более 0,95 м/с. Все измерения проводились трехкомпонентным динамометром. В ходе эксперимента определялись значения силы гидродинамического сопротивления (Rx) и распорной силы (Ry). Значения коэффициентов находились путем пересчета через формулы полного давления водной среды на движущееся в ней тело.

В результате проведения эксперимента удалось получить зависимости изменения гидродинамических сил Rx и Ry, а соответственно и гидродинамических коэффициентов Cx и Cy, от углов атаки, крена и дифферента для каждой модели, а также от удлинения для рабочего угла атаки. Полученные зависимости коэффициентов Сх и Су от удлинения сравнены с аналогичными зависимостями для натурных досок и крыла цилиндрического профиля. Не удалось сравнить полученные зависимости изменения гидродинамических коэффициентов моделей траловых досок от угла крена и дифферента с данными натурных досок в связи с отсутствием таковых в имеющейся литературе.

Ниже приведены графики указанных зависимостей.

Риc. 1

Как показываeт рис. 1 для модели с удлинением 1,65 тенденции изменения гидродинамических коэффициентов Сх и Су аналогичны натурным траловым доскам. Необходимо отметить слабое влияние на гидродинамические коэффициенты углов крена и дифферента. Изменение коэффициентов при увеличение углов крена и дифферента с 0 до 15 град составляет 1-2%, что входит в доверительный интервал. Характер изменения коэффициентов при изменении угла атаки следующий: с увеличением угла атаки с 10 до 38 град Сх увеличивается линейно и меняет свое значение с 0,22 до 0,65, т.е. в 2,95 раза. Су изменяется нелинейно и максимального значения 1,43 достигает на угле атаки 26 град. Дальнейшее увеличение угла атаки ведет к снижению коэффициента.

траловая доска гидродинамический

Рис. 2

Как показывает рис. 2, для модели с удлинением 0,75 характер изменения коэффициентов Сх и Су при изменении угла атаки следующий: с увеличением угла атаки с 10 до 38 град Сх и Су увеличиваются линейно и меняют свое значение с 0,3 до 1,10 и с 0,83 до 1,76 соответственно. Изменение коэффициентов Сх и Су при увеличение углов крена и дифферента с 0 до 15 град составляет 1-2%, что входит в доверительный интервал.

Рис. 3

Как показывает рис. 3, в результате эксперимента впервые были получены зависимости коэффициентов Сх и Су от углов атаки. Характер изменения коэффициентов при изменении угла атаки следующий: с увеличением угла атаки с 10 до 38 град Сх увеличивается линейно и меняет свое значение с 0,09 до 0,49, т.е. увеличивается в 5,5 раза. Су изменяется нелинейно и максимального значения 1,57 достигает на угле атаки 18 град. Также были получены зависимости гидродинамических коэффициентов от угла крена и дифферента. Значения коэффициента силы лобового сопротивления Сх практически не изменяются при увеличении углов крена и дифферента с 0 до 15 град. Значения коэффициента распорной силы падает при увеличении крена и дифферента до 5 град с 1,40 до 1,05 и с 1,40 до 1,12 соответственно. Дальнейшее изменение углов крена и дифферента не оказывает существенного влияния на гидродинамические коэффициенты.

Рис. 4

Рис. 5

После проведения эксперимента определены статистическая и инструментальная погрешности измерений. Статистическая погрешность для всех измерений составляет 2-5%. Инструментальная погрешность измерения, т.е. погрешность трехкомпонентного динамометра составляет 3Н, что для измерения силы лобового сопротивления Rx, а соответственно и коэффициента Сх находится в пределах 10-12% и для измерения распорной силы Ry (Cy) - 2-3%.

Как показали результаты эксперимент, проводимого с моделями траловых досок Зюберкрюба, при увеличении удлинения с 0,75 до 5 коэффициент силы лобового сопротивления уменьшается с 0,55 до 0,25 (в 2,2 раза) (рис. 4). Коэффициент распорной силы практически не изменяет своего значения при увеличении удлинения и остается равным 1,4. Как видно из рис. 2, предположение о том, что коэффициент распорной силы крыла удлинением 5 будет соответствовать коэффициенту для траловой доски аналогичного удлинения, оказалось неверным. Разница между значениями составляет более 17%, что выходит за рамки доверительного интервала для полученного в эксперименте значения.

Гидродинамическое качество моделей траловых досок при изменении удлинения с 0,75 до 5 увеличивается с 2,52 до 6,28 (в 2,5 раза), что подтверждает целесообразность увеличения удлинения применяемых на практике траловых досок Зюберкрюба (рис. 5).

В дальнейшем на основании полученных в эксперименте данных планируется осуществить анализ изменения запаса статической устойчивости траловой доски при увеличении ее удлинения, что позволит обосновать возможность создания таких досок.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Карпенко В.П. Устройство раскрытия рыболовных тралов / В.П. Карпенко, А.Л. Фридман. - М: Пищ. пром-сть, 1980. - 248 с.

2. Фонарев А.Л. Гидромеханика / А.Л. Фонарев. - М.: Колос, 1996. - 192 с.

Размещено на Allbest.ru