¿Qué es Características hidrodinámicas del hidroavión?
La ley y el comportamiento de la fuerza hidrodinámica que experimenta el hidroavión cuando se desplaza sobre el agua. El hidroavión no solo debe tener las características aerodinámicas de un avión ordinario, sino también garantizar las características hidrodinámicas de despegue, aterrizaje y navegación en la superficie del agua.
La década de 1930 fue el apogeo de los hidroaviones y la hidrodinámica se había desarrollado a un nivel relativamente completo.
Desde la década de 1950, con el desarrollo de la tecnología de elevación de aviones, la tecnología de control de la capa límite se ha aplicado a los hidroaviones, lo que reduce las cargas hidrodinámicas y mejora el rendimiento hidrodinámico.
Al mismo tiempo, a través de la investigación hidrodinámica, los esfuerzos para aumentar la relación de aspecto del casco del hidroavión (pontón), la rectificación escalonada y la tecnología de supresión de olas también han logrado resultados notables. Las características hidrodinámicas de los hidroaviones incluyen características hidrostáticas y características hidrodinámicas.
Características hidrostáticas las características de unhidroavión en estados de movimiento estacionario y de baja velocidad como estacionar, remolcar, flotar y navegar en la superficie del agua, incluyendo principalmente flotabilidad, estabilidad estática, resistencia al hundimiento y rotación.
Flotabilidadla capacidad de mantener un estado flotante en el agua. Cuando el hidroavión está estacionado y navegando sobre la superficie del agua, la fuerza resultante (vertical hacia arriba) de la presión hidrostática en la superficie también se llama flotabilidad.
Según el principio de Arquímedes, la flotabilidad es igual al peso del agua descargada por el casco del hidroavión (boya), y el punto de acción de la flotabilidad (el centro de flotabilidad) es el centro de gravedad del volumen del agua descargada.
Estabilidad estática:la capacidad del hidroavión para inclinarse debido a la pérdida de equilibrio debido a fuerzas externas y la capacidad del hidroavión para volver a su estado inicial después de eliminar la fuerza externa.
La estabilidad estática incluye dos tipos de longitudinal y transversal. Los pontones de apoyo debajo del ala del hidroavión de casco están configurados para aumentar la estabilidad lateral.
Hay varios compartimentos estancos en el casco (pontón) del hidroavión anti-hundimiento . El número y el tamaño del espacio dependen de los requisitos de uso.
El hidroavión todavía tiene suficiente flotabilidad para no hundirse después de que varios compartimentos estancos se dañen. Esta capacidad de prevenir la sedimentación se llama anti-sedimentación.
Rotatorio La capacidad de unhidroavión para hacer un movimiento de giro en la superficie del agua.
El hidroavión generalmente depende del timón de agua para girar sobre la superficie del agua, pero el hidroavión multimotor también puede usar la diferencia de tracción de los motores en ambos lados para lograr la rotación del agua.
Características hidrodinámicas:la ley de resistencia hidrodinámica, ángulo de compensación, sustentación y otros parámetros de movimiento que cambian con la velocidad durante el despegue y aterrizaje de un hidroavión.
Estos parámetros de movimiento y las características aerodinámicas del hidroavión determinan conjuntamente las características hidrodinámicas de la aeronave durante el proceso de despegue y aterrizaje del hidroavión.
Las características hidrodinámicas de los hidroaviones incluyen la resistencia hidrodinámica, la estabilidad al deslizamiento, las salpicaduras, la sobrecarga de impacto y los efectos de las olas, etc. Varían con las diferentes etapas del despegue y aterrizaje en el agua (incluida la navegación, la transición, el rodaje y la salida del agua). Y depende de la forma del casco del hidroavión (pontón) (Figura 1).
Resistenciahidrodinámica La resistencia hidrodinámica provocada por la resistencia al deslizamiento, la resistencia al rozamiento y la resistencia a la formación de olas, que son la resistencia aerodinámica y el hidroavión, suman la resistencia total del despegue del hidroavión.
Al comienzo del proceso de despegue, la resistencia total aumentó rápidamente, formando el primer pico de resistencia. En este momento, los componentes principales de la resistencia son la resistencia al deslizamiento hidrodinámico y la resistencia a la formación de olas, y la resistencia del aire es pequeña.
A medida que aumenta la velocidad, la resistencia total cambia nuevamente de grande a pequeña, debido a la disminución de la resistencia hidrodinámica debido a los cambios en el ángulo de compensación y la sustentación.
Posteriormente, debido al aumento de la resistencia del aire, la resistencia total aumentó de un valor pequeño, formando un segundo pico de resistencia, principalmente de la resistencia al deslizamiento hidrodinámico y la resistencia aerodinámica. El segundo pico de resistencia es generalmente más pequeño que el primer pico de resistencia.
Las principales dimensiones del casco, especialmente el ancho máximo del casco en el primer escalón, la forma del escalón y la posición del escalón con respecto al centro de gravedad de la aeronave, tienen una gran influencia en la resistencia hidrodinámica.
Estabilidad de rodajeDurante el proceso de despegue del hidroavión, debido al cambio de par hidrodinámico y aerodinámico, el ángulo de compensación también cambia con la velocidad (Figura 2). La capacidad de un hidroavión para restaurar su estado original después de que desaparece la fuerza externa se denomina estabilidad de rodaje.
En el curso de este movimiento de recuperación, si el paso es convergente, el deslizamiento es estable; si el paso es constante o divergente, y el ángulo de paso es mayor de 2 °, el deslizamiento se considera inestable. El área inestable se puede dividir en rangos superior e inferior.
Los cambios de ángulo de compensación de la aeronave con la velocidad deben pasar entre estas dos áreas. Si el ángulo de compensación de la aeronave entra en la zona inestable inferior, puede ocurrir un movimiento de delfines.
Esta situación ocurre principalmente antes y después del primer pico de arrastre; si el ángulo de compensación de la aeronave entra en la zona inestable superior, puede ocurrir un movimiento de salto, que es para salir del agua prematuramente, esta situación ocurre mayoritariamente en el proceso de deslizamiento entre dos picos de resistencia.
Además de la calidad del diseño de la forma del casco, la causa del movimiento inestable también está relacionada con la posición del centro de gravedad de la aeronave en relación con el escalón.
Salpicaduras Cuando elhidroavión se desliza sobre el agua, la parte inferior del casco lanza chorros de agua de diferente intensidad.
Además de fregar el fondo del barco y aumentar la resistencia al deslizamiento, las salpicaduras también pueden afectar el funcionamiento normal del motor. También tiene efectos adversos en hélices, flaps, colas y armas externas.
En el diseño de aviones, por un lado, debemos tratar de evitar que las partes y armas mencionadas anteriormente salpiquen, y por otro lado, debemos suprimir activamente las salpicaduras.
Por ejemplo, diseñe la sentina del casco en una forma con curvas de sentina y ranuras de supresión de olas, e incluso use tecnología de control de capa límite para reducir las cargas hidrodinámicas.
Sobrecarga de impacto Elhidroavión producirá una sobrecarga de impacto cuando aterrice en el agua o cuando esté rodando a alta velocidad y encuentre grandes olas.
La relación entre la fuerza de impacto total de la aeronave en el agua y la gravedad de la aeronave se utiliza para medir la magnitud de la sobrecarga de impacto.
El fondo plano tiene el mejor rendimiento hidrodinámico durante el rodaje, pero el rendimiento de sobrecarga de impacto es el peor. Generalmente, la sección del casco está diseñada como un fondo con un ángulo de inclinación.
La influencia de las olas Las marejadasy olas en el océano son el movimiento de energía causado por la influencia de varios factores de la naturaleza.
Este tipo de movimiento de energía del agua actúa sobre el casco del hidroavión en rodaje de alta velocidad, lo que provocará un aumento instantáneo del calado, un aumento de la resistencia al rodaje, un aumento de la sobrecarga de impacto y un empeoramiento del rendimiento de las salpicaduras también degradará la estabilidad del hidroavión
. Con un peso normal de despegue, la capacidad de soportar el viento y las olas máximas durante la navegación marítima, el despegue y el aterrizaje se denomina comportamiento en el mar de un hidroavión. El mismo avión, a medida que aumenta el peso de despegue, la capacidad de resistir el viento y las olas disminuirá inevitablemente.
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