Корабль в процессе плавания вовлекает окружающие массы воды в движение, благодаря которому происходит изменение существовавшего ранее поля давлений и скоростей.
Гидродинамическое поле корабля – это поле давлений и скоростей, создаваемых кораблем в окружающей его водной среде.
Гидродинамическое поле корабля используется со второй мировой войну для срабатывания неконтактных взрывателей донных мин.
О большом внимании зарубежных специалистов к этому полю говорит оснащение кораблей флотов НАТО и Японии гидродинамическими тралами.
При движении корабль вытесняет воду носом, которая затем по мере продвижения его вперед, подтекает к корме. Поэтому приближенно можно считать, что движение воды у носовой оконечности корабля такое, что если бы в носу был помещен точечный или сферический водяной источник. У кормовой же оконечности движение воды сходно с движением от размещенного в корме стока такой же, как у источника, интенсивности, равной ,
, где
– скорость корабля,
;
– площадь погруженной части мидель-шпангоута,
.
|
|
Для удобства анализа гидродинамического поля принимают следующую расчетную схему: считают, что корабль, представленный источником и стоком равной интенсивности, стоит на месте, а на него со скоростью, равной скорости корабля набегает вода. При этом параметры воды изменяются так же, как и при движении корабля.
Допустим, поток жидкости с равномерной скоростью набегает на корабль, как показано на рис. 29.
Направим ось параллельно потоку, Возьмем две точки, лежащие на одном уровне: одна в невозмущенной части потока (вдали от корабля), а другая – в возмущенной части потоке (вблизи от корабля). Согласно уравнению Бернулли для точек
и
имеем:
тогда
(*)
Скорость движения жидкости в возмущенной части потока равна сумме скоростей набегающего потока и индуктированной кораблем. Индуктированные скорости жидкости в точке будут равны:
где – расстояния от источника и стока до данной точки.
Тогда полная скорость в точке будет равна:
Обозначим угол через
, тогда по теореме косинусов имеем для треугольника
:
Или, перейдя к углу , можно записать:
Поскольку , то членом
в уравнении можно пренебречь, тогда:
Подставив в выражение (*) значение , имеем:
Величина – есть проекция вектора скорости
на ось
. Обозначив ее
, получим:
Таким образом, величина гидродинамического давления зависит от скорости корабля и от величины индуцированной скорости, которая определяется водоизмещением корабля и формой его обводов.
Если точка расположена между оконечностями корабля, то угол
будет больше
, но меньше
, поэтому
и
, т.е. под кораблем находится зона разряжения. Примерно под оконечностями корабля
, тогда
и
. Очевидно, что и вдали от корабля
. Но, если точка
находится перед кораблем или позади него, то
,
и
, т. е. перед кораблем и позади него на не очень больших расстояниях находятся зоны повышенных давлений (рис. 30).
|
|
Зона пониженного давления, находящаяся под кораблем, используется для срабатывания гидродинамических неконтактных взрывателей.