Глиссирование цилиндра по поверхности суперкавeрны
Экспериментально исследуется подъемная сила цилиндра, глиссирующего по поверхности полукруглой впадины в рабочем участке гидродинамической трубы, что моделирует случай глиссирования по поверхности суперкаверны. Приведены зависимости коэффициента подъемной силы цилиндра от угла атаки, от погружения з...
Gespeichert in:
| Datum: | 2007 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут гідромеханіки НАН України
2007
|
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/4696 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Глиссирование цилиндра по поверхности суперкавeрны / Ю.Н. Савченко, Г.Ю. Савченко // Прикладна гідромеханіка. — 2007. — Т. 9, № 1. — С. 81-85. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859628721113137152 |
|---|---|
| author | Савченко, Ю.Н. Савченко, Г.Ю. |
| author_facet | Савченко, Ю.Н. Савченко, Г.Ю. |
| citation_txt | Глиссирование цилиндра по поверхности суперкавeрны / Ю.Н. Савченко, Г.Ю. Савченко // Прикладна гідромеханіка. — 2007. — Т. 9, № 1. — С. 81-85. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| description | Экспериментально исследуется подъемная сила цилиндра, глиссирующего по поверхности полукруглой впадины в рабочем участке гидродинамической трубы, что моделирует случай глиссирования по поверхности суперкаверны. Приведены зависимости коэффициента подъемной силы цилиндра от угла атаки, от погружения задней кромки цилиндра и от отношения радиуса впадины к диаметру цилиндра. Сравнение с глиссированием цилиндра по плоской поверхности показало, что коэффициент подъемной силы увеличивается по мере приближения радиуса цилиндра к радиусу полукруглой впадины (радиусу суперкаверны) и может превышать коэффициент подъемной силы для плоской поверхности в 3 ÷ 4 раза. Предложены аппроксимационные соотношения для расчета коэффициента подъемной силы.
Експериментально дослiджується пiдйомна сила цiлiндра, що глiсує по поверхнi пiвкруглої впадини на робочiй дiлянцi гiдродинамiчної труби, що моделює випадок глiсування по поверхнi суперкаверни. Наведено залежнiсть коефiцiента пiдйомної сили цiлiндра вiд кута атаки, вiд занурення задньої кромки цiлiндра i вiд вiдношення радiуса впадини до дiаметра цiлiндра. Порiвняння з глiсуванням цiлiндра по плоскiй поверхнi показало, що коефiцiент пiдйомної сили збiльшується в мiру наближення радiуса цiлiндра до радiусу пiвкруглої впадини (радiусу суперкаверни) i може перевищувати коефiцiент пiдйомної сили для плоскої поверхнi в 3 ÷ 4 рази. Запропонованi апроксимацiйнi спiввiдношення для обчислення коефiцiента пiдйомної сили.
The lifting force of the cylinder gliding on the surface of the semicircular cavity in the working part of the hydrotunnel is considered experimentally. This case is modeling the gliding on the supercavern surface. The dependences for cylinder of the lifting force coefficient on the attack angle, rear edge submersion and the ratio of the cavern radius to the cylinder diameter are given. The compare with the cylinder gliding on the flat surface is showing that the coefficient of the lifting force is increasing with the cylinder radius approaching to the radius of the semicircular cavern (supercavern radius). The coefficient for this case can be 3 ÷ 4 times greater then the coefficient for the flat surface. The approximation relations for the lift force coefficient calculation are proposed.
|
| first_indexed | 2025-11-29T14:00:22Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2007. Том 9, N 1. С. 81 – 85
УДК 532.528
ГЛИССИРОВАНИЕ ЦИЛИНДРА ПО ПОВЕРХНОСТИ
СУПЕРКАВЕРНЫ
Ю. Н. СА В Ч ЕН К О , Г. Ю. С АВ Ч ЕН К О
Институт гидромеханики НАН Украини, Киев
Отримано 07.08.2006
Экспериментально исследуется подъемная сила цилиндра, глиссирующего по поверхности полукруглой впадины в
рабочем участке гидродинамической трубы, что моделирует случай глиссирования по поверхности суперкаверны.
Приведены зависимости коэффициента подъемной силы цилиндра от угла атаки, от погружения задней кромки ци-
линдра и от отношения радиуса впадины к диаметру цилиндра. Сравнение с глиссированием цилиндра по плоской
поверхности показало, что коэффициент подъемной силы увеличивается по мере приближения радиуса цилиндра к
радиусу полукруглой впадины (радиусу суперкаверны) и может превышать коэффициент подъемной силы для пло-
ской поверхности в 3÷4 раза. Предложены аппроксимационные соотношения для расчета коэффициента подъемной
силы.
Експериментально дослiджується пiдйомна сила цiлiндра, що глiсує по поверхнi пiвкруглої впадини на робочiй
дiлянцi гiдродинамiчної труби, що моделює випадок глiсування по поверхнi суперкаверни. Наведено залежнiсть ко-
ефiцiента пiдйомної сили цiлiндра вiд кута атаки, вiд занурення задньої кромки цiлiндра i вiд вiдношення радiуса
впадини до дiаметра цiлiндра. Порiвняння з глiсуванням цiлiндра по плоскiй поверхнi показало, що коефiцiент пiд-
йомної сили збiльшується в мiру наближення радiуса цiлiндра до радiусу пiвкруглої впадини (радiусу суперкаверни)
i може перевищувати коефiцiент пiдйомної сили для плоскої поверхнi в 3 ÷ 4 рази. Запропонованi апроксимацiйнi
спiввiдношення для обчислення коефiцiента пiдйомної сили.
The lifting force of the cylinder gliding on the surface of the semicircular cavity in the working part of the hydrotunnel
is considered experimentally. This case is modeling the gliding on the supercavern surface. The dependences for cylinder
of the lifting force coefficient on the attack angle, rear edge submersion and the ratio of the cavern radius to the cylinder
diameter are given. The compare with the cylinder gliding on the flat surface is showing that the coefficient of the lifting
force is increasing with the cylinder radius approaching to the radius of the semicircular cavern (supercavern radius). The
coefficient for this case can be 3÷ 4 times greater then the coefficient for the flat surface. The approximation relations for
the lift force coefficient calculation are proposed.
ВВЕДЕНИЕ
Исследование глиссирования цилиндра по поверх-
ности суперкаверны вызвано необходимостью про-
гнозирования устойчивых режимов движения тел
вращения в суперкавитационном режиме обтека-
ния [1, 10].
Глиссирование цилиндров и конусов по плоской
поверхности исследовалось теоретическими и эк-
спериментальными методами Г. В. Логвиновичем,
Э. В. Парышевым, А. Д. Васиным, Т. Кисеню-
ком [3 – 5,7, 9].
Установлено, что определяющими параметрами
при оценке коэффициентов гидродинамических
сил, действующих на глиссирующий цилиндр, яв-
ляются: угол атаки – α, погружение задней кром-
ки – h, величина поверхности замыва цилиндра –
S и подъем уровня свободной поверхности – под-
пор [4].
Глиссирование цилиндра во впадине суперка-
верны имеет свою специфику – область контакта
зависит от отношения диаметров цилиндра и впа-
дины суперкаверны, условий подпора и действия
брызговых струй, что невозможно учесть в тео-
ретической модели и трудно измерить в реальной
суперкаверне.
Целью данной работы было получить зависимо-
сти коэффициента подъемной силы от погружения
задней кромки, угла атаки и отношения диаметров
цилиндра и впадины.
Для этого на открытой поверхности рабоче-
го участка гидродинамической импульсной тру-
бы образовывалась впадина с сечением полукру-
га, что соответствовало нижней части полукавер-
ны, отсеченной горизонтальной плоскостью по оси
кавитатора. И в средней части впадины, где ради-
альная скорость равна нулю, проводились изме-
рения подъемной силы для серии глиссирующих
цилиндров при различных погружениях и углах
атаки.
1. ПОСТАНОВКА ЭКСПЕРИМЕНТА
Эксперименты по определению подъемной силы
F при стационарном глиссировании по дну цилин-
дрической впадины проводились в открытом ра-
бочем участке импульсной гидротрубы размером
115 × 115 × 1500 мм на скорости 9.6 м/с.
Моделью служила серия цилиндров диаметром
D = 20; 30; 40; 51.5 мм.
c© Ю. Н. Савченко, Г. Ю. Савченко, 2007 81
ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2007. Том 9, N 1. С. 81 – 85
Рис. 1. Схема устройства для проведения исследований по глиссированию цилиндра по стенке суперкаверны
Для проведения экспериментов использовалось
специальное устройство, показанное на рис. 1.
Для погружения цилиндра 8 в полукруглую впа-
дину суперкаверны 11, образованной кавитатором
10 в потоке 3, использовалось траверсное устрой-
ство 1 с вертикальным перемещением каретки 4.
На каретке 4 с помощью гибких упругих элемен-
тов 6 крепилась державка 7 модели 8.
Подъемная сила глиссирующей модели изме-
рялась с помощью электронного динамометра 9.
Сигналы от электропривода 5 каретки 4 и динамо-
метра поступали на запоминающий осциллограф.
Угол атаки α изменялся с помощью изменения
длины плеча 01 − 02 в узле крепления модели.
В эксперименте задавалась и контролировалась
скорость потока V = 9.6 м/с.
В эксперименте изменялись:
угол атаки модели α = 5◦; 10◦; 15◦;
погружение модели – H мм.
форма свободной границы:
1) впадина DВ = 57 мм;
2) впадина DВ = 40 мм;
3) плоская поверхность.
диаметр цилиндра D = 20; 30; 40; 51.5 мм.
В эксперименте измерялись:
подъемная сила цилиндра – F [N ];
погружение модели – H мм (начиная с момента
касания невозмущенной поверхности);
скорость в потоке – V = 9.6 м/с.
При обработке и анализе экспериментальных
данных рассчитывались:
число Рейнольдса – Re=
V D
ν
=
= 1.9 · 105 ÷ 1.9 · 106;
число Фруда – FrH =
V√
gH
≈ 15 ÷ 70;
число Фруда – FrD =
V√
gD
≈ 13 ÷ 22;
коэффициент подъемной силы – Cf =
8F
ρV 2πD2
;
погружение – H =
2H
D
;
относительный диаметр D =
D
DВ
.
2. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТА
В эксперименте модель (рис. 1 и 2), установлен-
ная под углом атаки вертикально, погружалась в
82 Ю. Н. Савченко, Г. Ю. Савченко
ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2007. Том 9, N 1. С. 81 – 85
Рис. 2. Фото бокового вида глиссирующего цилиндра
D = 51.5 мм во впадине суперкаверны
Рис. 3. Осциллограмма измеряемых параметров:
1 − сигнал подъемной силы F [N ]; 2 − сигнал погружения
(штрих = 1 мм); 3 − сигнал давления перед рабочим
участком импульсной гидротрубы
поток сквозь свободную поверхность со скоростью
2.5 мм/с. Датчик оборотов посылал сигналы на
осциллограф через 1 мм вертикального перемеще-
ния, как это показано на осциллограмме рис. 3.
Oтсчет погружения начинался с момента каса-
ния невозмущенной поверхности и появления по-
дъемной силы на модели.
Результаты эксперимента представлены графи-
ками на рис. 4, где показаны зависимости коэффи-
циента подъемной силы F от погружения H =
H
r
и угла атаки α для случая глиссирования моделей
по плоской поверхности.
На рис. 5 представлены графически зависимо-
сти коэффициента подъемной силы F от угла
атаки и погружения для глиссирования моделей
цилиндра по цилиндрической впадине диаметром
57 мм.
3. АНАЛИЗ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ
ДАННЫХ
Картина обтекания глиссирующего цилиндра по-
казывает, что при обтекании возникает подъем
уровня окружающей жидкости, зависящий от чис-
ла Фруда Fr [4].
Подъем уровня жидкости впереди цилиндра на-
зывают передним подпором.
Одновременно с передним подпором образуется
и боковой подъем уровня воды в виде сплошных и
брызговых струй (рис. 1 и 2).
При погружении цилиндра в жидкость возни-
кает также и гидростатическая сила F1, являю-
щаяся составляющей измеряемой в эксперименте
подъемной силы F , но которая зависит от куба
линейного масштаба – M3 (объема), в то время
как гидродинамическая сила зависит от M2 (по-
верхности). Значение этой силы F1 с повышением
числа Фруда должна уменьшаться.
В общем виде подъемную силу при глиссиро-
вании цилиндра по плоской поверхности следует
записывать как сумму гидродинамической Fг, ги-
дростатической Fc и брызговой (подпорной) Fб со-
ставляющих:
F = Fг(α, H) + Fc(α, H) + Fб(α, H, F r). (1)
Такой характер зависимости подтверждается
результатами экспериментов рис. 4.
Этим также можно объяснить разброс экспери-
ментальных значений коэффициента подъемной
силы, отнесенного к углу атаки – α, Fα(H), дости-
гающий 30% для малых погружений H < 0.3 [5,6].
Результаты проведенных экспериментов для се-
рии моделей цилиндров диаметром D =
= 20÷51.5 мм показали четкое возрастание коэф-
фициента подъемной силы с увеличением масшта-
ба моделей и соответствующим изменением вели-
чины числа Фруда Fr = 13 ÷ 22 (рис. 6).
Для использования результатов экспериментов
(рис. 4) в практических целях можно рекомендо-
вать аппроксимационное соотношение
F = 0.8 α · H + 1.2 · 105
(
αH
)2
Fr4
, (2)
где α = 1 ÷ 8◦ в радианах; H ≤ 0.5; FrD > 10.
По результатам экспериментов для глиссирова-
ния цилиндра по поверхности суперкаверны пре-
длагается аппроксимационная формула для расче-
та коэффициента подъемной силы:
F = 0.8 αH + 10Hα2D
2
, (3)
Ю. Н. Савченко, Г. Ю. Савченко 83
ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2007. Том 9, N 1. С. 81 – 85
Рис. 4. Зависимость коэффициента подъемной силы
F от угла атаки α, погружения H =
2H
D
и числа Fr
при глиссировании цилиндров по плоской
поверхности:
♦ − D = 20 мм, Fr = 22; 2 − D = 30 мм, Fr = 18;
4 − D = 40 мм, Fr = 16; × − D = 51.5 мм, Fr = 13;
+ – результаты Kiceniuk [9]
Рис. 5. Зависимости коэффициента подъемной силы
F от угла атаки α, погружения H =
2H
D
и
относительного размера моделей D = D/DB при
глиссировании цилиндров во впадине суперкаверны
DB = 57 мм
84 Ю. Н. Савченко, Г. Ю. Савченко
ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2007. Том 9, N 1. С. 81 – 85
Рис. 6. Глиссирование цилиндра по плоской
поверхности. Зависимости коэффициента подъемной
силы F (α; H ; Fr) по данным экспериментов pис. 4
где α = 1 ÷ 10◦ в радианах; H =
2H
D
< 0.5;
D = D/DB = 0 ÷ 0.9.
Сравнение полученных результатов при глис-
сировании цилиндров по плоской поверхности с
результатами других авторов [5, 6] показали хо-
рошее совпадение для соответствующих величин
α, H, F r.
По результатам [5] F (5.8◦; 0.3; 11) = 0.032.
В эксперименте F (5◦; 0.3; 13) = 0.37.
По результатам [6] F (5◦; 0.3; 5) = 0.4.
В эксперименте F (5◦; 0.3; 13) = 0.37.
Таблица 1
По результатам [9] Эксперимент
F (5◦; 0.6; 10) = 0.048 0.06
F (10◦; 0.6; 10) = 0.095 0.10
F (15◦; 0.6; 10) = 0.135 0.13
F (5◦; 0.2; 10) = 0.025 0.025
F (10◦; 0.2; 10) = 0.043 0.050
F (15◦; 0.2; 10) = 0.058 0.050
При глиссировании цилиндров во впадине мож-
но видеть повышение коэффициента подъемной
силы при увеличении отношения D/DB от вели-
чины 0.3 до 0.9 (рис. 5).
Как показывают результаты эксперимента, для
углов атаки α ≈ 5◦, это повышение находится в
пределах 30–50%, когда H изменяется от 0.1 до
1.0.
С увеличением угла атаки α до 10◦ ÷ 15◦ коэф-
фициент подъемной силы увеличивается в 2 ÷ 4
раза по сравнению с коэффициентом для плоской
поверхности рис. 5.
Увеличение подъемной силы при глиссирова-
нии по цилиндрической впадине следует объяс-
нять увеличением смоченных периметра и пло-
щади поверхности цилиндра и, как следствие, по-
вышенного действия подпора.
ВЫВОДЫ
1. При глиссировании цилиндров по плоской по-
верхности наряду с гидродинамической подъем-
ной силой следует учитывать действие гидроста-
тической силы и подпора в виде носовых и боко-
вых сплошных и брызговых струй.
2. Для расчета коэффициента гидродинамиче-
ских сил при глиссировании цилиндра по плоской
поверхности в диапазоне углов атаки α = 1 − 8◦
и погружений кромки цилиндра H ≤ 0.5; Fr > 10
можно рекомендовать аппроксимационное соотно-
шение (2).
3. Для расчета коэффициента гидродинамиче-
ских сил при глиссировании цилиндра по цилин-
дрической впадине можно рекомендовать аппро-
ксимационную формулу (3) для диапазона α =
1 ÷ 10◦; H ≤ 0.5; D = 0 ÷ 0.9.
1. Кубенко В.Д. Нестационарные поперечные дви-
жения тонкого длинного тела при суперкавитаци-
онном обтекании // Доповiдi Нацiональної акаде-
мiї наук України.– 2003.– 6.– С. 41-48.
2. Parishev E.V. Mathematical modeling of Unstedy
Cavity Fliws // Fifth Jut Symp. on Cavitation (CAV
2003) Osaca, Japan.– 2003.– Nov 1 - 6.– P. 1-10.
3. Васин А. Д., Парышев Э.В. Погружение цилиндра
в жидкость через цилиндрическую свободную по-
верхность // МЖГ.– 2001.– N 2.– С. 3-12.
4. Парышев Э.В., Постнов С.Е. Оценка “переднего
подпора” при глиссировании цилиндра по поверх-
ности воды // Труды ЦАГИ.– 1984.– 2242.– С. 8-
20.
5. Парышев Э.В., Рыков В.Н. Экспериментальное ис-
следование глиссирования цилиндра по поверхно-
сти воды // Труды ЦАГИ.– 1984.– 2242.– С. 21-25.
6. Васин А.Д. Нестационарное глиссирование тел
вращения по поверхности жидкости // Труды
ЦАГИ.– 1993.– 2496.– С. 28-35.
7. Логвинович Г.В. Некоторые вопросы глиссирова-
ния // Труды ЦАГИ.– 1980.– 2052.– С. 3-12.
8. Шорыгин О.П. Скоростная гидродинамика.– Кн.
ЦАГИ - основные этапы научной деятельности
1993 - 2003, М: Физматгиз, 2003.– 576 с.
9. Kiceniuk T., Creengard R. Measurements of lift
coefficients for a family of cones planing on water //
Hydrodynamics lab Caltech, Pasadena CA, USA .–
Report N E-12.3 .– 1952.– P. 15-23.
10. Савченко Ю.Н., Семененко В.Н., Путилин С.И.
Нестационарные процессы при суперкавитацион-
ном движении тел // Прикладна гiдромеханiка.–
1999.– Т. 1, № 1.– С. 63-80.
Ю. Н. Савченко, Г. Ю. Савченко 85
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-4696 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1561-9087 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-29T14:00:22Z |
| publishDate | 2007 |
| publisher | Інститут гідромеханіки НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Савченко, Ю.Н. Савченко, Г.Ю. 2009-12-18T12:54:56Z 2009-12-18T12:54:56Z 2007 Глиссирование цилиндра по поверхности суперкавeрны / Ю.Н. Савченко, Г.Ю. Савченко // Прикладна гідромеханіка. — 2007. — Т. 9, № 1. — С. 81-85. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 1561-9087 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/4696 532.528 Экспериментально исследуется подъемная сила цилиндра, глиссирующего по поверхности полукруглой впадины в рабочем участке гидродинамической трубы, что моделирует случай глиссирования по поверхности суперкаверны. Приведены зависимости коэффициента подъемной силы цилиндра от угла атаки, от погружения задней кромки цилиндра и от отношения радиуса впадины к диаметру цилиндра. Сравнение с глиссированием цилиндра по плоской поверхности показало, что коэффициент подъемной силы увеличивается по мере приближения радиуса цилиндра к радиусу полукруглой впадины (радиусу суперкаверны) и может превышать коэффициент подъемной силы для плоской поверхности в 3 ÷ 4 раза. Предложены аппроксимационные соотношения для расчета коэффициента подъемной силы. Експериментально дослiджується пiдйомна сила цiлiндра, що глiсує по поверхнi пiвкруглої впадини на робочiй дiлянцi гiдродинамiчної труби, що моделює випадок глiсування по поверхнi суперкаверни. Наведено залежнiсть коефiцiента пiдйомної сили цiлiндра вiд кута атаки, вiд занурення задньої кромки цiлiндра i вiд вiдношення радiуса впадини до дiаметра цiлiндра. Порiвняння з глiсуванням цiлiндра по плоскiй поверхнi показало, що коефiцiент пiдйомної сили збiльшується в мiру наближення радiуса цiлiндра до радiусу пiвкруглої впадини (радiусу суперкаверни) i може перевищувати коефiцiент пiдйомної сили для плоскої поверхнi в 3 ÷ 4 рази. Запропонованi апроксимацiйнi спiввiдношення для обчислення коефiцiента пiдйомної сили. The lifting force of the cylinder gliding on the surface of the semicircular cavity in the working part of the hydrotunnel is considered experimentally. This case is modeling the gliding on the supercavern surface. The dependences for cylinder of the lifting force coefficient on the attack angle, rear edge submersion and the ratio of the cavern radius to the cylinder diameter are given. The compare with the cylinder gliding on the flat surface is showing that the coefficient of the lifting force is increasing with the cylinder radius approaching to the radius of the semicircular cavern (supercavern radius). The coefficient for this case can be 3 ÷ 4 times greater then the coefficient for the flat surface. The approximation relations for the lift force coefficient calculation are proposed. ru Інститут гідромеханіки НАН України Глиссирование цилиндра по поверхности суперкавeрны Cylinder gliding on the supercavern surface Article published earlier |
| spellingShingle | Глиссирование цилиндра по поверхности суперкавeрны Савченко, Ю.Н. Савченко, Г.Ю. |
| title | Глиссирование цилиндра по поверхности суперкавeрны |
| title_alt | Cylinder gliding on the supercavern surface |
| title_full | Глиссирование цилиндра по поверхности суперкавeрны |
| title_fullStr | Глиссирование цилиндра по поверхности суперкавeрны |
| title_full_unstemmed | Глиссирование цилиндра по поверхности суперкавeрны |
| title_short | Глиссирование цилиндра по поверхности суперкавeрны |
| title_sort | глиссирование цилиндра по поверхности суперкавeрны |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/4696 |
| work_keys_str_mv | AT savčenkoûn glissirovaniecilindrapopoverhnostisuperkaverny AT savčenkogû glissirovaniecilindrapopoverhnostisuperkaverny AT savčenkoûn cylinderglidingonthesupercavernsurface AT savčenkogû cylinderglidingonthesupercavernsurface |