ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КОРПУСА
Проекции силы и момента, действующих на корпус судна со стороны жидкости, их безразмерные коэффициенты и способы определения.
Гидродинамические характеристики корпуса — это проекции векторов силы и момента, действующих на корпус судна (или подводного аппарата) со стороны жидкости при его движении, на оси выбранной системы координат. В задачах теории корабля чаще всего берут систему осей, связанную с судном, с началом в центре масс. Ось x лежит в диаметральной плоскости, направлена в нос и параллельна основной плоскости, ось y направлена на правый борт, а ось z — вверх.
Коэффициенты
Характеристики записывают в виде безразмерных коэффициентов: коэффициентов тангенциальной, боковой и подъёмной силы, коэффициентов кренящего и дифферентующего моментов и коэффициента момента рыскания. В каждый входят плотность жидкости (воды или воздуха), скорость центра масс судна, характерная площадь и (для моментов) характерная длина.
Они зависят от формы подводной части корпуса, которая меняется вместе с углом крена, от кинематических параметров — углов дрейфа и атаки (аналога угла дрейфа в вертикальной плоскости) и кривизны следа траектории в горизонтальной и вертикальной плоскостях, а также от критериев подобия — чисел Фруда и Рейнольдса. Для конкретного судна или аппарата их представляют в графическом или аналитическом виде.
Как их находят
Характеристики определяют методами теоретической и экспериментальной гидромеханики; применяют и расчётные методы, основанные на обобщении результатов систематических испытаний серий моделей. В практических задачах динамики корабля используют, как правило, данные испытаний модели в опытовых бассейнах и аэродинамических трубах.
Коэффициенты обычно записывают в виде ряда по степеням угла дрейфа, угла атаки, кривизны следа и угла крена, ограничиваясь линейными членами: так допустимо при малых значениях этих параметров. Индекс 0 означает прямолинейное движение, когда все параметры равны нулю. Производные по углам называются позиционными, а по кривизнам следа — вращательными; соответственно различают позиционные и вращательные составляющие характеристик.
Позиционные характеристики определяют на моделях, закреплённых под разными углами к набегающему потоку в прямолинейном потоке. Для вращательных используют ротативные установки и планарные механизмы. Их можно получить и при испытании искривлённых моделей в прямолинейном потоке, но из-за сложности метод не нашёл практического применения. При произвольном движении судна или аппарата разделить характеристики на чисто позиционные и вращательные в общем случае невозможно.