"Плавающие колесные и гусеничные машины" - читать интересную книгу автора (Редькин М. Г.)

подобрать ординату DC так, чтобы площадь OBDC равнялась площади ОАЁС. Исключив из левой и правой частей общую площадь ОВЕС, получим площадь ВОЕ, равную площади ОАВ (на рис. 8 эти площади заштрихованы). Искомым углом динамического крена аД1Ш будет угол, соответствующий ординате DC.
При увеличении кренящего момента может оказаться, что всей площади диаграммы остойчивости не хватает для уравновешивания работы кренящего момента. В этом случае машина перевернется, потому что избыточная работа кренящего момента не может быть погашена работой восстанавливающего момента.
Рассмотрев приведенные выше диаграммы статической остойчивости для разных машин, .можно сделать следующие выводы:
1) машина обладает тем большей остойчивостью, чем больше ордината диаграммы статической остойчивости и чем больше площадь диаграммы, т. е. чем дальше отстоит от начала координат точка пересечения кривой с осью абсцисс;
2) на величину ординаты диаграммы статической остойчивости (а следовательно, и на величину начальной ме-тацентрической высоты машины) в основном влияют ширина машины и положение центра тяжести, а также положение центра давления по высоте;
3) величина площади диаграммы в основном зависит от высоты надводного борта: чем выше надводный борт, тем остойчивее машина при больших углах крена и тем труднее ее опрокинуть.
Скорость движения на воде (ходкость)
Кроме плавучести и остойчивости, плавающая машина должна обладать еще одним важнейшим качеством — скоростью движения на воде, определяющей тактические свойства машины. Скоростью движения называется отношение пути ко времени, за которое этот путь пройден. Численно скорость равна расстоянию, пройденному телом (в данном случае машиной) за единицу времени.
Под максимальной скоростью понимают наибольшую скорость движения, которая может быть достигнута машиной при работе двигателя на полной мощности.
Скорость машины, движущейся на поверхности воды, зависит от формы корпуса, соотношения главных размеров
23
машины, мощности двигателя, типа и эффективности водяного движителя, совершенства систем охлаждения и смазки двигателя, количества и качества приборов наблюдения, обеспечивающих хороший обзор водителю, состояния водной поверхности (высоты волн) и других факторов.
Действие воды на машину, не имеющую поступательного движения, сводится к действию нормального давления на каждый элемент подводной поверхности, а сумма давлений выражается вертикальной поддерживающей силой.
При перемещении машины по воде, кроме поддерживающей силы, возникают силы, направленные в сторону, противоположную движению машины. Равнодействующую этих сил называют силой сопротивления воды движению машины и обозначают буквой JR.
Изучение сопротивления воды движению машины основывается на учении о движении жидкости, т. е. на законах гидромеханики. Поэтому кратко рассмотрим основные свойства жидкости и уравнение сопротивления воды движению тел.
Основные свойства воды
Вода — очень подвижная, практически несжимаемая жидкость. Она принимает форму тех сосудов, в которых находится. Слабая связь между отдельными частицами воды объясняется незначительными силами сцепления и силами трения, действующими между ними. К важнейшим физическим характеристикам жидкости относятся удельный (или объемный) вес и массовая плотность жидкости.
Удельным (или объемным) весом у называют вес единицы объема тела, или отношение веса .(G) тела к его объему (WI), т. е.
т = — кГ/м3. W
Объемный вес является, таким образом, размерной величиной. Для дистиллированной воды при температуре 4° С он равен 1000 кГ/м3 и для морской воды при 15° С — 1020—1030 кГ/м3.
Массовой плотностью (или просто плотностью) р называют отношение массы тела М к его объему W:
___М_ кГ • сек2
Р~~ W м±
24
Зная, что вес тела G равен массе М, умноженной на ускорение силы тяжести g, можно установить следующую зависимость между плотностью и объемным весом:
Р = ±. g '
С помощью этой зависимости легко определить плотность жидкости, если известен ее объемный вес. Если объемный вес воды равен 1000 кГ/м3, то плотность будет
P=is=101,9-_^.
Плотность воды, как малосжимаемой жидкости, мало зависит от температуры и давления, если эти величины не изменяются значительно. Поэтому в обычных расчетах плотность пресной воды независимо от температуры и дав-
кГ-сек2 ления принимается равной 102-----~—.
Вода обладает вязкостью. Вязкостью (или внутренним трением) называют свойство жидкости развивать при своем движении внутренние касательные напряжения. Это свойство обусловливается внутримолекулярным движением жидкости. Согласно законам трения жидких тел сопротивление, возникающее при скольжении одного слоя жидкости по другому, пропорционально поверхности соприкасающихся площадей и деформации жидкого объема. Кроме того, это сопротивление зависит от рода жидкости и уменьшается с возрастанием температуры.
Два закона гидродинамики
Важнейшие законы гидродинамики были открыты и сформулированы современниками М. В. Ломоносова — учеными Л. Эйлером и Д. Бернулли.
Эйлер сформулировал закон неразрывности течения жидкости. Бернулли выявил важную закономерность: давление в жидкости тем меньше, чем больше скорость ее течения. Оба закона вытекают из основных законов сохраняемости массы и энергии.
Для пояснения закона неразрывности течения жидкости воспользуемся прибором (рис. 9). Прибор состоит из открытого резервуара и соединенной с ним трубки с разными сечениями (А, Б и В). Если открыть оба крана и обеспечить постоянный уровень воды в резервуаре, то течение воды по трубке будет установившимся: за одну секунду из
25
трубки вытечет столько же воды, сколько в нее поступит из резервуара. Следовательно, через разные сечения трубки за одну?секунду протекает одинаковое количество воды, а это может быть, очевидно, только в том случае, если через эти сечения вода течет с различной скоростью. Чем меньше сечение, тем большей должна быть скорость движения воды.
В справедливости закона неразрывности течения жидкости можно убедиться, наблюдая течение реки. Там, где
русло суживается и мелеет, вода всегда течет быстрее.
Чтобы убедиться в справедливости закона Бернулли, присоединим к трубке переменного сечения вертикальные трубочки с открытыми концами, играющие роль манометров. Когда краны закрыты и вода не течет по трубке, в манометрах она будет стоять на том же уровне, что и в резервуаре (как во всяких сообщающихся сосудах). Но как только вода потечет по трубке, уровень воды в манометрах понизится: больше всего в том манометре, который присоединен к
самому узкому сечению трубки, а меньше всего в манометре, присоединенном к самому широкому сечению. Следовательно, как показывает опыт, увеличение скорости течения жидкости уменьшает давление и наоборот. Рассмотрим уравнение Бернулли, выведенное с помощью высшей математики, которое в упрощенном виде можно записать так:
/> + pV2=const, где Р — давление;
р — плотность жидкости; V — скорость.
Для того чтобы сумма этих двух слагаемых (P + pV2) оставалась постоянной, необходимо, чтобы при уменьшении (или увеличении) одного из этих слагаемых другое слагаемое увеличивалось (или уменьшалось) на такую же величину.
Поскольку плотность жидкости — величина постоянная (жидкость почти несжимаема), то увеличение скорости ее течения должно уменьшать давление и наоборот.
26
Рис. 9. Схема прибора для проверки закона неразрывности течения жидкости
Сопротивление воды движению плавающей машины
Движение машины непременно приводит в движение и воду: частицы воды получают ускорение, при этом машина воспринимает реакцию воды в форме сил, распределенных по погруженной в воду поверхности.
На движущуюся в воде машину действуют силы трения, направленные по касательной к погруженной поверхности, и силы давления, направленные нормально к соответствующим элементам поверхности машины. Равнодействующая проекций всех сил трения на направление движения составляет силу сопротивления движению и направлена против движения машины.