/
Текст
В. МУНРО
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ
ГИДРОСАМОЛЕТОВ
havw-texb. бмвюггг;.
ОТ РЕДАКЦИИ
Вильям Мунро — автор книги „Проектирование и расчет гидросамолетов" — авто-
ритетный специалист по проектированию и постройке гидросамолетов, долго рабо-
тавший на яаводах Англии, Канады и США.
В предлагаемом переводе с английского его труда первые девять глав даны без
сокращения. Последние две главы — расчет поплавкового шасси и краткие замечания
по общим вопросам проектирования*— выпущены, как не представляющие интереса
для нашего читателя.
Выпущены также таблицы данных о профилях, трубах, заклепках и т. д. употреб-
ляемых в английском самолетостроении, так как аналогичные данные применительно
к советскому самолетостроению помещены в „Справочной книге по расчету самолета
на прочность" (изд. Госмашметиздата, 1933 г.).
Таблицы пересчитаны с английских мер на метрические, за исключением неко*
торых, где это оговорено.
Иллюстративный материал весь сохранен в точном соответствии оригиналу.
Несмотря на то, что труд Мунро на английском языке издан еще в 1933 г., он
и в данный момент представляет несомненную ценность, в первую очередь для Моло-
дых конструкторов и учащихся авиационных учебных заведений. Эта одна из немно-
гих книг, рассматривающих как вопросы общего подхода к проектированию самоле.
тов, так и вопросы аэродинамики самолета, его веса, прочности, производства,
эксплоатации и экономики.
Наряду с этим в книге имеется хорошо подобранный материал по ’^нетр'уки^иям
лодок и поплавков, чего мы в нашей авиационной литературе почти не имеем.
Издавая этот труд, редакция руководствовалась желанием в возможно короткий
срок восполнить тот пробел, который достаточно остро ощущается в области гидро-
самолетостроения.
Редакция ждет от читателя замечаний и пожеланий, которые будут учтены при
дальнейшем издании литературы по гидросамолетсстроению.
ГЛАВА I
ЛЕТАЮЩИЕ ЛОДКИ
Прогресс самолето- и моторостроения за последнее двадцатилетие
очень показателен. Максимальная скорость порядка 90 км/час для
военного гидросамолета в 1912 г. считалась вполне удовлетворитель-
ной. В настоящее время машины тех же типов могут давать скорость
свыше 300 км/час и поднимать нагрузку больше 1 т на высоту
9000 м.
Такой же интерес представляет увеличение максимальной ско-
рости гоночных гидросамолетов с 90 до 600 км/час, достигнутое
в течение того же периода времени. Благодаря повышению аэроди-
намических качеств и усовершенствованию моторов современные
скорости достигаются с затратой примерно одной десятой той мощ-
ности, которая потребовалась бы для продвижения гидросамолетов
типа 1912 г. со скоростью 600 км/час.
Однако настоящая книга не ставит себе задачей изложение исто-
рии развития гидросамолетов, несмотря на весь интерес, представля-
емый этой темой; здесь рассматриваются лишь современные лодоч-
ные и двухпоплавковые гидросамолеты и дается обзор тех характе-
ристик, которые следует учитывать при расчете и проектировании
этих типов машин.
Различные типы конструкций
В щстоящее время большинство стран имеют удачные кон-
струкцш летающих лодок как монопланного, так и бипланного типа
однихи тех же назначений, причем относительные преимущества этих
двух типов конструкции являются спорными.
Двухмоторные и трехмоторные машины одного класса одинаково
вьголняют одну и ту же работу. И здесь снова возникает тот же
впрос относительно сравнения их качеств. Расположение моторов
вызывает расхождение мнений даже в случаях конструкций, приз-
нанных в общем удовлетворительными.
В некоторых монопланах крыло располагается на некоторой
высоте над лодкой, а моторы размещаются в крыле вдоль передней
кромки, несколько выступая вперед. В машинах бипланного типа
моторы подвешиваются посередине между двумя крыльями; в других
типах монопланов крыло располагается непосредственно на лодке и
‘моторы устанавливаются на значительном расстоянии над крылом.
Однако, несмотря на кажущееся различие мнений относительно
общей схемы летающей лодки, имеется одна общая доминирующая
черта, свойственная всем типам. Конструктор должен учитывать
требования, предъявляемые к его машине как к одному из видов
морского транспорта, причем он тотчас же сталкивается с необхо-
димостью расположения винта или винтов на достаточном расстоянии
от воды, чтобы брызги, создаваемые лодкой при взлете и посадке,
не достигали винтов. Этот вопрос расстояния отдельных частей
машины от водной поверхности является одним из первых соображе-
ний при проектировании гидросамолетов и может быть разрешен
путем применения любой из вышеуказанных конструкций. В осталь-
ном выбор одного из этих типов является делом личного мнения
конструктора о достоинствах и недостатках конструкций с точки
зрения „летающей" машины.
Для получения наилучшего аэродинамического эффекта на прак-
тике довольно твердо установлено, что мотор или моторы должны
быть расположены на некотором расстоянии от крыла — или над ним,
или под ним, а не в передней кромке крыла, несмотря на то, что
это положение идет в разрез с результатами последних лаборатор-
ных работ, указывающими, что при применении надлежащих обтека-
телей более выгодным является расположение моторов именно
в передней кромке крыла.
Число моторов зависит от других соображений. Для небольших
лодок наиболее выгодной является одномоторная конструкция. Для
лодок весом около 3000 кг можно применять двухмоторную установку,
учитывая маневренность машины на воде. Кроме того, в некоторых
удачных конструкциях двухмоторная лодка в случае необходимости
может продолжать полет на одном моторе, и это соображение, увели-
чивающее надежность машины, может оказаться решающим при вы-^
боре конструктором типа своей машины.
Еще большие лодки с полетным весом примерно в 10000 кг чаш
оборудуются тремя моторами, чем двумя, дающими ту же мощ^стг
причем этот выбор объясняется тем, что в случае по/ омки одногс
из моторов трехмоторная машина сохраняет две трети св^й мс’
ности, а двухмоторная — лишь половину ее.
С другой стороны, существуют трех- и даже четырехмоторные
машины, которые не могут продолжать полет при одном вьМючен-
ном моторе. Возможность такого полета для каждой данной лодки
целиком зависит от умения конструктора выбрать соответ твую-
щую схему, а также от имеющегося запаса мощности.
В очень больших лодках, требующих большой мощности, ч1СЛО
моторов определяется лишь мощностью отдельных агрегатов. Вооб'Л?
же очень большое количество моторов нежелательно, так как услож-
няет установку и ухудшает качество машины.
Моноплан или биплан
Вопрос „моноплан или биплан* является таким же спорным для
летающей лодки, как и для сухопутной машины.
Лодка данного полетного веса может быть спроектирована Kaij
и виде моноплана, так и в виде биплана с очень незначительной раз-
ницей в аэродинамических или гидродинамических свойствах, причем
высота линии тяги над водой будет примерно одна и та же для
обеих лодок.
В новейших конструкциях летающих лодок бипланного типа име-
ются большие усовершенствования, заключающиеся в устранении
целого ряда стоек коробки крыльев и моторных установок.
Моноплан имеет то преимущество, что при эксплоатации он не
требует периодической затяжки и регулировки расчалок; преимуще-
ством же биплана является большая маневренность машины в воздухе,
почему военные лодки по большей части делаются бипланного типа.
Как на недостаток монопланной конструкции можно указать на то,
что благодаря более сильным вибрациям монопланного крыла метал-
лические части его больше подвергаются влиянию усталости.
Фиг. 1. У пристани.
Для двухпоплавковых гидросамолетов с полетным весом около
2500 кг в США и в Канаде широко распространена монопланная
схема. Объясняется это чисто практическим обстоятельством. Гидро-
самолеты этого типа применяются на линиях, проходящих через
большие сухопутные пространства, пересеченные озерами, на которых
погрузочные площадки представляют собой лишь пловучие платформы,
возвышающиеся примерно на 0,3 м над поверхностью воды. Моно-
план с высокорасположенным крылом может вплотную подойти
к платформе этого типа, не опасаясь того, что крыло может быть
при этом повреждено, тогда как биплану или моноплану с низкорас-
положенным крылом при подходе к платформе угрожает опасность
повредить крыло (фиг. 1).
Мореходность
Еще один спорный вопрос возникает при предварительном обзоре
конструкций летающих лодок, заключающийся в определении необ-
ходимой степени мореходности.
В качестве самолета лодка выполняет свои основные функции
в воздухе и должна взлетать и садиться на достаточно защищенную
5
водную поверхность. Построить такую лодку, которая могла бы
выдержать штормы Ламанша, Атлантического океана или Великих
oiep, и настоящее время еще не представляется возможным. По мере
увеличения размеров лодок увеличивается их запас пловучести и
становится возможным применение водонепроницаемых отсеков, но
наличие крыльев создает при ошвартовке лодки большие трудности.
Были случаи, когда пришвартованные лодки „летали" до тех пор,
пока не обрывался причальный трос или не ломался рым.
Увеличивать крепость лодки до такой степени, чтобы она могла
отвечать требованиям мореходности в бурную погоду за счет умень-
шения платной нагрузки, представляется нерациональным.
Несомненно, летающая лодка или гидросамолет должны обладать
достаточной водонепроницаемостью, способностью в случае необхо-
димости рулить в волну к причалу и легко управляться на воде.
Этим примерно и должны ограничиваться требования, предъявляемые
к летающей лодке как к кораблю.
Более существенные задачи мореходности связаны с отрывом
лодки от водной поверхности при взлете. Результаты опытов в трубе,
в опытном бассейне и данные испытаний в натуру указывают на зна-
чительное усовершенствование конструкций лодок и поплавков
за последние десять лет; потребуется упорная работа, чтобы еще
более уменьшить водяное и воздушное сопротивление гидросамо-
летов.
Уменьшение водяного сопротивления означает сокращение времени
взлета или же дает возможность увеличить полезную нагрузку само-
лета.
Обтекаемые формы также необходимы при движении по воде, как
и в воздухе.
Остойчивость
Соображения статической и динамической остойчивости повели
к дальнейшим вариантам общей схемы конструкции лодочных и
поплавковых гидросамолетов.
В спокойном плавании лодка неостойчива в поперечном направ-
лении, и остойчивость ее достигается разными конструкторами по-раз-
ному. Английские конструкторы чаще всего применяют подкрыльные
поплавки. Другим решением этой задачи являются применяемые
Дорнье „штуммеля" или плавники и двухлодочные гидросамолеты
Савойя и Румплер.
В поплавковых гидросамолетах остойчивость достигается или
применением двух поплавков (обычный тип английского поплавкового
гидросамолета), или же одного центрального поплавка больших раз-
меров, расположенного под фюзеляжем, и двух подкрыльных поплав-
ков типа, применяемого в лодках.
Из этого предварительного обзора начинающий конструктор может
вывести заключение, что благодаря значительному количеству спо-
собов решений вопросов остойчивости лодок на воде, выбора типа
мрылп и расположения моторов, никаких основных принципов, могу-'
щих окниать ему практическую помощь при проектировании и рас-
•нчи лодки, но существует.
Однако это неверно. Предположим, что принято определенное-
решение и мы приступаем к расчету лодки с типично английским
корпусом и монопланным крылом; тогда, шаг за шагом, в процессе
работы можно будет провести сравнение с другими методами кон-
струирования.
Определение рациональных размеров самолета
Прежде всего необходимо разработать предварительно общую
схему конструкции проектируемой машины в трех видах и выяснить
следующие основные характеристики:
1. Вес4 отдельных агрегатов.
2. Нагрузку на 1 м2 крыла, нагрузку на 1 л. с. мотора.
3. КрыДо — площадь крыла и удлинение.
4. Органы управления — площади: а) элеронов, Ь) стабилизатора,
с) рулей высоты, d) киля, е) руля направления.
5. Лодка\ а) ширина, Ь) длина, с) расстояние от носа до редана,
d) расстояние между реданами, е) максимальная осадка, g) запас
пловучести, г) угол начального диферента.
6. Расположение моторов и баков с горючим.
7. Диаметр винтов.
8. Центр (тяжести гидросамолета и центр парусности.
9. Высота оперения над поверхностью воды.
10. Обзор Vположение летчика).
11. Соединение крыльев с корпусом лодки.
12. Положение подкрыльных поплавков.
13. Положение центра тяжести гидросамолета относительно редана.
14. Угол установки стабилизатора.
1. Веса отдельных агрегатов гидросамолета. При-
ступая к проектированию машины, особенно тщательно следует про-
извести весовой анализ отдельных частей ее, основываясь для
большей надежности на всех имеющихся данных удачных машин
подобного типа
Ниже приветны веса отдельных частей гидросамолета в процент-
ном отношении к весу пустой машины, т. е. без горючего, масла,
платной нагрузи I и экипажа.
Наименование частей %
Крылья 1 I стойки 23,4
Хвостов! е оперение . . • • 4,0
Органы правления . ... 1,0
* Корпус одки и поплавки 25,6
Моторнь : гондолы и рамы 2,6
Моторы 31,2
Винты и втулки . . 5,6
Баки дл) горючего • 1,2
Маслянь 1 баки • . . . . 0,6
Морское Оборудование 4,0
11риборь 0,8
1С0,0
В дальнейшем увидим, что эти про центные соотношения изменя-
ются очень незначительно: для лодок с полным несом примерно
от 2000 до 11 000 кг.
5. Нагрузка на 1 м2 крыла и на 1 л. с. мотора. В ниже-
следующей таблице приведены нагрузки на единицу площпди крыла н
на единицу мощности для наиболее удачных из существующих лета-
ющих лодок и амфибий. I
Наименование машины Полетный вес 0 Нагрузка иа м2 крыла кг Нагрузка на 1 л. с. крыла кг Максимальная } скорость [ км/час
Лодки
Беинг 204 2 260 53,0 5,53 / 215
CAMS-53 7 200 64,0 7,20 / 218
CAMS-58 8600 69,5 7,10 218
CAMS-80 3 960 64,5 6,00 / 210
Дорнье „Wal“„ 8 750 93,0 6,90 / 216
„ „Super Wal“ .. . . 15 000 109,0 7,50 I 218
Do-S 17 000 73,5 5,85 J 210
Фоккер В-4 3 300 66,5 6,30 | 184
Хейнкель HD-55 2 200 40,0 4,40 / 192
Мартин 120 6 900 685 8,15 180
„ 122 7 600 71,0 6,6 197
Capo „Cutty-Sark“ .... 1675 57,5 8,0 176
„ „Windhover" 2 540 49,5 7,0 177
„ „Cloud" 4400 74,5 7,0 193
Шорт „Calcutta** 10200 61,5 6,5 198
„ „Kent" 14500 60,5 6,0 / 220
„ „Singapore* .... 9100 58,0 5,325 206
Сикорский S-40 • .... 15400 97,5 6,7 214
Виккерс „Vedette* .... 1800 40,5 6,05 177
„ „Vancouver" 2 . . 3450 49,5 5,75 193
Амфибии
CAMS-37 A 2 850 50,0 6,3 167
Дуглас „Dolphin** 3620 77,5 6,0 220
Айрланд „Privateei" .... 950 53,0 8,6 153
Кейстои OL-9 ....... 2 380 52,5 5,6 200
„ „Air Jacht“ . . - 2850 61,5 5,4 212
Ленинг OL-8 2 380 53,0 5,5 / 200
Лиоре и Оливье H-193 . . 3140 50,0 7,5 170
П1р»х FBA-290 2000 50,5 6,6 170
Сикорский S-38 4750 71,5 5,6 200
Тоуль 'ГА-3 2800 76,5 6,0 194
Тик как максимальная скорость и скороподъе шесть меняются
в зависимости от нагрузки на 1 ж2 и на 1 л. с., з посадочная ско-
рость также зависит от нагрузки на 1л*2, то отекла можно вывести
заключение, что выбор нагрузки на 1 м2 и на 1 L с. должен обу-
словливаться „типом" машины, или, другими словами, требованиями,
8
предъявляемыми к рассматриваемому типу конструкции. Этот вопрос
более подробно изложен в главе о летных качествах машин.
Площадь крыла и удлинение. Выбрав нагрузку на 1 м2
крыла, найдем площадь крыльев из выражения:
____вес машины в кг
нагрузка на крыло в кг/м2
-р=$м\
Фото I. Лодка Шорт „Stellite" при рулежке.
Удлинение крыльев современных летающих лодок колеблется
в пределах от 4,5 до 9.
Для моноплана удлинение может быть определено как квадрат
размаха, деленный на площадь крыла.
Фото П. Лодка Шорт „Calcutta" при рулежке.
Для биплана средняя хорда может быть принята как
где tx и представляют собой соответственно среднюю хорду
верхнего и нижнего крыла, a и — площади верхнего и нижнего
крыльев.
Чем больше удлинение, тем меньше индуктивное сопротивление
крыла. С другой стороны, не следует упускать ив виду конструктив-
ных соображений, которые кладут практический предел величине
удлинения.
Органы управления. Для определения необходимой площади
органов управления в Англии широко применяется „метод объемов".
Этот метод дает достаточную точность для предварительного расчета
площадей органов поверхностей управления, но, конечно, в случае
значительных расхождений расчетных данных с результатами про-
дувок модели в трубе необходимо изменить полученные данные.
Фото III. Отрыв лодки Консолидейтед „Commodore*.
Ниже приведены примерные „объемы" для лодок полетным весом
от 4500 до 9000 кг.
Объем стабилизатора рулей высоты:
=о 37.
s t •
Объем рулей высоты:
; Л о з
S- f2 ’
Объем киля и руля направления:
-44- = 0,045.
Объем руля направления:
= 0,025.
Объем нлеронов:
•£# = 0,045,
о •
где плоипщь крыльев в лг; L — полуразмах крыла в м', I — плечо,
рАннпв pg и и к ню от центра тяжести машины до центра давления
диннмП пцн мовти и ж; Л’о — площадь рассматриваемой поверхности
* « ^=1, пня ИорДП и /| - расстояние от центра давления
Ди f'" > • •пльноП нк«скости машины в м.
• UlVy ПрИМ ЫН ПРОПОРЦИИ, Принимаемые spb.ru
чете корпуса лодки, и методы определения этих пропорций подробно
изложены в гл. И настоящей книги.
Моторы и горючее. Высота расположения моторов по верти-
кали определяется минимальным расстоянием концов лопастей винта
от поверхности воды, которое должно быть не меньше 1375—1 4Q0 juju
для лодок весом от 2250 до 9000 кг, а продольное положение их
в значительной мере определяется общей схемой, обводами лодки и
соображениями центровки.
Лучше всего расположить баки с горючим в центре тяжести ма-
шины, чтобы продольное положение центра тяжести машины не за-
висело от расхода горючего. В транспортных лодках это не всегда
достижимо, но уже при составлении первоначальной схемы конструк-
ции всегда стараются расположить баки с горючим по возможности
ближе к центру тяжести машины в продольном направлении.
Диаметр винтов. При разработке первоначальной схемы кон-
струкции летающей лодки диаметр винтов обычно принимают по
данным фирмы, изготовляющей моторы; в случае же отсутствия этих
сведений расчет производят по номограммам Уотта (фиг. 2).
Положение центра тяжести лодки. После того как общая
компановка летающей лодки уже вполне закончена, т. е. размеры
лодки выбраны, площади крыльев и поверхностей управления соот-
ветствующим образом определены точно так же, как и винтомоторная
установка, переходят к более подробному рассмотрению внутрен-
него устройства машины с целью лучшего удовлетворения предъяв-
ляемых к ней требований, и затем уже производят тщательный
расчет всех весов отдельных частей машины.
Для определения положения центра тяжести машины эти веса рас-
полагаются в виде таблицы, как показано ниже.
Примерный расчет положения центра тяжести машины
Наименование частей лодки Вес кг Г оризон- тальное плечо м Горизон- тальный момент кг м
Корпус лодки Крыло Винтомоторная установка Морское оборудование Пилот и пассажиры Органы управления Лестница Поплавки и стойкр Приборы ' Хвостовое оперение Стекла Внутреннее оборудование кабин Прочее 325 340 1000 58 660 15,5 3,65 45,50 11,50 59,00 8,60 34,0 68,0 4,42 3,925 2,940 1,00 4,25 2,475 6,400 4,150 1,885 10,000 2,36 3,65 1,5 1440,0 1335,0 2940,0 58,0 2800,0 38,4 23,3 190,0 21,7 590,0 20,0 124,0 102,0
- 2628,75 — 9682,40
11
С 20 33 40 50 60 70 № W 150 200 .300 400 500 1090 15®
tfamucm*повара В лс |J___________________,__1___,. | ... I ,х. | t L..LJ, d-i^ -I м., I.।.l.ml, bl1 i. t I , ! . I , |, I, i |i{,.
Число оборотов 200 300 ' 400 500 КО 700 BOO SOO WOO 1500 2000 2500 3000
Виета в иинутгу I—------,— ______L_------------1_____I________J------1---JL 1______I । I I I I , i I I I | । , ... I I I
Линия перехода___________________________.________________________
4
Скорость, км/час
40 50 Ы 70 BQ 90100 120 140 WO 160 2QQ 250 300350 450
J-----1---1---1-L—J—l-----1--1--L_J_I-----1-- 1, I I I
Для ^етырехлспостньи Винтов
ВО 55 5,0 4,5 4,0 35 30 25 20 '5
vteuip Винта -------р-------1—-------1—*-----1 ----------------------q------------1—------------------1------
М 7,0 6,5 6,0 5,5 5,0 4,5 40 35 30 2,5 2,9
Для двухлопастных Винтов
Фмг. 2. Номограмма Watts для определения диаметра винта по мощности мотора,числу оборотов и скорости
полета.
www.vokb-la.spb.ru
Расстояние центра тяжести от носа лодки:
9682,4 : 2628,75 = 3,68 м.
Плечо каждого отдельного компонента веса измеряется от неко-
торой произвольно выбранной линии, в данном случае—от переднего
перпендикуляра корпуса лодки. Произведение каждого компонента
на плечо дает момент относительно вышеуказанной линии. Эти мо-
менты складываются вместе по способу, показанному выше, и сумма
моментов, деленная на сумму весов, дает расстояние центра тяжести
от выбранной линии, в данном случае от переднего перпендику-
ляра корпуса лодки.
Вертикальное положение центра тяжести определяется подобным
же способом, причем в этом случае выбирается некоторая горизон-
тальная линия и для каждого отдельного веса расстояние по верти-
кали измеряется от этой линии.
Центр тяжести и центр давления. Перемещение центра
давления профиля крыла играет при проектировании очень большую
роль. Положение центра давления для различных профилей различно,
но у симметричных профилей центр давления практически постоянен
и расположен примерно на расстоянии 0,25 длины хорды от носка
профиля.
В ряде отчетов (R&M) Аэронавтического исследовательского ко-
митета (ARC) приведены данные английских профилей, а отчеты Аме-
риканского национального совещательного комитета (NACA) дают
подобные же сведения об американских профилях.
Вообще говоря, чем тоньше профиль, тем он выгоднее с точки
зрения лобового сопротивления машины в полете. Однако свободно-
несущее монопланное крыло требует толстого профиля для размеще-
ния в нем лонжеронов достаточной высоты, чтобы поддержать консоль-
ную часть крыла.
Важно отметить, что положение центра тяжести машины никогда
не должно выходить за пределы перемещения центра давления крыла
при изменении скорости от посадочной до максимальной. Другими
словами, веса в самолете должны быть размещены таким образом,
чтобы центр тяжести машины находился всегда внутри пределов про-
дольного перемещения центра давления. С первого взгляда это может
показаться очень легко достижимым, однако для транспортных само-
летов схема конструкции должна быть очень тщательно обдумана и
рассчитана благодаря тому, что оплачиваемый багаж пассажиров,
грузы и т. п. располагаются на значительной части длины самолета,
и в зависимости от величины этого груза положение центра тяжести
может довольно сильно меняться.
Целью, к которой должен стремиться конструктор, является воз-
можно меньшее перемещение центра тяжести. В хорошей конструк-
ции положение центра тяжести машины в пустом виде и при полной
нагрузке должно изменяться не больше, чем на 0,05 длины средней
аэродинамической хорды. Этого, конечно, можно достигнуть не во
всяком типе конструкции, и в некоторых случаях для сохранения
надлежащего положения центра тяжести требуется забирать с собой
балласт.
Высота оперения над поверхностью воды. По приня-
той в Англии практике хвостовая часть летающей лодки обычно сильно
приподнята вверх как для того, чтобы стабилизатор находился в струе
винта, так и для достижения достаточного расстояния между гори-
зонтальным оперением и поверхностью воды. По схеме, примятой
в Америке, корпус лодки оканчивается непосредственно позади нто-
рого редана, а хвостовое оперение устанавливается на специальной
„хвостовой ферме“. Приверженцы этой схемы считают, что она дает
значительную экономию в весе лодки. Однако для точного сравне-
ния этой схемы с обычной еще слишком мало данных.
Плечо хвостового оперения, или расстояние от центра тяжести
машины до шарниров рулей, для летающей лодки должно быт* or
2,5 до 3 средних аэродинамических хорд крыла.
Обзор и положение летчика. При выборе места для летчика
желательно, кроме обычных требований хорошего обзора, учитывать
также и то обстоятельство, что если он будет находиться вне пло-
Фиг. 3. Положение центра тяжести относительно редана.
скости вращения винтов, то это уменьшит его утомление от шума,
а также предохранит его от опасности в случае разрыва лопасти
винта.
Соединение крыльев с корпусом лодки. Вследствие
очевидной важности способа крепления крыла к корпусу лодки общая
схема этого крепления должна определяться в самом начале проек-
тирования, так как на внутреннее устройство кабин может сильно
повлиять расположение по длине лодки усиленных шпангоутов, вос-
принимающих силы, действующие на крылья.
Положение подкрыльных поплавков. Способы опреде-
ления размеров и положения подкрыльных поплавков, необходимых
для достижения достаточной поперечной остойчивости лодки на воде,
подробно описаны в главе „Остойчивость лодки“.
Положение и размеры подкрыльных поплавков должны быть из-
вестны до окончательного расчета на прочность крыла.
Положение центра тяжести относительно редана.
Положение центра тяжести гидросамолета относительно главного
редана имеет чрезвычайно большое значение и сильно влияет на
чистоту пробега машины и на ее взлетные качества. На фиг. 3 пока-
ааио типичное для^Англии^ ^ЖВМНО.?краспрлржедцр редацрд я ..Центра
тяжести машины/
Для каждого нового типа угол диферента должен обязательно
промеряться опытами в канале.
В американской практике в случае обычной схемы лодки (фиг. 4)
принято располагать редан на значительном расстоянии позади центра
тяжести лодки. Этот вопрос более подробно изложен в главе „Расчет
лодки".
Установка хвостового оперения. Как можно наблюдать
на практике, для большинства летающих лодок угол атаки стабилиза-
тора может изменяться в полете в пределах от 3 до — 3° от нор-
мального угла его установки. Цель этой регулировки — компенсация
перемещения центра давления при различных режимах полета (мотор-
ный, планирование), а также компенсация перемещений центровки
Фиг. 4. Положение центра тяжести относительно редана.
в случае перемещения пассажиров в кабине. Другими словами, целью
этой регулировки является доведение давления на ручку управления
до возможного минимума.
Обычно регулировка угла установки стабилизатора производится
при помощи ручного штурвала, находящегося сбоку сиденья пилота,
который приводит в действие винтовой механизм, в свою очередь
толкающий или тянущий стабилизатор вверх или вниз на необходи-
мое расстояние. Этот механизм может действовать на задний лон-
жерон стабилизатора в случае, если шарнирное крепление находится
у переднего лонжерона, или наоборот.
На практике применяются оба метода, и выбор того или другого
в значительной мере зависит от конструкции хвостовой части той
или иной лодки.
ГЛАВА II
КОНСТРУКЦИЯ И РАСЧЕТ КОРПУСА ЛОДКИ
Если формы и конструкция лодки гидросамолета недостаточно
хороши, то машина никогда не сможет подняться в воздух и пока-
зать свои аэродинамические качества. Таким образом при проекти-
ровании любого гидросамолета свойства самой лодки играют перво-
степенную роль.
Фото IV Лодка ТА 3 на якорной стоянке
В настоящей главе предполагается дать краткое описание типов
лодок, широко распространенных в Англии, и указать основные при-
чины их успеха. Описание касается главным образом лодок с V-об-
разным днищем и двумя реданами, изготовляемыми или из дуралю-
мина или из алькледа.
Общие принципы конструкции. Размеры корпуса
Размеры лодки диктуются главным образом степенью мореход-
ности, которая требуется от данного типа машины, так как совер-
|<>
шенно ясно, что лодка, работающая на реках, не требует той же
высоты надводного борта (т. е. расстояния от грузовой ватерлинии
до палубы), как лодка, работающая в условиях открытого моря. Для
транспортных машин необходимый запас пловучести обычно прини-
мается порядка 500%. Удобства пассажиров, высота кабины и т. д.
Ч1сто являются основными факторами, определяющими конструкцию
корпуса лодки.
Длина корпуса
Длина части лодки от носа до переднего редана должна быть до-
статочной, чтобы предотвратить тенденцию машины к зарыванию
Фиг. 5. Основные размеры лодок в завйсимости от водоизмещения.
или, иными словами, объем, расположенный впереди ох центра водо-
измещения, должен быть таков, чтобы передняя часть лодки при по-
гружении давала восстанавливающий момент, достаточный для того,
чтобы погасить получающийся при рулежке момент тяги винта и
удержать нос лодки от зарывания.
Расстояние между реданами определяется: 1) высотой центра тя-
жести над грузовой ватерлинией, 2) высотой расположения винта,
величиной тяги и подъемной силой хвостового оперения при соот-
ветствующем учете обдувки его струей винта.
Полная длина корпуса для моноплана больше, чем для биплана,
причем расстояние от центра тяжести гидросамолета до шарниров
рулей должно быть примерно^-в-тр«—рева бельи*е~«ередагей «хорды
крыла. |
2 Пнк J4 7Ш — Mviipo В.
Г€Л | и
Ширина лодки
Определение необходимой ширины лодки является обычно ис-
ходным пунктом при проектировании любого нового типа 1идроса-
молета. Эта величина может быть определена из следующей фор-
мулы:
В = 0,132}/Л>,
где В — ширина лодки в м и D — водоизмещение в кг.
Устойчивый бег имеет первостепенное значение, так как даже не-
большие изменения угла диферента вызывают значительные изме-
нения в величине смоченной поверхности.
Фото V. Разбег лодки ТА-3.
Реданы
По мнению автора, имеющего некоторый опыт в проектировании
лодок различных типов, лодка с двумя реданами более устойчива
при беге, чем однореданная. Лодки с одним реданом отличаются
большей управляемостью при отрыве, но, с другой стороны, они
более склонны к значительным продольным колебаниям при беге^
чем двух реданные. В Америке, где однореданный тип лодки однО[
время являлся стандартным образцом, в настоящее время наблю-.
деется переход к двухреданной конструкции, причем задний редан
делается продольным, как, например, у амф. бии Сикорского и Фо
кера. Этот тип лодки, хотя и гораздо более остойчив при беге, в
же но дает вполне чистой пробежки. Продольный редан очень *
благоприятно отражается на водяном сопротивлении.
Днище лодки между реданами имеет небольшой наклон отн.
18
тсльно продольной оси само-
лета (фиг. 6) и удерживает
машину во время разбега на
определенном угле атаки до
тех пор, пока гидросамолет
не приобретет большой ско-
рости, которая делает его
управляемым. Это стабили-
зирующее действие заднего
редана избавляет пилота от
необходимости очень внима-
тельно управлять машиной
при взлете.
Ия этого, конечно, не сле-
дует, ч'1 о взлетная скорость
должна быть велика. Малая
взлетная скорость и малая
длина пробега при взлете
чрезвычайно желательны.
В тех случаях, когда лодкам
приходится взлетать с по-
верхности реки или озер,
эти пожелания являются ос-
новными. Кроме того, в бур-
ную погоду опасность по-
вреждения лодки от ударов
волн становится тем меньше,
чем меньше время, требую-
щееся для взлета. Но так
как эти требования нахо-
дятся в противоречии с тре-
бованиями грузоподъемно-
сти, то обычно приходят
к некоторому компромиссно-
му решению, удовлетворяю-
щему условиям данного част-
ного случая и условиям ра-
боты.
Был ряд попыток к созда-
нию лодок совсем без редана,
гак как ясно, что ступенча-
’ость, вызываемая наличием
зеданов, требует особого вни-
мания от конструктора, что
* свою очередь влечет за со-
й лишний расход времени,
вышение стоимости и уве-
ение веса конструкции,
•ме того, редан создает
явочное лобовое сопро-
|Q
тивление машины в воздухе за счет увеличения коэфициента лобо-
вого сопротивления лодки. Однако, несмотря на все эти существен-
ные соображения, редан все же является необходимым. Назначение
редана состоит, во-первых, в том, чтобы уничтожить подсасывающее
действие воды при разбеге, тем уменьшить водяное сопротивление
и дать возможность лодке „отлипнуть** от воды: во-вторых, умень-
шить диапазон перемещений динамической подъемной силы воды и,
следовательно, моменты, создаваемые ею, т. е. сделать лодку управ-
ляемой во время разбега, так как противодействовать моментам во-
дяных сил, действующих на безреданное днище лодки, при помощи
одного лишь горизонтального хвостового оперения невозможно. На-
сколько известно, ни одной удачной летающей лодки, не имеющей
хотя бы одного редана, до настоящего времени построено не было.
Глиссирующая часть днища
V-образная форма глиссирующей части днища предпочтительнее
плоской, так как она лучше поглощает удар при посадке и, кроме
того, может обладать равной прочностью с плоской формой днища
при значительно меньшем весе.
Килеватость лодки или угол, образуемый килем и двумя скулами,
подбирается соответствующим образом для придания лодке надле-
жащей динамической остойчивости и улучшения взлетных характе-
ристик. Чистый пробег достигается при помощи некоторой вогнуто-
сти днища передней части лодки.
Определение обводов лодки
Для выбора обводов лодки, которые бы обеспечили чистый и
устойчивый бег и хорошие взлетные качества, существует много раз-
личных формул. Однако, повидимому, наиболее надежным является
способ, применяемый в кораблестроении, заключающийся в исполь-
зовании в качестве основы нового проекта обводов какой-либо из-
вестной из более ранних удачных конструкций и испытании получен-
ной таким образом модели в бассейне. Однако при проектировании
лодки какого-либо совершенно нового типа, обводы которой являются
в своем роде единственными и где использовать в качестве основы
какие-либо уже известные формы не представляется возможным, мо-
дель следует вырабатывать методом последовательного приближения,
путем испытаний и исправления обнаруженных дефектов, не упуская/
при втом из вида приведенных выше основных принципов.
При проектировании лодки обычного типа конструктор може'Г
придерживаться известных соотношений, которые могут считаться^
достаточно надежными, так как они основаны на уже известных дану
ных поведения целого ряда испытанных конструкций.
Этими основными соотношениями являются:
1. Отношение ширины лодки к водоизмещению.
2. Отношение длины носовой части к расстоянию между реданами
3. Отношение длины к ширине.
4. Расстояние между реданами.
20
На фиг. 5 дан график этих величин, могущий служить ориенти-
ровочной основой для конструктора при проектировании нового типа
лодки. Приведенные здесь кривые представляют собой средние дан-
ные для большого количества известных удачных конструкций летаю-
щих лодок.
1. Максимальная ширина (в лг) взята равной корню кубичному из
водоизмещения (в кг), умноженному на 0,132:
В = 0,132 £7).
2, 3 и 4. Эти размеры выведены при помощи множителя, равного
корню кубичному из отношения водоизмещений. Например, если полное
водоизмещение какой-либо лодки равно 2700 кг при ширине в 1,85 м,
тогда ширина новой лодки с полным водоизмещением в 3650 кг
3650
V 2700 ’
будет: 1,85
Соотношения высот киля над строительной горизонталью, высот
скул, полуширины скул и всех других линейных размеров точно
так же определяются на основании соответствующих данных для
3/ Oz-CQ
какой-либо известной лодки путем умножения их на 1/ .
Нагрузка на единицу мощности и на единицу поверхности крыла
должна быть примерно одинаковой для обеих лодок.
Полученные таким способом обводы дадут форму лодки, характе-
ристики которой будут очень близки к соответствующим характери-
стикам оригинальной лодки. Однако прежде чем приступать к проек-
тированию, желательно провести испытания модели в бассейне. Выше-
указанный метод определения пропорций новой лодки можно считать
одним из быстрейших способов получения достаточно хороших обво-
дов, которые могут быть окончательно исправлены путем испытаний
модели в бассейне.
На фиг. 6 даны обводы одной из лодок: верхняя часть лодки
представляет собой простейшую форму, и для того чтобы отвечать
требованиям новой проектируемой машины, эта часть должна быть,
конечно, соответствующим образом видоизменена. Обводы же глис-
сирующей части днища дали хорошие результаты на практике; од-
нако более резко выраженная кривизна днища у скулы даст, неви-
димому, еще более чистый пробег.
На фиг. 7 приведена таблица основных размеров теоретического
чертежа для обводов, данных на фиг. 6.
Шаблоны для глиссирующей части диища
При построении обводов вогнутого V-образного днища можно
пользоваться шаблоном. Им можно пользоваться и при построении
обводов лодки в натуру: помимо того, что он обеспечивает большую
точность, он дает также значительную экономию в работе и времени
чертежно-конструкторских бюро и мастерских. Например, на каждом
чертеже отдельного шпангоута или переборки точки баттоксов (сече-
ния параллельные диаметральной плоскости лодки) могут быть опу-
щены, и работник может пользоваться шаблоном. Это означает, что
Обводы корпуса и шпангоутов (размеры оставлены в дм.)
Точка Рас- стояние до носа Рас- стоя- ние до кормы Общие данные Полу- ширина по скуле Ра- диус палу- бы
Киль Шпангоуты, 7,42" Скула Палу- ба
В1 В2 ВЗ В4
Фор- ште- вень —W — 43,37 43,37 5" радиус 5" радиус —
10 10 13,25 29,30 37,70 54,3 13,1 13,1
2 3 20 10 6,90 18,75 27,20 32,00 57,1 20,2 20,2
1 30 10 4,85 13,00 20,55 26,2 27,75 58,65 25,25 25,25
2 60 30 2,85 7,45 12,20 15,75 19,00 20,20 60,00 32,9 30
3 90 30 1,90 5,80 9,40 12,60 15,20 16,60 35,3 "1 30
4 5 120 30 1,25 4,80 8,10 10,90 13,25 14,60 35,8 30 \
150 30 0,45 3,75 6,80 9,50 11,8 13,2 35,12 30
6 169,25 19,25 0 3,20 6,20 8,90 ИД 12,45 34,30 30
3,83 16,00 34,70
7 190 20,75 5,60 17,20 31,7 30
8 210 20 7,60 <- 18,40 29,6 29,6
9 24 30 11,00 <— -> 20,50 26,1 26,1
10 270 30 14,60 <- 22,60 22,00 22,СО
11 300 30 17,75 -> 24,65 18,62 18,62
12 330 30 20,50 <- -> 26,45 • 15.8 15,8Э j
13 347 17 21,90 <- -> 27,30 14,60 13.72
26,75 31,90 13,72
14 360 13 39,40 — 34,10 12,65 12.65
«• 15 390 30 38,55 41,10 ЛЛ о 10,00 10,00
9'
16 420 30 46,75 “> 48,2.) 55,40 С 6,4 6,4
/5,0
440 эо 55,00 2,0 | WWW 2,0 vokb-la.spb.ru
ФИ1 г. 7.
он должен нанести лишь точки киля и скулы вместо шести или восьми
точек баттоксов, как это обычно бывает, без пользования шаблоном-
Шаблон в натуру изготовляется из стальной пластины № 16 (см.
спецификацию листового материала).
На фиг. 8 дана диаграмма водоизмещения при грузовой ватерлинии
(строевая по штангоутам). Каждая из ординат 7, 2, 3 и т. д. дает
в соответствующем масштабе смоченные площади шпангоутов 1, 2, 3.
Площадь строевой по шпангоутам представляет водоизмещение при
грузовой ватерлинии. Центр величины (центр тяжести погруженного
объема) определяется путем вырезания кривой, данной на фиг. 8, из
достаточно прочного картона и свободного подвешивания ее пооче-
редно в каждой из точек А, В, С. В каждом случае от точки подве-
шивания наносится линия отвеса, и та точка, где все эти линии
пересекаются, и будет центром величины. Такой способ может
показаться с первого взгляда грубым, но на деле он дает вполне
Фиг. 8. Строевая по шпангоутам для грузовой ватерлинии.
надежные результаты. Опыт подтверждает, что для всех практических
целей вышеуказанный способ приводит к тем же результатам, что
и подсчет водоизмещения при грузовой ватерлинии и положении ц. в.
по правилам Симпсона.
Испытание моделей в бассейне
При испытаниях моделей в бассейне обычно нельзя учесть таких
существенных моментов, как посадка, со всеми имеющими при этом
место явлениями и поведение машины непосредственно при взлете.
Но так как небольшие изменения в форме глиссирующей части днища
оказывают сильное влияние на результаты, то испытания моделей
в бассейне выявляют наилучшие формы с точки зрения водяного
сопротивления и возможно более чистого бега. Испытания моделей
пфлавков без применения прибора для искусственного волнообра-
зования дают наихудшие условия в отношении динамической устой-
чивости. Устойчивость при глиссировании улучшается, если поверх-
ности воды слегка покрыта волнами.
Положение крыльев относительно лодки
Одним из наиболее важных результатов испытания моделей в бас-
сейне является определение наилучшего угла установки крыльев
и дифсрента для данной конструкции. Сумма установочного угла атаки,
2*1
www.vokb-la.spb.ru
угла между реданами и прибавки на оседание кормы в 2° должна быть
на 2 или 3° меньше угла атаки, соответствующего CVmi для выбран-
ного профиля крыла (фиг. 3). тл*
Для транспортных машин взлетные качества считаются наиболее
важными, и угол установки крыльев подбирается так, чтобы наилуч-
шим образом удовлетворять условиям взлета.
Взлет. Для подсчета времени и длины разбега при взлете необхо-
димо знать следующие величины: 1) располагаемую тягу винта, 2) во-
дяное сопротивление лодки, 3) аэродинамическое сопротивление гидро-
самолета, 4) площадь крыльев. Водяное сопротивление достигает
максимума примерно на 40% скорости отрыва.
Фого VI. Гидросамолвт Блекборн „Iris*.
На всех скоростях вплоть до отрыва полное сопротивление гидро-
самолета складывается из водяного и воздушного сопротивлений. На
том же графике наносят кривые тяги винта. Разность между распо-
лагаемой тягой и полным лобовым сопротивлением на любой скоро-
сти дает избыток тяги, идущий на ускорение движения гидросамолета,
исходя из которого можно подсчитать время и длину разбега при
взлете. Определение обводов лодки и проверка или видоизмене-
ние их при помощи испытаний моделей в бассейне представляет собой
первую стадию проектирования лодки. Когда обводы выявлены,
обычно вычерчивают их в натуру для окончательного сглаживания,
а затем уже в связи с общей схемой машины последовательно раз-
рабатывают: 1) конструкцию лодки, 2) прочность лодки, и 3) попе-
речную остойчивость гидросамолета.
ГЛАВА III
ПРОЧНОСТЬ лодок
Только за последнее время наблюдались серьезные попытки выро-
ботать метод определения нагрузок, действующих на лодки гидро-
самолетов, которые дали бы возможность конструктору достигнуть
необходимой прочности при минимальном весе конструкции.
В течение целого ряда лет конструкции дуралюминовых лодок
вырабатывались по методу последовательных приближений путем
постепенного уменьшения в некоторых местах излишнего веса и уве-
личения прочности в местах, выявленных практикой эксплоатации
машин.
Тщательное исследование прочности какой-либо известной удачной
конструкции представляет собой сравнительно простой способ притти
к определенным основным выводам и предположениям о дальнейшей
работе.
В США был собран материал (на основании результатов испы-
таний лодок в натуру) для определения давлений на глиссирующую
часть днища, а также их распределения и продолжительности. Резуль-
таты этих опытов приведены в NACA Report № 346, причем приве-
денные там цифры представляют собой величины действительных
давлений, зарегистрированных при 70 различных посадках.
Однако в отчете имеются указания на то, что приведенные резуль-
таты зависят от переменных величин, из которых основными явля-
ются: 1) расстояние между реданами 2) длина передней части лодки,
3) ширина лодки, 4) угол килеватости, 5) наклон килевой линии
передней части лодки.
Так как гидросамолет, с которым производились вышеуказанные
опыты, в основных пропорциях отличается от типичной английской
лодки, то было бы чрезвычайно желательно иметь подобные же дан-
ные испытаний в натуру английской лодки с целью определения раз-
личий в величине давлений на днище в зависимости от конструкции
и обводов лодки.
В Англии и Америке расчетные случаи для лодки гидросамолета
в общем аналогичны, но в Англии до настоящего времени официаль-
ных норм для получения свидетельства о пригодности к полетам не
было опубликовано.
Ниже приведены выдержки из соответствующих американских норм
(изданных „Department of Commerce Airworthiness").
Лодки и поплавки гидросамолетов
Лодки гидросамолетов должны быть рассчитаны на следующие
случаи
Посадка. Машина должна быть в таком положении, чтобы ось
пинта была горизонтальной, причем предполагается, что она поддержи-
вается вертикальной гидростатической силой, распределенной по пло-
щади днища, расположенной впереди редана до точки, лежащей на
половине расстояния между реданом и передним концом нормальной
грузовой ватерлинии.
Эта площадь может быть в виде прямоугольника, ширина которого
равна ширине днища у редана. Нагрузка на эту поверхность должна
Фото VII. Вариант лодки ТА-3 (амфибия).
быть распределена таким образом, чтобы ее величина была на 50%
больше у киля, чем у скулы, и на 50% больше в сечении у редана,
чем в переднем сечении. Объем полученной таким образом распре-
деленной нагрузки, на основании которого может быть подсчитана
интенсивность этой нагрузки, должен быть равен полному весу само-
лета, умноженному на коэфициент перегрузки порядка 8, т. е:
8G = ||pBL,
где G — полный вес самолета в кг, р — интенсивность нагрузки у скулы
В переднем сечении в кг 1м2, В — ширина у редана в м, L—длина гру-
аоиой ватерлинии впереди редана в м.
Можно положить, что равнодействующая этой нагрузки находится
«а киле на расстоянии 4/)б L от переднего края нагрузки и проходит
через центр тяжести машины. Силы веса и силы инерции всех частей
самолета будут действовать в направлении, параллельном равнодей-
ствующей силе воды,
аа
Плавание. Предположим, что лодка плавает на трохоидальной
волне, длина которой равна длине нормальной грузовой ватерлинии,
а амплитуда—одной двадцатой этой длины. Мы будем брать лодку
в положении, когда она находится между двумя вершинами волн. Если
форма лодки такова, что ее зареданная часть может дать значитель-
ную гидростатическую силу, длину волны надо брать равной полной
длине лодки вместо длины нормальной грузовой ватерлинии. Располо-
жить волну надо так, чтобы центр вытесненного лодкой объема воды
Фиг. 9 Схема расчета на прочность лодки гидросамолета Случай посадки Срезы-
вающие и изгибающие моменты при нормальной нагрузке
лежал примерно под центром тяжести машины. Для этого расчетного
случая следует брать коэфициент разрушающей • регрузки порядка 3.
Днища лодок или поплавков гидросамолетов , лжны быть рассчи-
таны таким образом, чтобы выдерживать без ос ающихся деформа-
ций нагрузку по меньшей мере в 5600 кг^м2 на часть днища, которая
находится между передним реданом и сечением, расположенным на
расстоянии 25% длины носовой части лодки, считая от редана Для
части днища от этого сечения до сечения, расположенного на рас-
стоянии 75% длины носовой части лодки, нагрузка должна прини-
маться не меньше 2800 кг/л/2. При расчете носовой части лодки сле-
дует уделить должное внимание возможному удару лодки о какой-
либо плавающий на поверхности воды предмет. Для отрезка днища
между первым и вторым реданом нагрузка должна приниматься не
27
www.vokb-la.spb.ru
меньше 2800 В случае однореданной конструкции эта нагрузка
должна распространяться на часть днища, находящуюся между реда-
ном и сечением, расположенным на 50% длины задней части лодки.
11ользуясь этими нормами, рассчитывают условия посадки и пла-
нами я, причем срезающие силы и изгибающие моменты подсчиты-
вают, как показано в помещенной ниже таблице. Эпюра срезывающих
сил и изгибающих моментов представлена на фиг. 9 для лодки весом
примерно 2700 кг.
Расчет лодки — условия посадки. Подсчет изгибающего момента
и срезающих сил
Сечение Срезающее усилие кг Момент М — f Qdx с кгм Сечение Срезающее усилие кг Момент M = /Qdx-{-c кгм
1 2 3 4 5 6 7 1 58 126 137 146 162 1165 1195 0 354 950 1750 1950 2860 12800 8 9 10 И 12 13 14 1435 1100 1050 390 63 59 13 5СО 9350 6 530 4 930 4190 2640 10
Так как изгибающий момент в се-
чении 14 должен равняться нулю, то
ошибка 100 • —0,074%.
Вышеуказанные значения изгибаю-
щего момента и срезывающих усилий
подсчитаны при предположении, что
вес лодки распределен не по всей дли-
не, а сосредоточен в центре ее тяжести.
Это предположение дает при расчете
ошибку в перерезывающих силах и из-
гибающих моментах, но ошибку неболь-
шую, так как основные компоненты веса
лодки (глиссирующей части днища, пе-
реборок, поддерживающих крылья и
шасси, киля и т. д.) расположены вблизи
равнодействующей водяных сил.
Фиг. 10. Поперечное сечение лодки.
'JH
Фиг. 11. К определению момента
инерции сечения лодки.
Теперь переходим к расчету на прочность лодки в месте макси-
мального изгибающего момента при данных условиях посадки.
Сечение лодки в этом месте показано на фиг. 10. Расчет произво-
дится так: учитываются только части лодки, идущие непрерывно по
длине ее, — листы обшивки, киль, уголок скулы и неразрезанные стрин-
гера.
Элемент лод Площадь сечения эле- мента 1' сла Расстояние до линии отсчета R см FR CJH3 R^R — x I=FR^ см1
Киль 3,41 - 7.6 — —
1 1,91 8,9 — —
2 1,91 20,5 - -- —
3 1,91 30,5 —
4 1,91 40,5 —
5 0,83 55,0 « —
6 0,83 85,0 — —-—
7 0,83 121,0 —. -—
8 0,83 138,0 — —
9 0,°3 140,0 ——
10 0,40 140,0 —
Боковая об-
шинка . . 13,60 93,0 — —
Палуба • . 9,50 138,0 — —
I лиссирую-
щая часть
днища . . 23,00 25,5 — —
Угол скулы 1,45 51,0 — —
2=63,15 2 = 3980 2=138 0С0
- 3980
л==ад=63 см
Л = 142,3 — 63 = 79,3 см.
I = 138 000 ел/4 (см. фиг. 11),
hjz 138 000
верхи ~
138000
нижн —
слА
си8.
о -
верхи гил
верхи
кг/см2
^изг I о
°ИИЖН Кг1СМ~
нижи
Наиболее экономичным является такое распределение материала,
при котором х равен 57% -Ц так как в этом случае напряжению рас-
тяжения в 3150 кг/см2 соответствует напряжение сжатия в 2350 кг/см*-
2)
По американским нормам расчета на прочность лодочных гидро-
самолетов наибольший изгибающий момент дает описгяный случай
посадки. За ним идут случаи полета на больших углах атаки и дрейфа.
Плавание на двух волнах дает наименьший изгибающий момент из
всех перечисленных случаев.
Несмотря на отсутствие каких-либо официальных английских
данных для сравнения с американскими, все же можно отметить, что
случай посадки на две волны, обычно принимаемый при расчете
английских лодок, дает изгибающий момент, примерно в 1,6 раза
больший получаемого по американским требованиям.
При определении прочности лодки полезно накладывать диаграммы
изгибающих моментов для каждого расчетного случая одну на дру-
гую, и затем путем осмотра лодки выбрать ряд сечений для расчета
на прочность. Расчет ведется описанным выше методом, причем
соответствующий выбранному сечению изгибающий момент берется
прямо с диаграммы.
Следует самым внимательным образом следить за прочностью
р^|Инов и вырезов.
Конструкция
Толщина обшивки днища и расстояние между подкрепляющими
стрингерами определяются путем тщательного исследования прочности
плоской пластинки, нагруженной силами, соответствующими давлению
воды. Этот момент является одним из основных при расчете лодки н
прочность, и все расчеты должны проверяться путем испытани
соответствующих листов обшивки для устранения возможности выпу-
чивания.
Шпангоуты должны рассчитываться как стержни, опертые на
скулу и палубу, сжатые силой, равной перерезывающей силе, взятой
из диаграммных срезывающих усилий1. Нижняя часть шпангоута
должна быть рассчитана на изгиб.
Основные шпангоуты, к которым крепятся лонжероны, нагру-
жаются силами, передаваемыми с узлов крепления крыла. Эти силы
уравновешиваются силой реакции воды, приложенной к донной части
шпангоутов.
Действительные нагрузки в месте крепления крыла будут, конечно,
изменяться в зависимости от особенностей данной конструкции, но,
вообще говоря, рекомендуется подсчитать и составить таблицы нагру-
зок для всех случаев посадки и полета.
Узлы крепления крыльев к лодке должны также рассчитываться
на горизонтальные инерционные силы, возникающие при разворотах
машины.
Боковая нагрузка на вертикальное оперение
Необходимо проверить на прочность хвостовую часть лодки,
которая от нагрузок на вертикальное и горизонтальное оперение
работает на изгиб и кручение.
1 Если имею гея диагональные стержни по бортовой обшивке. В случае отсутств1я
таковых, стойки шпангоутов должны рассчитываться по Вагнеру. Прим. ред.
Нагрузка от вертикального оперения передается через основной
вертикальный киль на хвостовую часть лодки и распространяет свое
действие до главного шпангоута заднего лонжерона крыла (для рас-
сматриваемой лодки последний находится примерно на расстоянии
6,5 м от колонки киля).
Ось жесткости лодки предполагается лежащей на * половине
высоты лодки, и напряжения как
определяться через каждые 1,5 м
лонжерона.
Предполагается, что основные
шпангоуты лодки перпендикуляр-
ны строительной горизонтали и что
ось жесткости будет во всех сече-
ниях параллельна этой горизонта-
ли и проходить на половине вы-
изгиба, так и кручения должны
до главного шпангоута заднего
Фиг. 13. Сечение лодки по шпангоуту, рас-
положенному на 0,4 м от колонки киля.
Фиг. 12. Расчетные нагрузки на вер-
тикальное оперение.
соты рассматриваемого сечения. Боковая нагрузка на вертикальное
оперение равна 390 кг (852 фунт.) (фиг. 12).
Первое из рассматриваемых сечений лодки расположено на рас-
стоянии 6 м от шпангоута заднего лонжерона крыла и на расстоянии
0,4 м — от колонки киля (фиг. 13).
Шпангоут заднего лонжерона крыла находится на расстоянии
60% хорды от передней кромки. Подсчет ведется по приводимой-
ниже таблице.
Расстояние до шпангоут зад- него лонжерона крыла м Плечо кру- тящего мо- мента м Плечо изги- бающего момента м Скручиваю- щий момент KIM Изгибающий момент KIM
6,10 1.19 0.38 460,0 147,0
4,58 1,34 1,81 516,0 735,0
3,05 1,57 3,43 604,0 1323,0
1.53 1.71 4,95 658,0 1909,0
0 1,83 6 48 704,0 2502,0
Для определения главных напряжений находят напряжение кру-
чения:
~__ ^kj>
Г" т~ &(Г+ТУ ’
где F— площадь по внешнему контуру обшивки,
S — площадь по внутреннему контуру обшивки.
Когда 8 мало, F=FX и т= •
Т- Напряжение изгиба:
£
главное напряжение:
Фиг. 14. Обозначения а -I- •» // с А2 ।
размеров сечения. 2 Г \ 2 / 1
Наибольшее касательное напряжение равно |/ Г-^-Y 4"г3.
Подсчет для взятых сечений (см. фиг. 14) ведется по нижесле-
дующей таблице: ____________________________
Расстояние до шпангоута заднего лонжерона крыла (сл) 610 458 305 159 0
Т 15,75 24,10 31,0 39,40 49,50
S .... 45,5 80,10 104,0 126,0 137,0
d 0 19,0 24,0 33,10
В 15,75 24,1 35,6 52,4 64,2
7* -|- В ... 31,5 48,2 66,6 91,8 113,7
Jyy 2100,0 8 750,0 20680,0 47 600,0 800,000
133,0 364,0 582,0 900,0 1250,0
^изг 147,0 735,0 1325,0 1910,0 2500
ст ^изг 2 21Г 0,55 1,01 1,27 1,06 1,0
кР 460,0 516,0 604,0 656,0 705,0
Т = е о (Fi-FJ 176,0 72,3 44,3 28,8 22,2
cmaxj нагрузка . 185,0 124,0 122,0 108,8 103,0
^тах» » ........ 240,0 225,0 236,0 211,0 204,0
Допустимая нагрузка на обшивку лодки:
сшах = 1200 KijcM2
Tmax = 800 KI[CM-
Коэфидиент запаса прочности
Сечение 20 15 10 5 0
Коафициент запаса прочности на сжатие 4,9 5.2 5,0 5,5 5.7
Ковфициемт еапаса прочности на сдвиг 32 4,2 6,3 6,4 7,2 WWV 7,6 n.vokb-la.spb.ru
ГЛАВА IV
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЛОДКИ ГИДРОСАМОЛЕТА
При проектировании лодки обычного типа конструктор подготов-
ляет чертежи или эскизы с указанием необходимых размеров на осно-
вании предшествующего опыта. Размеры, указанные на этих чертежах,
являются основой для расчета на прочность лодки по методу, опи-
санному в гл. II, с целью проверки прочности и, если возможно, для
указания мест излишне прЛных и, следовательно, перетяжеленных.
Приводим весовой анализ металлической лодки весом 1800 кг для
справок.
Наименование детали
Процент от
общего веса
Обшивка палубы........................
Боковая* обшивка бортов...............
Глиссирующая часть днища..............
Киль.................................
Боковые стрингера.....................
Донные стрингера......................
Палубные стрингера ....
Уголки скул ..........................
Шпангоуты и переборки...........
Трущаяся часть киля...................
Уголки палубы..................... . .
Заклепка и краска............... . . .
Пол и сиденье............ ............
5,35
14,20
16,70
2,85
5,85
6,35
4,2
1,67
16,70
0,50
1,34
4,20
20,0
100,0
Чертежи должны заключать: 1) эскизы сечений по шпангоутам,
2) сечение в точке максимального изгиба лодки, 3) сечение лодки
у хвоста, 4) чертеж шпангоута, 5) чертежи водонепроницаемых пере-
борок, 6) чертеж киля, 7) конструкцию реданов.
На фиг. 15—32 включительно показаны детали лодки гидросамо-
лета полетным весом около 2700 кг.
На фиг. 33—39 даны те же детали для лодки весом примерно
и Q00O кг.
и
'I v Нр(< И
доковой вид
www.vokb-la.spb.ru
бимс
ЗаЖимы
(см фиг 1 Б)
Ьолть.
железные подкладки
Клосу
Пластина,
прижимающая бимс
Продольный швеллер
стапеля
Ушко из Железа К Ю,
приваренное к шаблону
Шаблон
поддерживающий раму
Фиг 17. Крепление шпангоуте к шаблону.
Заклепки и
диаметр /g
Шаг заклепок
пои водонепро-
\ницаемомшбе
Все Водонепроницаемые швы должны иметь прокладку
из тесьмы, смазанной специальным морским Клеем
Водонепроницаемый
шов адишвки
Шаг закле-
пок при Во-
^онепрони-
1 цаемом шве
Уголок скулы
В В
Фиг. 18 Заклепочные швы.
96
Фиг. 19. Верхняя часть киля.
Г
Фиг. 20. Киль у носовой части лодки.
Типы конструкции
Существуют два основных типа конструкций, применяемых в гидро-
самолетостроении. Один из них представляет собой смешанную кон-
струкцию, в которой шпангоуты и переборки лодки, а также некото-
рые внутренние части изготовляются из дерева, а наружная обшивка —
или из дуралюмина или из алькледа. Обшивка присоединяется к остову
при помощи специальных винтов, точно так же как и швы обшивки
делаются на винтах, а не на заклепках.
Фиг. 21. Часть киля со стыковым швом, уголками и дренажными отверстиями.
Этот тип конструкции имеет ряд преимуществ с производственной
точки зрения, например относительная дешевизна по сравнению
с цельнометаллическими конструкциями и удобство сборки. Тем не
менее этот тип постепенно вытесняется цельнометаллической кон-
струкцией, применяемой в настоящее время на всех заводах Англии.
Это объясняется тем, что цельнометаллическая конструкция при
равной прочности значительно легче, чем смешанная.
В судостроении также применяются два типа конструкций корпуса
судна, обычно называемые поперечной и продольной кон-
струкциями. Ясно, что при продольной системе продольные части
судна будут неразрезными, а при поперечной неразрезными будут
поперечные части, а продольные будут разрезаны между отсеками.
В конструкциях летающих лодок редко встречается последователь
www.v(J<b-Ia.spb.ru
ное применение
ной практике
какой-либо из этих двух систем; в обычной современ-
наблюдается тенденция оставлять переборки целыми
и разрезать все продольные
части между шпангоутами за
исключением киля.
Клепка
Гак как сварка дуралюмина
или алькледа не дает доста-
точной прочности и водоне-
проницаемости швов, то листы
обшивки лодки всюду кладутся
внакрой и швы соединяются
дуралюминовыми заклепками.
Особенно тщательно должны
делаться швы и стыки внеш-
ней обшивки лодки для обес-
печения полной ее водонепро-
и ницаемости. Это достигается
* несколькими способами: про-
2 кладкой специальной эмали
| между соприкасающимися по-
3 верхностями, прокладкой пакли,
g пропитанной специальным во-
® доустойчивым морским лаком,
о и очень частой клепкой. Для
g предохранения от коррозии ли-
« стовые соединения внутренних
частей перед клепкой покры-
еч ваются специальными покры-
Ь тиями.
в Детали типичных клепаных
соединений и необходимые раз-
меры заклепок для различных
частей лодки приведены на
фиг. 18—25.
В Англии обычно приме-
няются заклепки с выпуклой
головкой (фиг. 40), а в Аме-
рике—с плоской головкой (фиг.
41); и те и другие одинаково
хороши на практике, но приме-
нение последнего типа значи-
тельно удешевляет процесс
клепки, так как в этом случае
обычные обжимки, гнезда ко-
торых должны быть сделаны
очень точно и которые требуют
периодического осмотра для
www.vokb-la.spb.ru
того, чтобы их ободок не подрезал дуралюминовый лист, могут быть
заменены плоскими обжимками без гнезд.
Водонепроницаемые отсеки
Водонепроницаемые отсеки лодки считаются необходимыми в каче-
стве меры предосторожности на случай аварии; обычно принято делать
в лодке достаточное число водонепроницаемых отсеков во избежание
погружения лодки в случае, если какие-либо два из основных отсеков
будут затоплены до нормальной грузовой ватерлинии.
Реданы
Конструкция лодки вблизи реданов должна быть особенно тщательно
обдумана и рассчитана как в отношении прочности, так и в отноше-
нии водонепроницаемости. Так как обшивка и все стрингера днищ
• www.vokb-la.spb.ru
у редана разрезаны, надо обратить особое внимание на усиление
киля в месте редана и на соединения донных стрингеров, ,чтобы
компенсировать ослабление поперечного сечения.
Фиг. 25. Клепка обшивки лодки (приложима везде за
исключением киля).
Ширина развертки 2 %>"
Вес Шаг. фута длины о',155фунт.
Ширина развертки 2 гз/ел "
Вес 1пог. фута длины 0,Ю5фунт.
Фиг. 28. Детали крепления
моноплпнного крыла к лодке.
Фиг. <М>. Открытые профиля, усиливающие
глиссирующую часть днища.
-Ю
Для достижения достаточной прочности соединений между килем
и скулой необхо^^ам^^трименять сталь, Соответствующим образом
Фиг 27. Детали крепления крыла биплана к лодке.
защищенную от коррозии при помощи плакировки кадмием. Изготов-
лять угловые скобы для реданов из дуралюмина на практике
оказалось невозможным (фиг. 39).
Фиг. 29. Шарнирные соединения дверей люков.
На фиг. 42 показаны элементы бортового набора, работающие
на сжатие в месте крепления лонжеронов.
41
Дренаж
В каждом водонепроницаемом отсеке лодки должны быть дренаж-
ные пробки, расположенные вровень с внешней обшивкой лодки
и легко открывающиеся. Кроме этого, все боковые кильсоны и стрин-
Фиг. 30. Замок двери люка.
сталь
Фиг. 31. Пуансон и матрица.
^Отверстие Ф в \
-V——
F А в С о £ угол- О
hi' .~U0( 1 - 005 /4 / >6 1" 2" 5°
2' ,5* ООО А - 005 2,'б lie" li" 5" 4е
2ь ^/•оос С*-ОМ г>96 2,6 2h" 31>" 4е
4к' 00L э/б-оя 4% 5564 5”б 6 Г 4°
б" Г5-ООИ JltrtW 6& 5& 6" 4°
Пуансоны и матрицы
для отверстий облегчения
гера должны обеспечить свободный сток воды к килю лодки, как
покпаано на фиг. 18; в шпангоутах следует .делать у киля вырез
(фиг. 34), чтобы дать воде стечь к перегородкам, имеющим дренаж-
ные пробки.
Деталь A
Усиливающий уголок
изб20, зокпеониФ-.
, 1 и с
шаг if
косынка из лги
NZO
уголки из NZO
деталь А, показыва-
ющая способ крепле-
ния палубных и бо-
кс вых стрингеров
Деталь В, показыва-
ющая способ крепле-
ния конных стрин-
геров
водонепроницаемый угол
Деталь В
Отбортовка-^-
Z образный, усиляющий профиль
5/я >г/г * Уо" заклепкиФУ8
шаг 1Уг"
ОтбортоВка %
Усиления как
но фиг. N26
Фиг. 32. Типичная водонепроницаемая переборка.
Уголок 3/4 *3/j "л NIB
Отбортовка 5/8 "
СтенКаиз№8
Отбортовка 5/в
Ава уголка
5/вх5/в"^1в
Иосынка из НЮ
Уголок З/4 х З/^х Н16
•Стенка из N18
Фиг. 34. Типичный шпангоут.
Усиления
швеллерного типа.
крепление бортового
стрингера
крепление стрингера
Стандартно^
отбортованные
отверстия
Обшивка палубы из ПВО
\ Все стыковые соединения и краяра-
\ботающей обшивки должны имела
двойной ряд заклепок
Полосовая обшивка киля из к 16
Обшивка днища!
U3N18 \
С
вековая обшивка из NВО
Фиг. 35. Обшивка по миделевому
сечению.
Вычерчивание обводов лодки в натуру
Следуя практике судостроения, обводы лодки вычерчиваются
в натуральную величину на плазе. Обводы, т. е. сечения по шпанго-
на фиг. 6, гл. И) аккуратно
у там, баттоксы и ватерлинии (как показано
Крепление Киля
ралубногс ,
О
юепление полу
° стрингера
Отбортовка 5^в
Стенка из N18
УгопоК 3/4* 3/4вхМб
Крепление бортового
стрингера
Стандартное облегчающее
отверстие
уголок % *3/4*N18
Фиг. 37. Детали соединения
шпангоута с килем.
Фиг. 36. Кормовой шпангоут.
'Крепление кильсона
Соковой стрингер
Ромбовидная ноНладКв
Фиг. 38. Соединения шпангоута со стрингером.
наносятся с чертежей, полученных из конструкторского бюро, и после
выглаживания передаются в чертежную, где уже должны быть тща-
тельно разработаны все детали лодки.
Работа по вычерчиванию обводов лодки в натуру на плазе чрез-
вычайно важна и заслуживает еще большего внимания, чем то, которое
ей уделяется в настоящее время. Путем тщательного построения
проекций можно получить точную форму любой части лодки и тем
самым избежать работ „по месту". Все части могут быть изготовлены
на верстаке и ждать подгонки при сборке.
Термическая и анодная обработка деталей
Так как конструкция деталей шпангоутов и водонепроницаемых
переборок, стрингеров, киля и т. д. в значительной мере зависит
от термической или анодной обработки материала, из которого они
изготовлены, то надо привести некоторые сведения по этому вопросу.
Фиг. 40. Заклепка Фиг. 41. Заклепка
с полукруглой го- с плоской голов-
ловкой. кой.
Термическая обработка дуралю-
мина и алькледа состоит из следую-
щих процессов: 1) отжиг, 2) нор-
мализация, 3) закалка.
Отжиг производится путем по-
гружения металла в соляную ванну,
нагретую до 380 Сс. В качестве солей обычно применяются в равных
долях азотнокислый натрий и азотнокислый калий. Сама ванна пред-
ставляет собой прочную стальную сварную конструкцию, обложен-
ную снаружи кирпичом. Размеры этой ванны должны соответствовать
деталям, подвергаемым отжигу.
Дуралюминовые листы погружаются в соляную ванну на 9—20 мин.
в зависимости от их толщины и после такого отжига хорошо под-
даются обработке, легко принимая нужную форму.
Когда „обработка" или придание металлу надлежащей формы
закончены, лист снова опускается в соляную ванну, причем на этот
раз температура раствора повышается до 480°. Следующий за этим
процесс быстрого охлаждения (закалка) в проточной воде полностью
возвращает металлу его первоначальные механические свойства.
Проточная вода, кроме того, очищает металл, смывая соли, остатки
которых могут впоследствии вызвать коррозию.
Анодная обработка металла обычно применяется как в Англии,
так и в Америке для предотвращения коррозии и имеет особенно
большое значение для гидросамолетов, работающих в морских усло-
виях. Коррозия дуралюмина происходит особенно интенсивно, если
он часто обрызгивается соленой водой.
Лльклед (плакированный дуралюмин) представляет собой дуралю-
мин, покрытый тонким слоем чистого алюминия с каждой стороны
листа; он обладает большей коррозиеустойчивостью по сравнению
с дуралюмином, не прошедшим анодной обработки, но тем не менее
он также очень часто подвергается такой же анодной обработке, как
и дюраль.
Во время процесса анодного окисления оксидируемый дуралю-
мин представляет собой анод, а катоды состоят из графитных пластинок,
которыми обвешена внутренность электролитической ванны.
Фиг. 42. Бортовой набор лодки.
По верху ванны на специальных изоляторах расположены медные
стержни, к которым на алюминиевой проволоке соответствующего
сечения подвешиваются обрабатываемые дуралюминовые листы.
Ток к этим медным стержням подается следующим образом:
1. Напряжение повышается постепенно от нуля до 40 V в тече-
ние 15 мин.
2. На этом уровне (40 V) напряжение поддерживается в течение
35 мин.
3. В течение 5 мин. напряжение повышается до 50 V.
4. На этом уровне напряжение держится еще 5 мин.
Металл после этого промывается в воде и тщательно высушивается
нагретых буковых опилках.
47
Сборка
Обычно постро йка лодки небольшого гидросамолета производится
в перевернутом положении на стапеле, чтобы обеспечить максималь-
ную точность и плавность обводов глиссирующей части днища. Этот
способ постройки лодки показан на фиг. 43.
Фиг. 43. Лодка на стапеле.
Металлические стапеля предпочтительнее деревянных, во-первых,
потому, что они лучше сохраняют форму, и, во-вторых, потому, что
они обходятся значительно дешевле в производстве.
Детали металлического стапеля для двухреданной лодки весом
2700 кг показаны на фиг. 15, 16 и 17.
Для больших лодок этот способ постройки неприменим, и в этих
случаях лодка строится в нормальном положении на стеллажах.
48
Порядок сборки лодки следующий: 1) установка киля, 2) установка
Переборок, 3) установка шпангоутов, 4) сборка стрингеров, 5) обшивка.
Если лодка подвергается анодной обработке, то все части пред-
варительно собираются и скрепляются болтами, чтобы проверить
правильность пригонки, а затем снова разбираются и проходят
пышеописанный процесс обработки, после чего производится оконча-
тельная сборка. Этой двойной сборки можно избежать лишь путем
постройки соответствующей ванны для обработки всей лодки целиком,
что в случае массового производства лодок одного и того же типа
явится лишь вопросом экономической целесообразности.
Фиг. 44. Неотъемный киль.
Несмотря на то, что процесс анодной обработки деталей связан
с лишними расходами, он оправдывает себя и в настоящее время
получил всеобщее применение на практике в качестве стандартного
процесса.
Отверстия для облегчения конструкции
В обычном типе летающих лодок надлежащее отношение веса
и прочности достигается путем облегчения многих частей вырезанием
лишнего материала,—обычно пробиванием отверстий. В случае при-
менения соответствующих штампов эти отверстия могут одновременно
пробиваться и отбортовываться. Детали применяемых при этом
инструментов показаны на фиг. 31.
Буксировка и якорная стоянка
Как при буксировке, так и при стоянке на якоре могут полу-
читься значительные,, рывки“, для смягчения которых в месте крепло-
4 *t« № 71И1- Мунр<| И 40
www.vokb-la.spb.ru
ния троса к лодке желательно иметь какой-либо амортизатор. Особое
внимание следует обращать на усиление киля в месте крепления
буксировочного рыма.
Якорь
Для летающей лодки полным весом около 2700 кг необходимо
иметь якорь весом минимум 15 кг. Якорь должен убираться в соответ-
ствующее помещение в носу лодки.
Двери и люки
На фиг. 29 и 30 показаны типы конструкций, обеспечивающих
полную герметичность и водонепроницаемость дверей и люков.
Фиг 45 Внутренний вид лодки.
Крепление крыльев к фюзеляжу
Точки крепления крыла к фюзеляжу являются чрезвычайно
ответственными; в этих местах должна находиться прочная переборка,
воспринимающая усилия, которые передаются с крыла на лодку во
время полета, а также усилия, вызываемые ударами при посадке
(см. гл. II „Расчет на прочность лодки“)«
На фиг. 27 и 28 показаны типичные крепления крыла как для
моноплана, так и для биплана, полетным весом около 2700 кг.
Хвостовое оперение
Для лодочного гидросамолета указанных размеров лучше всего
сделать киль, составляющий одно целое с лодкой, к которому уже
и крепить хвостовое оперение. Тип такой конструкции показан
на фиг. 44.
Необходимость укладываться при перевозке в железнодорожные
габариты не позволит для больших лодок сделать киль заодно с лодкой
(высота лодки и киля получится слишком большой), но с конструк-
тивной точки зрения этот способ дает, повидимому, наилучшее реше-
ние данного вопроса.
Фиг. 46 Шпангоуты лодки
I !а фиг. 45 и 46 показана внутренность строящейся в настоящее
время монопланной лодки общим весом в 2700 кг.
ГЛАВА V
ОСТОЙЧИВОСТЬ ЛОДОЧНЫХ ГИДРОСАМОЛЕТОВ НА ВОДЕ
Проблема статической остойчивости на воде для летающих лодок
отлична от той же проблемы для океанского парохода или других
видов морского транспорта, так как любой гидросамолет, неподвижно
стоящий на воде, находится в состоянии неустойчивого равновесия.
Другими словами, метацентр М расположен ниже центра тяжести G,
и лодка, как говорят, имеет отрицательную метацентрическую высоту.
Ниже приведен примерный расчет для определения метацентрической
высоты летающей лодки.
Наглядное изображение состояний равновесия дано на фиг 47.
Основные определения равновесия таковы:
1. Если тело, будучи выведено из своего первоначального положе-
ния, стремится возвратиться к нему, то оно, как говорят, находится
в состоянии устойчивого равновесия.
2. Если же оно стремится отклониться еще дальше от своего перво-
начального положения, то оно будет находиться в состоянии неустой-
чивого равновесия.
3. Если же, наконец, будучи выведено из своего первоначального
положения, оно будет сохранять равновесие в любом и новом поло-
жении, то такое состояние его будет называться безразличным рав-
новесием.
Равновесие
Если при отклонении от положения равновесия центр тяжести
поднимается, то начинает действовать стабилизирующий момент, кото-
рый стремится вернуть центр тяжести в его первоначальное положение.
Если же при отклонении от положения равновесия центр тяжести
опускается, то момент действует в противоположном направлении,
и равновесие становится неустойчивым.
Если при отклонении от положения равновесия центр тяжести
остается на прежнем месте, то состояние равновесия также не изме-
няется, и равновесие будет безразличным.
В обычных летающих лодках благодаря сравнительно высокому
расположению основных масс — крылья, моторы и баки с горючим —
положение центра тяжести таково, что для достижения надлежащей
поперечной остойчивости необходимо применение каких-либо специ-
альных стабилизаторов.
52 www.vokb-la.spb.ru
В Англии для достижения этой остойчивости обычно принято
применять подкрыльные поплавки. Плавники, применяемые на лодках
Дорнье, служат той же цели. Другое решение этой задачи представ-
ляет собой схема двухлодочного гидросамолета Савойя.
Иногда для этой же цели применяются внутренние подкрыльные
поплавки, которые в сущности представляют собой нечто среднее
между плавниками и подкрыльными поплавками; но так как по раз-
мерам они обязательно должны быть больше подкрыльных поплавков
и поэтому невыгодны с точки зрения аэродинамики, то широкого
распространения они не получили.
С точки зрения веса, имеющего очень большое значение, подкрыль-
ные поплавки являются, несомненно, наиболее выгодным решением
задачи поперечной остойчивости для лодок полным весом до 11 500 кг.
Точно так же, невидимому, доказано, что из трех вышеперечисленных
типов конструкций подкрыльные поплавки наиболее выгодны с точки
зрения аэродинамики. Водяное сопротивление лодки с плавниками
больше сопротивления
лодки подобной же фор-
мы, но с подкрыльными
поплавками.
В противовес этому
можно заметить, что с
эксплоатационной точки
зрения стабилизаторы
в виде плавников очень
удобны в том смысле,
что они дают легкий
доступ во внутренность
безразличное
Неустойчивое'
Фиг. 47. Условия равновесия.
Устойчивое
лодки.
Вероятность получения серьезных повреждений в сильную волну
для плавников меньше, чем для подкрыльных поплавков, и в этом
отношении они улучшают мореходные качества лодки. Считают, что
увеличение прочности шпангоутов лодки, к которым крепятся плав-
ники, вызывает увеличение веса, значительно превышающее эквива-
лентный вес креплений подкрыльных поплавков, и утяжеление крыла,
что для лодки с плавниками является определенным недостатком.
Вычисление метацентрической высоты
При этом расчете пользуются следующими обозначениями:
1WL — момент инерции площади грузовой ватерлинии лодки в ж4»
С—центр пловучести лодки (центр величины);
G — центр тяжести лодки;
М— метацентр;
к—множитель Симпсона;
V— объем погруженной части лодки, выраженный в ж3.
Так как правила Симпсона широко применяются во всех морских
расчетах, то здесь приведен лишь метод их приложения к данному
случаю.
Для определения метацентрической высоты пользуются формулой;
мс=^.
Это выражение дает расстояния (в м) между центром пловучести
С и метацентром М.
Как уже было указано раньше, положение метацентра М находится
ниже центра тяжести лодки G, следовательно, для отыскания G • М
мы вычитаем СМ из CG—расстояния между центром пловучести С
и центром тяжести G.
Таким образом прежде всего необходимо найти момент инерции
площади грузовой ватерлинии лодки.
Пользуясь правилами Симпсона, момент инерции можно вычислить
табличным путем, как указано ниже.
Кубы полуординат умножаются на множитель Симпсона, давая
в результате функции кубов. Эти последние суммируются, и сумма
(14,1) умножается на расстояния между ординатами (измеряемого
в ж) и затем снова умножается на 2/8.
В результате мы получаем момент инерции:
114 ?
/^=14,1.4^4 = 3,6 ж*;
СМ^ = ^ = 1,36м.
Расстояние CG известно и равно 2,1 м, а расстояние СМ равно
1,36 ж, следовательно, огрицательна>Г~*метацентрическая высота или
расстояние между G и М равно:
CG — CM= 2,01 —1,36 = 0,65 ж.
Моменты инерции площади грузовой ватерлинии лодки
Ордината Полушири- на по ватер- линии м* Куб полу- ширины К Функции кубов
1V/2 0,198 0,008 2 0,016
11 0,354 0,043 V/2 0,065
10 0,702 0.346 4 1,39
9 0,946 0,838 2 1,68
8 0,976 0,923 4 3,70
7 0,946 0,838 2 1,65
6 0,885 0,710 4 2,84
5 0,793 0,4/7 2 0,99
4 0,641 0,261 4 1,05
3 0,519 0,139 2 0,28
• 2 0,427 0.078 4 0,31
1 0,336 0,038 IV2 0,06
V2 0,214 0,01 2 0,02
2 = 14,05
’Переводные ковфициенты.
Размеры подкрыльных поплавков
После нахождения метацентрической высоты можно определить
необходимые размеры подкрыльных поплавков. Обычно подсчиты-
вается опрокидывающий момент для небольших углов крена, так как
метацентрический метод приложим только к малым углам крена (при-
мерноУдо 10°). Найдя опрокидывающий момент, следует определить
избыточный восстанавливающий момент. Ясно, что этот восстанавли-
вающий момент является функцией объема поплавка и его расстоя-
ния от Плоскости симметрии машины.
Для лодок весом до 3000 кг необходим избыточный восстанавли-
вающий момент т)м, равный по меньшей мере 0,6 полного веса лодки
в т.
Для ло^ок весом от 3000 до 9000 кг этот запасный восстанавли-
вающий моменте т/м должен равняться 0,9—1,1 полного веса лодки
Фиг. 48. Схема опрокидывающего и восстанавливающего
моментов.
в т. Для большей наглядности приведен образец расчета по вышеопи-
санному методу (см. фиг. 48).
Обозначения остаются те же, что и при расчете метацентрической
высоты, т. е.:
С—центр плову чести лодки:
М—метацентр IpM п аЧ
G— центр тяжести лодки м'
W — угол крена, равный 8°;
У — водоизмещение 2700 л*3;
W— полный объем поплавка в лг1, равный 0,32 лг!;
L — расстояние от продольной оси лодки до продольной оси поплавка,
равное 6,1 м.
Опрокидывающий момент:
V (GM) sin 0 = 2,7 • 0,65 • sin 8° = 0,244 т/ж.
Восстанавливающий момент:
WL cos 0 == 0,32 • 6,1 cos 8° = 1,92 т(м.
Избыточный восстанавливающий момент представляет собой раз- *
кость между полным восстанавливающим и опрокидывающим момен-
том, т. е.
1,92 — 0,244 = 1, 676 т/м.
Можно видеть, что числовое значение этого избыточного восстана-
вливающего момента в т/м равно 0,62 веса лодки в т:
Л/иаб т/м 1,676 п
Гт ° 2,7 =0'62'
Это соотношение является достаточно хорошим приложением,
выведенным на основании практического опыта, исходя из которого
можно с уверенностью проектировать поплавок водоизмещением
в 0,32 ж8 для лодки указанных размеров и для данного расстояния L.
Полный объем поплавка
Существует много способов определения полного объема тел,
имеющих форму подкрыльных поплавков гидросамолета, но; вероятно,
наиболее распространенным из них является способ, /состоящий
в составлении таблиц (как показано ниже) при помощи уже извест-
ных правил Симпсона. Вообще усиленно рекомендуется Пользоваться
правилами Симпсона при всех расчетах остойчивости основных и под-
крыльных поплавков и лодок гидросамолетов.
В помещаемом ниже расчете поплавок делился по длине десятью
ординатами, расположенными на равном расстоянии друг от друга.
Площадь каждой половины сечения поплавка у каждой ординаты опре-
деляется или при помощи планиметра или путем вычислений, и полу-
ченные значения располагаются в виде таблицы, как показано ниже.
Эти площади умножаются на соответствующие множители Симпсона,
и результаты заносятся в таблицу в виде функций площадей. Эти
функции площадей в общем составляют 2,04 (см. ниже).
Ордината Площадь поло- вины сечения Коэфициент Симпсона Функции площадей
0 0 1 0
1 0,06 4 0,238
2 0,09 2 0,186
3 0,10 4 0,432
4 0,10 2 0,216
5 0,09 4 0,390
6 0,08 2 0,177
7 0,06 4 0,234
8 0,04 2 0,080
9 0,02 4 0,085
10 0 9 1 0
• S = 2,038
Для определения объема сумма функций площадей умножается на
одну треть расстояния между ординатами, и этот результат умно-
жается на два — по числу сторон поплавка.
Расстояние между ординатами равно 0,23 м, а сумма функций
площадей составляет 2,04. Объем равен:
2,04- 2 = 0,32 лА
Форма поплавка
Обзор работ ведущих конструкторов гидросамолетов указывает
на значительное разнообразие применяемых форм подкрыльных
поплавков. Некоторые поплавки имеют закругленный верх, другие —
плоский и третьи—вогнутый. Однако все они имеют одну общую
черту — V-образное днище. Относительно того, необходим ли редан
Фиг. 49. Обводы боковых поплавков для лодки весом 2700 кг.
на подкрыльных поплавках небольших гидросамолетов, мнения кон-
структоров расходятся. Однако опыт указывает, что чистый пробег
подкрыльного поплавка (что имеет место при наличии редана)
всегда выгоден. На фиг. 51 видно, что поплавки устанавливаются
почти на уровне нормальной грузовой ватерлинии, для того чтобы
не допустить большого крена. В начале предвзлетного разбега редан
на поплавках улучшает чистоту пробега. При большой скорости,,
когда лодка будет обладать динамической остойчивостью, поплавки
выходят из воды и не мешают разбегу.
Выбор формы верха и бортов подкрыльных поплавков зависит
от целого ряда причин. Плоская палуба и борта привлекают просто-
той изготовления. Криволинейная обшивка будет несколько сложнее
и дороже, но с нее легче будет стекать вода. С точки зрения аэро-
динамики наиболее выгодными являются поплавки с закругленным
верхом, примерно обтекаемой формы.
т/
www.vokb-la.spb.ru
Обводы поплавков, показанные на фиг. 49 и 50, дают на практике
хорошие результаты при рулежке, а с точки зрения лобового сопро-
тивления в воздухе лишь очень незначительно уступают поплавкам
с закругленной верхней частью при одной и той же форме днища.
Фиг. 50. Корпус бокового поплавка.
Угол установки подкрыльных поплавков
Очень часто эффект изменения угла атаки поплавков исследуется
экспериментальным путем в бассейне. Этот угол изменяется в зави-
Фиг. 51. Установка поплавка относительно крыльев.
симости от характера волны, отходящей от носа той лодки, дополне-
нием к которой являются поплавки, причем изменение его даже на 2°
часто оказывает значительное влияние на чистоту разбега при взлете.
Обычный средний угол установки поплавков, принятый в английском
гидросамолетостроении, показан на фиг. 51.
Стойки и подкосы
Существует много различных способов крепления подкрыльных
поплавков, но способ, показанный на фиг. 51 и 52, считается наибо-
лее выгодным с точки зрения веса и удобства в эксплоатации. Это
крепление состоит из передней и задней стоек с растяжками
между ними. Каждая стойка расчалена парой растяжек, идущих к соот-
ветствующим лонжеронам. Такая система растяжек дает минимальное
лобовое сопротивление и обычно применяется в лодках весом до
10 000 кг.
Некоторые конструктора предпочитают заменять растяжки обте-
каемыми стойками. Однако такого рода конструкции получаются зна-
чительно тяжелее показанной на фиг. 51 и 52.
поплавков к крылу. поплавок.
Для большей полноты примерного расчета поплавка, приведенного
в этой главе, на фиг. 51 и 52 даны размеры расчалок. Эти размеры
определены из расчета загрузки поплавка силами, показаными
на фиг. 53. Официальных норм нагружения и испытания узлов
креплений поплавков к крылу не имеется, и приведенные здесь дан-
ные основаны на практическом опыте. Однако, как ни важна эконо-
мия в весе гидросамолета, все же лучше сделать несколько прочнее
крепление поплавков, так как отрыв подкрыльного поплавка в силь-
ную волну может иметь очень опасные последствия.
Конструкция подкрыльных поплавков
В Англии подкрыльные поплавки обычно изготовляются из дур-
алюмина или алькледа. Были проведены опыты с применением монель-
металла, но по сравнению с дуралюминовыми поплавки из этого металла
оказались более тяжелыми.
Так как поплавки изготовляются из того же металла, что и лодка,
то и методы постройки, описанные в гл. IV, полностью приложимы
к подкрыльным поплавкам. Процессы термической и анодной обра-
ботки, а также клепка поплавков и лодки должны, как правило, про-
имподиться одними и теми же рабочими в тех же мастерских.
Расстояния между шпангоутами и переборками для подкрыльных
поплавков показаны на фиг. 54. Следует отметить, что обычно при-
нято делать четыре водонепроницаемых отсека. В каждом из этих
отсеков имеется отверстие, в которое можно просунуть руку для
окончательной клепки, осмотра и пульверизации специальным противо-
коррозийным составом. В нижней части каждого из таких отсеков
имеется дренажная пробка.
£
Фиг. 55. Типичный шпангоут подкрыльного поплавка.
Детали шпангоута подкрыльного поплавка показаны на фиг. 55.
Шпангоуты расположены на расстоянии около 200 л^гдруг от друга.
Детали на фиг. 55—59 относятся к подкрыльному поплавку, опи-
санному в настоящей главе; в таблице на стр. 64 приведены данные
для деталей поплавков больших размеров.
Шпангоут, показанный на фиг. 55 имеет форму пятиугольника,
скрепленного у киля, скул и палубы. Крепления представляют собой
плоские листы, ужестченные небольшой отбортовкой.
На фиг. 56 показаны
детали переборки, не-
обходимые подкрепле-
ния и способ соедине-
ния переборки с об-
шивкой. Обшивка между
шпангоутами подкреп-
ляется уголками разме-
ром 13 X 13 мм.
Дренажные отвер-
стия и килевая полоса
показаны на фиг. 57.
Как видно из фигуры,
килевая полоса делает-
ся по возможности бо-
лее узкой для облегче-
ния сборки и ремонта и
изготовляется из более
толстого материала, чем
О альиая часть ДНИЩ , фиг. 56. Типичная водонепроницаемая переборка
Так как ВОЗМОЖНОСТЬ подкрыльного поплавка,
повреждения для нее
больше. Показанная на фиг. 57 конструкция угла скулы пред-
ставляет собой одну из многих разновидностей. Этот тип является
Полосовая обшивка киля из N18
Детали угла скулы Детали киля
Фиг. 57. Детали конструкции подкрыльных поплавков.
наиболее выгодным в смысле дешевизны и применяется на поплав-
ках с малой кривизной линии скулы в плане. Боковая обшивка
у скулы отгибается и скрепляется внакрой с обшивкой днища. Этот
способ крепления экономичнее, чем применение уголковых про-
филей на скулах, так как в этом случае можно обойтись без одного
ряда заклепок (того, который расположен на боку поплавка). Разли-
чие в типе крепления верхнего угла и угла скулы вызвано попыткой
удешевить стоимость производства поплавка. Соединение этого рода
легко доступно и может быть склепано на давильно-клепальном станке.
Однако применять такой тип соединения на скулах не рекомендуется,
так как скула может быть легко повреждена плавающими предметами
при рулежке.
Конструкция редана подкрыльного поплавка в основном та же,
что и для поплавка гидросамолета (см. фиг. 91). Отверстия
креплений поплавка для обеспечения правильной установки его
на крыле обязательно фиксируются на сборочном стапеле по-
плавка.
При креплении поплавковых стоек следует учитывать возможность
быстрой съемки поплавков. На фиг. 58 показана стойка, прикрепленная
на болтах к трубе, которая в свою очередь закрепляется внутри поп-
лавка между двумя шпангоутами.
На фиг. 59 показана конструкция простого обтекателя для труб-
чатой стойки.
Ниже приведены веса деталей подкрыльного поплавка типа, опи-
санного в настоящей главе.
Детали № листа по англий- скому стан- дарту Вес кг
Палуба Соединительные швы обшивки скулы и палубы Бортовая обшивка Днище Бортовые подкрепления .... Палубные „ ... Крышки смотровых отверстий . Передняя стойка - . . • ... Задняя „ Вертикальный киль . . Ленты и растяжки Тендеры Дренажные пробки . - . . . Носовая часть Реданная накладка Шпангоуты Переборки . 24 24 22 20 и 22 22 22 18 20 20 20 20 и 22 20 и 22 1,56 0,23 2,60 2,70 0,15 0,02 0,25 0,80 0,68 0,51 0,70 0,17 0,10 0,06 0,13 1,10 1,10
Полный вес одного поп- лавка и креплений . 1 14.0
62
www.vokb-la.spb.ru
Фиг. 58. Способ крепления стойки
Диафрагма из мягкой стали
приваренная к манжете
МанФет из№2,
припаянный к стойке
Винты
АлюминиеВый
обтекатель ucN'CD
Стальной шомпол
Ф1/1Б"
Фиг. 59. Обтекатели на стойке подкрыльных
к поплавку.
поплавков.
Летающие лодки полным весом 12000 кг
Части подкрыльных поплавков летающих лодок полным весом
в 12000 кг имеют следующие размеры:
№ листа
Наименование детали по англ.
< станд.
Палуба 20
Бортовая обшивка 20
Уголок скулы 18
Обшивка передней части днища 18
Обшивка днища позади редана . 20
Килевая полоса 18 и 20
Шпангоуты 20
Переборки . . 20
Бортовые подкрепления. . . 20
Подкрепления днища .... 20
В атом случае расстояние между шпангоутами может быть увели-
чено примерно до 300 мм. Подкрепительные профиля днища должны
быть расположены на расстоянии примерно в 150 мм друг от друга,
а боковые — на расстоянии 230 мм.
На фиг. 60 приведена кривая веса подкрыльного поплавка в зави-
симости от его объема. Этот график очень удобен и полезен для
конструктора при расчете лодок.
ГЛАВА VI
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ КРЫЛЬЕВ
Введение
Основная цель настоящей главы заключается в рассмотрении всех
„за“ и „против", которые должны быть учтены прежде, чем будет
решен вопрос о типе крыльев для вновь проектируемого гидросамо-
лета как лодочного, так и поплавкового.
Фиг. 61 иллюстрирует большинство положений, высказанных в на-
стоящей главе, в особенности влияние на крыло моторных установок,
поплавков и лодки. Однако до настоящего времени все еще не имеется
вполне определившегося мнения о наивыгоднейшем сочетании крыла
мотора, лодки и поплавков.
Зачастую требования, предъявляемые к крыльям гидросамолетов,
противоричивы. Удовлетворить требованиям аэродинамики и мореход-
ности одновременно чрезвычайно трудно, и неудивительно, что часто
один и тот же вопрос решается различными конструкторами по-разному.
Не все схемы, показанные на фиг. 61, являются новейшими, но
некоторые из указанных старых схем, хотя непосредственно и не
были очень удачными, все же натолкнули на путь дальнейших усовершен-
ствований; в других схемах конструктором было взято неправильное
направление, приведшее к серьезным ошибкам, которые могут слу-
жить уроком. Все схемы даны в одном и том же масштабе и рас-
положены по типам и полетному весу.
Так как можно считать более или менее установленным, что
число построенных машин одной и той же схемы служит до некоторой
степени критерием удачности или неудачности ее, то внимание читателей
обращается на следующие машины: Сюпермарин, Саусхэмптон (Super-
marine, Southampton), Дорнье-Валь (Dornier Wal), Виккерс „Ведетта"
(Canadian Vickers Vedette) и гидросамолеты береговой охраны США,
одним из которых является самолет Дуглас PD-1; насколько из-
вестно, эти типы машин получили наиболее широкое распростране-
ние. Следует заметить, что благодаря устарелости некоторых не имеет
смысла брать их за образец, но нужно внимательно следить за но-
вейшими конструкциями, в основу которых были положены эти хорошо
проверенные и зарекомендовавшие себя на практике типы.
5 lint М 70S Мми>о U 0$
www.vokb-la.spb.ru
Профиль крыла
Профиль дужки крыла лучше всего выбирать из тех профилей,,
которые были испытаны или в натуру или при больших числах Рей-
нольдса в трубе переменной плотности NACA. Описания и характе-
ристики этих последних можно найти в „Technical Reports" NACA
i№ 352 и 391 и „Technical Notes" NACA № 385, 391, 392, 401 и 404;
эти данные являются наиболее полными и надежными из всех,
имеющихся в настоящее время. Если пользоваться данными продувок
при малых числах Рейнольдса, то очень легко ошибиться в качествах
выбранного профиля, особенно в отношении коэфициентов максималь-
ной подъемной силы и минимального лобового сопротивления. Новей-
шие исследования показали, что выгоднее всего применять профиля с не-
большой кривизной средней линии, стрелка вогнутости которой
составляет 0,01—0,03 длины хорды. Профиля с большей кривизной
редко дают лучшее качество, несмотря на то, что максимальный
коэфициент подъемной силы, невидимому, увеличивается с увеличением
кривизны профиля. Но так как перемещение центра давления также
увеличивается с увеличением кривизны профиля, то мнения боль-
шинства современных конструкторов склоняются к тому, что постоян-
ный или почти постоянный центр давления представляет собо. боль-
шее преимущество, чем большой максимальный коэфициент подъем-
ной силы.
Что касается отношения максимальной толщины профиля к хорде
(которое часто ошибочно называют отношением стрелки вогнутости
к хорде), новейшие исследования показали, что наилучшие результаты
дает отношение порядка 0,12. Тонкие профиля, у которых это отно-
шение близко к 0,06, хотя и обладают очень малым минимальным
коэфициентом лобового сопротивления, но дают также очень не-
большой максимальный коэфициент подъемной силы.
В свободнонесущих крыльях, которые по чисто конструктивным
соображениям должны у корня иметь достаточно большую высоту.,
часто ставят профиля с относительной толщиной, доходящей до 0,20.
Были построены крылья с еще более толстыми профилями, но они
оказались невыгодны и в отношении лобового сопротивления и в отно-
шении максимальной подъемной силы. Следует отметить, что при
изменении в небольших пределах толщины данного профиля его
качества (подъемная сила, сопротивление, моменты) почти не из-
меняются. Заметим, что изменять толщину надо, изменяя ординаты
от средней линии профиля (т. е. оставляя кривизну профиля прежней),
а не от хорды. Таким образом, если желательно иметь профиль
определенной относительной толщины, нет необходимости подыскивать
в альбомах профиль, имеющий эту относительную толщину, а можно
выбрать профиль с желаемым коэфициентом подъемной силы и мо-
мента и на основании данных, полученных из испытания семейств
профилей с изменяющейся толщиной, интерполяцией определить
минимальное лобовое сопротивление. Необходимые данные по этому
вопросу могут быть найдены в „Technical Notes* NACA № 385^
391, 392, 401 и 404.
Форма крыла в плане
Отступления от обычной формы крыла в виде прямоугольника
г закругленными концами встречаются только в монопланах. Форма
и плане, дающая эллиптическое распределение нагрузки по размаху
крыла, дает минимальное индуктивное сопротивление. Если крыло
имеет постоянный профиль и постоянный угол атаки по размаху
(т. е. не закручено), то эллиптическая форма в плане дает эллип-
тическое распределение нагрузки. Любое крыло, форма в плане кото-
рого отходит от эллиптической, имеет распределение нагрузки, более
близкое к эллиптическому, чем сама форма крыла в плане; другими
словами, распределение нагрузки стремится к эллиптической форме.
Таким образом прямоугольное крыло и крыло с резко выраженным
сужением имеют почти эллиптическое распределение нагрузки, хотя
кривая распределения нагрузки у первого будет описана, а у второго —
вписана в эллипс. Таким образом формы крыльев в плане, близкие
к эллипсу, дают индуктивное
сопротивление почти такое же,
что и эллиптическое крыло.
В свободнонесущих крыльях
очень выгодно применять рез-
кое сужение формы крыла к
концам, так как благодаря этому
увеличивается высота лонжеро-
нов у корня и центр давления пе-
ремещается ближе к плоскости
симметрии, что ведет к умень-
шению веса. Но расчет таких
крыльев должен производиться
с большой осторожностью. Из
распределения нагрузки, полу-
ченного хотя бы по методу Гла-
.ГП
Полуразмах Конец Полуразмах /гонец
Фиг. 62. Кривая коэфициента подъемной
силы по полуразмаху крыла.
уэрта, можно определить распределение коэфициентов подъемной силы
по размаху. Из последнего видно, что благодаря изменениям индуциро-
ванной скорости концы крыльев раньше переходят в закритическую
область, чем его середина (т. е. срыв потока начинается у концов
крыла), а это означает потерю поперечной управляемости до пере-
хода всего крыла на закритический режим, что представляет собой
очень нежелательное и опасное явление. Для устранения этого де-
фекта крыло должно быть закручено таким образом, чтобы угол
атаки его уменьшался к концам.
Простейший способ определения необходимой закрутки крыла по
размаху заключается в подборе кривой Су по полуразмаху (на угле
атаки чуть ниже критического) таким образом, чтобы преждевремен-
ный срыв потока у концов крыла был невозможен. Другими словами,
это означает, что Су в любой точке на внешней половине полураз-
маха (т. е. там, где расположены элероны) не должен быть больше
максимального значения Су в любом другом месте крыла.
На фиг. 62 вариант 7 представляет собой неудачную комбинацию»,
вариант 2—удовлетворительную комбинацию; вариант 3 даст очень.
6*
www.vol<b-la
хорошую управляемость на больших углах атаки и вариант 4—также
удовлетворительную комбинацию. На основании выбранного распре-
деления Су распределение давления и углы закрутки для данной
формы крыла в плане могут быть подсчитаны по теории Прандтля.
Отрицательная сторона уменьшения угла атаки к концам крыла
заключается и в некотором увеличении минимального коэфициента
профильного сопротивления и в том, что средняя величина индуктив-
ного сопротивления крыла никогда не бывает равна нулю. Однако
при не очень большом уменьшении угла атаки к концам крыла эти
изменения в сопротивлении настолько незначительны, что ими можно
пренебречь, в особенности, если на крыло ставятся современные
высококачественные профили. Следует также учитывать, что крыло,
сильно сужающееся к концам, при подобранной соответствующим
образом закрутке даст больший максимальный коэфициент подъемной
силы, чем то же крыло без закрутки, хотя на первый взгляд может
показаться, что должно было бы быть наоборот.
Удлинение
Удлинение крыла связано с его индуктивным сопротивлением,
так что единственный путь сравнения двух крыльев в отношении
удлинения заключается в сравнении их индуктивных сопротивлений.
При сравнении удлинения основываются на предположении, что
удлинения крыльев двух самолетов равны, когда при одном и том же
коэфициенте подъемной силы они имеют один и тот же коэфициент
индуктивного сопротивления. Для моноплана удлинение будет равно
квадрату размаха, деленному на общую площадь крыла и умноженному
на некоторый коэфициент; таким образом
, А
Л —е • s ,
где X—удлинение, I — размах, 5—площадь крыла и е — коэфициент,
который идентичен обратному коэфициенту Глауэрта (1-J-S) (см.
Глауэрт „Теория крыла и винта", гл. XI).
Для крыльев с эллиптическим распределением нагрузки по размаху
е = 1, а для других случаев распределения нагрузки он несколько
меньше единицы. При обычном приближенном сравнении удлинений
нескольких крыльев е может быть принято за единицу, так что
х =4-
МОН 5
Для биплана удлинение равно квадрату размаха верхнего крыла,
деленному на общую площадь обоих крыльев, умноженную на неко-
торый коэфициент TQ, который может быть найден из фиг. 63.
Таким образом
/2
у _____ верх, кр
бипл 5 • 71 ’
общ <
Обоснования диаграммы, данной на фиг. 63, здесь не могут быть
приведены. Подробно они описаны Прандтлем во втором томе
„Ergebnisse der Aerodynamischen Versuchsanstail zu Goettingen".
www.vokb-la.spb.ru
И1 этой диаграммы можно видеть, что для данного размаха все
бипланы имеют меньшее индуктивное сопротивление, чем монопланы,
И что они дают минимальное лобовое сопротивление при равном
размахе верхнего и нижнего крыла. Можно также видеть, что уве-
личение расстояния между планами с постоянным размахом также
уменьшает индуктивное сопротивление. Однако из этого не следует,
что биплан всегда выгоднее моноплана. При одинаковом максималь-
ном размахе и одной и той же общей нагрузке биплан с крыльями
равного размаха выгоднее других схем. Но стоит только дать
J. иОnPuiJf О
Фиг. 63. Коэфициент эквивалентного размаха для бипланов.
индуктивные сопротивления сравняются. Точно таким же образом
можно видеть, что биплан с крыльями размахом в 12 и 9 м немногим
лучше биплана, у которого оба крыла имеют размах в 10,7 м.
В том случае, если для сравнения желательно определить эквивалент-
ный размах биплана, т. е. размах моноплана, имеющего то же индук-
тивное сопротивление, что и биплан, размах верхнего крыла надо
разделить на УУ- Этот вывод ясен из всего вышесказанного.
Существуют летающие лодки с удлинением (в том понимании,
как это было указано выше) от 4 до 10. В каждом отдельном
случае имеется какое-то одно наивыгоднейшее удлинение, зависящее
от назначения данной лодки. Машина может быть спроектирована
для „ достижения или максимальной скорости, или дальности, или
скороподъемности. Каждое из этих назначений требует различных
удлинений крыльев самолета. Для скорости удлинение особой роли
не играет, так как на большой скорости машина летит на малых
углах атаки, на которых индуктивное сопротивление очень мало
по сравнению с профильным сопротивлением крыла и вредными
сопротивлениями машины.
Для дальности, наоборот, удлинение крыла имеет очень большое
значение, так как самолет, рассчитанный на большой радиус действия,
летит обычно на угле атаки, соответствующем максимальному каче-
ству (т. е. максимальному отношению подъемной силы к лобовому
сопротивлению). Этот угол атаки обычно довольно большой, а
на больших углах атаки индуктивное сопротивление велико. Иссле-
дования фон-Лесль (von Lossl ZFM 23 марта 1931 г.) и других
авторов показали, что наивыгоднейшее удлинение для максимального
радиуса действия настолько велико, что на практике оно неосуще-
ствимо из соображений маневренности и размещения машины в ангаре.
Для получения хорошей скороподъемности необходимо также тща-
тельно исследовать удлинение крыльев, так как эта задача вполне
осуществима и имеет практический интерес. Для гидросамолетов это
обстоятельство имеет тем большее значение, так как обычно машина
с большой скороподъемностью обладает также и хорошими взлет-
ными качествами. Продолжительность взлета имеет огромное значе-
ние для летающих лодок благодаря тому, что:
1. Чем больше время взлета, тем дольше лодка подвергается
ударам волн.
2. Часто бывает необходимо производить взлет с небольших или
тесных бухт, рек- или озер.
Учитывая все сказанное, мы должны вопросу хорошей скороподъ-
емности уделять максимальное внимание. Связь между удлинением и
наилучшей скороподъемностью, так же как и полным весом и нагруз-
кой на крыло, представляет собой общую проблему самолетострое-
ния, в одинаковой степени касающуюся как морских, так и сухопут-
ных машич, почему подробно этот вопрос здесь не будет обсуждаться.
Достаточно сказать, что можно найти такую формулу для скороподъ-
емности, которая среди ряда факторов, влчяющих на скороподъем-
ность, будет содержать также размах и вес машины (более подробно
см. Report NACA № 408). Можно найти зависимость веса крыла
определенной площади отего размаха [см., например, статью Гасснер
(Gassner) в журнале „SAE Journal" за октябрь 1930 г., где подобная
формула дана для свободнонесущих монопланов, и статью Фаррен
(Farren) в журнале „Journal of the Royal Aeronautical Society", июль
1929 г., где такая же формула дана для бипланов]; по этим формулам
для любого самолета может быть найдено наивыгоднейшее удлинение
для выбраной нагрузки на 1 лг2 несущей поверхности.
Остается определить, позволяют ли условия работы данного
самолета дать ему размах, найденный вышеуказанным способом.
Если машина предназначается для работы с защищенной водной
поверхности и никаких ограничений в смысле габаритов для нее
не ставится, нет оснований уменьшать размах. Однако в большинстве
случаев гидросамолеты должны работать с волнующейся водной
поверхности. Степень волнения оценивается в определенное коли-
70 ,. ,
чество баллов, характеризующих высоту волны и силу ветра.
Or гидросамолета требуется, чтобы при плавании на этих волнах
при данном ветре конец крыла при наибольшем возможном крене
находился на определенном расстоянии от вэды. Это расстояние
может быть увеличено приданием крыльям поперечного V, но угол
поперечного V не должен быть большим, иначе машина будет плохо
управляться в воздухе (см. также главу „Мореходность").
Моноплан или биплан
На вопрос, что лучше — моноплан или биплан, — в общем случае
мы не можем ответить категорически „да“ или „нет". Каждый отдель-
ный случай или тип машины должен рассматриваться самостоятельно,
и иногда придется выбрать моноплан, иногда — биплан. Далее при-
ведены некоторые соображения из практики расчета и конструиро-
вания.
Очень малые машины (весом примерно около 1 т).
Машины этого типа почти всегда делаются монопланными как из сообра-
жений дешевизны, так и простоты производства и эксплоатации. Удоб-
ство и простота эксплоатации особенно важны в малых машинах,
так как они обычно предназначаются для спортивных целей, и их
владельцы, естественно, желают иметь машину, которая в обращении
была бы не сложнее автомобиля. Несколько больший вес моноплан-
ного крыла может быть компенсирован возможностью придать ей
хорошую аэродинамическую форму в случае маломощной машины.
Но надо отметить, что обычно и не пытаются достигнуть исключи-
тельно малого веса и исключительных аэродинамических форм в виду
того, что уменьшение веса и придание хороших форм обходится
довольно дорого, а масштаб производства и распространение сравни-
тельно невелики. Некоторые образцы машин этого типа показаны
на фиг. 61.
Малые машины (одномоторные весом до 3 т)
Схема конструкций крыльев для такого рода машин часто опре-
деляется предъявляемыми к ней техническими требованиями, как
например, ограничение размаха, складывание крыльев, взлетная харак-
теристика и т. д. Главным недостатком бипланной схемы для таких
машин является необходимость большого количества растяжек. Но
не следует забывать, что в некоторых случаях можно обойтись и
без растяжек, например применив свободнонесущие крылья с N-образ-
ными стойками между ними, которые увеличивают жестокость коробки
на кручение, или заменив расчалки жесткими наклонными стойками
или же, наконец, прикрепив /V-образную стойку жестко к лонжеронам,
что заставит коробку работать как раму. Но все эти схемы утяже-
ляют конструкцию по сравнению с растяжечной и в некоторых слу-
чаях не представляют никакой выгоды по сравнению с монопланом.
Машины средних размеров (от 3 до 10 т)
Из машин средних размеров большая часть представляет собой
бипланы, но за последнее время монопланы стали получать все боль-
шее и большее распространение. Это является главным обрамим
www.vokb-lrfF^jb.ru
результатом серийной: продукции в большом масштабе лодок Дорнье
„Wal". Выбор той или иной схемы конструкции определяется как ее
назначением, так и собственным вкусом конструктора. Для достиже-
ния максимального радиуса действий, несомненно, выгоднее моно-
планная схема; если же упор делается на скороподъемность и взлет,
то биплан, пожалуй, даст лучшие результаты.
Большие машины (свыше 10 zn)
При постройке больших бипланов нельзя итти по пути геометри-
ческого увеличения размеров удачного типа малой машины, так как
площади увеличиваются как квадраты линейных размеров, а вес и
объем — как кубы этих размеров. Поэтому, для того чтобы получить
ту же нагрузку на 1 jm2 крыла при увеличении вдвое основных
линейных размеров машины (лодки и размаха крыла), площадь крыла
должна быть увеличена в восемь раз, так как вес машины возрастет
в восемь раз. Это значит, что для увеличенного вдвое размаха хорда
должна быть увеличена в четыре раза, или же, если хорду увеличить
только в два раза, то размах должен быть учетверен. Осуществить
подобное увеличение размеров крыла на практике невозможно, поэ-
тому приходится прибегать к некоторому компромиссу. Если, напри-
мер, решено у проектируемой машины увеличить полетный вес
в восемь раз ив то же время удлинение крыла оставить без измене-
ния, то размах такого крыла должен быть в 2,82 раза больше раз-
маха машины, принятой за образец. Этот пример показывает, что
в случае сохранения аэродинамических качеств крыла и нагрузки
на 1 л<2, вес его будет увеличиваться значительно быстрее, чем это
может показаться с первого взгляда. Необходимость применения
увеличенного числа стоек и расчалок, для того чтобы не получить
чрезмерного увеличения веса крыла, увеличивает вредное сопротив-
ление машины. При увеличении толщины профиля крыла (т. е. увели-
чения его относительной толщины) увеличивается его профильное
сопротивление. Однако обычно нагрузка на 1 м2 крыла с увеличением
размеров машины не сохраняется прежней, так как при больших
размерах машины можно применять большую нагрузку на 1 м2 крыла,
не опасаясь неприятных последствий (см. также главу „Мореход-
ность"). Таким образом возможность применять в больших лодках
увеличенную нагрузку на 1 лт2 крыла до некоторой степени компен-
сирует перечисленные выше недостатки, связанные с увеличением
размеров машины.
Большие машины обычно предназначаются для полетов на боль-
шие расстояния без пополнения горючим, т. е. они рассчитываются
на большой радиус действия. Для большого радиуса действия очень
существенно иметь машину с большим качеством (т. е. с максимальна
возможным отношением подъемной силы к лобовому сопротивлению).
По мере увеличения размеров биплана качество гидросамолета непре-
рывно уменьшается благодаря увеличению количества стоек и рас-
чалок, если только не будет уменьшено удлинение крыльев. Частично
количество дополнительных стоек и расчалок может быть уменьшено
за счет увеличения нагрузки на 1 м2 крыла, но тем не менее
72 www.vokb-la.spb.ru
качество машины и в этом случае будет понижаться благодаря тому,
что лобовое сопротивление „ненесущих" частей, например фюзеляжа,
хотя по абсолютной величине и останется прежним, но относительно
полного лобового сопротивления гидросамолета составит большую
часть. Таким образом становится ясным, что для того, чтобы дос-
тигнуть того же качества в машине с большей нагрузкой на 1 м2
крыла, что и у машины-прототипа с меньшей нагрузкой на крыло
и меньшим весом, крыло большой машины должно иметь меньшее
количество стоек и растяжек, чем у прототипа,. Все эти соображения
приводят к выводу о выгодности применения в очень больших гидро-
самолетах монопланной конструкции крыльев. Следует также отме-
тить, что малый вес пустой машины имеет также очень большое
значение для дальности полета, но из анализа любой формулы
дальности полета, вроде хорошо известной формулы Бреге, можно
видеть, что увеличение веса, использованное для повышения качества
машины (-gr-J, может дать в некоторых случаях увеличение ее ради-
уса действия.
Формула Бреге может быть выражена следующим образом:
Л = 630 Д •
Ge Сх 5 Gn
где L — дальность полетов в км] — к. п. д. винта, Се — расход горю-
чего в кг на 1 л. с. ч. Ga — вес при взлете; Gn — вес при посадке.
Можно видеть, что аэродинамическое качество машины явля-
ется самым важным фактором дальности. Последний член формулы
Ge
g 74— характеризует влияние веса,
'-'п
Предположим, что мы имеем машину, в которой преследовалась
только легкость конструкции, вес крыльев которой составляет 10%
G
полного веса машины. Пусть у этой машины отношение равно 2,
а максимальное качество -£^ = 8. Дальность полета такого гидроса-
'-'х
молета будет:
L = 630 7% 81g 2=1520 % .
С другой стороны, тот же самолет может быть переконструирован
таким образом, что вес крыла в два раза больше веса крыла ее
первоначального варианта, т. е. составит 2О°/о полного веса машины.
Если взлетный вес обеих машин оставим прежним, то отношение
G и
q— будете последнем случае равно 1,67. Чтобы дальность по-
лета была у обеих машин одинакова, L2 должно равняться Lu т. е.
1а = 630- • §- 1g • 1,67 = 143 • §- = Li = 1520 С, ’
откуда качество переконструированной машины должно выть ранно:
cv 1520. — jo 6
Сг 143
Таким образом, если будет иметься возможность поднять^? пер-
воначального варианта машины с 8 выше 10,6 за счет 100-процгнт-
ного увеличения веса крыла, то в результате такого „утяжеления"
мы будем иметь увеличение дальности. Что это осуществимо на прак-
тике, уже доказано постройкой новейших машин для полетов на даль-
ность, представляющих собой тяжелые монопланы с-хорошим каче-
• ством.
Общие замечания по поводу монопланных и бипланных крыльев
Бипланные крылья. Крылья сухопутных самолетов мало чем
отличаются от крыльев лодочных или поплавковых гидросамолетов.
Но у поплавковых гидросамолетов особое внимание должно быть
обращено на защиту конструкции от коррозии и ржавчины. Верхняя
поверхность нижнего крыла должна быть сделана достаточно проч-
имой не только в части, прилегающей к моторам, но и до самого
конца крыла (чтобы по ней можно было ходить для осмотра мото-
ров и для причаливания к буйкам и спускам). Нижняя поверхность
нижнего крыла должна выдерживать удары от волн и брызг, зачастую
достигающих значительной силы- Угол атаки крыла у лодок делается
несколько большим, чем у сухопутных машин, так как при посадке
или взлете хвост гидросамолета не может быть опущен настолько,
насколько это возможно у сухопутных машин (см. гл. 1). Так как
за исключением нескольких единичных примеров лодки не имеют
такой обтекаемости форм, как соответствующие сухопутные машины,
то и максимальная скорость у них соответственно ниже. Поэтому
при максимальной скорости они летят на больших углах атаки, чем
сухопутные, и нос лодки бывает не слишком сильно опущен вниз.
В более старых типах бипланов было принято делать верхнее
крыло с гораздо большим размахом, чем нижнее, что, однако, невы-
годно с точки зрения веса, жесткости и лобового сопротивления.
В современных лодках с высокими летными качествами такая схема
конструкции вызвала бы вибрации крыла или элеронов.
Монопланы
Часто форма крыла в значительной степени зависит от принятого
расположения моторов. Моторы могут быть расположены по следую-
щим схемам: 1) под крылом 2) вровень с передней кромкой крыла,
3) на верхней поверхности крыла 4) на стойках над крылом.
Схема 1 в Европе не применяется, так как она не дает возмож-
ности поставить винты достаточно высоко над водой и, кроме того,
винтомоторная группа остается незащищенной снизу. Однако, если
от машины не требуется особой мореходности, то такая схема может
дать некоторую выгоду, если стойки моторной рамы будут и элемен-
тами конструкции крыла. При таком расположении моторы мало
влияют на форму крыла, и оно может быть сделано как нрямоуголь-
МММ, так и трапецевидным. Крыло, однако, всегда делается с под-
косами по причинам, указанным в разделе „Выбор крыла".
Опыты с моделями показали, что схема 2 с точки ярения аэро-
динамики является наилучшей при условии, если моторы тщательно
закапотированы и толщина дужки крыла примерно равна диаметру
или высоте моторов. Однако эта схема страдает тем же практичес-
ким недостатком, что и схема 7, в том отношении, что она не позво-
ляет поместить винт на достаточно большом расстоянии от воды.
При таком расположении моторов, повидимому, выгодно применять
трапецевидные крылья, так как в этом случае высота дужки крыла
в месте крепления моторов становится больше, чем при прямоуголь-
ном крыле.
Схема 3 обычно применяется при прямоугольных крыльях. В этом
положении моторы, даже если они закапотированы, создают значи-
тельное возмущение потока около крыла. Поэтому при этой схеме
выгодно по возможности уменьшать хорду крыла вблизи моторов.
Но так как уменьшение хорды в середине крыла мало желательно
и не всегда осуществимо практически, то при этой схеме обычно
применяется прямоугольное крыло. Если схема 3 применяется с вин-
тами тандем, то правильность вышеуказанных замечаний выявляется
еще больше, так как для того чтобы уменьшить длину моторной
гондоты, а также из-за соображений центровки задняя кромка цен-
троплана часто делается с вырезом. При этой схеме возможно также
применять крылья с подкосами.
Схема 4 дает большую свободу конструктору в смысле выбора
формы крыла. Часто бывает выгодно делать по возможности более
широкое крыло у основания, чтобы жестче прикрепить моторы и уве-
личить высоту лонжеронов. Крыло с большой хордой может также
защищать моторы от брызг. Чем большая часть крыла находится
в струе винта, тем большее получается увеличение подъемной силы,
особенно на малых скоростях, как, например, при взлете. В случае
применения схемы 4, не следует выносить моторные гондолы слишком
далеко вперед по отношению к передней кромке крыла, так как
в случае посадки на нос моменты инерционных сил, крутящие крыло,
могут получиться очень большими и вызвать поломку. В случае
многолонжеронного крыла наиболее выгодным как с точки зрения
аэродинамики, так и с точки зрения прочности является расположе-
ние моторной гондолы с толкающим винтом у задней кромки крыла.
При боковом ветре трапецевидное монопланное крыло дает мень-
ший кренящий момент, чем другие формы крыла в плане, и поэтому
выгоднее в отношении поперечной остойчивости.
Очень часто неправильно судят о лобовом сопротивлении моно-
планных крыльев. В случае трапецевидных крыльев сечение у корня
может иметь большую, а у концов малую относительную толщину.
При расчете и сравнении лобового сопротивления нескольких крыльев
при переменной по размаху относительной толщине за среднюю
относительную толщину следует принимать относительную толщину
в центре тяжести площади полукрыла. Таким образом сильно трапе-
цевидное крыло с относительной толщиной у корня порядка 0,20
75
и у концов порядка 0,08 будет иметь эквивалентную относительную
толщину, несколько большую 0,14, и по аэродинамическим данным
не будет уступать современному биплану с относительной толщиной
порядка 0,12.
Конструкция крыльев
Лодочные гидросамолеты. Наиболее подходящий тип конструк-
ции крыльев для данного гидросамолета определяется конструкцией
лодки. Все современные лодки строятся с работающей обшивкой
(типа монокок), которая не может воспринимать сосредоточенные
силы непосредственно. Поэтому при такой конструкции лодки крыло
выгоднее всего делать также с работающей обшивкой и крепление
к лодке осуществлять таким образом, чтобы нагрузки от крыла
к лодке передавались как можно равномернее. Но создание такого
монококового крыла, которое при данной небольшой толщине про-
филя было бы способно воспринять большие изгибающие моменты
и перерезывающие силы и в то же время не было бы тяжелее суще-
ствующих конструкций, представляет задачу настолько трудную,
что она еще до сих пор не имеет удачного конструктивного решения Ч
Существует большое количество многолонжеронных крыльев, в кото-
рых нагрузка воспринимается и распределяется между отдельными
частями лодки несколькими лонжеронами. Так, у самолета Юнкере
G-38 имеется 9 лонжеронов и 18 точек соединения крыла и фюзе-
ляжа на каждом полукрыле. Крыло Форда имеет восемь таких точек,
а крыло самолета Тоуль (Towle) ТА-3 — около 20 соединений.
Do-X имеет только три лонжерона, но при помощи соответствую-
щей системы подкосов нагрузки передаются на лодку по крайней
мере в девяти точках трех шпангоутов (у основания крыла, в местах
крепления внутренних стоек и в местах крепления плавников). Однако
на существующих типах летающих лодок в большинстве случаев
применяется обычное двухлонжеронное крыло. Это объясняется
двумя основными причинами:
1. Экономия в весе, получаемая от применения многолонжеронной
конструкции, не настолько велика, чтобы оправдать себя в лодкак
небольших размеров.
2. Расчет на прочность многолонжеронного крыла очень сложен,
так как чем больше число лонжеронов, тем больше число статичес-
ких неопределенностей. Решение же многократно статически неопре-
делимых систем методами, основанными на определении потенциаль-
ной энергии системы, настолько громоздко, что на практике трудно
осуществимо.
Другую крайность представляют собой однолонжеронные схемы,
которые (исходя из всего вышесказанного) могут оказаться с точки
зрения веса невыгодными для применения их в летающих лодках.
Действительно, в свободнонесущей конструкции передать нагрузку
на лодку возможно более рассредоточенно, имея две или три точки
крепления, очень трудно. Различные части, „распределяющие" сосре-
1 Новейшие исследования Кельнер-Бешеро (Kellner Bechereau) как будто пока-
зали возможность устранения этих затруднений.
доточенные силы вроде накладок и подкрепляющих профильков,
несомненно, создают добавочный вес, неизбежно связанный с одно-
лонжеронной схемой крыла. Однако само по себе однолонжеронное
крыло обладает многими преимуществами. При расчете на прочность
оно дает наименьшее число неопределимостей и, повидимому, является
наиболее дешевым в производстве. Кроме того, однолонжеронные
крылья выгодны с точки зрения вибраций, так как у них ось жест-
кости находится в передней части крыла, особенно в том случае,
если носок зашит жесткэй обшивкой, работающей на кручение.
Схемы крыльев, в которых кручение воспринимается стойками и лен-
точными расчалками, менее выгодны в отношении вибраций, несмотря
на их преимущества в смысле статической определимости. Передняя
часть металлического крыла, работающая на кручение, в сочетании
с однолонжеронной схемой может служить в качестве конденсатора
в случае применения испарительного охлаждения моторов. Таким
образом в некоторых случаях может получиться, что экономия
в весе, достигнутая за счет простоты схемы и веса радиаторов, пре-
высит излишек веса крепления однолонжеронного крыла к фюзеляжу.
Вопрос об обшивке крыла надо рассматривать в связи с типом
конструкции всей машины в целом. Вообще же крылья могут быть
обшиты или целиком полотном, металлом или фанерой или же ком-
бинацией этих материалов. Полотняная и фанерная обшивки обла-
дают тем недостатком, что через некоторый срок (примерно от 6 мес.
до 2 лет) обшивка должна заменяться новой. Стоимость обновления
полотняной обшивки в течение всего срока службы машины может
достигнуть 10% первоначальной стоимости каркаса крыла. Замена
фанерной обшивки обойдется еще дороже. Однако во время замены
обшивки можно произвести осмотр и необходимый ремонт внутрен-
них частей крыла. В противоположность полотняной металлическая
обшивка при условии надлежащей защиты от коррозии и других
вредных явлений может сохраняться в течение всего срока службы
машины, но при этом вес ее составляет от 2 до 4% веса машины,
а стоимость — от 4 до 6% стоимости каркаса крыла. Кроме того,
при металлической обшивке нельзя осматривать и ремонтировать
внутренние части крыла, если не сделать для этого специальные
люки. Но большое количество таких люков делает обшивку нерабо-
тающей, а иметь неработающую обшивку такого веса совершенно
нецелесообразно. _ .
Известный конструктор Рорбах, обладающий большим опытом
в деле постройки металлических крыльев для летающих лодок, счи-
тает, что крылья с металлической обшивкой должны состоять из
частей, соединенных легко разъемным, простым, недорогим, не пор-
тящим обшивку и аэродинамику, креплением. Только в этом случае
становится возможным внутренний осмотр крыла, и применение
металлической обшивки, несмотря на больший вес и стоимость,
окупаемся большим сроком ее службы. Однако эти указания Рорбаха
относятся лишь к крыльям сравнительно малых размеров, так как
в очень больших крыльях внутренние детали крыла доступны для
осмотра изнутри, и необходимость делать люки для осмотра или
легко разборное крыло отпадает.
Хорошо отлакированное полотно или фанера дают примерно
одинаковое лобовое сопротивление, которое в новейших машинах
доведено почти до возможного минимума. Гладкая металлическая
обшивка дает большее лобовое сопротивление как благодаря нали-
Фото VIII. Конструкция крыла Тоуль.
чию большего количества выступающих заклепочных головок, так
и потому, что „гладкую" обшивку почти никогда не удается сделать,
действительно гладкой. Всегда имеются морщины и волнообразные
складки, — особенно при нагрузке. Гофрированная металлическая
обшивка дает еще большее лобовое сопротивление (профильное
Фото IX. Дорнье Do-X.
сопротивление крыла с гофрированной металлической обшивкой
примерно на 5% больше того же сопротивления крыла с полотняной
обшивкой) из-за гораздо большей поверхности трения, выступаю-
щих головок заклепок (хотя и не в таком количестве, как при глад-
кой обшивке) и, кроме того, из-за несовпадения направления волн
гофра, идущих по хорде с направлением струй воздуха, текущих
обычно под некоторым углом к хорде. Рассчитанная надлежащим
гофрированная обшивка может нести значительные нагрузки
и обычно может быть сделана более легкой, чем гладкая, в особен--
мости в больших крыльях.
Поплавковые гидросамолеты
Основные требования, предъявляемые к крыльям поплавковых
гидросамолетов, значительно отличаются от тех, которые предъ-
являются к крыльям летающих лодок. Крыло поплавкового гидро-
самолета обычно крепится к ферме, как и в сухопутных машинах.
Хотя поплавки по большей части делаются с работающей обшивкой
(типа монокок), все же они рассчитаны на крепление не больше, чем
в двух, самое большее в трех точках, с целью по возможности
уменьшить количество стоек и, следовательно, общее лобовое сопро-
тивление. Таким образом ясно, что многолонжеронное крыло мало,
пригодно для крепления к нему поплавков, так как в этом случае
потребуется большое количество стоек, которые в значительной
мере увеличат лобовое сопротивление шасси. Следовательно, для
поплавкового гидросамолета наилучшим типом крыла будет одно-
или двухлонжеронное крыло, дающее наиболее простую схему кре-
пления шасси и наименьшее лобовое сопротивление. Сравнивая шасси
гидросамолетов Юнкере F-13 или W-34 и Вестланд „Wapiti" можно
видеть, что первые имеют в три раза больше стоек, чем последний.
' Влияние различных факторов на выбор типа крыла
л4
й-
Выбор типа крыла в зависимости от схемы лодки
или поплавков. Тип крыла часто определяется выбранной схе-
мой лодки или поплавков (см. гл. 1), которые могут принадлежать к
одному из следующих типов: 1) лодка с поплавками на концах крыла,,
2) лодка с поплавками, расположенными на небольшом расстоянии
от нее, 3) лодка с плавниками, 4) двухлодочный гидросамолет.
Схема 1 обычно встречается в бипланах, но может также при-
меняться в монопланах сравнительно малого удлинения. Если такую
схему применить в монопланах с большим удлинением, то крыло
сильно утяжеляется и от ферм, необходимых для крепления поплавков
к крылу, и от усиления самого крыла, необходимого для того, чтобы
оно выдержало нагрузки, которые на него будут действовать, если
при наибольшей тяге винтов поплавок погрузится в воду. С другой
стороны, в случае лодочного биплана почти обязательно применять
подкрыльные поплавки, так как концы крыла при такой схеме нахо-
дятся обычно так близко от воды, что могут быть легко повреждены-
волнами, если поплавки не будут их защищать. Поэтому в бипланах
обычно принято располагать подкрыльные поплавки под точкой кре-
пления внешней стойки.
Схема 2 может быть применена в биплане в том случае, если
размах нижнего крыла значительно меньше размаха верхнего. Однако-
эта схема обычно встречается в монопланах как подкосных, так
и свободнонесущих. Монопланное крыло обладает меньшей жест-
стью на кручение, чем соответствующая бипланная коробка. Так как
7>
www.vokb-la.spb.ru
подкрыльные поплавки передают в некоторых случаях значительные
скручивающие усилия на крыло, то эту точку передачи усилий сле-
дует располагать по возможности ближе к лодке таким образом,
чтобы кручение передавалось возможно меньшей части крыла по
размаху и в случае крыла, суживающегося к концам, приходилось бы
на широкую часть центроплана. Однако не следует забывать, что
хотя расположенный поблизости от лодки поплавок и может умень-
шить нагрузки на крыло, но объем его и, следовательно, вес будут,
конечно, больше. Так что в этом случае мы, с одной стороны, полу-
чаем экономию в весе, а с другой, наоборот, увеличиваем его.
Таким образом ясно, что в смысле веса существует некоторое опти-
мальное положение поплавка по размаху. Этот вопрос требует, ко-
нечно, подробного исследования в каждом отдельном случае, если
только с самого начала проектирования положение поплавка не опре-
делено при протасках из условий интерференции с лодкой или чем-
либо иным.
Схема 3 требует монопланного крыла; при малых размерах лодки —
подкосного, при больших размерах — или подкосного или свободно-
несущего. Это объясняется следующим: применить плавники к биплану
невозможно из-за интерференции между плавниками и нижним крылом.
Чтобы уменьшить интерференцию крыла с плавниками и получить
достаточное расстояние крыла от поверхности воды на малых лодках,
монопланное крыло приходится крепить над лодкой на стойках.
Сделать такой кабан достаточно жестким и прочным, чтобы он
держал свободнонесущее крыло с моторной установкой во всех слу-
чаях неудачных посадок, предусмотренных „нормами прочности",
представляет настолько трудную задачу, связанную, кроме того,
с неизбежным увеличением веса и лобового сопротивления, что
считают более рациональным и экономичным поставить подкосы,
учитывая, что плавники представляют собой чрезвычайно удобную
опору для подкосов. Однако по мере увеличения размеров машины
относительные размеры плавников уменьшаются, а более высокая лодка
делает кабан излишним, и свобэдонесущая конструкция представляет
большие выгоды, чем подкосная. Кроме того, необходимость улуч-
шения аэродинамического качества машины при одновременном уве-
личении размеров и нагрузки на 1 .и2 делают свободнонесущую схему
более желательной. К тому же плавники уже не представляют собой
таких удобных опор для подкосов, как при машине меньших размеров.
Схема 4 также требует применения монопланного крыла. В случае
двухлодочной машины обе лодки должны быть жестко и прочно сое-
динены между собой. Хорошим конструктивным решением этой задачи
будет применение толстого крыла с возможно большей хордой. Крепить
две лодки к бипланной коробке неконструктивно, так как расстояние
между креплениями невелико, следовательно, в этих креплениях
возникнут большие силы, которые вызовут в лодке большие напря-
жения. Увеличивать это расстояние постановкой подкосов к скулам
лодок невыгодно, так как опыт постановки их на однолодочных
бипланных конструкциях показал, что эти подкосы увеличивают
водяное сопротивление и, кроме того, легко повреждаются при мане-
врировании на воде.
Выбор типа с точки зрения мореходности лодки
Мореходность современных летающих лодок находится еще в весьма
примитивной стадии. До сих пор заботятся о том, чтобы лодка
выдерживала натиск волн в бурную погоду при рулежке или
при стоянке на якоре, не интересуясь, как она выдерживает
такую волну. Другими словами, с удобствами пассажиров, находя-
щихся в лодке, совершенно не считаются.
Тип крыла может влиять на мореходные качества лодки в несколь-
ких направлениях.
Бипланная или монопланная схема. В отношении море-
ходных качеств монопланная схема имеет определенные преимущества.
У моноплана площадь его боковой поверхности меньше, и ее центр
давления ниже, чем у биплана. Следовательно, момент крена при рулежке
с боковым ветром и возможность погружения подкрыльного поплавка
тоже значительно меньше. Эта разница очень заметна для пилотов,
привыкших к одному типу машин, при переходе на машину другого
типа. Монопланное крыло обычно расположено над водой выше, чем
нижнее крыло биплана, и, кроме того, оно более прочно, по крайней
мере у корня, так что оно может противостоять более сильным
ударам волн, не получая при этом повреждений. Преимуществом
биплана с нижним крылом, выходящим за боковой поплавок на
небольшое расстояние, является то, что он реже погружается кон-
цом крыла в воду, чем моноплан с поплавками, расположенными
близко к лодке; кроме того, у биплана момент инерции относительно
продольной оси меньше, чем у моноплана, что выгодно при бортовой
качке на больших волнах.
2. Боковые поплавки, близко расположенные к лодке, если они
при плавании погружены в воду, сильно затрудняют поворотливость
лодки на воде.
3. Наблюдались случаи, когда лодки с малой нагрузкой на 1
крыла, стоя на якоре при наличии ветра, взлетали — со всеми выте-
кающими отсюда неприятными последствиями. Для предотвращения*
подобного рода случаев необходимо применять какие-либо приспособ-
ления для уменьшения подъемной силы крыльев, или же давать
большую нагрузку на 1 № крыла, что будет улучшать мореходные
качества лодки, уменьшая ее летучесть на малых скоростях. Увели-1
чение размеров летающей лодки в настоящее время считается обще-1
принятым основанием для увеличения нагрузки на 1 м2 крыла, так как
с увеличением размеров увеличивается и максимальный размер волн,
которые машина должна выдерживать без повреждений. Это увели-
чение требований мореходности необходимо, так как если бы с увели-
чением размеров лодки мы оставили ее мореходные качества без
изменений, то минимальная скорость полета, увеличившись от увели-
чения нагрузки на 1 м2 крыла, усилила бы воздействие волн на лодку.
В гидросамолетах Рорбаха „Ромар“ и Дорнье „DO-Х" с большим
успехом применено значительное увеличение нагрузки на 1 м2 крыла
по сравнению с обычным.
Водонепроницаемость крыльев может служить двум целям:
для предотвращения проникновения сырости и влаги внутрь крыла
Ь Муи|1<| г. В1
www.vokb-la.spb.ru
и предохранения тем самым конструкции от коррозии или же для
придания крылу пловучести в случае повреждения лодки или боковых
поплавков. Это мероприятие было проведено на некоторых гидро-
самолетах Юнкерса, а также на лодке Рорбаха „Ромар“. Во время
одного из испытаний на мореходность этой машины произошла
поломка одного из подкрыльных поплавков. Если бы крыло не было
водонепроницаемым, то вся машина погибла бы, так как авария про-
изошла довольно далеко от берега и в сильную волну, но благодаря
водонепроницаемости крыла лодка благополучно дорулила до берега.
О величине размаха крыла при поплавках, располо-
женных близко к лодке и при двухлодочной конструк-
ции. В этих случаях крылья должны быть сделаны таким образом, чтобы
конец их не касался воды при любых условиях, в какое может попасть
такая машина в зависимости от ее назначения. Этот вопрос был
подробно исследован Румплером (Rumpier) при его опытах с двух-
и шестилодочными гидросамолетами. В модели гигантского гидро-
самолета 1921 г. он применил шесть лодок, чтобы при посадке
и рулежке распределить нагрузку по возможно большей части размаха.
Румплер показал возможность такой конструкции, что при любой
величине волны концы крыла никогда не будут погружены в воду,
но он предполагал равномерное волновое движение, которого никогда
не бывает в действительности. В модели 1929 г. он перешел к двух-
лодочной конструкции, главным образом потому, что нагрузки при
посадке на волнующуюся поверхность требовали очень тяжелой кон-
струкции. Действительно, в случае очень больших машин сомнительно,
'оправдывается ли выгода разделения нагрузки по размаху на две
лодки тем напряжением, которое возникает в конструкции, соединяю-
щей эти две лодки при действии на них несимметричных неравных
и разно направленных сил. При решении этой задачи следует пом-
нить, что волны не движутся последовательными длинными линиями,
а могут (и это чаще всего так и бывает) набегать по меньшей мере
с двух направлений сразу, отчего они сталкиваются, разбиваются
и получаются различной величины. Задача эта черезвычайно сложна,
и если беспристрастно проанализировать возможные нагрузки на лодки,
передающиеся на соединяющую их часть крыла, то придется притти
к выводу, что они настолько велики, что встает вопрос вообще о воз-
можности постройки двухлодочного гидросамолета таких больших
размеров. У гидросамолетов меньших размеров, как, например, у италь-
янской машины Савойя S-55, этот тип конструкции дает неплохие
результаты.
Таким образом для больших машин будем рассматривать лишь
однолодочные конструкции. Если максимальная высота над водой
у корня крыла определена, тогда размах автоматически ограничи-
вается максимальным допустимым углом поперечного V, выбранным
из условий устойчивости поперечной и пути.
Оказывается, что во всех случаях максимальный возможный раз-
мах будет гораздо меньше наивыгоднейшего размаха с точки зрения
наибольшей дальности полета и часто меньше наивыгоднейшего раз-
маха с точки зрения максимальой скороподъемности. Во французской
лодке CAMS-80 конструктор попробовал применить большое попере-
82
иное V на внешних концах крыла. Это было не особенно выгодно для
крыла в целом благодаря концевым потерям, но дало возможность
расположить подкрыльные поплавки далеко от лодки на довольно
коротких стойках.
Выбор крыла с точки зрения стоимости производства
Следует считать доказанным, что ни одна солидная самолетострои"
тельная фирма не будет настолько слепо придерживаться теории»
традиций или деталей, что не будет обращать серьезнейшего внимания
на возможности получения желаемого качества машин при возможно
большем удешевлении производства, при данном стандарте материалов,
их механических свойствах, качестве отделки и т. п.
Фото X. Летающая лодка „ J. А,-3“.
Ясно, что чем меньше количество деталей, тем дешевле производ-
ственный процесс. В предельном случае, делая очень широкое обоб-
щение, для крыла желательно иметь: 1) однородный материал, 2) один
лонжерон, 3) Один размер нервюр, 4) постоянную высоту лонжерона,
5) постоянное поперечное сечение лонжерона, 6) минимальное количе-
ство специальных креплений, 7) одно крыло (неразъемное).
Самое дешевое из современных крыльев — это крыло Рорбаха
(тип RO-П ), в котором выполнены все вышеперечисленные пункты
за исключением п. 5. Однако, несмотря на дешевизну производства,
вес такого крыла в случае свободнонесущего или даже в случае полу-
свободнонесущего (только с несущими растяжками) оказывается слиш-
ком велик для всех размеров машин, кроме самых малых, и от
этого типа конструкции пришлось отказаться. Следующее по деше-
визне— это прямоугольное полусвободнонесущее крыло, типичное для
лодок Дорнье и некоторых других конструкций. В таком крыле все
вышеуказанные условия могут быть соблюдены за исключением пп. 5
и 6. Шестое условие не соблюдается из-за того, что конструкция
подкосов сложна сама по себе и, кроме того, очень часто на концах
подкосов применяют специальные и обычно дорогостоящие крепления.
Следующим по порядку в смысле дешевизны можно считать тра-
пецевидное свободнонесущее крыло, хотя в этом отношении к нему
очень близко подходит полусвободнонесущее крыло, и вопрос об их
стоимости является до некоторой степени спорным. В свободно несу-
щем трапецевидном крыле могут быть соблюдены все условия за
исключением пп. 3, 4 и 5- Несоблюдение условия 3 значительно повы-
шает стоимость крыла. Если бы на п. 3 можно было сэкономить, то стои-
мость свободнонесущего трапецевидного крыла значительно бы снизи-
лась. Следует уделять максимальное внимание и всесторонне изучать
Фоте XI. Виккерс-Сюнермарин „Air
возможность применения конструкций типа Юнкере, Форд, Тоуль и
других, в которых нет нервюр. Во всех этих типах имеется ряд лонжеро-
нов, воспринимающих вертикальные силы; к лонжеронам крепится об-
шивка из гофрированого металла, придающая крылу желаемый профиль
и в то же время воспринимающая часть крутящего крыло момента
и горизонтальные силы. Таким образом можно обойтись без нервюр
путем применения комбинации из многих лонжеронов и жесткой
работающей обшивки. Но в таком крыле обязательно должны быть
и тот и другой элементы, а не один какой-нибудь (т. е. и несколько лон-
жеронов и жесткое покрытие). Гофрированая обшивка обходится
-значительно дешевле гладкой металлической обшивки и может быть
«сделана значительно тоньше последней. Процесс гофрировки также
.дешев. Изгиб обшивки для придания ей крылового профиля чрезвы-
чайно прост, а клепки гофрированная обшивка требует гораздо
меньшей, чем соответствующая гладкая. Сами лонжероны, расположен-
ные поперек волны гофра, выполняют роль стрингеров, так что число
последних сокращается. Основным недостатком этого покрытия, как
34
показали результаты испытании в натуру, является значительное
увеличение профильного сопротивления крыла.
Таким образом в случае тщательно продуманной конструкции
трапецевидного свободнонесущего крыла без нервюр все вышепере-
численные условия за исключением 2, 4 и 5 могут быть удовлетво-
рены. Стоимость такого крыла может быть значительно ниже прямоу-
гольного полусвободнонесущего крыла с несколькими лонжеронами.
Однако окончательная стоимость может быть определена лишь после
тщательного анализа конструкции всей машины в целом.
В бипланах могут быть выполнены условия 1 и 3 и, возможно,
2 и 5. В этом случае приходится учитывать удвоенное число деталей.
Кроме самих крыльев, здесь имеются стойки, их крепления, растяжки
и т. д. Однако сами детали, лонжероны и нервюры получаются
меньших размеров, чем у монопланов. По мнению Дорнье, изготов-
ление деталей больших размеров требует меньшей затраты работы
на единицу веса, так как количество работы зависит, главным обра-
зом, от числа соединений и заклепок. Так, Do-X имеет в среднем 2, 5,
Суперваль — 3,3 и Валь — 5,2 соединения на 1 пог. м, а число зак-
лепок на 1 кг законченного лонжерона составляет 9,8 для DO-X,
33 — для Суперваль и 44 — для Валь. Однако не следует уделять
слишком много внимания сокращению числа креплений, которые
обычно изготовляются из целого куска металла. В большинстве
случаев они выходят довольно тяжелыми, несмотря на то, что на
них затрачено много работы, но если бы довести их вес до мини-
мума, то стоимость изготовления удвоилась бы.
Несмотря на возможное расхождение мнений по поводу выше-
указанных обобщений, эти мнения все же представляют собой некото-
рую исходную точку для сравнительного анализа и определения
относительной стоимости крыльев различного типа.
ГЛАВА VII
ЛЕТНЫЕ КАЧЕСТВА И ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛЕТАЮЩИХ ЛОДОК
При одной и той же нагрузке на 1л«2 крыла и на единицу мощ-
ности современные многомоторные летающие лодки и эквивалентные
им многомоторные сухопутные самолеты обладают примерно одина-
ковыми аэродинамическими качествами и мало уступают последним
в отношении маневренности.
Это достигалось постепенно — как за счет усовершенствования
форм лодок гидросамолетов, что повело к значительному уменьше-
нию лобового сопротивления, так и за счет применения алюминиевых
сплавов в качестве материала для лодок, что позволило сильно
облегчить их вес.
Специфические проблемы летных качеств, присущие исключительно
летающим лодкам, сводятся к вопросам рулежки и взлета с водной
поверхности. С момента отрыва лодки от воды она подчиняется тем
же законам аэродинамики, что и сухопутный самолет.
Так как по вопросам мореходных и летных качеств гидросамолетов
имеется обширная литература, то в настоящей главе предполагается
лишь суммировать особенности, отличающие летающие лодки от сухо-
путных машин.
Взлет
В большинстве случаев весьма важно, чтобы лодка отрывалась
от воды в минимально короткий срок, обусловленный специальными
требованиями к данному типу машины.
Например, лодки, взлетающие с небольших озер или закрытых
бухт, естественно, должны иметь быстрый взлет.
Точно так же в случае работы гидросамолета в открытом море,
где возможны сильные удары лодки о волны, желательно, чтобы
лодка по возможности быстро отрывалась от воды во избежание по-
вреждений.
На практике всегда приходится сталкиваться с противоречиями
между временем взлета, максимальной скоростью, скороподъемностью
и т. д. и выбирать какое-то компромиссное решение.
Взлетные харакеристики лодки зависят от следующих основных
факторов: 1) мощности моторной группы, 2) взлетной скорости
3) водяного сопротивления лодки, 4) воздушного сопротивления
гидросамолета, 5) состояния воздушной среды.
Ясно, что время взлета и длина разбега значительно увеличи-
ваются в случае большой нагрузки на 1 л. с. мотора.
Тот же результат получается в случае увеличения взлетной ско-
рости. Увеличение взлетной скорости на 25% может дать увеличение
длины разбега порядка 90— 100 %.
При одной и той же нагрузке на 1 л. с. можно принять, что время
взлета примерно пропорционально квадрату взлетной скорости.
При одной и той же нагрузке на 1 л. с. можно принять, что длина
разбега примерно пропорциональна кубу взлетной скорости.
На взлет сильно влияет ветер, но это влияние не поддается точ-
ному математическому анализу. Расчет взлетных характеристик обыч-
но производится для наиболее тяжелого случая взлета—полный
штиль, так как летающая лодка, которая не может подняться в воз-
дух при штиле, может прекрасно взлететь при ветре в 4—5 м/сек
(15 —18 км/час).
Водяное сопротивление
В Англии вопрос водяного сопротивления лодок был подробно
исследован экспериментальным путем как при помощи испытания
Скорость, м/сеК
Фиг. 64 Кривая сопротивления воды.
моделей в бассейне, так и путем испытания лодок в натуру. Водяное
сопротивление нормальной английской лодки может быть прибли-
женно выражено следующей формулой1:
R = KG (~ -
где R—водяное сопротивление в кг; G—полный вес машины в кг;
К—некоторая постоянная, зависящая от формы лодки; v — скорость
в данный момент разбега в м/сек; —скорость отрыва в м/сек.
Примечание. К равно учетверенному максимальному водя-
ному сопротивлению лодки в кг, деленному на ее водоизмещение
в кг.
Среднее значение /f=0,8.
') См статью А. Годжа (A. Gauge), журнал „Flight" от 24 ноября 1927 Г.
Если имеются налицо результаты протаски модели в бассейне,
причем сопротивление испытанной модели при некоторой скорости
V равно г, тогда
где v— скорость модели, соответствующая скорости лоди в натуру;
R— водяное сопротивление лодки в натуру; у — соотношение линей-
ных размеров натуры и модели лодки.
На фиг. 64 дана типичная диаграмма
водяного сопротивления
лодки.
Для сравнения качества лодки в смысле
ее водяного сопротивле-
г- v нагрузки на воду
Фиг. Сэ Кривая отношения -----------------
сопротивление
в зависимости от скорости.
Воздушное сопротивление может быть
следующей формулой:
ния с другими известны-
ми удачными конструк-
циями обично строят
кривую качества лодки
G
, где Gj—вес, пере-
дающийся на воду.
Этот вес, передаю-
щийся на воду при лю-
бой скорости, равен раз-
ности между полным ве-
сом машины и подъ-
емной силой крыльев,
имеющейся в данный
момент.
Хорошая лодка дол-
жна иметь минимальное
Ct с
отношение п около 5.
К
Типичный: график из-
менения качества лод-
ки в зависимости от
скорости показан на
фиг. 65,
приближенно выражено
где Q— сопротивление воздуха в кг; у- — отношение лобового сопро-
тивления к подъемной силе машины без лодки и без учета влияния
струи винта; V—скорость в данный момент разбега в ju/ceie; V„— ско-
рость отрыва в м/сек; G— полный вес машины в кг.
Примечание, р изменяется в пределах от 0,12 до 0,15.
На фиг. 66 и 67 дано воздушное сопротивление нескольких типич-
ных лодок.
83
www.vokb-la.spb.ru
Полная мощность, необходимая для поддержания на воде скоро-
сти V, может быть определена из уравнения:
N==N ру.™
° k V, J ^75 ’
где N—полная потребная на скорости V мощность в л. с.; NG— мощ-
ность для горизонтального полета со скоростью Vo; V—произволь-
ная скорость во время разбега в м/сек, — минимальная скорость
полета в м/сек', R — водяное сопротивление в кг, соответствующее
скорости V.
Фиг. 66 Различные формы лодок и их
воздушное сопротивление в кг/м- при
скорости 26,8 м/сек.
5,9 кг/м?
а кабиной 738кг/
без кабину 6,30к г/м 2
Фиг. 67. Различные формы лодок и их
воздушное сопротивление в кг/л2 при
скорости 26,8 м/сек
485н* *2
Вышеуказанное уравнение применяется для определения ряда
значений потребной мощности на скоростях от нулевой до взлетной.
Дальше строим график, на котором эти значения мощности даны
в зависимости от скорости и на который наносится кривая распола-
гаемой мощности.
Для того чтобы машина оторвалась от воды, необходимо чтобы
располагаемая мощность превышала потребную; если же эти кривые
пересекутся, то машина не взлетит.
Следует отметить, что максимум кривой потребной мощности при-
ходится на скорость, равную примерно 4О°/о взлетной скорости; это
значит, что максимальное или критическое сопротивление лодки полу-
чается примерно на 40% скорости отрыва. Эта скорость соответствует
тому периоду разбега, когда очень быстро растут динамические подъ-
емные силы глиссирующей части днища и, воспринимая на себя пес
лодки» заставляют быстро уменьшаться гидростатические подъемные
силы. В этот период лодка выходит на редан.
После выхода на редан водяное сопротивление лодки быстро па-
дает, доходя до нуля к моменту отрыва.
Время взлета
Разность между располагаемой тягой и полным сопротивлением
машины на данной скорости дает силу, идущую на ускорение дви-
жения. Время разбега может быть подсчитано по следующей фор-
муле:
G /' dv
gJ *~(R + Qy
где G—полный вес машины в кг; Ф—тяга винта в кг; R—водяное
сопротивление в кг; Q—воздушное сопротивление в кг; — скорость
Фиг. 68. Кривая времени разбега при взлете в зависимости
от веса лодки.
отрыва в м/сек; g—ускорение силы тяжести в м/сек2; t—время раз-
бега в секундах.
На фиг. 68 дана кривая времени взлета в зависимости от веса.
Состояние атмосферы
При проектировании летающей лодки, рассчитанной на работу
в тропиках, очень важно учесть серьезное влияние плотности воз-
духа на время и длину разбега.
В одном частном случае для летающей лодки обычного англий-
ского типа было подсчитано время разбега при относительной плот-
ности воздуха 0,90. Расчет показал, что время разбега с нормальной
нагрузкой увеличилось с 26 до 43 сек., т. е. увеличилось на 65%.
Этот расчет также показал, что при стандартных условиях эта
90 www.vokb-la.spb.ru
лодка с нагрузкой в 12500 кг оторвется через 60 сек., а при отно-
сительной плотности воздуха в 0,9 лодка в те же 60 сек. сможет
оторваться лишь с нагрузкой в 10900 кг.
Для этой же машины
было произведено ис-
следование длины раз-
бега, результаты кото-
рого показали, что при
полном весе в 11400 кг
длина разбега при стан-
дартных условиях равна
примерно 440 л<» тогда
как при относительной
плотности воздуха в 0,93
длина разбега будет
620 м.
На фиг. 69 дана кри-
вая длины разбега в за-
висимости от веса.
Фиг. 69. Кривая длины разбега при взлете
в зависимости от веса лодки
Эти исследования приводят к выводу, что все лодки, рассчитан-
ные на работу в тропиках, должны иметь моторы с наддувом, экви-
валентным высоте минимум 1200 м.
Фото. XII Шорт „Valetta“.
Радиус действия и крейсерская скорость
Оба эти качества машины зависят от ее скорости отрыва. С уве-
личением скорости отрыва крейсерская скорость увеличивается при-
мерно на ту же величину. Наоборот, радиус действия с увеличением
взлетной скорости значительно уменьшается.
ГЛАВА VIII
ДВУХПОПЛАВКОВЫЕ ГИДРОСАМОЛЕТЫ
Эта глава посвящена, главным образом, описанию особенностей
поплавковых гидросамолетов. В качестве примера рассматривается
двухпоплавковая схема, наиболее часто применяющаяся на практике.
Относительно фюзеляжа, крыльев, хвостового оперения и винтомо-
Фото XIII. Консолидейтед ,,Fleetster-17“
торной группы приведены только некоторые общие замечания, необ-
ходимые для избежания возможных ошибок в общей схеме гидроса-
молета.
Положение поплавков относительно машины
Как в Англии, так и в других странах бывали случаи,
когда из-за неудачного расположения безупречных по конструкции
поплавков машина имела плохие данные. Чрезвычайно важно, чтобы
установка поплавков относительно машины давала чистый пробег
и хороший взлет. Для обеспечения этого необходимо учитывать:
1) диаметр винта, 2) расположение центра величины поплавков отно-
сительно центра тяжести машины, 3) располагаемую мощность, 4) по-
требную мощность, 5) водяное сопротивление поплавков, 6) характе-
ристики крыльев, 7) обводы поплавков.
Расстояние поплавков от фюзеляжа определяется минимальным
расстоянием от концов лопастей винта до нормальной грузовой ва-
www.vokb-la.spb.ru
терлинии. Концы лопастей как деревянных, так и металлических
винтов ломаются не только от попадания в волну, но даже от крупных
брызг, и поэтому для самых малых самолетов расстояние конца лопа-
сти от воды должно быть не меньше 0,45 м. Для гидросамолетов
полным весом около 2500 кг это расстояние, найденное опытным
путем, берут не меньше 0,6 м (фиг. 70).
Продольное положение поплавков относительно машины опреде-
ляется конструкцией подводной части поплавков. Сначала выбирают
подходящий диферент с тем расчетом, чтобы при пробеге нос по-
плавка не зарывался в воду (этот диферент обычно равен 1—2°,
как показано на фиг. 70). Выбрав диферент, наносят грузовую ва-
терлинию, подсчитывают центр величины способом, указанным ниже,
и, наконец, располагают поплавки относительно самолета таким обра-
зом, чтобы центр величины и центр тяжести гидросамолета лежали
на одной вертикали.
Если продольная остойчивость поплавков достаточна (см. гл. IX),
то положение поплавка относительно фюзеляжа, определенное по
только что описанному методу, должно быть удовлетворительным.
Высота хвостового оперения над водой
Кроме расстояния от концов лопастей винта до воды, следует
определить высоту хвостового оперения над ватерлинией. Для гидро-
самолета полным весом около 2500 кг расстояние между вателирнией
и стабилизатором или рулем направления (в зависимости от того, который
из них расположен ниже) не делают меньше 1,5 м. Для машин других
размеров это расстояние надо брать с уже известных удачных
конструкций, так как было много случаев повреждения хвосто-
вого оперения от чересчур близкого расположения его к воде.
Угол установки поплавков
Угол установки поплавков тесно связан с углом установки крыла,
критическим углом атаки профиля (я при С^шах) и обводами самих
поплавков. Угол установки должен быть таким, чтобы крыло при
отрыве имело угол атаки, меньший критического. Так, на фиг. 70
мы имеем: угол между горизонталью и линией, соединяющей редан
и корму, 7°; угол установки крыльев 4°. Если мы учтем, что при
отрыве корму можно „осадить" на 2°, то получим угол атаки крыла
при отрыве, равный 7 4" 4 4-2 — 13°. Если при этом критический угол
атаки больше 13°, то установку поплавка, данную на фиг. 70, следует
признать удовлетворительной.
Часто машина в первоначальном виде проектируется как сухопут-
ная и лишь позднее ее ставят на поплавки. Машина может уже иметь
или малый установочный угол атаки (скоростная машина), или боль-
шой установочный угол атаки (грузоподъемная машина). Поэтому,
когда решают ставить машину на поплавки, следует тщательно учи-
тывать установочный угол атаки ее крыльев и в соответствии с ним
уже подбирать как конструкцию, так и расположение поплавков.
Мощность
В гл. IX подробно описаны методы определения водяного сопро-
тивления поплавков по данным буксировочных испытаний моделей
в бассейне. К полному водяному сопротивлению прибавляется полное
воздушное сопротивление машины.
Исходя из этих данных, подсчитываются для разных скоростей тяга
и мощность, потребная для движения по воде с определенной ско-
ростью, и строится кривая потребной мощности по скорости.
На этот график наносится кривая располагаемой мощности и, если
машина должна „отрываться" от воды в безветренную погоду, тогда
эти кривые не должны пересекаться, т. е. потребная мощность не
должна превышать располагаемую.
Ниже приведена сравнительная таблица основных характеристик
наиболее удачных из современных двухпоплавковых гидросамолетов.
На фиг. 71 дан схематический чертеж однопоплавкового гидро-
самолета.
Двухпоплавковые гидросамолеты
Наименование машины Полный вес с нагрузкой кг Нагрузка на крыло кг/л2 Нагрузка кг':лс. Максималь- ная ско- рость км!час
Аэромарин Клемм 725 40 10,4 141
Консолидейтед „Fleetster* . . 2675 93 4,65 280
CAMS-60 6 880 56 7,0 200
Фэрчайльд-71 2 7Ю 95 6,1 214
Шорт „Gurnard" . . • .... 2350 59 4,5 208
Де-Хэвиленд „Moth“ 790 35 7,9 153
Юнкере W-34W 3000 68 5,3 200
Юнкере Ju-52 7 000 63 8,2 202
Латекоэр-28 5 700 98 8,7 236
Левассер PL-14 4 250 57 6,5 164
Шоот „Mussel" 740 37 7,8 164
Райан Бругэм В-5 1 820 72 6,0 222
Виккерс „ Vildebeeste" .... 3850 57 6,5 212
Шорт „Valetta" 10200 79 6,3 217
Вестлэнд „Wapiti* 2450 54 5,1 216
Остойчивость на воде
Кроме чистого пробега и хороших взлетных качеств, от гидроса-
молета требуется достаточная остойчивость на воде. В настоящем
разделе вопрос остойчивости на воде будет разобран во всех подроб-
ностях.
При проектировании ги-
дросамолетов подсчитать ста-
тическую остойчивость ма-
шины на воде так же необ-
ходимо, как и при проекти-
ровании океанских судов,
и расчет в обоих случаях
ведется почти одними И теми Фиг. 71. Однопоплавковый гидросамолет.
же методами.
Статическая остойчивость рассматривается Как тенденция
гидро-
самолета к возвращению в исходное положение при отклонении его
из этого положения ветром
или волнами.
Вопрос о том, достаточна
ли статическая остойчивость
проектируемой машины, ре-
шается сравнением подсчи-
танной метацентрической вы-
соты с метацентрической
высотой, подобной ей, уже
осуществленной, удачной ма-
шины. Таким образом выбор
величины метацентрической
высоты в большой мере яв-
ляется вопросом опыта и ста-
тистики. Ниже дан примерный
расчет статической остойчи-
вости.
На фиг. 72 показана ма-
шина, наклоненная под не-
большим углом 6, на которую
действуют две равные силы:
1. Вес, приложенный к
центру тяжести и направлен-
ный вниз по перпендикуляру
к ватерлинии.
2. Гидростатическая подъ-
Фиг. 72. Поперечная метацентрическая высота, емная сила, проходящая че-
: рез новый центр величины,
т. е. центр пловучести машины в наклоненном положении, и напра-
вленная вверх по перпендикуляру к ватерлинии.
Когда машина наклонена, общий объем поплавков, погруженный
в воду, остается тем же самым, но форма его изменяется, так что
ЭД
центр величины, представляющий собой центр тяжести объема
поплавков, погруженных в воду, также перемещается от В к Вг.
Точка М, где вертикаль, проходящая через Вх, пересекает централь-
ную линию машины, называется поперечным метацентром.
Если теперь мы проведем некоторую линию GZ, перпендикуляр-
ную вертикали, проходящей через Въ то тогда равные силы 7 и 2
будут действовать на плечо GZ, и момент, стремящийся вернуть
машину в прежнее положение, будет D • (GZV
Для небольших углов крена (примерно до 8°) можно считать, что
~ '' меняется, и, следовательно,
восстанавливающий момент,
или момент статической
остойчивости, равен D • (GM)
sin в.
Если точка М будет ле-
жать ниже точки G, то ре-
зультирующий момент будет
стремиться перевернуть ма-
шину. Это имеет место у боль-
шинства летающих лодок,
и объем подкрыльных по-
плавков рассчитывается так,
чтобы преодолеть эту тен-
денцию машины к перевора-
чиванию.
Не надо думать, что боль-
шая метацентрическая вы-
сота (т. е. расстояние (GM)
улучшает машину. Большая
метацентрическая высота вы-
зывает большие восстанавли-
вающие моменты, стреми-
тельность угловых переме-
щений и делает машину очень
чувствительной к любой волне из-за ее слишком большой остойчи-
вости1. Поэтому при проектировании морских машин стремятся свести
величину (GM) к минимуму, обеспечивающему безопасность и удобство
плавания.
При проектировании гидросамолетов очень важно расположить
винт таким образом, чтобы он не захлестывался носовой волной,
которая может его легко разрушить.
Точка М на фиг. 72 называется поперечным метацентром и зави-
сит от формы поплавков и их расстояния друг от друга; расстояние
этой точки от точки G принимается за меру остойчивости гидроса-
молета при боковой качке.
1 Большое {GM),—большая остойчивость. Свойство судна не раскачиваться на
волнах называется его остойчивостью. Сильно остойчивое судно следует за наклоном
волны, следовательно, мало устойчиво. Прим. ред.
При анализе продольных движений машины на воде следует учи-
тывать еще одну точку, называемую продольным метацентром (фиг. 73).
Для определения обеих точек необходимо сначала определить
положение центра величины и затем уже определять расстояние (ВМ).
Фото XIV. Де Хевилэнд ,,Moth“ при взлете.
Для этого необходимо подсчитать: 1) полное водоизмещение
поплавков, 2) площадь грузовой ватерлинии, 3) центр величины,
4) момент инерции грузовой ватерлинии, 5) водоизмещение при rpj -
зовой ватерлинии, 6) положение центра величины.
Запас пловучести
Фиг. 74. Водоизмещение поплавка.
Так как мы можем производить только поверочный расчет стати-
ческой остойчивости, то форму поплавка мы должны выбрать заранее.
Основные данные выбранного поплавка приведены в таблице 1 на
стр. 98 и 99, вид сбоку — на фиг. 75 и сечения по шпангоутам — на
фиг. 76.
1 В этой таблице размеры поплавка даны в дм, чтобы не вводить неточности
переводного коэфициента в данные оригинального английского поплавка. Прим. ред.
7 Мыс. М 702--11 \ про в
97
Точка Под килем Строевая линия палубы Скула ниже: строевой линии Полуши- рина скулы Радиус палубы
12 5,35 5,35 5,37 —
П1/2 17,1 2,8 10,02 9,1 9,38
11 21,4 1,22 13,9 12,3 11,98
10 27,18 0,05 19,0 15,78 15,47
9 29,5 0,0 21,9 17,1 17,08
8 30,25 0,0 23,2 17,38 17,38
7 30,06 0,0 23,4 17,2 17,19
6 29,8 0,0 23,6 16,86 16,86
Верх редана 28,7 0,0 21,47 16,86 16,86
5 26,0 0,0 19,05 16,4 16,29
4 23,3 0,0 16,70 15,77 15,02
3 20,6 0,0 14,34 '14,4 13,45
2 17,9 0,0 11,87 12,3 10,68
1 15,3 0,0 10 5Э 8,6 6,75
14,0 0,0 10.46 5,56 4,07
0 12,6 0,0 12,62 — ——
а- —
Для определения полного объема поплавка длина его делится на
12 равных участков, как показано на фиг. 75.
Фото XV Де-Хевилэнд „Moth“ при рулежке.
Пользуясь планиметром на корпусе (фиг. 76), легко определить»
площадь каждого полушпангоута. Далее, по правилу Симпсона опре-
деляют полное водоизмещение поплавка. Составляют таблицу:
Точка Площадь полушпан- гоутп ж» Множитель Симпсона Функции площадей
12
UV2 2
11 11/3
10 4
9 2
8 4 Площадь по-
7 Определяется 2 лушпангоута,
6 планиметром на 4 умноженная
5 фиг. 76 2 на множитель
4 4 Симпсона
3 2
2 4
1 1V2
72 2
0 73
**---------—----------- длили ииллиини оосм . - ---------------
Фиг. 75. Бок поплавка.
Фиг. 76. Корпус поплавка.
Чтобы найти полный объем
поплавка, надо полученную
сумму умножить на треть рас-
стояния между сечениями и еще
на два, поскольку бралась по-
ловина площади шпангоута.
Таким образом полный объем
поплавка составляет:
5,91 •°’5326 -2 —2,07 лА
Площадь грузовой ватер-
линии
На фиг. 76 наносим на каж-
дый шпангоут положение гру-
зовой ватерлинии с фиг. 74
(отрезки АВ и CD фиг. 74
равны соответственно отрезкам
АВ и CD фиг. 76). Полуши-
рины шпангоутов по грузовой
ватерлинии наносятся на чертеж
(фиг. 77), и площадь грузовой
ватерлинии определяется при
помощи следующей таблицы:
Точка Полуордината площади грузовой ватерлинии в дюймах1 Множитель Симпсона Функции площадей
12 v2 —
П»/8 6 2 —
11 12 IV2
10 16,1 4 ' *
9 16,8 2 —
8 17,0 4
7 17,0 2 —
6 16,0 4 —
5 15,0 2 —
4 13,5 4 —-
3 11,5 2 ——.
2 8,5 4 —
1 5,5 IV2
V2 4,0 2 — — -
0 0 V2 ——
2 = 11,7
Площадь F= 11,7 • 2 = 3,83 jw2.
Фиг. 77. Грузовая ватерлиния поплавка.
Центр пловучести
Для поперечных колебаний центр пловучести принимается лежа-
щим на центральной линии машины.
Момент инерции ватерлинии
Момент инерции вычисляется относительно центральной линии
поплавка и центральной линии гидросамолета.
Первый вычисляется по нижеследующей таблице:
1 В этой таблице сохранены размеры в дм, как и в таблице размеров поплавка.
Прим. ред.
100
www.vokb-la.spb.ru
Точка Полуорди- нага в дюй- мах Куб полу- ординат Множитель Симпсона Функции кубов
12 «—я V2 —
1П/2 6 —. 2 —
11 12 —- 1’Л —
10 16.1 — 4 —
9 16.8 — 2 —
8 17,0 — 4 —
7 17,0 — 2 •—-
6 16,0 « 4 —
5 15,0 — 2
4 13,5 — 4 —
3 11,5 — 2 —
2 8,5 « 4 —
1 5,5 — V/2 —
v2 4,0 •— 2 —
о, 0 —— V2 —
1 2 = 1,595
Фото XVI. Взлет лодки Шорт „Calcutta"
Момент инерции относильно центральной линии поплавка:
4 = 1,595 = 0,174 л<4.
Момент инерции относительно центральной линии поплавка нахо-
дится путем сложения функций кубов, умножения полученной суммы
на треть расстояния между сечениями и умножения этого результата
на две трети.
Момент инерции ватерлинии относительно центральной линии ма-
шины равен
Z=/0-|-F(-jy = 0,1864-3,83
где F—площадь ватерлинии, Т—расстояние между поплавками. Мо-
мент инерции обоих поплавков относительно центральной линии ма-
шины будет 2 • 7,4 = 14,8 дА.
Водоизмещение при грузовой ватерлинии
Эта величина находится тем же способом, как и при подсчете
полного водоизмещения, но площади полусечений, входящие в графу
таблицы 2, берутся вниз от ватерлинии, как показано на фиг. 76.
Таким образом получаем:
Точка Площадь полусечения Множитель Симпсона Функция площади
12 11V2 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 V2 0 Погруженные в воду площа- ди полушпангоутов опреде- ляются планиметром по фиг. 76 V2 2 2 4 2 4 2 4 2 4 1V2 2 72 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
S = 3,07
Таким образом водоизмещение при грузовой ватерлинии:
D = 3,07 Ц91-• 2 = 1,0 ж’.
О
Положение центра пловучести
Положение центра пловучести определяется его вертикальной и
горизонтальной координатой.
Вертикальная координата обычно точно не вычисляется, а при-
нимается, примерно, равной 0,2 максимальной осадки поплавка Ч
Горизонтальная координата центра пловучести определяется путем
составления следующей таблицы:
1 См. доклад майора Р. Пенни (Р. Е. Реппу) „Развитие гидросамолетов", читан-
ный в RAS (Королевское авиационное общество) 28/IV 1927 г.
г
Точка Площадь полусечения Множитель Симпсона Расстояние до мидельшпан- гоута Функции площадей Моменты функций площадей
12 Vs —6
1V/2 2 -Si/о —
11 1V2 -5 я»* —
10 4 —4 —
9 2 —3 —
8 4 ~2
7 См. предыдущую 2 А —1 л —
ъ 5 | таблицу 4 2 и 4-1 £ = —0,87
4 4 ?2 —
3 2 +3 -—
2 4 +4 .—
1 1’/2 +5
Va 2 4-5V2 —
0 V2 4-6 _
£ =0,99
£ = 3,07
Момент функций площадей относительно мидельшпангоута:
0,99 — 0,87 = 0,12.
Центр пловучести:
0,13?07°’-91- = 0,0192^и.
Мы теперь имеем все данные,
необходимые для определения по-
перечной метацентрической высоты
рассматриваемой нами пловучей си-
стемы.
Расстояние между центром пло-
вучести и метацентром равно:
(Ж=£>
Фиг. 78. Поперечная метацентриче-
ская высота поплавка.
где I—момент инерции двух поплавков относительно центральной
линии машины в л/4 и D — полное водоизмещение двух поплавков
в м3. Для доказательства возьмем один поплавок и найдем для него
метацентрическую высоту (фиг. 78). ____
Пусть 0 — угол наклона — имеет очень малую величину у — (ITS)
или (SL);
f равно площади тр-ка l^SWlr или тр-ка LSL^
d—объем тр-ка для полной длины поплавка;
D — водоизмещение поплавка.
Тогда
, _ (УТЕ) - (L • LJ,
Г1— 2
но
(L • — (SL) sin 0,
следовательно,
, (s • £2) sin 0
/i— 2 ’
Расстояние от оси поплавка до центра тяжести треугольника SLLr
--- 9--
__ 4 __
/^=3 SL (при малом угле в).
Теперь
/ЛЛ, = I Six 1- Si? sin в = | sin 0-SD;
J * о z о
dhhx sin &dx.
Но
dhhi — DBBX и BBX = BM sin 0;
--- 9 /»
DBM sin 0 = 5- / У3 * sin
О ./
DBM =
2 f y*dx
~D~ '
На фиг. 79 возьмем полоску PQ, длина которой равна .у и ширина
dx. Тогда, рассматривая PQ как прямоугольник, найден его момент
Фиг. 79 К определению момента инерции
площади ватерлинии.
А так как из предыдущего видно, что
инерции относительно
основания DC:
^(ydx)у2 ysdx,
и момент инерции всей
фигуры относительно DC:
f~ ys • dx.
Так как обе стороны
поплавка симметричны, то
получаем момент инерции:
10 = ^/уЧх.
2 Г Pdx
3J D *
то
ВМ .
Для нахождения ВМ для двух поплавков надо в формулу вставить
1С4
момент инерции двух попланков относительно оси симмг’1 рии машины»
рапной
где Fwl—-площадь ватерлинии одного поплавка, а Т—расстояние
между осями поплавков.
Таким образом имеем:
’ . 1 14,8 - л
ВМ D 2() 7,4 м.
Поперечная метацентрическая высота
GM==BM— BG.
Положение G известно (BG = 2,5 м); следовательно,
GM=7,4 — 2,5 = 4,9 м.
Если полученная метацентрическая высота не укладывается в
статистику подобных типов гидросамолетов, то надо изменить рас-
стояние между поплавками.
Для большей наглядности рассмотрим этот случай на примере.
Взяв те же цифры, для которых производился весь предыдущий
расчет, предположим, что величина метацентрической высоты недо-
статочна и что GM должно равняться 5 м.
Новое расстояние ВМ будет, следовательно,
2,54-5 = 7,5 м.
А так как
вм=1,
и
ТО
/= BMxD = 7,5 • 2,0 = 15jh4
А так
как
[/ Т X 2
k+F (!> ) ; /<, = 0,186 ж4 и F=3,83 ж»,
то требуемое расстояние между поплавками
15-2.0,186 _ 9 77
2 • 3,83 ~Z,//
-2(о
2F
м
вместо прежнего 2,75 м.
Продольная остойчивость гидросамолетов проверяется аналогич-
ным образом для трех диферентов: нормального, 8° на нос, 8е
на корму.
Следует добавить, что динамическая остойчивость требует даль-
нейших вычислений и что в рассмотренном нами случае не принима-
лись во внимание ни возможные изменения веса машины (например,
в случае бомбардировщика при наличии на нем бомб и без них),
ни изменения угла диферента от затопления одного или нескольких
отсеков.
105
ГЛАВА IX
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПОПЛАВКОВ ГИДРОСАМОЛЕТОВ
Противоречивые требования к конструкции поплавков гидросамо-
летов вынуждают прибегать к компромиссу при выборе формы по-
плавков.
По степени важности эти требования располагаются следующим
образом: 1) хорошие гидродинамические качества и остойчивость,
2) по возможности малое лобовое сопротивление.
Пользуясь соответствующими коэфициентами, полученными из
•статистики поплавков существующих удачных машин различных ти-
пов, можно избежать значительной
доли экспериментальной работы и
быстро построить необходимые об-
воды поплавка.
Фиг. 80. Коэфициент полноты
миделыппангоута, равный 0,75.
Фиг. 81. Коэфициент полноты ватер-
линии, равный 0,68.
Для этого требуется знание следующих коэфициентов:
а — коэфициент полноты миделыппангоута;
b — коэфициент полноты ватерлинии;
с-—коэфициент полноты водоизмещения;
d—коэфициент линейных соотношений;
е — коэфициент моментов инерции;
а — отношение площади сечения миделыппангоута поплавка к
площади описанного прямоугольника A BCD (фиг. 80).
b — отношение площади ватерлинии поплавка к площади опи-
санного прямоугольника EFGH (фиг. 81).
с — отношение объема поплавка к объему описанного прямо-
угольного параллелепипеда.
Следует также учитывать угол входа поплавка в воду. Этот вопрос
будет рассмотрен более подробно в дальнейшем при анализе про-
блемы интерференции волн.
Значение d. Если L полная длина поплавка, В — наибольшая
ширина, Н—наибольшая глубина, то Н должно равняться 1,13 В, а
L должно равняться 8 В.
Это дает пропорции нормального современного английского по-
плавка для двухпоплавковых гидросамолетов весом от 1500 до 3000 кг
с закругленной палубой, И-образным днищем и с одним реданом,
расположенным примерно посередине поплавка.
Фото XVII. Блекборн „Iris*.
Закругленная палуба является наиболе распространенным типом
конструкции в Англии благодаря: 1) прочности сечения и 2) хоро- '
шему стоку воды с верхней части поплавка. В тех случаях, когда
это бывает необходимо, можно сделать дорожку для хождения по
верхней части поплавка.
Редан должен быть расположен вблизи от центра тяжести маши-
ны, так как при взлете м&шина скользит по поверхности воды на
редане, и если он находится далеко от центра тяжести, возникают
большие диферентирующие моменты.
Назначение редана состоит в том. чтобы оторвать поток от зад-
ней части днища и тем самым уменьшить подсасывание и водяное
сопротивление. |
V-образная форма глиссирующей части днища уменьшает удар
при посадке, почему ей отдается предпочтение перед плоской, нс-
смотря не то, что плоская форма днища меньше „прилипает" к по-
верхности воды.
Для вышеуказанного типа поплавка:
коэфициент полноты
99 99
» «
мидель шпангоута =0,75
ватерлинии =0,68
водоизмещения =0,47
Фото XVIII. Блекборн„1п8-Ш“.
Следует отметить, что путем составления таблиц коэфициентов
для какого-либо определенного типа гидросамолетов можно получить
более точные цифры для каждого типа, чем те, которые приведены
выше, но, как будет видно дальше, в этом нет необходимости. Н
Данные выше коэфи-
циенты представляют
собой средние значе-
ния для целого ряда
машин, полный вес ко-
торых не выходит за
указанные ранее пре-
делы. Пользуясь этими
коэфициентами, можно
получить достаточно хо-
рошие обводы и про-
порции поплавка.
Способ построения
обводов поплавка тот
же, что и в кораблестрое-
нии; разница заключает-
ся лишь в значении коэфициентов, применяемых для гидросамолетов.
Пользуясь этими коэфициентами и принимая угол V глиссирую-
щей части днища равным 30°, легко можно найти сечение мидель-
шпангоута, соответствующее коэфициенту полноты в 0,75, проверяя
площадь при помощи планиметра.
На фиг. 82 и 83 показаны старая и новая форма днища.
Вогнутая часть днища, показанная на фиг. 83, напоминает носо-
вую часть торпедоносцев и легких крейсеров. Она выполняет два
назначения: во-первых, она уменьшает угол наклона брызг и, во-
вторых, увеличивает продольную остойчивость.
Далее следует построить килевую линию, причем килевая линия
кормовой части поплавка представляет собой прямую, образующую
с горизонталью угол около 7°. Скуловая линия в кормовой части
точно так же представляет собой прямую, переходящую у самой
кормы в кривую для соединения с килевой линией.
Фото XIX. Гоночный гидросамолет „Сюпермарин S6B
Необходимая высота редана зависит от взлетной скорости ма- ’
шины. По мере уменьшения взлетной скорости высоту редана следует t
увеличивать. В среднем высота редана равна г/18 ширины поплавка. <
Сечения штангоутов передней части поплавка должны быть по-
добраны таким образом, чтобы центр водоизмещения был располо-
жен впереди редана, машина не зарывалась носом в воду и не да-
вала брызг при стоянке на якоре.
Верхняя часть поплавка обычно горизонтальна по всей его длине.
Для улучшения аэродинамических качеств у гоночных машин по-
плавки изготовляются особой сигарообразной формы (которая ока-
залась очень удачной во всех отношениях). Однако считают, что
достоинства этой формы поплавков для обычных негоночных само-
летов не окупают удорожания производства, тем более что с точки
зрения эксплоатации поплавки сигарообразной формы, более легко
зарывающиеся в воду при движении и при стоянке на якоре, меш
желательны, чем обычные.
Угол килеватости в 30е, взятый ранее для мидельшпангоута, воз-
растает к носу до 40°, а к корме — до 35° (фиг. 80).
Предполагается, что читатель знаком с процессом придания
форме поплавков наибольшей возможной обтекаемости, т. е. с по-
строением теоретического чертежа (бок с батоксами, корпус со
шпангоутами и план с ватерлиниями).
Теперь можно считать, что сечения поплавка, дающие требуемый
его объем, построены; грузовая ватерлиния определена и форма его
дана в плане для сравнения, насколько близко она подходит к же-
лаемому коэфициенту полноты.
Фото XX Гоночный гидросамолет Виккерс „Сюпермарин" S6B.
Теоретический чертеж в сравнительно малом масштабе делается
в конструкторском бюро, затем он в натуральную величину нано-
сится на плаз, где его окончательно сглаживают.
Испытанием модели в бассейне рекомендуется приближенно опре-
делить метацентрическую высоту обоих поплавков.
Расстояние между поплавками и центр тяжести машины наме-
чаются на общем виде.
Момент инерции одного поплавка относительно его оси симмет-
рии можно принять равным
Zo = 0,04W,
где L — длина поплавка, В—ширина поплавка.
Если результаты приближенного расчета удовлетворительны, то
изготовляют модель поплавкового шасси в масштабе примерно одной
девятой натуральной величины и производят буксировочные испыта-
ния в бассейне, на основании которых окончательно выправляют
ИО 1К1 к
www.vokb-la.spb.ru
линии обводов; эти обводу в дальнейшем вычерчиваются в натуру
и идут в конструктивную разработку.
Надо особо отметить, что буксировочное испытания (протаски)
моделей в бассейне совершенно необходимы. Обводы поплавков
могут очень хорошо ныглндеть на чертеже и удовлетворять всем
поставленным услоаиям, но испытания в бассейне в 99 случаях
из 100 покажут, где и путем каких исправлений можно добиться
улучшения чистоты пробега и продольной устойчивости машины во
время движения по воде.
Следует помнить, что судостроители и корабельные инженеры,
располагающие более чем столетним опытом и материалами по кон-
струированию обводов судов, все же считают совершенно необхо-
димыми испытания моделей судов в бассейне; тем более это отно-
сится к конструкторам гидросамолетов.
Поэтому вышеуказанный метод построения обводов поплавков
при помощи соответствующих коэфициентов должен рассматриваться
не иначе, как сравнительно простой и быстрый метод построения
обводов поплавка, который при испытаниях потребует минимальных
переделок.
Буксировочные испытания моделей
Переход от моделей к натуре производится по законам подобия
Фруда.
Законы подобия устанавливают связь между скоростями, сопроти-
влениями и весами для подобных геометрических форм судов В зави-
симости от соотношений их линейных размеров.
Этими законами учитываются сопротивление от вихреобразования
и волновое сопротивление, но сопротивление трения, т. е. поверхност-
ное сопротивление, учитывается неточно, почему, как и в судостроении,
в данные пересчета необходимо вносить поправку.
Эти законы подобия следующие.
Скорость. „При сравнении подобных судов, или судов с их моде-
лями скорости должны быть пропорциональны квадратному корню
из отношения их линейных размеров".
За линейный размер обычно принимается полная длина поплавка:
например скорость v, с которой должна буксироваться модель дли-
ною I = 0,6 м, для получения сравнимых результатов с поплавком
длиной L — бм, движущимся со скоростью v = 14 м1сек, определяется
следующим образом:
Эти скорости называются „соответственными скоростями".
При буксировке модели она нагружается эквивалентной нагрузкой
на воду, зависящей от скорости.
Для определения нагрузки на воду при любой скорости мы при
нимаем закон eft Обозначив
Ра — подъемная сила воздуха,
— подъемная сила воды,
G — полный вес, равный Ра -f- Рв э
К>-—взлетная скорость,
V —произвольная скорость разбега,
мы можем написать:
Ра_ G
откуда
р = -2.|/2
Определив подъемную силу вездуха при скорости мы можем
найти интересующую нас нагрузку на воду Рв, вычитая Ра из полного
веса машины G, т. е.
Фото XXI Летающая лодка Виккерс „Сюпермарин".
Во время испытаний в бассейне поплавки буксируются под углом,
соответствующим условиям работы поплавков в натуре, и центр тяже-
сти модели приводится в положение, подобное центру тяжести ма-
шины.
„Шарниры, к которым крепятся испытуемые поплавки, позволяют
модели качаться относительно некоторой горизонтальной поперечной
оси, проходящей через центр тяжести модели.
Шарниры поддерживаются легкой поперечной вертикальной рамой,
которая в свою очередь прикреплена (при помощи специального устрой-
ства, обеспечивающего минимальное трение) к буксировочной тележке.
Буксировочное ушко может быть прикреплено к поплавку на высоте,
соответствующей высоте оси пропеллера машины. Поплавок и рама
тянутся за это ушко при помощи горизонтальной тяги, передний конец
которой лежит на поперечной вертикальной раме.
г
Сбалансированный буксировочный стержень соединяет эту перед-
нюю вертикальную раму с нижним концом динамометра тележки.
Усилия в динамометре, вызываемые сопротивлением модели во
время хода тележки, регистрируются на барабане1.
Одновременно отмечается угол диферента поплавков, соответ-
ствующий различным скоростям движения модели. Полученные дан-
ные объединяются в таблицу.
Сопротивление. Если линейные размеры какого-либо судна будут
в X раз больше размеров его модели, то сопротивление этого судна
будет в X8 раз больше, чем сопротивление модели при соответствую-
щей скорости".
Таким образом, зная сопротивление модели при разных скоростях
движения, мы можем для „соответствующих скоростей" получить
сопротивление натуры. В определенное таким образом сопротивление
необходимо ввести поправку на трение, так как последнее не следует
закону подобия Фруда.
Поправка па сопротивление трения
Как уже было указано, в судостроении эта поправка считается
необходимой при сравнении модели и натуры.
Сопротивление трения модели судна определяется по формуле:
R = 0,803 5- V1’83,
’Р ’ 7 То
где то — плотность пресной воды, т — плотность соленой воды, 5—
величина смоченной площади в лг, V—скорость в м[сек.
Разность между этой кривой и кривой полного сопротивления,
построенной на основании результатов буксировочных испытаний
модели в бассейне, дает для любой скорости остаточное сопротивле-
ние модели, т. е. все сопротивления, кроме сопротивления трения.
Эти „разности" умножаются на Xs, и полученные произведения
представляют собой остаточные сопротивления натуральных судов на
различных скоростях.
Теперь остается только прибавить к каждому из полученных резуль-
татов сопротивление трения судна в натуру на каждой скорости,
после чего можно построить искомую исправленную кривую полного
водяного сопротивления судна.
Для этого мы пользуемся той же формулой:
4 R =0,803 Д-•£• У.1’83
Величина /, соответствующая в первом случае длине модели, а во-
втором — длине судна в натуру, берется из нижепомещаемой таблицы.
1 Г Беккер, Десятилетний опыт буксировочных испытаний моделей гидросамо-
летов*(„Теп Years Testing erf Model-Seaplanes“ by G. S. Baker).
8 Зак. JA 7Ю —Мунро B. 113
www.vokb-la.spb.ru
i и i
Сопротивление по Фруду в кг на 1 л/2 площади различных поверх-
ностей при скорости 30 м)сек;
Длина поверхности в м
Характер поверхно- сти 0.61 2,44 6,1 15,0
Показатель степени скорости, которой пропорционально сопротивление Сопротивление кг/м2 Показатель степени скорости, которой пропорционально сопротивление Сопротивление кг/м2 Показатель степени скорости, которой пропорционально сопротивление Сопротивление кг/м1 Показатель сте! ени скорости, которой пропорционально сопротивление Сопротивление кг/м2
Лак .... „Станиоль" Коленкор . . Мелкий песок 2,00 2,16 1,93 2,00 0,41 0,30 0,87 0,81 1,85 1,99 1,92 2,00 0,325 0,278 0,626 0,583 1,85 1,90 1,89 2,00 0,278 0,262 0,531 0,480 1,83 1,83 1,87 2,06 0,25 0,246 0,474 0,405
Фото XXII Шорт „Valetta".
Однако методы судостроения к проектированию гидросамолетов
в точности неприложимы: во-первых, здесь мы имеем дело с двумя
поплавками, причем доказано, что сумма сопротивлений отдельных
поплавков отличается от полного сопротивления системы1; во-вторых,
площадь смоченной поверхности поплавкбв изменяется со скоростью,
уменьшаясь до нуля при взлете, и, следовательно (даже предполагая
идеальный поплавок с равномерным уменьшением этой площади),
расчет поверхностного сопротивления для каждой скорости предста-
вляется довольно сложным.
1 Е. Барильен. Влияние расходящихся волн на сопротивление поплавков („Ina.
Paris"), 4 ноября 1926 г.
Факт отсутствия поправки на сопротивление от поверхностного
трения при испытании моделей поплавков является причиной незначи-
тельных расхождений, имеющих место при испытаниях в натуру по»
сравнению с расчетом.
Помещаемая ниже таблица, составленная сотрудником Националь-
ной физической лаборатории Г. С. Бекер (G. S. Baker) и приведенная
в одном из его докладов в Королевском аэронавтическом обществе
(RAS), указывает, чем отличаются условия испытания моделей от
действительных условий работы гидросамолета.
Различия между действительными условиями работы
гидросамолета и испытаниями моделей в бассейне
Гидросамолеты в натуру
Тяга винта равна водяному сопроти-
влению плюс воздушное сопротивление
надводной части машины плюс избыточ-
ная тяга
Скорость все время возрастает
Нагрузка на воду изменяется в
зависимости от силы ветра и диферента
лодки
Диферент на всех больших скоро-
стях определяется надводной частью ма-
шины
Тангаж (продольные колебания) по-
гашается до некоторой степени крыльями
и хвостовым оперением машины
Нормально поверхность воды покры-
та волнами, высота которых доходит
до 0,5—-1,0 м.
Модели
Соответствующая тяга равна водяно-
му сопротивлению плюс воздушное сопро-
тивление лодки и подвески
Скорость постоянна
Нагрузка на воду устанавливается
соответственно скорости и не зависит от
диферента
Диферент модели на больших скоро-
стях зависит главным образом от гидро-
динамических сил
Никакого сколько-нибудь существен-
ного погашения тангажа не имеется
Опыты обычно производятся в спо-
койной воде и очень редко на воде,
покрытой волнами
Полезно будет отметить здесь, что при сравнении подобных поплав-
ков площадь смоченной поверхности может быть взята пропорцио-
нальной водоизмещению в степени 2/8, т. е. 2jsD.
Получив из испытаний в бассейне полное водяное сопротивление
поплавков и пренебрегая вышеуказанными ограничениями, подсчиты-
вают воздушное (лобовое) сопротивление остальной части машины
и оба сопротивления складывают.
Исходя из этой суммы, подсчитывают полную мощность, потреб-
ную для поддержания скорости на воде, и строят кривую потребной
мощности в зависимости от скоростей в пределах от К=0до И=И0.
На той же базе строится кривая располагаемой мощности винто-
моторной группы, причем для того, чтобы машина могла оторваться
от воды в безветренную погоду, эти две кривые не должны пересе-
каться, т. е. потребная мощность не должна быть больше распола-
гаемой.
Поплавки подобной формы
Очень часто бывает удобно и даже желательно построить плову-
чую систему, геометрически подобную существующей на машине,
примерно такого же веса, назначения и летных данных, что и проекв
тируемый гидросамолет, и показавшей неплохие мореходные качеств*.
В таком случае для определения коэфициентов перехода от суще-
ствующих размеров к проектируемым можно воспользоваться законом
подобия Фру да.
Возьмем для примера поплавок, описанный в предыдущей главе:
„Расчет остойчивости гидросамолетов Его данные:
Вес машины................................... 2200 кг
Полное водоизмещение поплавка ...............2110 „
Длина поплавка...............................6,32 м
Ширина поплавка........................... 0,885 „
Высота поплавка . ...........................0,77 .
Предполагаем теперь, что нам нужно построить поплавковое шасси
для какой-либо подобной машины весом 2500 кг, причем запас плову-
чести в обоих случаях один и тот же и равен, скажем, 90%.
Фото XXIII. Виккерс ,Viidebeest“.
Тогда длина, ширина, высота и все линейные размеры, данные
в таблице основных размеров, будут находиться для новых поплав-
ков путем умножения на некоторый множитель, представляющий собой
кубический корень из отношения двух полных объемов, т. е. полный
объем оригинального поплавка равен
2200 -|- 90% от 2200 __
2 ~ G
полный объем искомого поплавка равен
2500 + 90% от 2500 _
2 ~У'
Множитель=
Тогда длина искомого поплавка будет равна 6,32 X м
ширина „ „ „ „ 0,885 X „
высота „ „ „ „ 0,77 X „
Точно так же отношение площадей ватерлинии может быть опре-
делено как квадрат кубического корня отношения полных объемов,
т. е.
Принимая площадь ватерлинии оригинального поплавка равной
3,84 лД площадь ватерлинии нового поплавка определим в 3,84 X2.
Если бы в новой конструкции запас пловучести потребовалось бы
довести до 100%, тогда для определения геометрически подобной
формы поплавков следовало бы принять полный объем искомого по-
плавка равным
2500 кг + 100% от 2500 _
2 “^1
и переходный множитель был бы равен
Размеры нового поплавка определялись бы в этом случае по тому
же самому методу, что и ранее, но положение грузовой ватерлинии
пришлось бы находить путем последовательных приближений, а про-
дольное положение центра величины пришлось бы подсчитывать
теоретически.
При равном запасе пловучести старого и нового поплавков про-
дольное положение центра величины определялось бы тем же спосо-
бом, что и все остальные линейные размеры, т. е. расстояние от редана
до центра величины старого поплавка следовало бы помножить на
величину X.
Определение взлетной скорости для поплавков подобной фор
Взлетную скорость новой машины можно определить также на
основании закона подобия Фруда. Так как „скорость судов должна
быть пропорциональна квадратному корню их линейных размеров*
а „отношение линейных размеров равно корню кубичному из отно-
шения водоизмещений*
Таким образом, зная водоизмещения обеих машин D и d и взлет-
ную скорость Vq первоначальной машины, взятой за основу расчета,
взлетную скорость новой машины определяют:
Сопротивление
Подразделяя полное водяное сопротивление по принятому нами
выше способу, получаем: 1) сопротивление трения, 2) вихревое сопро-
тивление и 3) волновое сопротивление.
Как и можно было ожидать, сопротивление трения на малых скоро-
стях составляет наибольшую часть полного сопротивления (в процен-
тах). Вихревое сопротивление, т. е. то, которое получается за счет
вихреобразования, для хорошо обтекаемой формы с плавными лини-
ями (в особенноеги хвостовой части) мало, но оно заметно возрастает
при наличии какого бы то ни было выступа на хвостовой части по-
плавка. Однако, несмотря на аэродинамическую выгодность тонкой
формы хвостовой части поплавка, ее следует делать достаточно пол-
ной для того, чтобы водоизмещение этой части поплавка давало
соответствующий восстанавливающий момент1.
Наибольшую сложность представляет, однако, волновое сопроти-
вление вообще и интерференция волн, в частности.
Явление интерференции волн, т. е. иными словами, взаимное влия-
ние системы поперечных волн от носа поплавка и от кормы, чрезвы-
чайно сложно.
Существуют два самостоятельных и весьма характерных типа волн,
создаваемых судном, движущимся в воде: 1) волны у носовой части
судна и 2) волны у кормы судна.
Каждая из этих систем состоит из: 1) серии расходящихся волн,
гребни которых загибаются назад, и 2) серии поперечных волн, гребни
которых почти перпендикулярны средней линии судна.
Поперечные волны появляются вдоль боков судна и представляют
собой последовательный ряд гребней и впадин; длина этих волн
(т. е. расстояние от одного гребня до другого) связана вполне опре-
деленной зависимостью со скоростью движения судна.
Опыты, проведенные Фрудом, указали на изменения остаточного
сопротивления судна с постоянной формой носовой и кормовой части,
но с различной длиной (изменение длины достигалось при помощи
установки по бокам добавочных отрезков, параллельных средней
линии корпуса)
Эти изменения остаточного сопротивления для изменяющихся длин
объясняются интерференцией систем поперечных волн, отходящих от
носа и кормы судна.
Когда гребни носовых волн совпадают с гребнями кормовых, то
остаточное сопротивление имеет максимальную величину.
Когда гребни носовых волн совпадают с впадинами кормовых волн,
то остаточное сопротивление имеет минимальное значение.
Как уже было выше указано, интерференция между волновыми
системами правого и левого поплавков еще больше усложняет кар-
тину. Увеличивающаяся скорость движения судна различным образом
влияет на носовую и кормовую волновые системы, и положение волно-
вых гребней относительно судна не поддается никакому хоть сколько-
нибудь точному математическому подсчету, а определяется лишь при
помощи буксировочных испытаний моделей в бассейне.
1 См. гл VIII — „Расчет остойчивости гидросамолетов".
118
www.vokb-la.spb.ru
Характер волнообразования около носовой части поплавка опре- I
деляется его углом входа, почему последний и играет такую большую f
роль; опыт показывает, что для получения хороших результатов этот !
угол должен быть порядка 34° (фиг. 81). ,
Следует упомянуть еще об одной проблеме, которая хотя и не
имеет такого большого значения для практики, как согласование
длины поплавка, длины волны и скорости движения гидросамолета
при исследовании интерференции, но все же не лишена интереса; про-
Фиг 84. Корпус поплавка
блема эта — исследование влияния глубины воды на скорость движу-
щегося в ней тела.
Может показаться несколько преждевременным сравнивать в на-
стоящее время наши современные гидросамолеты как лодочные, так
и поплавковые с кораблями, но нижепомещаемая выдержка из „Руко-
водства по мореплаванию44 может иметь некоторый интерес.
„Для истребителей и торпедных катеров было найдено, что при
одной и той же мощности скорость их может значительно изменяться
в зависимости от глубины воды. Германское судно „Бремен44 в 3000 т
водоизмещения мощностью 11 000 л. с., при глубине воды в 25 м дало
скорость 36 км/час, тогда как при глубине в 65 м оно дило чу ж»
скорость при мощности в 9750 л. с. У миноносцев разница в скорости
доходила до 8 км]час.
План
Фиг. 85. Боковой разрез и план поплавка.
Эта разница объясняется образованием особой волны переме-
щения, которая движется вперед вместе с судном. Некоторая опре-
Фиг. 86. Зависимость веса поплавка
от полного водоизмещения.
молета.
деленная глубина воды более других благоприятствует образованию
этой волны, и на такой глубине судно испытывает большее сопротив-
ление
В Америке было проведено большое количество опытов с аморти-
зирующими реданами для осуществления посадки на лед; с этой же
целью в Канаде были испытаны различные комбинации колес и
лыж, но удачной конструкции до настоящего времени еще не выра-
ботано.
Более чем вероятно, что стремление к более экономичному
производству поплавков выразится в упрощении принятых в настоящее
время обводов. Одним из способов такого упрощения является сохра-
нение постоянного радиуса палубы по возможности на большей длине
поплавка, причем обшивка над скулой делается плоской. Таким образом
устраняется значительная доля выколоточной работы.
В случае принятия такой схемы значения коэфициентов, указанные
в настоящей главе, потребуют пересмотра в соответствии с данными,
Фото XXIV. Шорт „Singapore-Il41.
полученными для новых обводов. Когда эти коэфициенты будут выра-
ботаны, то для построения обводов можно будет снова пользоваться
вышеописанным методом.
Повидимому, мало вероятно, чтобы принятая в настоящее время
форма глиссирующей части днища нуждалась в значительных измене-
ниях. Можно с некоторой уверенностью сказать, что сколько-нибудь
значительного улучшения гидродинамических качеств гидросамолетов
можно добиться лишь путем многочисленных и тщательно проведенных
буксировочных испытаний моделей в бассейне.
На фиг. 86 дана кривая веса дуралюминовых поплавков 20 гидро-
самолетов в зависимости от полного водоизмещения, которой очень
удобно пользоваться для определения веса проектируемых поплавков.
На фиг. 87 дана кривая полного водяного сопротивления нормаль-
ного поплавка в зависимости от скорости для гидросамолета полным
весом в 1800 кг.
На фиг. 84, 85 и в таблице даны обводы поплавка одного транс-
портного гидросамолета.
Таблица основных размеров 1
Ординаты Высота над строительной горизонталью в дюймах Полуширина по скуле Радиус палубы Полуширина по палубе
палубы по плоскости сим- метрии скулы киля Bi В2 В3 В.
1/ /2 32 */з 16,87 10„5 14,06 16 16,8 11,8 42 6,5
1 32 1/з 12,87 5,6 8.6 10,8 12,3 .—. 14,2 42 9,0
2 32 1/з 8,87 1,6 4,1 6,3 7,8 8,72 17,0 42 11,47
3 . . . . 32 1/3 7,4 0,41 2,5 4,5 6,25 7,2 17,75 42 12,41
4 . . . . 32 1/3 7,31 0,0 2,1 4,1 15,8 7,0 17,9 42 12,56
5 32 1/з 8,0 0,22 2,4 4,47 6,4 7,72 17,56 42 12,16
Редан . . . 32 */з 8,18 0,31 2,47 4,5 6,5 7,9 17,50 42 —
Верх редана 32 1/3 10,31 2,25 4,3 6,47 8,2 9,9 16,9 42 11,47
6 32 1/з 13,75 3,9 6,4 8,8 11,34 13,2 16,0 42 11,41
7 32 г/3 16,87 6,8 —• —. — — 14,93 42 10,06
8 32 1/з 19,06 9,9 —. — — 12,75 42 8,0
9 32 1/з 20,22 12,9 —- —. — —• 9,12 42 5,06
9 V2. - - - Ахтерште- 32 1/3 20,22 14,4 — — — — 6,75 42 2,81
«ень .... 32 1/3 15,87 15,9 —’ — —• — —’ 42 —
1 Размеры оставлены в дм из соображений, указанных в предыдущих примеча-
ниях к таблицам. Прим. ред.
ГЛАВА X
КОНСТРУКЦИЯ ПОПЛАВКОВ ГИДРОСАМОЛЕТОВ
В настоящей главе описывается конструкция цельнометаллических
поплавков из дуралюмина или алькледа. Деревянные поплавки можно
в настоящее время считать уже устаревшими, так как металлические
поплавки значительно легче деревянных, у которых к их нормальному
весу добавляется еще вес впитываемой деревом воды.
Смешанный тип конструкции также отходит на задний план, уступая
место цельнометаллическому типу. В смешанной конструкции шпан-
гоуты и переборки делаются из дерева и обшиваются листовым дура-
люмином или алькледом, причем обшивка укрепляется к шпангоутам
и переборкам при помощи специальных винтов. Этот тип конструкции
в производстве обходится, вероятно, дешевле, чем цельнометаллический,
но он, так же как и цельнодеревянный, не может при равной проч-
ности конкурировать с металлическим поплавком в смысле веса.
Веса частей дуралюмяновых поплавков
Наименование детали Вес кг Сорта- мент листов
Шпангоуты 16,9 20
6,8 20
Мидельшпангоут 13,6 20
Носовое усиление 2,3 —
Боковая обшивка 18,7 20
Верхняя „ 9,6 20
Обшивка днища 20,5 18 и 20
Боковые и палубные усиления 5,9 20
Усиления днища 7,3 18
Трущаяся часть киля 1,9 6
Угол скулы 2,7 18 и 20
Палубный гофр 1,9 22
Причальное устройство 0,5 —
Крышки для ручных люков 1,8 —
Дренажные пробки 0,1 —
Кронштейны 5,5 16 и 18
Узлы крепления и обтекатели 7,5 —.
Заклепки и окраска 2,3 -—
Итого (для одного поплавка) 124,5 - < л '
www.WAb-la.spb.ru
Приведенная таблица весов дуралюминового поплавка может слу-
жить ориентгровочным руководством при проектировании цельно-
металлических самолетов. Цифры относятся к поплавку объемом
примерно 2,7 ж3 обычной двухпоплавковой схемы. Однако следует
отметить, что для поплавков различных размеров эти веса сравни-
тельно мало изменяются в процентном отношении к общему весу.
Например, для поплавков объемом от С,7 до 2,7 лР вес обшивки будет
равен примерно 39%, а шпангоутов и переборок — примерно 29%
общего веса поплавка.
Отбортовка края обшивки 5/8
Заклепки //<? ". шаг 5/8
/ w
Отбортовка краяпа^бА^
L Пробельная сплсшная
if" переборка
Отбортовки 5 /8
On бор то б На края обшибни 5 /д
Центральная линия
поплавка
оси пения глиссирующей
части днища
Водонепроницаемые
накладки S углах
Заклепки Ф1/8
~ шаг 5/д
водонепроницаемая
на Ипадка из-У20
Усилибающий профиль
из N2S шаг jnenGH 2 "1
Переборна из ПРд
Фиг. 88. Водонепроницаемая переборка поплавка.
Сборка поплавков
Обычные методы производства поплавков очень сходны с соответ-
ветствующими способами производства лодок гидросамолетов. Однако
в случае поплавков длиной примерно до 8 м обычно принято ставить
шпангоуты „вверх ногами". Мидельшпангоут, шпангоуты и переборки
строятся по шаблону, сделанному по чертежам обводов поплавка
в натуральную величину, затем подвергаются термической и анодной
обработке точно таким же способом, как уже было описано в главе
о „Конструкции лодок гидросамолетов", и монтируются на металли-
ческом стапеле. Далее, крепятся усиления днища и палубы, а затем
124
к ним приклепывается обшивка глиссирующей части днища. Такой
способ сборки обеспечивает плавные и точные линии днища. После
этого поплавок снимается со стапеля, переворачивается и закрывается
верхней обшивкой.
На фиг. 88 показаны детали' типичной водонепроницаемой пере-
борки поплавка объемом примерно 2,7 м 3. Следует отметить, что
усиления днища не обязательно пропускаются через переборки; они
перерезаются у каждой переборки и соединяются с ней при помощи
Фиг. 89. Типичный шпангоут поплавка.
косынок. Усиления представляют собой перевернутые V-образные
профиля. Единственным недостатком такого типа усилений является
трудность осмотра на предмет выявления коррозии. Концы этих
профилей должны быть косо срезаны, чтобы дать воздуху доступ
в профиль и тем самым предотвратить коррозию.
Переборки соединяются с боковой, нижней и верхней обшивками
при помощи отбортовок. Такой способ крепления уменьшает коли-
чество клепки и дает некоторую экономию в весе. Там, где только
возможно, следует сокращать количество клепки, так как стоимость
клепки составляет значительный процент общей стоимости произ-
водства дуралюминовых конструкций.
На фиг. 88 поперечная переборка показана разрезанной и при-
клепанной к неразрезной продольной переборке.
В поплавках небольших гидросамолетов полным весом примерно
около 700 кг продольная переборка может быть заменена килем
высотой примерно в 150л<л<. В больших поплавках продольная пере-
борка выгодна, так как представляет собой хороший „хребет" всей
конструкции поплавка.
Тип шпангоута, показанный на фиг. 89, дешев и прост в произ-
водстве. Z-образный профиль, показанный по разрезу ВВ, выбран
вместо швеллерного для облегчения клепки, соединяющей боковые
части рамы с обшивкой. Клепка Z-образной стойки шпангоута
на 50% дешевле клепки швеллерного типа.
ной об шив не редана
Реданная переборна
U3NI8
I-образная стынобая на-
Нладна из N16 на Z- образ-
Фиг. 90. Конструкция редана поплавка.
Глиссирующая
часть днища
НашиВНа на Ниле,
работающая на'
трение^з 3/^"
Сечение х-Х
Z обрезный профиль
редана из NIB
Конструкция нижней части шпангоута, показанная на фиг. 90,
хорошо работает при условии, что усиления днища расположены
не дальше, чем 150 мм друг от друга. Этот тип конструкции нижней
части шпангоута исключает клепку частей шпангоута к обшивке
днища.
Верхняя часть шпангоута, или палубный бимс, должна быть дос-
таточно прочной, чтобы выдержать вес человека, стоящего на палубе
при швартовке и причаливании. Для удешевления производства
части рамы делаются, где это возможно, прямолинейными.
Конструкция днища поплавка около редана требует особого рас-
смотрения. Редан прерывает все продольные элементы днища, кото-
рые приходится соединять сильными кницами. Как правило,
на редане ставится переборка и усиления днища крепятся к ней
точно таким же образом, как было описано для водонепроницаемых
переборок, но кницы, крепящие усиления к переборке, продолжа-
ются вперед и назад от переборки по меньшей мере до соседних
шпангоутов.
Сам редан должен быть очень прочной конструкции (типа, пока-
занного на фиг. 90), для того чтобы выдерживать значительные
нагрузки, действующие на него при посадке и при рулежке на боль-
126
ших скоростях. Специальная накладка на киль, показанная на
фиг. 90, необходима для предохранения киля от износа при букси-
ровке и вытаскивании машины на берег. Z-образные профиля,
применяемые для обшивки редана, обеспечивают водонепроницае-
мость и удобны в производстве в тех случаях, когда днище имеет
прямолинейную V* образную форму. Обшивка редана делается
из двух частей, соединяемых накладкой.
Обшивка глиссирующей части днища у редана и впереди него
делается иногда на два номера тяжелее, чем обшивка остальной?
Детали скупы
уголки киля
5/8 К5/8"
Переборка сплошная,
с облегчающими
отверстиями
Заклепки /§", шаг
Дуралюминовая на-
шивка на киле, толщиной
3/16"работающая на трение'^'
Детали киля
и-образный профиль
из N 20
палуба-^
боковая обшивка
. Заклепки <Ы/в",шаг 5/8
Детали палубы
Фиг. 91. Клепаные детали поплавка.
части днища, для гидросамолетов, которые в эксплоач ации;„ часто
выводятся на берег без тележек.
Для вывода на берег у поплавков часто предусматриваются спе-
циальные приспособления, простейший тип которых представляет
собой ось, проходящую через трубу, вделанную в поплавок; на
концы такой оси надеваются колеса, размер которых берется,
в соответствии с весом самолета. Обшивка в местах прохождения
трубы должна быть усилена (путем удваивания числа листов) для
предотвращения местного выпучивания. Когда колеса сняты, труба,
проходящая через поплавок, должна быть закрыта с обоих концов
пробкой для предохранения от попадания грязи и воды.
На фиг. 91 показаны образцы некоторых наиболее важных клепа-
ных соединений. Следует отметить, что на киле правая и левая
ПТ
части обшивки ставятся внакрой и соединяются двухрядным водо-
непроницаемым заклепочным швом. Заклепки этого шва одновре-
менно схватывают внутренние уголки продольной переборки и тру-
щуюся наружную полосу киля, причем в последней они ставятся
впотай.
Около скулы боковая обшивка соединяется с обшивкой днища
наружным уголком опять-таки двухрядным швом, причем для дости-
Фиг 92. Расстояние между шпангоутами поплавка.
Фиг. 93. Продольный набор поплавка.
жения водонепроницаемости заклепки размещаются на небольшом
расстоянии друг от друга, как показано на фиг. 91. Такой шов легко
доступен для осмотра и облегчает процесс клепки.
Количество шпангоутов
зависит от толщины об-
шивки, а также от числа
усилений глиссирующей
части днища и боков по-
плавка. Нормально сво-
бодная площадь работаю-
щей обшивки не долж-
на превышать размеров
500 X 225 мм для днища
и 500 X 400 мм для боков,
как показано на фиг. 92
и 93.
На фиг. 93 следует
отметить, что на днище
делаются более солидные
усиления, чем на боковой
обшивке. Ясно, что для
поплавка с закругленным верхом потребуется меньшее количество уси-
лений, чем для поплавка с плоскими боками и палубой, так как
цилиндрическая обшивка устойчивее плоской. Для поплавков с плос-
кими боками расстояние между усилениями боковой обшивки не дол-
жно превышать 250—300 мм-
123
Дренаж
Каждый водонепроницаемый отсек имеет специальное отверстие
для стока воды, закрываемое герметически пробкой, которая делае-
тся заподлицо с наружной обшивкой. Особое внимание следует
обращать на то, чтобы эти отверстия были расположены на самой
нижней точке отсека и, таким образом, не давали воде застаиваться,
так как от застоя воды коррозия образуется и распространяется
очень быстро.
Дренажные отверстия для воды должны также проходить от ску-
лы к килю, причем косынки, соединяющие усиления днища с водо-
ДренаАное отверстие J/4 * Цб"
Фиг. 94. Косынки у водонепроницаемой переборки.
непроницаемыми переборками, должны иметь форму, показанную
на фиг. 94. Дренажные отверстия размером не менее показанных
на рисунке фиг. 95, должны просверливаться по возможности
ближе к переборке.
Способы крепления поплавков к шасси
Нога шасси может заделываться в поплавок, или, как показано
на фиг. 95, может крепиться к палубе поплавка. Могут встречаться
также и другие варианты, отвечающие специальным требованиям
какой-либо определенной машины. Например, гидросамолет-бомбар-
дировщик, у которого бомбы расположены под фюзеляжем, для того
чтобы сбросить их, должен иметь свободное пространство между
поплавками; в этом случае обычные соединительные стойки между
поплавками делать нельзя. Это положение может относиться как
к обеим стойкам — передней и задней, так и к какой-либо одной из
них в зависимости от общей схемы машины. В этом случае для обес-
печения необходимой жесткости стойки шасси пропускаются глубоко
внутрь поплавка. В схеме шасси без распорок обычно применяются
передние и задние V-образные стойки. Оси стоек пересекаются
внутри поплавка с таким расчетом, чтобы заделка их была доста-
точно прочной и в то же время, чтобы стойки не соприкасались
-с водой, не вызывая этим добавочного сопротивления.
Схема присоединения стоек к поплавку, показанная на фиг. 95,
относится к типу, в котором большее внимание обращено на удоб-
9 Инк М 7«а — Мунро II 1
ство сборки, а не на аэродинамику и плавные формы. Расстояние
между передней и задней точками крепления стоек к поплавку равно
примерно одной трети длины поплавка и не должно быть меньше
I одной четверти. Способ сборки в обеих точках одинаков. В каждом
случае круглая труба образует поперечную перекладину между по-
плавками. Эти перекладины крепятся к палубе обычным способом,
как показано на фигуре. Стойки, соединяющие фюзеляж с пере-
кладиной, соединяются с фюзеляжем болтами, а к перекладине прива-
риваются. Крепления внутри поплавка приделываются к специальному
двойному шпангоуту, который является для них прочным основанием.
Крепления узла к поплавку могут быть или в виде сварных пластин,
или в виде отливок из альпакса. Показанная на фиг. 95 литая брон-
зовая муфта представляет один из многих простых и дешевых спо-
собов соединения перекладины с поплавком. Заплечик по обеим
сторонам этой муфты сделан для предотвращения игры вдоль перек-
ладины в случае недостаточно плотной пригонки муфты. На труб-
чатые стойки шасси одеваются специальные обтекатели.
Крышки на смотровые отверстия
Размер крышек на смотровые отверстия поплавков колеблется
для различных конструкций в пределах от 130 до 300 мм в диа-
метре. Меньший размер вполне достаточен для осмотра и для обрыз-
гивания внутренних частей поплавка специальным раствором для
предотвращения коррозии, но во многих случаях желательно иметь
отверстия достаточно большие, чтобы позволить производить теку-
щий ремонт, не снимая верхней или боковой обшивки поплавка.
Однако, каков бы ни был размер отверстий, выбранный для данного
типа поплавка, металлическая крышка обязательно будет иметь
большое количество мелких деталей, в особенности если крышку
желательно сделать вровень с наружной обшивкой поплавка.
Тип крышки, показанный на фиг. 96, удобен в смысле простоты
конструкции и, согласно имеющимся данным, вполне оправдал себя
на практике.
Поплавки для гоночных гидросамолетов
Поплавки для гоночных гидросамолетов очень заметно отлича-
ются от поплавков, применяемых на обычных гражданских машинах,
как в отношении общей схемы, так и в отношении деталей кон-
струкции.
Обычные основные вопросы деталей конструкции в отношении
удобства и дешевизны в производстве, как, например, устранение
выколоток или гнутья, отходят на задний план, и проблема конструк-
ции поплавка рассматривается с совершенно иной точки зрения.
Требования аэродинамически выгодных форм заставляют не счи-
таться со стоимостью производства, и для достижения по возмож-
ности безукоризненно плавных удобообтекаемых линий пренебрегают
до некоторой степени гидродинамическими качествами поплавка.
Последнее относится, главным образом, к высоте редана. Все усилия
прилагаются к тому, чтобы довести высоту редана до возможного
минимума с целью уменьшения лобового сопротивления поплавка,—
но все же высота редана должна быть достаточной, чтобы гидро-
самолет мог оторваться от воды.
Уменьшение высоты редана до некоторой степени совпадает
с назначением самолета, так как для малой взлетной скорости необ-
Фиг. 96. Крышка смотрового отверстия.
ходим сравнительно высокий редан, а для большой взлетной ско-
рости—более низкий. Из-за большой скорости отрыва гоночных
гидросамолетов глиссирующий эффект поплавка следует несколько
задерживать, что достигается приданием поплавкам малой ширины-
Однако имеется некоторый предел уменьшению редана, которым
и определяется наилучшая конструкция, удовлетворяющая одновре-
менно двум задачам: достижению возможно лучшей аэродинамичг-
й аффектипности конструкции и достаточно хорош' ' । идроднна-
www.vekb-la.spb.ru
Фиг. 95. Типы крепления поплавкового шасси.
3ajc. 792. Муцро. В.
мических качеств. Делались попытки уничтожить резкий выступ
редана, нарушающий непрерывность линии днища, путем «сглажи-
вания" редана, но при испытании на мореходность такие поплавки
оказались неудачными и от них пришлось отказаться.
Фиг. 97. Корпус поплавка гоночного самолета.
Запас пловучести
Для поплавков гражданских гидросамолетов, как уже было ука-
зано, запас пловучести должен равняться примерно 100%, но в слу-
чае поплавков для гоночных гидросамолетов эта цифра может быть
снижена до 60%.
На фиг. 97 и 98 даны обводы поплавка гоночного* гидросамолета
полным весом примерно в 1400 кг, для которого выведены следую-
Фиг. 98. Бок поплавка гоночного самолета.
щие коэфициенты: коэфициент полноты мидельшпангоута (отноше-
ние площади мидельшпангоута поплавка к описанному прямоуголь-
нику) равен примерно 0,7; коэфициент полноты ватерлинии (отно-
шение площади ватерлинии поплавка к описанному прямоугольнику)
равен примерно 0,6; коэфициент полноты водоизмещения (отношение
объема поплавка к объему прямоугольного параллелепипеда, имею-
132
щего ту же длину, ширину и высоту, что и поплавок) равен при-
мерно 0,435.
Сравнения этих коэфициентов с соответствующими коэфициентами
поплавков обычных гидрасамолетов даны в гл- IX.
Шасси для гоночных гидросамолетов
На фиг. 99 показана схема шасси для гоночного гидросамолета
бипланного типа. Поплавки соединяются между собой лентами обте-
каемого сечения. Соединения поплавков с крылом также осущест-
А
Фиг. 99. Схема гоночного гидросамолета — вид спереди.
вляются такими же лентами. Стойки, соединяющие поплавки с фюзе-
ляжем, сделаны из круглых стальных труб, закрытых алюминиевыми
обтекателями. Эти стальные трубы заделываются прямо в поплавок
между сильными двойными переборками. Поперечные растяжки
Фиг. 100. Сережка для крепления Фиг. 101. Шаровой вкладыш
лент. и контргайка.
В
между поплавками прикрепляются к сережкам, находящимся между
двойными переборками внутри поплавка. Растяжки закрепляются
и сережках при помощи шарового вкладыша и контргаек.
Тип сережек приведен на фиг- 100. а шарового вкладыша и Koirip
гаЛ.И-Ип ФПГ. 101. www.vokb-la.spb.ru
Расчет на прочность шасси должен производиться для следующих
случаев.
Случай 1. Посадка на воду без виража в условиях, когда резуль-
тирующая гидродинамическая сила, считая от носа, приложена
в точке, расположенной на одной трети линии, соединяющей нос
поплавка с реданом, и имеет отклонение назад от нормали к этой
линии на угол, тангенс которого равен 1/3. Момент должен уравнове-
шиваться инерционными силами.
Расчетный коэфициент перегрузки 7,5.
Случай 2. Стоянка на воде без крена с таким наклоном, при
котором крылья имеют угол атаки, соответствующий наибольшей
подъемной силе.
Расчетный коэфициент перегрузки 6.
Случай 3. Крен самолета на воде. Величина крена такова, что
вес самолета проходит через центр величины одного из поплавков.
Расчетный коэфициент перегрузки 2.
Случай 4. Переднее положение центра давления в полете (Д).
Расчетный коэфициент перегрузки 9.
Случай 5. Заднее положение центра давления в полете (В).
Расчетный коэфициент перегрузки 7.
Случай 6. Боковая нагрузка на оба поплавка, равная весу гидро-
самолета минус вес поплавков. Эта боковая нагрузка прилагается
к верхней поверхности поплавка над его центром величины.
Расчетный коэфициент перегрузки 10.
Остойчивость на воде
Гоночные гидросамолеты рассчитываются на значительно мень-
шую степень остойчивости на воде, чем обычные. Критерием остой-
чивости на воде служит „метацентрическая высота", о чем было
подробно сказано в гл. VIII.
Отрезок GM в ле, или расстояние между точкой G—центром
тяжести машины и точкой М— метацентром для транспортных гидро-
самолетов, равняется примерно 4,35 j/Z), где D — водоизмещение
гидросамолета в т.
Так как положение метацентра определяется
отношением
D
(см. гл. VIII), где I—момент инерции плоскости ватерлинии, a D —
водоизмещение поплавка, то следует,
ширины поплавка для уменьшения
что, начиная расчет с малой
его лобового сопротивления
в воздухе и придерживаясь обычного отношения длины к ширине
поплавка, приходится либо увеличивать расстояние между поплав-
ками, либо брать меньшее отношение jy-
Увеличение расстояния между поплавками нежелательно, так как
оно связано с увеличением веса и лобового сопротивления; поэтому
_ I
берут меньшее отношение ут, уменьшающее статическую остойчивость
£/ www.vokb-la.spb.ru
гидросамолета ня воде. Другими словами, гидродинамические каче-
ства машины приносятся в жертву аэродинамическим.
На фиг. 102 даны примерные значения поперечной и продольной
метацентрической высоты для гоночных гидросамолетов. Можно
видеть, что для гидросамолетов весом в 1360 кг поперечная мета-
центрическая высота равна лишь 3,05 jh, тогда как для обычных
негоночных типов эта величина составляла бы по меньшей мере
4,35 |/1,36, что дает 4,82 м.
Фиг. 102. Метанцентрические высоты для
поплавков гоночных гидросамолетов.
Фиг. 103. Детали киля поплавков
гоночных гидросамолетов.
Конструкция
В общем конструкция и сборка поплавков для гоночных гидро-
самолетов сходна с уже описанными процессами для поплавков
обычных гидросамолетов. Центральная продольная переборка идет
непрерывно по всей длине поплавка. Обшивка поддерживается по-
перечными шпангоутами и переборками, состоящими из двух частей,
прикрепленных к продольной переборке.
В поплавках гоночных самолетов обычно применяются более
прочные подкрепления, чем для машин нормального типа, причем
все они как на глиссирующей части днища, так и на бортах пропус-
каются сквозь шпангоуты. Для уменьшения лобового сопротивле-
ния наружная клепка обшивки делается впотай, как показано на
фиг. 103.
На глиссирующей части днища расстояние между усилениями
равно в среднем 150 мм, на бортах это расстояние увеличивается
примерно до 200 мм. Усиления делаются из Z-образного профиля
высотой в 50 мм с верхней полкой шириной 10 мм и нижней —
16 мм.
В случае размещения в поплавках радиаторов или бензиновых
45аков конструкция поплавков должна быть соответствующим образом
изменена.
Поплавок гоночного гидросамолета полным весом прим<ч>п<» Г«,о
•состоит и» следующих деталей!
Наименование детали
№ сорта-
мента
Центральная продольная переборка . . . .
Усиления продольной переборки .......
Шпангоуты и переборки................
Усиления переборок ..................
Усиления глиссирующей части днища . .
Усиления боковой обшивки.............
Уголок скулы.......................•
Боковая обшивка......................
Обшивка палубы.....................
Передняя часть днища (до редана) .
Задняя часть днища (за реданом) ....
18
20
18
20
16 и 18
18
16
18
20
16 и 18
18
Клепка поплавков
Приведенные ниже характеристики клепки относятся к поплавкам
ив дуралюмина или алькледа.
№ сортамента • • . . 22-20 Диаметр заклепок, дюймы . • • • 3/32
Т> » • ’ . . 18 » 1» я • .v8
п » • • . . 16 »» я » • • - 5/зз
м * • . . 14 „ « я • • • • б/з2
» V • • . . 12 г> и » • • • -3/16
Заклепки должны располагаться на следующем расстоянии друг
от друга:
водопроницаемые швы или швы внакрой — 4 диаметра,
водопроницаемые соединения — 8 диаметров.
Швы должны иметь двойной ряд заклепок. Ширина нахлестки
должна равняться семикратному диаметру заклепки.
Швы и отбортовки переборок могут иметь однорядную клепку.
Полосы обшивки киля и днища должны соединяться швами с трой-
ным рядом заклепок. В швах внакрой с двойным или тройным рядом
заклепок расстояние между рядами должно быть не меньше*удвоен-
ного диаметра заклепок.
На отбортовках, накладках или уголках заклепки должны отсто-
ять от края не ближе, чем на расстоянии полутора диаметров
. заклепки. •
В случае стыковых накладок толщина накладки должна быть
не меньше толщины соединяемых листов.
ГЛАВА XI
НЕКОТОРЫЕ ОБЩИЕ ВОПРОСЫ КОНСТРУКЦИИ
ГИДРОСАМОЛЕТОВ
Кроме уже указанных выше соображений по вопросам проектиро-
вания и расчета гидросамолетов как лодочных, так и поплавковых
имеется еще, конечно, целый ряд дополнительных сведений, которые
следует учесть, перед тем как выпустить машину в эксплоатацию.
Удачная машина не является результатом одних лишь специаль-
ных знаний аэродинамики; точно так же она не представляет собой
результат только тщательного исследования формы крыльев и обво-
дов лодки; не имеют решающего значения также и кропотливые
работы химической лаборатории. Основательное знание конструкций
и здравый смысл при расчете отдельных частей или же умелое
использование материалов также не служит мерилом успеха.
Успех конструкции решается совокупностью всех этих факторов.
Среди общих проблем, еще не рассмотренных в этой книге, но
требующих детального анализа, можно упомянуть следующие: упра-
вление рулями и элеронами, установка и управление моторами, при-
способления для буксировки и стоянки на якоре, расположение
и оборудование кабин, отопление и вентиляция, радиооборудование,
приспособления для подъема краном и вывода на берег, специальное
оборудование, вооружение для военных машин.
Механизм управления
В случае летающей лодки желательно, чтобы все тросы управле-
ния находились внутри лодки, где они будут защищены от разъе-
дающего действия морской воды. Сама конструкция управления
та же, что и у сухопутных самолетов. Управление не должно быть
ни чересчур „тяжелым", ни слишком „легким"; трение в системе
должно быть доведено до минимума (фиг. 104, см. стр. 138).
Установка мотора
Подача горючего самотеком по справедливости считается наибо-
лее надежной из всех существующих систем.
В случае летающих лодок бипланного типа это легко может
быть достигнуто путем расположения бензиновых баков в верхнем
крыле, так как при такой схеме конструкции моторы обычно н«Д’
шиваются между верхним и нижним крылом. Зйнмгныи 6niui । «•'
чим располагаются в нижнем крыле или в некоторых случаях даже
» подкрыльных поплавках, и горючее из этих запасных баков пере-
качивается по мере надобности в верхний бак при помощи специ-
ального насоса*
В небольших летающих лодках монопланного типа полным весом
примерно до 3000 кг запас горючего часто располагается в специ-
альной обтекаемой гондоле позади мотора, и при обычных условиях
полета такая схема обеспечивает подачу горючего самотеком. Однако
в больших лодках
монопланного типа
моторы, как правило,
устанавливаются над
крылом и главные
баки с горючим по-
мещаются в крыле.
Такая схема требует
установки специаль-
ного вспомогатель-
ного бачка (где-либо
выше карбюратора),
в который горючее
перекачивается из
главных баков, рас-
положенных в крыле.
Особое внимание сле-
дует обращать на
содержание в чисто-
те как бензиновых
помп, так и всей си-
стемы бензинопрово-
дов. Хотя подача го-
рючего самотеком и
очень желательна, все
же надо сказать, что
степень надежности некоторых систем принудительной подачи горю-
чего также очень высока.
Далее приведены некоторые факторы, влияющие на общую
схему конструкции летающей лодки.
Авиационные моторы
Одной из наиболее спорных проблем самолетостроения является
сравнительная оценка авиационного веса моторов воздушного и водя-
ного охлаждений, т. е. оценка их веса и лобового сопротивления.
Моторы воздушного охлаждения имеют большую лобовую поверх-
ность, чем соответствующие моторы водяного охлаждения. С этим
приходится бороться путем капотирования моторов различными
обтекателями.
Моторы водяного охлаждения имеют меньшую лобовую поверх-
ность, чем моторы воздушного охлаждения, но зато водяные ради-
138
аторы дают значительное лобовое сопротивление. С этим прихо-
дится бороться путем применения убирающихся радиаторов и капотов.
Однако какой бы тип мотора ни был выбран, охлаждающая
система должна быть эффективной, а лобовое сопротивление должно
быть доведено до возможного минимума.
Испарительное охлаждение
Одним из наиболее интересных достижений в улучшении системы
охлаждения авиационных моторов, появившихся за последние годы,
является система испарительного охлаждения. В этой системе вода
в рубашках цилиндров обращается в пар, п ;ичем пар и вода
из цилиндров проходят через специальный сепаратор, отделяющий
пар от воды, а затем пар поступает в конденсаторы, расположенные
в крыле, где опять обращается в воду.
Вода из сепаратора возращается обратно к мотору при помощи
обычной циркуляционной помпы. Конденсированный пар из крылье-
вых конденсаторов подается обратно к мотору при помощи другой
помпы. Сама установка испарительного охлаждения не тяжелее нор-
мального водяного охлаждения, но имеет преимущества перед нормаль-
ной водяной или воздушной в смысле меньшей лобовой поверхности
Вес воды в системе охлаждения
Вес воды, находящейся в системе охлаждения мотора с водяным
охлаждением, может быть определен по следующей формуле:
Gb = 0,02 TV+0,0007 N • Г,
где GB — вес воды в кг, N— номинальная мощность в л. с., Т — про-
должительность полета в часах.
Вес радиаторов и системы трубопроводов
Вес радиатора, охлаждающей воды, системы трубопроводов и т. д.
колеблется от 0,2 до 0,3 кг на 1 л. с.
Емкость баков
При определении размеров баков обычно принято давать не меньше
5% запаса объема против требующегося.
Бензопроводка при многих баках
Если имеется несколько баков, система трубопроводов должна
быть по возможности проста и не иметь острых колен. Если глав-
ные баки расположены в верхнем крыле, правом или левом, а два
дополнительных бака помещены в нижнем крыле, то необходимо
иметь специальный насос для перекачивания горючего из любого
нижнего бака в верхний бак. Кроме этого, бензосистема должна
позволять в случае повреждения какого-либо бака изолировать его,
не нарушая нормальной работы всей остальной системы.
Масляные баки
При определении размеров масляных баков обычно примято
делать накидку а 40% на расчетный объем маола| #UU*l8kb-ia.splru
накидки, обычно оставляют еще некоторый дополнительный объем
на случай расширения масла от пенообразования.
Бак должен быть сконструирован таким образом, чтобы неопыт-
ный механик не мог залить его свыше положенной нормы. Это
значит, что при нормальной емкости бака нижний край заливной
трубки должен совпадать с нормальным уровнем масла в баке.
Уход за моторами
На больших транспортных и военных гидросамолетах в настоящее
время принято иметь специальные съемные краны для снятия мото-
ров с рам, не вытаскивая для этого машину на берег. Правда, это
увеличивает вес лодки, но этот недостаток полностью компенси-
руется преимуществами быстрого снятия и установки моторов для
осмотра и текущего ремонта.
Транспортные гидросамолеты обычно оборудуются также неболь-
шими быстро собирающимися и разбирающимися кранами для по-
грузки или выгрузки багажа, почты, грузов и т. п.
Буксировка и причаливание
В носовой части лодки обычно отводится специальное помещение*
где хранятся приспособления для буксировки и причаливания; про-
ход в это отделение должен быть достаточно широким для удобства
работы с якорем, буксировочным канатом и т. п.
При современной конструкции якорей лодка весом в 3000 кг
должна иметь якорь весом по меньшей мере в 15 кг. Для повыше-
ния удерживающей силы якоря и для уменьшения его веса тре-
буется значительное улучшение современной конструкции якорей.
Внутреннее оборудование и отделка кабин
Помимо соображений комфорта и элегантности внутренней от-
делки кабин, расположение оборудования может в значительной мере
повлиять на конструктивную схему машины. Например, может слу-
читься, что нормы кубатуры на пассажира окажут большее влияние
на размеры надводной части лодки, чем нормы запаса пловучести.
Точно так же размер кабин должен быть увязан с предполагаемым
расстоянием между шпангоутами.
Специальное оборудование
Летающие лодки, предназначенные для военных целей, должны
иметь специальное оборудование, что почти сводит на-нет все дости-
жения в аэродинамике, так как благодаря установке пулеметов, бом-
бодержателей и тому подобного оборудования значительно ухуд-
шаются качества машины. Кроме военного и транспортного примене-
ния, летающие лодки широко применяются также для целей воздуш-
ной разведки и аэрофотосъемки. Поэтому при проектировании лодок
следует всегда учитывать возможность установки специальных фото-
и киноаппаратов для вертикальной и перспективной съемки.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
Глава I. Летающие лодки
Различные типы конструкций...............•.............................. 3
Моноплан или биплан...........•.........................* *............ 4
Мореходность............................................................ 5
Остойчивость............................................................ 6
Определение рациональных размеров самолета.............................. 7
Глава П. Конструкция и расчет корпуса лодки
Общие принципы конструкции. Размеры корпуса.......................... 16
Длина корпуса...........................................•.............. 17
Ширина лодки •................* ...........*........................ 18
Реданы................................................................. 18
Глиссирующая часть днищ.......................•........................ 20
Определение обводов лодки.............................................. 20
Шаблоны для глиссирующей части днища.............................. 21
Испытание моделей в бассейне .......................................... 23
Положение крыльев относительно лодки................................... 23
Глава III. Прочность лодок
Лодки и поплавки гидросамолетов.....................................• 26
Конструкция ....... -.......................................... 30
Боковая нагрузка на вертикальное оперение ............................. 30
Глава IV. Проектирование лодки гидросамолета
Типы конструкций ............. . .................................. 37
Клепка................................................................. 38
Водонепроницаемые отсеки............................................... 39
Реданы................................................................. 39
Дренаж ................................................................ 42
Вычерчивание обводов лодки в натуру.................................... 45
Термическая и анодная обработка деталей................................ 46
Сборка............................................................... 48
Отверстия для облегчения конструкций - • . . •......................... 49
Буксировка и якорная стоянка....................................• • • 49
Якорь.................................................................. 50
Двери и люки........................................................... 50
Крепление крыльев к фюзеляжу.................•......................... 50
Хвостовое оперение..................................................... 50
Глава V. Остойчивость лодочных гидросамолетов на воде
Равновесие............................................................. 52
Вычисление метацентрической высоты.................•................... 53
Размеры подкрыльных поплавков.......................................... 35
Полный объем поплавка.................................................. 56
Форма поплавка......................................................... 57
Угол установки подкрыльных поплавков................................... 58
141
Стойки и подкосы...................................................... 59
Конструкция подкрыльных поплавков..................................... 59
Летающие лодки полным весом 1000 кг .... •.....................• . . 63
Глава VI. Проектирование и расчет крыльев
Введение.............................•..............................< 65
Профиль крыла......................................................... 66
Форма крыла в плане .... 67
Удлинение............................................................. 68
Моноплан или биплан.................................................. 71
Малые машины.......................................................... 71
Машины средних размеров............................................... 71
Большие машины........................................................ ^2
Общие замечания по поводу монопланных и бипланных крыльев............. 74
Монопланы............................................................. 74
Конструкция крыльев.................................................. 76
Поплавковые гидросамолеты............................................. 79
Влияние различных факторов на выбор типа крыла........................ 79
Выбор типа крыла с точки зрения мореходности лодки.................... 81
Выбор крыла с точки зрения стоимости производства..................... 83
Глава VII. Летные качества н характеристики летающих лодок
Взлет.................................................................... 86
Водяное сопротивление................................................ 87
Время взлета............................................................ 90
Состояние атмосферы...................................................... 90
Радиус действия и крейсерская скорость................................... 91
Глава VIII. Двухпоплавковые гидросамолеты
Положение поплавков относительно машины.........................• . • 92
Высота хвостового оперения над водой.............•...................... 93
Угол установки поплавков........ .................................... 93
Мощность....................................................• .... 94
Остойчивость на воде................................................. 95
Площадь грузовой ватерлинии .... -................................... 99
Центр пловучести......................................................... 100
Момент инерции ватерлинии................................................ 100
Водоизмещение при грузовой ватерлинии.................................... 102
Положение центра пловучести...........•................................ 102
Глава IX. Проектирование поплавков гидросамолетов
Буксировочные испытания моделей.......................................* 111
Поправка на сопротивление трения...........................•............ ИЗ
Различия между действительными условиями работы гидросамолета и испыта-
ниями моделей в бассейне . • •......................................... 115
Поплавки подобной формы....................•........................... 115
Определение взлетной скорости для поплавков подобной формы ............ 117
Сопротивление........................................................ 118
Глава X. Конструкция поплавков гидросамолетов
Сборка поплавков ....... *.......................*...............
Дренаж...........................................................
Способы крепления поплавков к шасси . ...........................
Крышки на смотровые отверстия....................................
Поплавки для гоночных гидросамолетов.............................
Запас пловучести ................................................
Шасси для гоночных гидросамолетов............................
Остойчивость на воде ............................................
Конструкция......................................................
Клепка поплавков.................................................
... 123
... 129
... 129
... 130
... 130
... 132
. . 133
... 134
... 135
Cnip.
Глава XI. Некоторые общие вопросы конструкции гидросамолетов
Механизм управления .................................................... 137
Установка мотора...................•.................................. 137
Авиационные моторы......................•............................... 138
Испарительное охлаждение................................................ 139
Вес воды в системе охлаждения........................................... 139
Вес радиаторов и системы трубопроводов.................................. 139
Емкость баков........................................................... 139
Бензопроводка при многих баках.......................................... 139
Масляные баки.................................................... • 139
Уход за моторами . •.................................................... 140
Буксировка и причаливание............................................... 140
Внутреннее оборудование и отделка кабин................................. 140
Специальное оборудование ............................ • ............. 140
t
Douglas „PD-1“.
(7 = 6,8,
CIS = 62,
C/2V=6,45.
Boeing „Totem".
(7=1,8,
£/5=63,
G/7V = 6,O5.
дающий винт.
€7=5,7,
G/S= 81,
GIN = 7,9.
Тянущие винты.
Savoia „S-56".
(7=1,0,
(7/5=38,
G/N=U,3.
Тянущий винт.
Sikorsky ,S-38“.
€7 = 4,8,
G/S= 70,
G/N= 5,6.
Тянущие винты.
Saro .Cloud".
(7 = 4,2,
€7/5=73,
G/N=6fi,
Тянущие винты*
»CAMS-80“.
G = 4,0,
G/S = 64,
GIN =5,1.
Тянущий винт.
$
Fizir „AF-2“.
C = 0,69,
С/*У=43,
G/^V=8,1.
Толкающий винт.
Dornier .Libelle".
G=0,67,
0/5=48,
G/N= 11,2.
Тянущий винт.
Fokker „Fll-A".
(7 = 2,8,
G/S = 62,
G/N = 6,8.
Толк^ющийвинт.
Curtiss „Duckling"
^G = 0,59,
G/S =36,
G/N^l'9.
Толкающий винт.
Loenlng Amphibian.
(7=2,4,
G/S =51,
(7/Л7=5,65.
Тянущий винт.
Canadian-Vickers „Vista"
€7 = 0,45,
G/S =33,
GIN =7,9.
Толкающий винт.
Canadian-Vickers „Vidette".
(7=1,8, .
(7/5=40,
€7/2V=6,O5.
Толкающий винт.
Short „Cockle".
G = 0,4,
G7^=22,
G/N=3,3.
Тянущий винт.
G//V = 7,0.
Винты тандем.
Sikorsky wS-40“.
G = 15,5,
G/Л-=95,
G/7V=6,73
Тянущие винты.
Fairey N 4 „Atalanta".
<7=15,5,
G/S—SJ,
G/N =5,95.
Винты тандем.
Domi
G
C/S
G/N
Винт
Dornier „Superwal*.
G = 15,0,
С/Л1 =106,
G/iV= 7,5-
Винты тандем.
Savo
G
G/S
G/N
Винт
Short .Kent*.
G = 14,5,
GAS'=59,
G/N = 6,05.
Тянущие винты.
Supermarine ,
G
G/S
G/N
Тянуц
Фиг. 61. Типовые данные гидросамолетов.
G — вес в полете, — несущая поверхность, N — МоЩ*
ность моторов (суммарная).
Dornier „DO-Х*.
G = 56,0,
G/5=123,
G/N=1&.
Моторы тандем.
Latecoere — 300.
G = 22A
G/S — bl,
G/N= 8,65.
Винты тандем.
Rohrbach „Romar".
G = 20,7,
G/3'=122,
G/N = 9,6.
Толкающие винты.
Penhoet.
G=17,5,
G/S— 65,
G//V=8,3.
Тянущие винты.
Dornier „DO-S
G=17,0,
G/S = 72,
G/7V=5,86.
Винты тандем.