Це викликало розбіжність думок проектувальників у середині шістдесятих, коли з’явилася потреба в більших бойових судах з підводними крилами. Конструкторське бюро Almaz сконцентрувало сили на створенні судна з автоматично керованими підводними крилами без перетинання поверхні води, у той час як група проектувальників Зеленодолска мала тенденцію проектувати морехідне судно на підводних крилах, що перетинають поверхню води і властиву стабільність, використовуючи автоматику для стабілізаторів судна.
Типи судів були різні - перше - бойове ракетне судно, друге - фрегат, але було багато подібного у їх гідродинамічних особливостях - подібна швидкість (приблизно 60 вузлів), подібний зсув (приблизно 500 t), головні рухові одиниці з єдиним типом - z-двигуна потужністю 11 MВт, однаковий тип повністю затонулого підводного крила в кормовій частині.
Найбільшою перешкодою будівництва таких суден був той факт, що кавітаційні лабораторії, доступні в той час не могли досягати числа кавітацій, що відповідають повній швидкості цих суден. Конструкторське бюро Almaz вирішило будувати модель судна в повному масштабі з повністю затонулими підводними крилами і одиницями z-двигуна. Спочатку пропонувалося, що це буде модель дослідного судна "Uragan" ("ураган"), але в процесі подальшого проектування, елементи відхилялися, і випробування "Taіfun" (назва моделі) дозволили перевірити тільки принципові технічні рішення. "Taіfun" був побудований як пасажирський катер і використався протягом деякого часу на лінії між Ленінградом і Таліном. Випробування повністю підтвердили характеристики проекту. На жаль, суднобудування в повному масштабі на основі цього проекту не було запущено, причина полягала в тому, що в будівництві цього човна широко використалися частини компонента авіації, і було надзвичайно важко влаштувати їхню комерційну поставку для відділу суднобудування в економічному навколишнім середовищі того періоду.[20]
Для гідродинамічного аналізу швидкісного глісуючого судна човни з плоскими контурами днища були майже повністю замінені іншими успішними теоретичними моделями. Ці моделі використовують переважно "теорію тонкого тіла" (SBT) у тій або іншій формі, наприклад, (Вагнер, 1932), (Тулін, 1957), (Ворус, 1996), (Бреслин, 2000).
Теорія тонкого тіла вимагає, щоб порядки зміни в координаті х були маленькі. Автор відмічає тільки одну роботу, яку можна кваліфікувати як застосування SBT. Вона поширюється на глісування плоского днища судна. Це робота Туліна, 1957. Але припущення Туліна про трикутну площину плавання, що веде до подібного рішення в нижній координаті не реальні, крім як для дуже спеціального випадку човна із плоским днищем та гострим носом. І в цьому випадку, тільки там, де тяга і деферент установлені так, що вільно-поверхневий перетин є точно у вершині носа днища. Взагалі, з довільними тягою і диферентом водно-поверхневий перетин з плоским днищем перебуває в кормовій частині вершини носа, і тому тупий.
У роботі [21] запропонована теоретична обробка передньої кромки, мета якої полягає в тому, щоб установити істинність SBT і розширити її добре розвинені гнучкі методології застосування до типу плоских днищ. [21]
Коливальні або хлопаючі двигуни крила довгий час були цікавими пропульсійними пристроями. Вивчення аеродинаміки коливальної частини крила було розпочато на початку 1900-х років Цеодорсоном, який досліджував поведінку крила в пориві та флатері. В ранніх вивченнях аеродинаміки крила підчинялися тільки малоамплітудним рухам, для того, щоб можна було досліджувати природу нестійкості крила літака. Вивчення коливального крила для пропульсійних пристроїв було запропоновано Лайтхілом (1969) та Ву (1971). Найбільш удосконалені та найчастіше використовані числові методи і аеродинаміці базувалися головним чином на теорії підйому поверхні. Мала амплітуда коливання крила у вигляді рушія була досліджена Чопром (1974) та Камбе (1977).
Хоча коливальне крило могло дати гарний ККД рушія - приблизно 90%, він забезпечує малу тягу. Через це проектування коливального рушія складне, зокрема розміри крила обмежують більшість технічних пропозицій. Для вирішення цієї задачі Джонс та Платзер (1997) розглядали протифазу подвоєного крила коливальної конфігурації. Були отримані числові прогнози для рушія подвоєного крила при використанні двовимірного групового методу та експериментальних досліджень. Для кожної фольги рушій показав суттєво вищу тягу та більший ККД. В роботі [22] запропонований тривимірний часовий метод, який використовувався для дослідження переваг протифазного двокрилового рушія. Для конфігурації подвоєного крила невідомим є вплив амплітуди зсуву і відстані між крилами на гідродинамічні характеристики. Задача ставилася для корпусу, який рухається по спокійній рідині. В класичній теорії крила крило зупиняється в рідині, яка рухається. Розглянуті групові методи, використовуючи будь-яке припущення, проводять до такого ж алгоритму, тобто, до тієї ж самої системи лінійних рівнянь, як і в класичній теорії крила. В потоці навколо крила число Рейнольдса прийняте великим, більше за 1 млн. В такому положенні потоку, граничний шар тонкий і гідродинамічний кут атаки, з яким рухається камера, дорівнює приблизно 12 градусів або більше для нескінченної довжини. Миттєвий кут атаки зазвичай дорівнює 12 градусів. Проведені таким чином дослідження показали ефективність рушія подвійного крила порівняно з однокрилим. Окрім очевидної переваги збереження рівноваги динаміки рушія відносно до бокових та вертикальних сил, виявилося, що кожне крило в конфігурації подвійного крила, в якій крила розташовані близько одне до іншого, дає суттєво більший вклад тяги ніж однокрилий рушій. Підвищення тяги підвищило ККД і цілому діапазоні досліджуваних частот. Протифаза подвоєного крила коливального рушія показала аеродинамічні та гідродинамічні переваги для мікроповітряних транспортних засобів та автономних транспортних засобів з однокрилим рушієм. [22]
На початку 1960-х років Науково-дослідний інститут Суднобудування та Ленінградський Інститут Водного Транспортування провели інтенсивне дослідження щодо практичних способів здійснення ідеї зменшення гідродинамічного опору судна за допомогою повітря під днищем судна. Саме поняття з’явилося досить давно, і найперша спроба використати цей принцип зменшення опору була зроблена Густавом Лавалом в 1880 - 1883. Наступні числові спроби практикізувати концепцію протягом багатьох років не давали позитивних результатів. Причина була в недоліку раціоналістичних ідей щодо того, як налагодити поставку повітря в таким чином, щоб ефективно ізолювати днище судна від води. В результаті прийшли до висновку, що повітря поводилося б ефективно, якщо потік на днищі судна мав би певний вигляд, відомий як штучно змушений потік кавітації. У Росії теоретичні і експериментальні вивчення штучної кавітації для зменшення опору на занурених тілах були в 1940-их роках. В 1950-их подібні вивчення розпочаті в Інституті Крилова. Там робота була незабаром переадресована до поверхневого скорочення опору судна, і для таких застосувань, вони одержали спочатку теоретичні і експериментальні результати, які вказують на високий ефекту кавітацій для зменшення опору поверхневих суден. [23], [24]
7 Теорії дослідження високошвидкісних суден
Числовий аналіз теорії високошвидкісних плоских суден запропонований у роботі [25]. Робота розширює приклад, даний Коулом [26] до більш широкого класу корпусів. Хоча аналітичні рішення можуть бути знайдені приблизно з використанням техніки, рівняння є набагато складнішими. В роботі представлені рішення підйому, опору і наступні оптимізації корпуса. Задача припускає нев’язкий, нестисливий, безвихровий потік через судно. Для різних значень швидкості судна оптимізовані і представлені оптимальні корпуси. [25]
Для дослідження високошвидкісних суден з поверхневим ефектом в роботі [27] використовується лінеаризована теорія водної хвилі для аналізу хвилювання, які викликані постійним розподілом тиску на прямокутній платформі, яка рухається по спокійній воді.
Розподіл тиску, який рухається по вільній поверхні створює хвилювання в області потоку, подібно до хвилювання, яке викликається судном. Однак, на відміну від того, як під судном, вільна поверхня під розподілом тиску, який рухається не обмежена до запропонованої форми. Таким чином, обчислення хвилювання в близькій області, викликаного розподілом тиску, який переміщається, відносно просто. В нормальний спосіб виконання круїзу вага судна з поверхневим ефектом, при звичайному плаванні судна, головним чином підтримується різницею тиску між повітряним тиском міхура та навколишнього атмосферного тиску. Для підтримки цієї різниці тисків, запропоновані різні конфігурації бічних стін і клапанів, які трохи занурювались у воду. Оскільки бічні стіни і клапани контактують з водою, вони вноситься значну кількість гідродинамічного опору при найвищих швидкостях, очікуваних для цього типу судна. Щоб полегшити проектування бічних стін і клапанів, область потоку біля бічної стіни й клапанів повинна бути відома. Крім того, важливо знати потік в області під судном при виборі належних місць розташування двигунів та запасних пристроїв.
Що стосується хвилювання у воді, дії судна з поверхневим ефектом подібні розподілу тиску, який рухається, якщо нехтувати хвилюванням викликаним бічними стінами та клапанами. Для розгляду судна з поверхневим ефектом вибрано розподіл тиску на прямокутній платформі. Отриманий метод, однак, може застосовуватися до інших розподілів тиску.
Система координат, нерухома відносно розподілу тиску, який рухається обрана таким чином, щоб основний потік був однорідним потоком направленим протилежно руху. Отже, хвилюванням передбачаються збурення основного потоку. Для визначення потенціалу швидкості хвилювання використовується лінеаризована теорія водної хвилі. З цього швидкісного потенціалу виведені інші області значень такі як: переміщення вільної поверхні, лінія динамічного тиску та переміщення потоку. Ці області значень даються в вигляді інтегралів, які не можна легко оцінити, за винятком випадку мілкої води. Для інших випадків, для оцінки таких інтегралів отримані числові схеми.
Виведені методи, однак, можуть застосовуватися до інших розподілів тиску. Численні схеми та результати обчислення для типових швидкостей і відношень ширина/довжина - представлені для лінії тиску на морському дні, коли водна глибина кінцева і місцевий потік ілюструє нескінченну глибину. Для мілких вод, рішення замкнутого типу отримані , як для лінії тиску так і для профілю вільної поверхні. Дію поверхневого ефекту суден було розглянуто подібно руху розподілу тиску так як і змушених хвилювань у воді.
Представлені числові результати для типових швидкостей і форм судна можуть бути корисні для проектування судів з поверхневим ефектом. [27]
