«Судно на воздушной подушке»



Скачать 122.37 Kb.
Дата26.07.2014
Размер122.37 Kb.
ТипДокументы
МОУ «Средняя общеобразовательная школа №3 р.п. Линево» Искитимского района Новосибирской области

Тема: « Судно на воздушной подушке»

Экспериментальная работа по физике

Автор: Горн Александр

Руководитель: Чечеткина Татьяна Геннадьевна

Учитель физики первой квалификационной категории


Р.п.Линево

2008 г


Введение

С той поры, когда человек впервые стал управлять судном, им постоянно решался вопрос увеличения скорости движения. За все время было сделано много изобретений, направленных на решение этой проблемы, но я считаю, что достигнуть существенных результатов в этом направлении не удалось до определенного момента в истории. Так, если с момента изобретения поездов, автомобилей, самолетов до начала 60-х годов ХХ века их скорость движения увеличилась в десятки и даже сотни раз, то дальнейшее повышение скорости водоизмещающих судов было проблематично. Этим переломным моментом стало появление совершенно нового вида транспорта, когда некоторые ученые пришли к заключению, что для решения проблемы повышения скорости на водном транспорте необходимо отделить корпус от водной среды, приподняв его над ней во время движения. Попытки воплотить эти заключения в жизнь привели к созданию судов на воздушной подушке (СВП), у которых корпус поднимается и удерживается над водой с помощью статической и динамической подушки.

Еще с несколько лет назад я был впечатлен, впервые увидев фотографию катера на воздушной подушке. Сразу же меня посетила идея создания модели СВП, которая стала бы более совершенной. Конечно, сейчас, в 2007 году, когда я решил заняться этим вопросом, индустрия в области СВП развита настолько, что её приравнивают к высоким технологиям. Многим могут показаться бессмысленными поиски каких-либо новшеств, но все же цель, котрорая была поставлена мной перед началом работы- найти что-то новое, что могло бы улучшить качества СВП. Однако я выбрал нестандартный подход: имея только поверхностные знания, не стал сразу углубляться в изучение устройства судна на воздушной подушке, а наоборот- экспериментировал и испытывал различные модели. Таким образом, идея собственным путем, я надеялся без формул и сложных вычислений. определить лучшую по характеристикам модель.

Если раньше судна на воздушной подушке использовались преимущественно в военных и коммерческих целях. то сегодня катера-СВП все чаще можно встретить в качестве индивидуальных средств передвижения. Поэтому я считаю данную тему актуальной. Следует отметить, что в последние годы в России среди молодежи увеличился интерес к моделированию такого вида, т.е. моя работа была направлена на помощь тем, кто хочет собрать подобную модель-именно эта задача стояла на первом месте.



История создания судна на воздушной подушке

У каждой крупной технической новинки есть свой “звездный час”, когда она оказывается в центре всеобщего внимания.

Именно таким периодом для катеров на воздушной подушке стали 60-е годы прошлого столетия. Тогда появление английского катера “Ховеркрафта” на большинство специалистов-транспортников произвело колоссальное впечатление. Одни недоумевали, как столь простая идея никому не пришла в голову раньше; другим уже рисовались головокружительные перспективы будущего, когда на смену тривиальному колесу, рельсам и дорогам придут аппараты, которым станут нипочем и водоемы, и бездорожье, и болота, и тундра... Но самое удивительное заключалось в том, что изобрел это поистине революционное транспортное средство не специалист, не ученый-гидродинамик, а инженер-электронщик Кристофер Коккерел.

Занявшись совершенствованием катеров, новоявленный судостроитель задумал снизить их сопротивление с помощью воздушной смазки — идея старая и для водоизмещающих корпусов бесперспективная. Тем не менее, в известной монографии американского гидродинамика Д. Тейлора “Скорость и мощность судов” Кристофер нашел упоминание об опытах одного коллеги Тейлора, который для снижения сопротивления пробовал нагнетать воздух под корпус остроскулого катера. Эти попытки не увенчались успехом: выигрыш от снижения трения полностью терялся из-за увеличения сопротивления, вызванного изменением конструкции корпуса, связанным с подводом воздуха к днищу.

Однако Тейлору удалось найти правильное объяснение причин неудач и прийти к выводу, что при скоростях выше 30 узлов, нагнетание воздуха под днище должно дать положительный эффект.

Ухватившись за этот вывод, Коккерел испытал остроскулый корпус, снабдив его двумя прикрепленными к скулам продольными килями, погруженными в воду. Увы, их сопротивление перевесило экономию от снижения трения. И тогда он догадался заменить твердую стенку — кили — воздушной завесой. Так родилась идея “Ховеркрафта” — катера, парящего над твердой или водной поверхностью.

Необычное судно было спущено на воду, и на глазах у многочисленных зрителей оно долго парило над водной гладью. 13 июня SN № 1 развил скорость 25 узлов, а через месяц пересек Ла-Манш. Переход из Кале в Дувр продолжался 2 часа 3 минуты. Пилотировал катер сам Коккерел...

Эта демонстрация вызвала взрыв энтузиазма в Британии. Газеты писали, что именно английские инженеры выдвинули самую смелую и перспективную идею, которая в будущем, несомненно, приведет к появлению крупных океанских судов на воздушной подушке. Однако историки раскопали сведения, что еще в 1915 году в Австро-Венгрии был испытан катер на воздушной подушке, разработанный Мюллером-Томамюлем. И в советской печати были опубликованы материалы о целой серии катеров на воздушной подушке, построенных в предвоенное время под руководством В. И. Левкова. Стало известно также об аналогичных экспериментах в Германии и в Швейцарии.

Наибольшую заинтересованность в новом виде транспорта проявили Англия, США, Франция, Канада и Япония. Причем первенствовали здесь английские конструкторы, отдавшие предпочтение аппаратам так называемого амфибийного типа. Приводимые в движение воздушными пропеллерами или турбореактивными двигателями, эти суда полностью отрывались от поверхности и могли передвигаться как над водой, так и над сушей.

Суда на воздушной подушке привлекли к себе внимание ряда стран. Опыт эксплуатации этих кораблей в зарубежных флотах показал, что в качестве патрульных катера на воздушной подушке эффективнее обычных кораблей и позволяют по-новому организовать береговую охрану. Они не находятся в море постоянно, а, взаимодействуя с береговыми радиолокационными станциями, должны выходить из порта только тогда, когда необходимо “ перехватить обнаруженную цель

В последнее время страны НАТО проявляют повышенный интерес к использованию кораблей-”парителей” в качестве тральщиков. Такие суда более стойки к подводным взрывам, создают меньшее акустическое поле, развивают высокую скорость на переходах, менее уязвимы для якорных и неконтактных мин, удобнее в обслуживании, поскольку могут выходить на берег. О ценности этих качеств свидетельствует тот факт, что для последней серии американских 430-тонных базовых тральщиков типа “Кардинал” принята схема неамфибийного корабля на воздушной подушке со снегами.



Сборка модели и эксперименты

Собрать модель судна на воздушной подушке довольно просто, если заранее знать, какую форму корпуса и подушки выбрать. Когда я начал работу, у меня не было никакой конкретной информации на эту тему, поэтому мне пришлось испробовать несколько разных вариантов модели в надежде найти что-то новое, не обращаясь к каким-либо источникам. Перед тем, как собирать полноценную модель судна, я отдельно собрал и две разные модели: первую – для испытания грузоподъемности, вторую – для испытания на перемещение, что было проблемно, так как в наличии было лишь два нагнетателя воздуха и два источника питания. Выход из этого положения я нашел в том, чтобы после опытов над одной моделью переставлять нагнетатели в другую и так далее. Только после экспериментов над ними можно было начать основную работу.



Форму первой модели я упростил. Вырезав фигуру из пенопласта толщиной 5 см. (рис. 1.), вставил в отверстия два компьютерных нагнетателя (далее – кулера) JACKYTECH на 12 V и соединил их параллельно. Пробную подушку из плотного полиэтилена приклеил к корпусу так, чтобы модель поднималась до 3 см. Сделав пять таких заготовок, я вырезал в них различные отверстия выдува (рис. 2.) и начал испытания.

Вес этой модели – 255 г. Первоначально испытуемый груз– 110 г. Оторвавшейся от поверхности я считал модель, если она поднялась на 1 см.

Во втором и третьем случае при напряжении 27 V (параллельно 12 V и 15 V для повышения силы тока) модель не поднялась вообще (дно подушки собиралось в складки и воздух просто уходил). Слабый подъем наблюдался в первом случае.

Лучшего результата удалось добиться с подушкой под номером 4 и 5. Четвертая с грузом 120 г. поднялась на 2 см., пятая – на ту же высоту с грузом 135 г. Но от четвертой пришлось отказаться из-за неустойчивости модели.

1 2 3
4 5
Рис. 2.

Итак, зная, какая форма подушки эффективнее, можно усовершенствовать модель.

Во-первых, я заменил полиэтиленовую подушку на подушку из плотной ткани, и поднял ее до четырех см.

Во-вторых, пропитал её парафином. В-третьих, по краю выдувного отверстия прикрепил картонный контур для увеличения жесткости (Рис. 4. – красным цветом). Также добавил четыре небольшие картонные вставки по периметру отверстия (рис. 3. – зеленым цветом). Результат – модель поднимает груз, весом 170 г. на высоту 2 см. Позже я пробовал прикреплять к кулерам картонные кожухи, но это практически не сыграло роли.



Рис. 3. Рис. 4.


Рис. 6.
Рис. 5.

Второй этап – сборка перемещающейся модели.

Корпус судна теперь овальной формы, как показано на рисунке 5, отверстие в подушке также овальное. Здесь установлены те же два кулера: один – как нагнетатель воздуха, второй – в качестве толкателя. Вес этой конструкции – 205 г.

Изначально проблема заключалась в том, что при близком расположении двух кулеров воздух забирался из одной и той же области, из-за чего модель ни поднималась, ни двигалась, а при слишком большом расстоянии между ними модель сильно перевешивало. Решить эту проблему я смог с помощью установки картонного воздухозаборника с перегородкой – рис. 6.

Также мне помог опыт, полученный во время экспериментов над первой модели. С помощью динамометра я замерял силу трения в успешных случаях: № 4 с грузом – 1 Н, без груза – 0,3 Н; № 5 с грузом – 0,9 Н, без груза – 0,2 Н; № 5 с картонным контуром с грузом – 1,2 Н, без груза – 0,4 Н. Хотя контур и увеличивает грузоподъемность, все же в данном случае его следует снять – чтобы уменьшить трение.



1 2 3


4

Рис. 7




1

2

3

4


1 на воде

4 на воде

Fтр с грузом


0,5 Н


1 Н


0,85 Н


0,6 Н

0,15 Н

0,2 Н


Fтр без груза


0,2 Н

0,65 Н

0,5 Н

0,25 Н

0,05 Н


0,05 Н


Таблица 1.

Для испытания я выбрал груз в 50 г. – его определил опытным путём по первой форме; кулера также подключил параллельно к напряжению 27 V.

См. рис. 7 и табл. 1

При форме корпусов второй и третьей модель приподнялась, но не сдвинулась с места. Она стала передвигаться при форме под номером четыре, и один. Последним я был удивлен, так как ожидал худшего результата. Замерив скорость в обоих случаях, (1 – 0,16 м/с, 4 – 0,12 м/с) я остановился на первой форме и проделал с ней ту же операцию, что и с первой моделью – покрыл парафином. На этот раз это необходимо было для испытания на воде. Естественно, на поверхности воды трение намного меньше – скорость возросла до 0,21 м/с без груза.
Теперь, зная, какая форма корпуса, подушки, расположение кулеров нужны, какие особенности необходимо учесть, можно приступить к сборке полноценной перемещающейся модели.


Рис. 8



Рис. 9

Она похожа на предыдущую, но прямоугольной формы, большего размера и на ней установлены четыре кулера: два толкателя, расположенных в центре и два нагнетателя. Вырез в подушке – овальный, без картонного контура, но со вставками (рис. 3). Еще во время опытов над первой моделью я обратил внимание на то, что если поднести к кулеру работающей модели другой включенный кулер, то это сильно увеличивает подъем. Исходя из этого, можно сделать предположение, что такое «параллельное» расположение эффективнее «последовательного». Я собрал новую модель (рис. 9) и сравнил её с самой первой моделью (рис. 1) – оказалось, она может поднять больший груз (185 вместо 170 г.).

Здесь я решил сделать по-другому: «параллельно» установил не нагнетатели, а два толкающих кулера (думая, что подъемной силы хватит, сделал уклон на движение). По схеме нагнетания воздуха эта модель практически не отличается от первой, а её вес намного больше – то есть она не может поднять тяжелый груз, что является существенным недостатком. Вес конструкции составил 380 г., максимальный поднимаемый груз – 50 г. Но при низкой грузоподъемности есть и свой плюс – скорость. Без груза – 0,23 м/с, с грузом – 0,18 м/с. К сожалению, из-за своих габаритов, не было возможности испытать модель на воде (все предыдущие испытания на воде проводились в домашних условиях)
К этой модели я шел очень долго, испытывал и анализировал многочисленные варианты, выбирал лучшие, не обращаясь к сложным формулам, имея лишь поверхностные знания по этому вопросу. Еще раз подчеркну, что я намеренно не искал руководства по сборке подобных моделей, надеясь найти что-то новое в этой области.

Теперь же, когда не осталось собственных идей и материала для усовершенствования, я обратился к источникам, из которых наиболее ценным для меня стала книга Ежи Бень, где подробно раскрывается эта тема. Благодаря этому «пособию» для моделистов я обнаружил серьезный просчет. Дело в том, что отверстие в подушке должно быть устроено совсем по-другому – рис. 10. Это похоже картонный контур, который был прикреплен на первой модели, только здесь он шире и установлен ближе к корпусу.

В целом я не открыл ничего, ранее неизвестного, но в последней модели все же можно выделить одно новшество – расположение нагнетателей, которое, как показали испытания, намного эффективнее стандартного.


Рис. 10
Первоначально я планировал создать модель, которая могла бы претендовать на универсальное средство передвижения, то есть, обычное с виду судно на воздушной подушке могло бы при случае взлететь на некоторое расстояние вверх (рис. 10).


Рис. 11
Но, за неимением модельного двигателя внутреннего сгорания, без которого здесь не обойтись, от этой идеи пришлось отказаться. Возможно. в будущем она будет воплощена в жизнь.




Заключение

В ходе работы над этим проектом была проделана большая работа по экспериментированию, тестированию различных моделей и их многочисленных вариантов. В итоге я получил лучшую по тестируемым параметрам модель. Конечно, у нее есть свои недостатки, которые выявились во время изучения материалов по этому вопросу. Цели и задачи. поставленные в начале работы можно считать выполненными. Во-первых, без сложных вычислений было найдено две идеи: форма корпуса, расположение кулеров, чего я нашел ни в одном из источников.



Я считаю, что проделанная мною работа была не напрасной, и, надеюсь, она принесет пользу.

Похожие:

«Судно на воздушной подушке» iconПроектной работы «Катер на воздушной подушке»
Проектная работа посвящена созданию действующей модели катера на воздушной подушке
«Судно на воздушной подушке» iconИнвестиционный проект «Услуги по покату маломерных экранопланов на воздушной подушке на морских курортах»
...
«Судно на воздушной подушке» iconПрограмма встречи Нового года в Кижских шхерах. 1 день 30. 12. 2011г. 15ч. 00м
Трансфер (судно на воздушной подушке) от с. Великая Губа до Гостевого комплекса (30-40мин.)
«Судно на воздушной подушке» iconПодготовка к пожароопасному сезону 2011 года в заповеднике «Болоньский» 2010 год для заповедника «Болоньский»
В рамках Программы Минприроды РФ по технической укрепленности федеральных оопт, заповедником приобретено судно на воздушной подушке,...
«Судно на воздушной подушке» iconПерспективы применения армопластиков для изготовления корпусов судов на воздушной подушке

«Судно на воздушной подушке» iconТеоретико-экспериментальное исследование летательного аппарата на воздушной подушке
Специальность 05. 07. 07 «Контроль и испытание летательных аппаратов и их систем»
«Судно на воздушной подушке» iconОпора на воздух
При этом полоса имеет рытвины, ямы до полуметра глубиной. Абсурд! скажете Вы. И сильно ошибетесь. Устройством, кардинально изменившим...
«Судно на воздушной подушке» iconЛицей №102 города Челябинска
Судна на воздушной подушке (свп) — тип судна с динамическим принципом поддержания, которое может двигаться с большой скоростью и...
«Судно на воздушной подушке» iconВоздушная армия
Издательства: Автор рассматривает вопросы воздушной обороны и воздушного наступления и устанавливает роль воздушной армии в войне,...
«Судно на воздушной подушке» iconВ. П. Морозов. «Фрогги» двухместный самолет с шасси на воздушной подушке
Идее предшествовал небольшой нир – мы испытали модель шасси в бассейне цкб по спк и в полете масштабную кордовую модель. Кроме того,...
Разместите кнопку на своём сайте:
ru.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©ru.convdocs.org 2016
обратиться к администрации
ru.convdocs.org