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]
8 Розподіл енергії та використання енергії хвиль
В роботі [28] розглядається розподіл енергії в хвилях та по глісуючому корпусі. Робота присвячена вивченню початкового етапу водного потоку, який викликаний ударом з пливучим корпусом. Вертикальна швидкість корпуса задається і зберігається константою після короткого етапу прискорення. Були проаналізовані тимчасові та просторові залежності прискорення корпуса водного потоку і розподілу енергії. Обчислення виконувались для напівзануреної сфери в межах структури акустичної апроксимації. Було отримано, що тиск удару і повний удар потоку не залежать від умов руху корпуса. Головний параметр - відношення масштабу часу для акустичних ефектів і тривалості етапу прискорення. Коли цей параметр малий, робота, затрачена на прискорення корпусу мінімальна і затрачена головним чином на кінетичну енергію потоку. При імпульсивному початку руху ця робота має максимальне значення. Для етапу прискорення, який розглядався в роботі було визначене оптимальне прискорення сфери, яка мінімізує акустичну енергію.
Зіткнення твердих корпусів з водою та зіткненні води з твердими корпусами часто описується в межах ідеальної моделі нестисливої рідини, використовуючи закон тиску удару. Ця імпульсна модель передбачає нееластичний удар з послідовною втратою енергії потоку. В роботі розглядається саме ця "загублена" енергія. Для миттєвого руху твердого корпуса у необмеженій рідині загублена енергія віднесена акустичними хвилями, але коли є обмеження, вільна поверхнева енергія може також бути затрачена на потоншення струменю та інші дрібні рухи. В роботі розглядається математичний аналіз для лінеаризованих вільно-поверхневих граничних умов, задача "загубленої" енергії в потоках вільної поверхні. В області водного зіткнення традиційно використовується модель ідеальної і нестисливої рідини. Вільна поверхня впливає менше, якщо бризки, які утворюються при зіткненні поверхні корпусу з водною поверхнею – слабкі. Загальна постановка задачі наступна. Спочатку, рідина нерухома і корпус пливе по нерухомій рідкій поверхні. Рідина прийнята нев’язкою і стисливою, а корпус тіла твердим. У деякий момент часу, який прийнято як початковий момент, корпус отримає зіткнення і починає рухатися вниз, після того, як короткий етап прискорення досягає постійної швидкості V. Автор відмічає, що асимптотична поведінка потоку не однорідна. Робота присвячена вивченню поширення енергії в потоці і його залежності від деталей руху корпуса протягом етапу прискорення. [28]
Тиск, який залежить від часу, прикладений на водній вільній поверхні, де присутні ряд прогресуючих хвиль, буде мати в загальному результаті ненульовий обмін енергії. На цьому базуються декілька пристроїв для використання енергії морських хвиль, а саме так звані пристрої коливального водяного стовпа, у який зворотно-поступальний потік повітря, заміщається вільною поверхнею в межах відкритої порожнини на зануреному днищі, приводить в рух повітряну турбіну (див. наприклад Муді 1979). У спробі моделювати гідродинаміку таких пристроїв, деякі автори зневажили просторовою варіацією внутрішньої вільної поверхні, що, як передбачалося, рухається начебто під дією невагомого поршню. Прикладами таких підходів є роботи на Еванса (1978) та Коунта і ін. (1981), де модель поршня закріплена на площадці шириною внутрішньої вільної поверхні, яка порівняно маленька з довжиною хвилі.