Военное образование в России

Боевые и мореходные качества корабля - ОСНОВЫ СВЕДЕНИЯ О МОРЕХОДНЫХ КАЧЕСТВАХ КОРАБЛЯ

ОСНОВЫ СВЕДЕНИЯ О МОРЕХОДНЫХ КАЧЕСТВАХ КОРАБЛЯ.

Мореходные качества корабля делятся на две группы:

1. Статические мореходные качества – характеризуют неподвижный корабль (статика корабля).

2. Динамические мореходные качества – характеризуют движущийся корабль (динамика корабля).

Статика корабля включает в себя плавучесть, остойчивость и непотопляемость. Динамика корабля формируется ходкостью, управляемостью и качкой.

Рассмотрим данные качества подробнее, начиная со статики корабля.

а) Основные сведения о плавучести корабля.

Плавучестью называется способность корабля плавать в заданном по­ложении относительно поверхности воды, имея на себе все грузы, необхо­димые для выполнения задач, свойственных данному кораблю.

В соответствии с законом Архимеда на корабль, плавающий в спокой­ной воде без хода, действуют две категории сил: силы тяжести всех час­тей (грузов) корабля и силы гидростатических давлений, действующих на погруженную в воду часть корпуса корабля.

Все силы тяжести могут быть приведены к одной равнодействующей - силе тяжести корабля P, приложенной в центре масс (ЦМ) корабля G(x,y,z,) и направленной вертикально вниз.

Силы гидростатических давлений также могут быть приведены к одной равнодействующей - силе плавучести или выталкивающей силе D, приложен­ной в центре величины С(x,y,z) и направленной вертикально вверх. Поло­жение центра величины (ЦВ) изменяется в зависимости от изменения вели­чины или формы подводного объема, тоесть при получении кораблем крена, дифферента или при изменении его средней осадки.

По величине сила плавучести равна весу вытесняемой кораблем воды.

Равновесие корабля определяется двумя условиями:

- сила тяжести и сила плавучести должны быть равны по величине;

- ЦМ и ЦВ должны лежать на одной вертикали.

Если при P = D не будет соблюдено второе условие, то корабль бу­дет наклонятся до тех пор, пока точки G и С не окажутся на одной вер­тикали. При этом корабль будет иметь начальный статический крен и диф­ферент.

Для надводного корабля эти условия выполняются автоматически, так как при изменении силы тяжести Р и координат ЦМ соответственно изменя­ется сила плавучести D и координаты ЦВ.

Способность корабля плавать в заданном положении относительно по­верхности воды обеспечивается наличием силы плавучести, которая урав­новешивает силу тяжести. Поэтому величина силы плавучести корабля мо­жет быть принята в качестве меры плавучести или водоизмещение корабля.

Различают следующие водоизмещения корабля:

- объемное водоизмещение V - величина, численно равная объему воды, вытесняемой корпусом корабля в режиме плавания без хода;

- массовое водоизмещение М = ρV - величина, численно равная массе воды в объеме V, вытесняемом корпусом корабля;

- весовое водоизмещение D = γV - величина, численно равная весу воды в объеме V, вытесняемом корпусом корабля.

Для надводных кораблей наиболее часто употребляется массовое во­доизмещение.

В процессе плавания водоизмещение может существенно изменятся за счет приема и расходования переменных грузов: боезапаса, продовольст­вия, топлива, смазочного масла, питьевой воды, питательной воды для энергетической установке, личного состава и др.

Для сравнительной оценки состояния нагрузки надводных кораблей различают следующие типовые (спецификационные) водоизмещения:

Vпор - порожнем - водоизмещение полностью построенного корабля без переменных грузов;

Vст - стандартное - водоизмещение корабля с переменными грузами, кроме топлива, смазочного масла и питательной воды;

Vн - нормальное - водоизмещение, равное стандартному, плюс половина запасов топлива, смазочного масла и питательной воды, предусмотренных спецификацией;

Vп - полное - водоизмещение полностью построенного корабля со всеми переменными грузами, предусмотренными спецификацией.

Vнб - наибольшее - водоизмещение корабля с дополнительными, сверх предусмотренных спецификацией переменными грузами, принятыми в специ­ально оборудованные для этого места.

Перечисленные водоизмещения являются исходными для определения нагрузки корабля в процессе эксплуатации, их значения заносятся в так­тический формуляр и другую отчетную документацию корабля. Водоизмеще­ние корабля является одной из основных его технических характеристик.

Способность надводного корабля автоматически уравновешивать до­полнительно принимаемые грузы, обусловлена возможностью увеличения под­водного объема (объемного водоизмещения). Эта возможность ограничена величиной непроницаемого объема, расположенного выше ватерлинии, кото­рый является мерой неизрасходованной плавучести или запасом плавучес­ти.

Таким образом, под запасом плавучести понимается непроницаемый для воды объем надводной части корпуса корабля или та масса грузов, которую корабль может принять сверх имеемой нагрузки до полного погру­жения.

Обычно запас плавучести (ЗП) измеряется в процентах от подводной части корабля.

Запас плавучести неповрежденных надводных кораблей равен 100 - 150% нормального водоизмещения. Следует помнить, что запас плавучести имеет жизненно важное значение для корабля и является одним из основ­ных элементов, обеспечивающих его непотопляемость.

Плавучесть корабля и элементы ее характеризующие рассматриваются относительно спокойной поверхности воды. Но на корабль находящийся в море постоянно действуют различные кренящие силы, в первую очередь ве­тер и волнение, стремящиеся вывести его из положения равновесия. Поэ­тому необходимо обеспечить кораблю способность удерживаться в положе­нии равновесия не смотря на воздействие внешних факторов. Данные усло­вия обеспечиваются следующим мореходным качеством корабля - остойчи­востью.

б) Общие положения теории остойчивости.

Остойчивостью называется способность свободно плавающего корабля, выведенного из положения равновесия воздействием внешних сил, вновь возвращаться в первоначальное положение после прекращения действия этих сил.

Остойчивость - одно из основных мореходных качеств корабля. Сох­ранение и поддержание ее является важнейшей задачей экипажа.

Отклонение корабля от положения равновесия в поперечной плоскости называется креном, в продольной - дифферентом. Корабль в неодинаковой степени сопротивляется крену и дифференту, поэтому различают продоль­ную и поперечную остойчивости. Поперечная остойчивость связана с угла­ми крена, продольная - с углами дифферента.

Определение остойчивости корабля проводят при малых и больших уг­лах наклонения. К малым углам наклонения относятся углы крена до 10 - 12° и углы дифферента до 2 - 3°. Углы превышающие данные значения счи­тают большими углами наклонения и остойчивость корабля при этом изме­няется по сложным законам.

Остойчивость на малых углах наклонения называют начальной остой­чивостью.

В зависимости от характера внешних сил, выводящих корабль из по­ложения равновесия, различают остойчивости статическую и динамическую. При статической остойчивости наклоняющие корабль силы не вызывают зна­чительных угловых ускорений и ими на практике можно пренебречь. Если наклоняющие корабль силы вызывают значительные угловые ускорения, то остойчивость корабля называют динамической.

Остойчивость корабля считается достаточной, если совместное дейс­твие возмущающих сил, возникающих на волнении, и других внешних сил, действующих на корабль в бурную погоду, не может привести к опрокидыванию корабля.

При определении начальной остойчивости принимаются следующие до­пущения:

- наклонения равнообъемны, т.е. объемы, входящие в воду и выходящие из воды при наклонениях, равны между собой;

- центр величины при наклонениях перемещается по дуге окружности. Рассмотрим начальную поперечную остойчивость корабля.

Если корабль под действием кренящего момента m_кр получит малый угол крена θ, то за счет изменения формы подводного объема ЦВ перемес­тится в точку С₁. Сила плавучести D при этом будет направлена верти­кально вверх и перпендикулярна новой ватерлинии В₁Л₁.

Согласно принятому допущению ЦВ при малых углах наклонения пере­мещается по дуге окружности. Центр этой окружности находится на пере­сечении линий действия силы плавучести в прямом и наклонном положениях и называется метацентром (m). Расстояние от метацентра до ЦВ называет­ся метацентрическим радиусом (r).

Что касается ЦМ корабля, то в данном случае он останется в точке G, так как никакие грузы на корабль не принимались, а имеемые не пере­мещались. Таким образом, после наклонения корабля силы P и D перестают действовать по одной вертикали и образуют пару сил с плечом GK, кото­рое называется плечом статической остойчивости. Момент этой пары сил называется восстанавливающим моментом (m_θ). Чтобы корабль обладал по­ложительной начальной остойчивостью, необходимо, чтобы восстанавливаю­щий момент был направлен против наклонения корабля, т. е. против кре­нящего момента. Это условие соблюдается, если ЦМ находится ниже мета­центра.

Величины, которые позволяют оценить остойчивость корабля числом, называются мерами остойчивости. Такими мерами остойчивости корабля мо­гут являться метацентрические высоты, поперечная (h) и продольная (H).

Они позволяют сравнивать остойчивости разных кораблей при заданных условиях и оценивать степень совершенства корабля с точки зрения остойчивости. Значение метацентрических высот для надводных ко­раблей находятся в пределах: h = 0,7 - 1,5 м; H = (0,8 - 1,5)L.

В количественном соотношении продольная остойчивость в 50 - 100 раз больше поперечной.

Меры остойчивости или параметры, их определяющие, приводятся в тактическом формуляре корабля.

Для оценки остойчивости корабля на больших углах наклонения использу­ется диаграмма статической остойчивости (ДСО), которая выражает графи­ческую зависимость восстанавливающих моментов и их плеч от углов нак­лонения.

Безопасность плавания корабля также обеспечивается и рациональ­ным маневрированием относительно ветра и направления действия волн.

Требования к остойчивости и ее нормированию имеют целью, с одной стороны обеспечить наиболее благоприятное для боевого использования и эксплуатации поведение корабля в различных морских условиях, а с другой - обеспечить безопасность плавания и непотопляемость корабля, которая является следующим мореходным качеством корабля.