Военное образование в России

Боевые и мореходные качества корабля - Основы непотопляемости корабля

Основы непотопляемости корабля

Непотопляемостью корабля называется его способность оставаться на плаву и не опрокидываться при повреждении и затоплении одного или нес­кольких отсеков вследствие боевых или аварийных повреждений.

Иначе говоря, непотопляемость - это способность повреждённого ко­рабля сохранять плавучесть и остойчивость.

Приведённое определение непотопляемости устанавливает пределы, при которых это мореходное качество утрачивается кораблём. Этими пре­делами будут случаи, когда корабль либо тонет из-за потери плавучести, либо опрокидывается из-за потери остойчивости.

Непотопляемость корабля обеспечивается следующими мероприятиями:

1. Конструктивными мероприятиями, осуществляемыми при постройке корабля.

Целью конструктивного обеспечения непотопляемости является прида­ние кораблю таких свойств и оснащение его такими техническими средс­твами, которые обеспечивают заданный уровень непотопляемости и возмож­ность успешной борьбы за непотопляемость:

2. Организационно-техническими мероприятиями, проводимыми в те­чение всей службы корабля.

Эти мероприятия имеют целью создание и постоянное поддержание оп­тимальных условий для наиболее полного использования конструктивных возможностей и технических средств обеспечения непотопляемости кораб­ля, определяемых его проектом.

От правильной эксплуатации неповрежденного корабля и подготовки его экипажа к борьбе за непотопляемость в значительной степени зависит его состояние после повреждения. Анализ аварий показывает, что очень часто именно неудовлетворительное техническое состояние кораблей и бездействие их экипажей приводило к тяжелым и даже катастрофическим последствиям.

3. Действиями личного состава по борьбе за непотопляемость, нап­равленными на поддержание и возможное восстановление запаса плавучести и остойчивости поврежденного корабля.

Борьба за непотопляемость - важнейшая составная часть борьбы за живучесть корабля. Ее сущность состоит именно в том, чтобы предотвра­тить гибель от потери плавучести или остойчивости корабля, не затонув­шего сразу, а также по возможности восстановить его плавучесть, остой­чивость и другие мореходные и боевые качества. Поэтому, подготовка личного состава к борьбе за непотопляемость должна вестись системати­чески и планомерно на основе специально разработанных правил и прог­рамм.

Практически непотопляемость корабля удобно оценивать количеством водонепроницаемых отсеков, при затоплении которых он остается на пла­ву. Например, для крейсеров это будет 3 - 4 отсека из 22 - 23, для эс­кадренных миноносцев - 2 - 3 из 17 - 18, для малых кораблей - 2 из 8 - 10.

Методы, разработанные в теории непотопляемости позволяют быстро установить состояние поврежденного корабля, определить изменение его посадки и остойчивости, наметить и осуществить мероприятия по восста­новлению остойчивости, и спрямлению поврежденного корабля.

Таким образом, непотопляемость является основным мореходным ка­чеством корабля и обеспечивается целым комплексом мероприятий. Часть этих мероприятий закладывается ещё на стадии проектирования корабля, а часть осуществляется на протяжении всей эксплуатации корабля. К одному из таких мероприятий относится подготовка и борьба за непотопляемость корабля, которая является элементом борьбы за живучесть корабля.

г) Ходкость корабля

Ходкостью называется способность корабля перемещаться с заданной скоростью хода при затрате определенной мощности энергетической установки.

При движении корабль испытывает сопротивление двух сред – воды и воздуха. Величина силы сопротивления зависит от скорости и режима движения корабля, формы и размеров корпуса, характера и состояния подводной поверхности, количества, формы и расположения на нем выступающих частей, а также от эксплуатационных факторов (продолжительности плавания после постройки и докования, наличия волнения моря, ограниченности фарватера и др.).

Расчеты сопротивления воды выполняются для равномерного прямолинейного движения на тихой глубокой воде нового нормально погруженного корабля.

Изменение сопротивления воды при различных водоизмещениях, состояниях корпуса и внешних условиях плавания в необходимых случаях учитывается дополнительно.

При изучении и расчетном определении полное сопротивление движению корабля определяется как сумма всех сопротивлений:

R = R_тр + R_ф + R_в + R_вч + R_вз

где R_тр – сопротивление трения;

R_ф – сопротивление формы (вихревое сопротивление);

R_в – волновое сопротивление;

R_вч – сопротивление выступающих частей;

R_вз – сопротивление воздуха.

Сопротивление трения R_тр зависит от скорости хода корабля, величины его смоченной поверхности, состояния этой поверхности (шероховатости) .

Сопротивление формы R_ф зависит от формы погруженной части корпуса. Чем полнее обводы корпуса и хуже его обтекаемость, тем больше вихрей и значительнее сопротивление.

Волновое сопротивление R_в, обусловлено повышением суммарного давления на носовую смоченную поверхность корпуса по сравнению с кормовой за счет образования на поверхности воды волн, вызванных движением корабля.

Сопротивление выступающих частей R_вч, включает сопротивление рулей, кронштейнов, боковых килей, обтекателей гидроакустических средств и других устройств, расположенных в подводной части корпуса.

Величины сопротивлений R_ф, R_в и R_вч, обычно определяются на основе испытания модели корабля в опытовом бассейне и последующим пересчетом величин сопротивления модели на натурный корабль по законам динамического подобия.

Сопротивление воздуха R_в, определяется в аэродинамической трубе методом продува в ней модели и на больших скоростях может достигать 10% полного сопротивления движению корабля.

Соотношение между отдельными составляющими сопротивления зависит от формы корпуса, скорости и принципа движения. Для водоизмещающих кораблей на малом ходу основной составляющей является сопротивление трения R_тр, которая может достигать 75% полного сопротивления. На полном ходу основной составляющей становится волновое сопротивление Rв, которое может составлять 50% и более от полного сопротивления. Для кораблей на подводных крыльях и на воздушной подушке основной составляющей является сопротивление воздуха R_в.

Зная полное сопротивление движению корабля R, Н (кгс), на различных скоростях V, м/с, можно определить буксировочную или эффективную мощность N_R, затрачиваемую на преодоление этого сопротивления, по формуле:

N_R = RV/1000, кВт

Увеличение скорости надводных кораблей может быть достигнуто наращиванием мощности силовых установок и уменьшением сопротивления воды.

Повышение ходкости надводных водоизмещающих кораблей за счет наращивания мощности силовых установок нецелесообразно, так как из-за резкого увеличения волнового сопротивления потребная мощность силовой установки возрастает приблизительно пропорционально кубу скорости и даже более высоким ее степеням. Поэтому целесообразно для резкого увеличения скорости уменьшать сопротивление движению путем вывода корпуса корабля из воды за счет использования гидродинамических сил поддержания. Такие принципы поддержания используются в глиссирующих кораблях, кораблях на подводных крыльях, на воздушной подушке.

Существенно зависит ходкость корабля и от эффективности движителя, который обеспечивает преобразование энергии силовой установки в энергию поступательного движения корабля.

Различают лопастные и водопроточные движители.

К лопастным относятся гребные винты и крыльчатые движители, а к водопроточным – водометные и гидрореактивные движители с забором воды из пограничного слоя корпуса корабля.

Наиболее широкое применение получили гребные винты фиксированного шага с лопастями, жестко соединенными со ступицей. Они отличаются простотой конструкции, надежностью в эксплуатации и высоким КПД.

Воздушные винты применяются на кораблях на воздушной подушке и экранопланах.

д) Управляемость корабля.

Управляемостью называется способность корабля сохранять или изменять направление своего движения с помощью средств управления.

Понятие «управляемость» объединяет два свойства корабля – устойчивость на курсе и поворотливость.

Первое свойство состоит в способности корабля сохранять заданный курс, а второе – в способности изменять его. Оба эти свойства по своей природе противоречивы, поэтому при проектировании корабля важно правильно определить оптимальное соотношение между требованиями к устойчивости на курсе и поворотливости.

Устойчивость на курсе зависит не только от внешних возмущений, но и от опыта рулевого. Показателями хорошей устойчивости корабля на курсе являются: малая рыскливость (самопроизвольный уход корабля с курса) и малое число перекладок руля в единицу времени для удержания корабля на курсе.

Практически ни один корабль не обладает абсолютной устойчивостью на курсе и для сохранения его курса требуется постоянное вмешательство рулевого или автоматических устройств. Обычно считают, что корабль обладает удовлетворительной устойчивостью на курсе, если при волнении моря 3-5 баллов руль приходится перекладывать 4-6 раз в минуту на углы не более 3° - 4° на борт. Углы рыскания при этом не должны превышать 2° - 3° .

Поворотливость корабля обеспечивается перекладкой руля или при помощи машин, или того и другого вместе. Она характеризуется временем изменения курса и циркуляцией.

Циркуляцией называется траектория, по которой движется центр масс корабля при перекладке руля на некоторый угол с последующим удержанием его в этом положении.

Промежуток времени от момента отдачи приказания о перекладке руля до момента прихода корабля на заданный курс называется временем изменения курса.

Время изменения курса на 360° называется периодом циркуляции. Эти величины в основном зависят от скорости корабля и угла перекладки руля.

Кроме того типичная циркуляция корабля характеризуется следующими элементами:

D_ц – диаметр установившейся циркуляции;

D_т – тактический диаметр циркуляции (поворот на 180°);

L₁ – выдвиг; L₂ – прямое смещение; L₃ – обратное смещение.

Отношение D_ц \ L есть мера поворотливости корабля. Для кораблей большого и среднего водоизмещения это отношение равно 5 – 7, для малых кораблей – 2 – 3.

е) Качка корабля.

Качкой называется совокупность колебательных движений относительно положения равновесия, совершаемых кораблем под действием внешних сил (в первую очередь волнения моря и ветра).

Различают бортовую, килевую и вертикальную качки. Однако следует иметь в виду, что указанное деление является условным и на практике корабль обычно испытывает все три вида качки одновременно.

Качка является отрицательным качеством корабля и может иметь целый ряд вредных последствий. Например, возможно появление опасных кренов корабля; снижение точности стрельб; ухудшение условий обслуживания и работы механизмов и приборов; снижение скорости корабля и увеличение расхода топлива; возникновение опасных напряжений в корпусе, деформация или даже разрушение корпуса и т.п. Кроме того, качка отрицательно сказывается на физиологическом состоянии личного состава, вызывая так называемую морскую болезнь.

Чтобы уменьшить неблагоприятные воздействия качки применяют успокоители качки.

В настоящее время существуют только успокоители бортовой качки как наиболее опасной и вредной.

По принципу управления стабилизирующим моментом успокоители качки разделяются на пассивные и активные.

В пассивных успокоителях стабилизирующий момент создается в виде непосредственной реакции на качку корабля. Из пассивных успокоителей широкое применение получили боковые кили, которые увеличивают сопротивление воды бортовой качке на 25 – 40 % и уменьшают тем самым амплитуду качки корабля.

Активные успокоители качки требуют для своей работы внешнего источника энергии. Стабилизирующий момент в таких успокоителях создается принудительно. Наиболее эффективными активными успокоителями являются бортовые управляемые рули. Указанные рули подобны обычным балансирным рулям, но размещаются в середине длины корабля в районе скул перпендикулярно к наружной обшивке

Внутри корпуса размещаются автоматизированные рулевые приводы, которые позволяют перекладывать рули вверх или вниз и создавать стабилизирующие моменты. Так как силы давления воды на рули пропорциональны квадрату скорости набегающего на них потока, то их эффективность очень сильно зависит от скорости корабля.

На стоянке эти рули не могут уменьшать качку корабля. К недостаткам бортовых рулей следует также отнести сравнительную сложность конструкции и системы автоматического управления ими. При отсутствии качки бортовые рули убираются внутрь корпуса в специальные ниши

Качка является отрицательным качеством корабля и обуславливает необходимость предъявление к кораблю специальных требований. Одним из таких требований является достаточная эксплуатационная прочность корабля.