Остойчивость

Мореходные качества подводных лодок, к числу которых относятся плавучестьостойчивость, качка, непотопляемость, ходкость и управляемость, изучает специальная кораблестроительная дисциплина — теория подводных лодок, однако выявление взаимосвязи между мореходными качествами и элементами лодки, установление зависимости этих качеств от конструкции и архитектурного типа входят в круг задач теории проектирования.

Одним из основных качеств любого корабля является его остойчивость, т. е. способность плавать в положении устойчивого равновесия и возвращаться в начальное положение после прекращения действия внешних возмущающих сил. Для подводных лодок различают остойчивость в подводном и надводном положениях, а также в процессе погружения или всплытия.

В подводном положении поперечная и продольная остойчивость лодки определяется лишь взаимным расположением центра тяжести и центра величины постоянного плавучего объема. Метацентрическую высоту вычисляют при этом как разность аппликат указанных точек

/г = 2,-г„ (48)

а диаграмма статической остойчивости представляет собой синусоиду, причем максимальные значения восстанавливающего момента и плеча остойчивости, равные соответственно уУ„хю1г и /г, достигаются при угле статического крена или дифферента 90°.

Из формулы (48) видно, что для обеспечения остойчивости лодки в подводном положении ее центр тяжести обязательно должен лежать ниже центра величины. Вследствие особенностей

- Рассчитанные по формуле (46) обводы наружных корпусов подводных лодок с одинаковыми величинами ф, §т и Гк, но отличающиеся радиусами кривизны носовой оконечности, приведены на рис. 23. На этом примере видно, что рассмотренный способ построения обводов может быть использован при проектировании наружного корпуса, удовлетворяющего требованиям, ходкости (оптимальные величины ф и 1т) и условиям размещения в носовой оконечности гидроакустической станции заданных габаритов.

формы прочных корпусов подводных лодок (круговые поперечные сечения) центр величины постоянного плавучего объема располагается на одной высоте с продольной осью симметрии прочного корпуса (например, на подводной лодке «Альбакор» центр величины лежит на расстоянии 0,505 Я от основной, где Я — высота корпуса). Поэтому увеличение метацен-трической высоты в подводном положении возможно лишь за счет снижения центра тяжести корабля. Это достигается за счет более низкого расположения тяжелого оборудования реакторной и механической установок, а также облегчения веса высокорасположенных механизмов и узлов корпусных конструкций (применение легких сплавов, пластмасс и т. п.). Действенный способ . повышения остойчивости подводной лодки — укладка твердого балласта в нижней части ее корпуса.

Особенностью подводных кораблей в подводном положении является равенство поперечной и продольной метацентрических высот. Увеличение продольной метацентрической высоты способствует повышению устойчивости движения в вертикальной плоскости, но затрудняет управление лодкой по глубине на малых скоростях.

Метацентрические высоты, современных подводных лодок в подводном положении, как правило, не превышают 30 смК Так, на подводной лодке «Альбакор» метацентрическая высота, отнесенная к нормальному водоизмещению, равна 18 см. Приблизительно в той же степени обеспечена остойчивость подводных транспортных судов; у танкера американского проекта грузоподъемностью 20 000 т метацентрическая высота равна 33 см и лишь у английского рудовоза «Моби Дик» достигает 61 смК

В связи с определенными конструктивными затруднениями, встречающимися при обеспечении остойчивости атомных подводных лодок, зарубежные конструкторы изыскивают новые способы предотвращения опасных кренов. В частности, японские инженеры предлагают использовать для этого гидродинамические силы, возникающие во время движения на специальных стабилизирующих закрылках горизонтальных рулей. На стоянке предполагается применять выдвижные балластные кили (понижающие центр тяжести), складные цистерны (повышающие центр величины) или упор вертикальных водометных движителей, расположенных на концах носовых и кормовых горизонтальных стабилизаторов 2.

Остойчивость подводной лодки, находящейся в надводном положении, определяется не только взаимным расположениемцентра тяжести и центра величины, но и размерами действующей ватерлинии.

Величину поперечной метацентрической высоты для этого Положения определяют по формуле

К = + " (49)

где г'с —центр величины подводной лодки в надводном положении; г — поперечный метацентрический радиус, равный моменту инерции площади действующей ватерлинии относительно продольной центральной оси, деленному на водоизмещение подводной лодки, которое соответствует осадке по эту ватерлинию.

При плавании лодки в крейсерском положении поперечный метацентрический радиус равенг = -/^. (50)

у ппо

Аналогичным образом определяют продольный метацентрический радиус

^=-/^. (51)

''ппов формуле (51) 1у представляет собой момент инерции площади действующей (в данном случае конструктивной) ватерлинии относительно поперечной оси, проходящей через ее центра тяжести.

Дизель-электрические и атомные подводные лодки с большим запасом плавучести («Тритон», «Хэлибат») имели значительные площади действующих ватерлиний, поэтому величина поперечной метацентрической высоты достигала у них 40— 60 см. При переходе к проектированию наружных корпусов в виде хорошо обтекаемых тел вращения и одновременном сокращении запаса плавучести величина поперечной метацентрической высоты в надводном положении снизилась и у современных атомных подводных лодок практически не превышает таковую в подводном положении ' (кл = 20—40 см).

Подводные транспортные суда с поперечными сечениями наружных корпусов эллиптической или прямоугольной формы (отношение В/Н>1) имеют в надводном положении избыточную начальную остойчивость. Например, у подводного танкера американского проекта грузоподъемностью 20 000 г поперечная метацентрическая высота в этом положении достигает 4,1 м.

в процессе погружения и всплытия подводной лодки наблюдается момент, когда остойчивость корабля резко снижается и даже может достигать отрицательного значения. Это явлениеперерастает в весьма сложную проблему при проектировании подводных лодок с высокорасположенными большими водонепроницаемыми объемами (например, контейнерами крылатых ракет, как это сделано на американских подводных лодках типа «Танни»). При погружении такой подводной лодки действующая ватерлиния практически исчезает после ухода в воду верхнего стрингера балластных цистерн, а аппликата центра величины в то же время не достигает своего максимального значения, так как высокорасположенные объемы еще остаются над водой.

По нормам Управления кораблестроения ВМС США' поперечная метацентрическая высота подводных лодок в процессе погружения и всплытия должна быть не менее 7,6 см. Для ее повышения кольцевые цистерны главного балласта американских атомных подводных лодок разделены на цистерны правого и левого бортов с индивидуальной вентиляцией. Это мероприятие уменьшает вредное влияние на остойчивость перетекания балласта между бортовыми цистернами. Кроме того, американские специалисты полагают, что маневр погружения и всплытия современные подводные лодки должны выполнять на ходу, в течение короткого промежутка времени, за который подводная лодка не успевает накрениться на опасный угол. Для регулирования крена кормовая группа балластных цистерн американских атомных подводных лодок снабжена раздельной системой продувания, позволяющей регулировать количество воздуха, который подается в цистерны левого и правого бортов при всплытии на поверхность.

Предыдущая глава Оглавление Следующая глава