Если при движении подводной лодки ее центр тяжести находится в некоторой горизонтальной плоскости, то такое движение называется движением в горизонтальной плоскости. Основным органом управления подводной лодкой в горизонтальной плоскости является вертикальный руль. В качестве дополнительного средства управления могут использоваться бортовые гребные винты (если подводная лодка имеет два или три гребных винта).
В горизонтальной плоскости различаются два характерных режима движения:
— прямолинейное движение на заданном курсе;
— циркуляция.
В соответствии с режимом движения основными задачами управления подводной лодкой в горизонтальной плоскости являются:
— по возможности более точное удержание подводной лодки на заданном курсе при минимальном использовании средств управления;
— изменение курса за кратчайшее время и по кратчайшей траектории.
При движении в горизонтальной, плоскости без использования рулей современные подводные лодки практически неустойчивы на курсе: получив возмущение, они изменяют курс, сохраняя его в дальнейшем за счёт динамической устойчивости по курсу, которая является неасимптотической. Поэтому для обеспечения заданного прямолинейного движения подводной лодки необходимо соответствующим образом перекладывать вертикальный руль, за счёт чего обеспечивается эксплуатационная устойчивость подводной лодки в горизонтальной плоскости. У современных подводных лодок при движении в основном режиме в подводном положении вертикальный руль для обеспечения прямолинейного движения перекладывается в течение одной минуты 4—5 раз на угол 2—3°.
При перекладке вертикального руля на нем возникает поперечная гидродинамическая сила zв, которая создает момент Мув, вращающий подводную лодку вокруг оси Gу в сторону перекладки руля и вызывает боковое смещение (дрейф) подводной лодки в сторону противоположного борта (рис. 18а). При повороте подводной лодки возникает угол дрейфа β, вследствие чего на корпус подводной лодки будет действовать гидродинамическая сила zβ, приложенная в центре давления К. Поскольку центр давления в начале поворота находится впереди центра тяжести подводной лодки, то сила zβ, создает гидродинамический момент Mzβ, совпадающий по направлению с моментом Mzв (рис. 18б).
Рис. 18. Силы и моменты, действующие на подводную лодку на циркуляции
В первый период после перекладки руля сила zв на руле больше, чем сила zβ на корпусе. Поэтому подводная лодка вначале получает боковое смещение в сторону, противоположную перекладке руля. С увеличением угла дрейфа сила zβ увеличивается и становится больше силы zв, которая в свою очередь уменьшается
Вертикальный руль, таким образом, является лишь инициатором поворота, определяя движение подводной лодки лишь в начальный период. В дальнейшем движение подводной лодки на циркуляции определяется гидродинамическими силами на корпусе подводной лодки.
С увеличением угла дрейфа центр давления смещается в корму вследствие увеличения местных скоростей и углов дрейфа на кормовой поверхности корпуса подводной лодки и уменьшения их на носовой поверхности (рис. 19). Гидродинамическое давление в кормовой части подводной лодки будет больше, чем в носовой части. Центр давления оказывается в корме относительно центра тяжести, и момент Myβ будет препятствовать дальнейшему увеличению угла дрейфа (рис. 18в). Вращению подводной лодки вокруг оси Gy препятствует также демпфирующий момент Mωy. Когда силы и моменты, действующие на подводную лодку, уравновешиваются и перестают изменяться во времени, подводная лодка будет совершать установившуюся циркуляцию с постоянными скоростью хода, угловой скоростью и углом дрейфа. Траектория центра тяжести подводной лодки в режиме установившейся циркуляции представляет собой окружность, центр которой называется центром циркуляции.
Рис. 19. Направления и скорости движения различных частей корпуса на циркуляции
Добавить комментарий