Управляемость — это способность подводной лодки удерживать заданное направление движения или изменять его определенным образом под действием органов управления. Наряду с плавучестью и остойчивостью управляемость является одним из важнейших мореходных качеств подводной лодки, определяющих возможность её использования по назначению. Потеря управляемости делает подводную лодку не боеспособной. Теория подводной лодки рассматривает управляемость в горизонтальной и вертикальной плоскостях. В надводной положении управляемость рассматривается только в горизонтальной плоскости, в подводном – в горизонтальной и вертикальной плоскостях.
Управляемость объединяет в себе два противоположных свойства: устойчивость движения и поворотливость (или маневренность) по курсу (или по глубине). Способность подводной лодки сохранять параметры движения постоянными называется устойчивостью, а способность их изменять — маневренностью. Обеспечение наилучшей управляемости подводной лодки представляет собой придание ей оптимального сочетания этих двух свойств.
Устойчивость прямолинейного движения подводной лодки в горизонтальной плоскости при условии, что вертикальный руль находится в среднем положении и машины работают на постоянных оборотах называется автоматической устойчивостью на курсе. Конструктивно подводная лодка, как и любой другой корабль автоматической устойчивостью не обладает, поэтому удержание подводной лодке на заданном курсе достигается перекладками вертикального руля.
Свойства управляемости придаются подводной лодке при её проектировании и постройке путём выбора соответствующей формы корпуса, формы и размеров оперения, ограждения рубки, расположения гребных винтов. Обеспечивается управляемость специальными органами управления, в качестве которых используются рули. Для того, чтобы в полной мере использовать присущие подводной лодке свойства управляемости, необходимо эти свойства знать и, управляя подводной лодкой, отчётливо представлять её поведение при движении различными скоростями хода с различными углами перекладки рулей.
Движение подводной лодки при различных маневрах подразделяются на два типа: установившееся и неустановившееся. Если в процессе маневра все параметры движения или производные от них по времени постоянны, движение называется установившемся. Если параметры движения не удовлетворяют указанным условиям, то движение называется — неустановившемся.
Большинство маневров подводной лодки относятся к разряду плоских. Они подразделяются на маневры в горизонтальной и вертикальной плоскостях.
Для характеристики движения подводной лодки в подводном положении используются две координатные системы (рис. 4):
— неподвижная в пространстве система οξηζ, начало которой расположено в произвольной точке поверхности моря, ось οξ направлена горизонтально по поверхности воды, ось οη — вертикально, а ось οζ — перпендикулярно обеим осям; ось — οη (Н) этой системы называется осью глубины;
— жестко связанная с подводной лодкой основная система G х у z с началом в центре тяжести G подводной лодки, удифферентованной при полном подводном водоизмещении, т. е. с учётом веса воды в цистернах главного балласта и проницаемых частях; ось Gх называется продольной осью и направлена в нос параллельно основной плоскости; ось Gy называется нормальной осью и направлена вверх перпендикулярно основной плоскости; ось Gz перпендикулярна диаметральной плоскости и направлена на правый борт.
Неподвижная система координат используется для определения положения центра тяжести подводной лодки в пространстве, а подвижная — для определения положения подводной лодки относительно центра тяжести.
При использовании этих систем координат действующие на подводную лодку силы или их составляющие считаются положительными, если их направление совпадает с положительным направлением осей. Моменты относительно осей Gx, Gy, Gz считаются положительными, если они действуют против часовой стрелки при наблюдении с положительного направления осей. Углы считаются положительными при отсчёте их от нулевого значения против часовой стрелки, если наблюдение ведется с положительного направления оси, перпендикулярной к плоскости, в которой измеряется данный угол. Так, угол дифферента, который измеряется по отклонению продольной оси Gx от горизонтальной плоскости, считается положительным при дифференте на корму и отрицательным — при дифференте на нос (см. рис. 1).
Подводная лодка при движении может маневрировать в вертикальной плоскости, т. е. изменять глубину погружения на постоянном курсе, в горизонтальной плоскости, т. е. изменять курс на постоянной глубине, а также совершать маневры в пространстве, т. е. одновременно изменять и курс, и глубину погружения. Движение и положение подводной лодки при этом характеризуется рядом параметров, которые целесообразно рассмотреть отдельно для движения подводной лодки в вертикальной плоскости и в горизонтальной плоскости.
В вертикальной плоскости такими параметрами являются (рис. 4);
— глубина погружения Hg;
— продольное перемещение центра тяжести ξg;
— угол дифферента ψ — угол между горизонтальной плоскостью и осью Gx;
— поступательная скорость v движения центра тяжести подводной лодки;
— угол атаки α— угол между вектором скорости v и осью Gx с началом отсчёта от вектора скорости;
—угловая скорость ωz — скорость вращения подводной лодки относительно поперечной оси Gz;
— угол траектории χ — угол между горизонтальной плоскостью и вектором скорости с началом отсчёта от горизонтальной плоскости χ = ψ — α; определяет направление движения подводной лодки: если χ>0, то подводная лодка всплывает, ecли χ<0, то происходит погружение, а при χ=0 подводная лодка движется на постоянной глубине;
— скорость горизонтального перемещения подводной лодки
vξ =v cos χ
— вертикальная скорость, или скорость изменения глубины погружения
vη =v sin χ
— углы перекладки горизонтальных рулей: носовых — δн и кормовых — δк.
Рис. 4. Положение и параметры движения подводной лодки в вертикальной плоскости
Параметры Hg, ξg и ψ характеризуют положение подводной лодки, а параметры v, α, ωz, χ и δ определяют её движение.
Параметрами положения подводной лодки в горизонтальной плоскости являются (рис. 5):
— продольное перемещение центра тяжести ξg;
— боковое смещение центра тяжести ζg;
— изменение курса φ — угол поворота подводной лодки относительно вертикальной оси Gу, отсчитываемый от первоначального направления движения подводной лодки.
Движение подводной лодки в горизонтальной плоскости характеризуют следующие параметры:
— поступательная скорость v;
— угол дрейфа β — угол между вектором скорости v и осью Gx, отсчёт которого производится так же, как и угла атаки, от вектора скорости;
— угловая скорость изменения курса ωу, т: е. скорость вращения подводной лодки относительно оси Gу;
— угол скорости v (аналогичен углу траектории в вертикальной плоскости) — угол между первоначальным направлением движения и вектором скорости, отсчитываемый от первоначального направления движения v = φ — β; угол скорости определяет направление движения подводной лодки по отношению к исходному: если v>0, то подводная лодка перемещается влево, а если v<0, то вправо от исходного направления движения;
Рис. 5. Положение и параметры движения подводной лодки в горизонтальной плоскости
— продольная скорость vξ = v cos v;
— скорость бокового смещения vζ = v sin v;
— угол перекладки вертикального руля δв, условно причисляемый к параметрам движения.
При движении подводной лодки в вертикальной плоскости за основные (независимые) параметры принимаются скорость хода, угол атаки и угол дифферента, а при движении в горизонтальной плоскости — скорость хода, угол дрейфа и угол изменения курса. Все остальные параметры, за исключением углов перекладки рулей, находятся в зависимости от этих основных параметров.
Движение подводной лодки при различных маневрах делится на установившееся и неустановившееся. Примерами установившегося движения являются маневры погружения и всплытия при постоянной скорости изменения глубины. Частным случаем установившегося движения является основной режим — горизонтальное прямолинейное движение на постоянной глубине погружения, постоянном курсе и с постоянной скоростью. Большую часть времени подводные лодки плавают в этом режиме.
Кроме плоских подводная лодка может осуществлять пространственные маневры с одновременным изменением глубины и курса, когда ее центр тяжести движется по пространственной траектории.
Любой маневр производится за счет силового воздействия на подводную лодку тех или иных средств обеспечения управляемости.
Добавить комментарий