До сих пор при рассмотрении остойчивости предполагалось, что на подводной лодке нет грузов, которые перемещаются при её наклонении. В действительности на подводной лодке всегда есть жидкие грузы со свободными поверхностями, переливающиеся при наклонениях. Поэтому, чтобы получить правильное представление о действительной остойчивости подводной лодки, необходимо рассмотреть влияние на нее таких грузов.
К жидким грузам относятся топливо, смазочное масло, питательная и пресная вода, забортная вода в цистернах главного и вспомогательного балласта и цистернах специального назначения. Забортная вода, принятая в отсеки и цистерны подводной лодки при боевых и аварийных повреждениях, также является жидким грузом.
В том случае, если жидкий груз заполняет цистерну полностью, он эквивалентен твердому закрепленному грузу.
Если жидкость заполняет цистерну не полностью, т. е. имеет свободную поверхность, занимающую всегда горизонтальное положение, то при наклонении подводной лодки на угол θ жидкость переливается в сторону наклонения (рис. 14). Свободная поверхность её из положения вл, которое она занимала в прямом положении подводной лодки, переместится в положение в1л1, повернувшись на такой же угол.
Так как общее количество жидкости в цистерне не изменилось, то изменение в ее положении, происшедшее при наклонении подводной лодки, можно представить как перемещение её объема слева направо в положение. Это равносильно перемещению груза весом γжδv, где: γж—удельный вес жидкости, а δv — ее перемещающийся клиновидный объём. Перемещение жидкости, таким образом, эквивалентно действию на подводную лодку пары сил γжδv, γжδv, момент которой δmθ действует в сторону наклонения.
Уровни жидкого груза и отсекают равные по величине объёмы цистерн, т. е. они подобны равнообъёмным ватерлиниям ВЛ и B1Л1 подводной лодки. На этом основании момент, вызываемый переливанием при крене жидкого груза δmθ, может быть вычислен аналогично тому, как вычисляется момент остойчивости формы подводной лодки mф, только направление δmθ противоположно направлению mф: δmθ = — γж ixθ,
где: ix. — момент инерции площади свободной поверхности жидкого груза относительно продольной оси, проходящей через центр тяжести этой площади f, м4.
Рис. 14. Влияние переливающихся грузов на остойчивость подводной лодки.
Тогда восстанавливающий момент подводной лодки при наличии на ней жидкого груза со свободной поверхностью:
mθ1 = mθ + δmθ = Phθ — γж ixθ = P (h- γж ix/γV)θ = Ph1 θ
где: h — поперечная метацентрическая высота подводной лодки, вычисленная в предположении, что жидкий груз не переливается;
h1 = h — γж ix/γV — фактическая поперечная метацентрическая высота подводной лодки.
Учёт влияния переливающегося груза дает поправку к поперечной метацентрической высоте δ h = — γж ix/γV.
При γж = γ т. е. когда в цистерне находится забортная вода δ h = — ix/V.
При наклонениях подводной лодки в продольной плоскости создаваемый переливанием груза дифферентующий момент будет: δ Мψ = — γж iyψ,
где: iy — момент инерции площади свободной поверхности относительно поперечной оси, проходящей через её центр тяжести, м4.
Поправка к продольной метацентрической высоте от влияния переливающегося груза δH = — γж iy/ γV или при γж = γ δH = — iy/ V.
Если цистерна в плане имеет форму прямоугольника длиной l и шириной b, то ix = l b3/12, iy = l3 b/12, откуда видно, что при поперечных наклонениях на остойчивость большое влияние оказывает ширина, а при продольных — длина цистерны.
При наличии свободных поверхностей в нескольких цистернах:
δh = -∑ γж ix/γV
δH = -∑ γж iy/.γV
Поскольку переливание жидких грузов всегда уменьшает остойчивость подводной лодки, то для уменьшения такого влияния осуществляется ряд мероприятий конструктивного и организационного характера.
К конструктивным мероприятиям относится установка в больших по ширине и по длине цистернах поперечных и продольных переборок. При этом установка п переборок уменьшает величину δh (δH) в (п+1)2 раз.
Организационными мероприятиями по уменьшению влияния свободных поверхностей на остойчивость подводной лодки являются:
— прием жидких грузов до полной запрессовки цистерн;
— недопущение при расходовании жидких грузов образования большого количества свободных поверхностей;
— систематическое наблюдение за трюмами и осушение их.
Тем не менее на подводной лодке всегда имеются жидкие грузы со свободными поверхностями. Поэтому при расчете метацентрической высоты всегда вносится так называемая поправка на свободные поверхности жидкостей, которая обычно составляет от 0,03 до 0,05 м с отрицательным знаком.
Следует отметить, что при погружении и всплытии подводной лодки в процессе заполнения пли продувания цистерн главного балласта в них появляются свободные поверхности. Переливание воды в цистернах главного балласта приводит к значительному уменьшению остойчивости подводной лодки. Особенно это влияние сказывается в «горлышке» диаграммы начальной остойчивости при погружении и всплытии, что необходимо учитывать при выполнении этих маневров.
Добавить комментарий