Прием или снятие грузов изменяет как нагрузку подводной лодки (вес и координаты центра тяжести), так и ее погруженный объем (его величину, форму, координаты центра величины). Вследствие этого изменяется остойчивость подводной лодки. Значительное влияние на остойчивость оказывают такие изменения в нагрузке, как выгрузка переменных грузов при подготовке подводной лодки к докованию, выгрузка аккумуляторной батареи, выгрузка главных механизмов во время ремонта и другие. В каждом из этих случаев необходимо оценить изменение остойчивости подводной лодки, а в случае её значительного уменьшения принять необходимые меры для её сохранения и восстановления.
Рис. 11. Изменение положения центра тяжести, центра величины, поперечного и продольного метацентров подводной лодки при приеме груза
Приём груза в произвольное место можно заменить приёмом этого груза на подводную лодку без изменения её крена и дифферента, а затем переносом его в назначенное место. Условием неизменности крена и дифферента подводной лодки от приема груза р является расположение его центра тяжести на одной вертикали с центром величины дополнительно входящего в воду объёма δV, который равен p/γ, где γ — удельный вес воды, тс/м3 (рис. 11). При приеме относительно малого груза можно считать, что для исключения крена и дифферента он должен быть помещен на одну вертикаль с центром тяжести F исходной площади ватерлинии.
Влияние перемещений груза на остойчивость и посадку подводной лодки рассмотрено выше. Остается рассмотреть только такой приём груза, от которого подводная лодка не получит ни крена, ни дифферента.
Если до приема груза подводная лодка имела вес Р, объемное, водоизмещение V, осадку Т, центр тяжести G, центр величины С, метацентры m и М, то после приема груза эти величины и положения будут соответственно P1, V1, T1, G1, C1, m1, М1. Поперечная и продольная метацентрические высоты до приема груза определяются выражениями:
h = zc + r — zg и H = zc + R — zg
а после приема груза: h1 = zc1 + r1 — zg1 и H1 = zc1 + R1 — zg1 (5)
Таким образом, для определения метацентрических высот после приёма груза необходимо найти координаты центра тяжести zg1-, и метацентров zc1 + r1 и zc1 + R1. Новое положение центра тяжести подводной лодки находится из условия равенства статических моментов сил тяжести относительно основной плоскости: P1 zg1 = Pzg+pzp; следовательно zg1 = (Pzg+pzp) /P1,
где: zg — аппликата центра тяжести подводной лодки до приема груза, м;
zp — аппликата центра тяжести принятого груза, м.
В общем случае приёма или снятия нескольких грузов новое положение центра тяжести подводной лодки определяется по формуле
zg1 = (Pzg ± ∑pizpi) /P1, (6)
где: pi — вес принятого или снятого отдельно груза, тc, при этом принимаемый груз берется со знаком «+», а снимаемый — со знаком «-»;
zpi — аппликата центра тяжести принятого или снятого груза, м.
Для определения величин zc1 + r1 и zc1 + R1 используется диаграмма плавучести и начальной остойчивости (рис. 12). Она представляет собой совокупность графиков, показывающих зависимость элементов погруженного объёма подводной лодки от её осадки. К элементам погруженного объёма относятся объемное водоизмещение V, координаты центра величины хс, ус,zс, площадь ватерлинии S, координаты ее центра тяжести и моменты инерции этой площади относительно поперечной и продольной осей Iyf, и Ix. При посадке подводной лодки прямо и на ровный киль элементы погруженного объёма зависят только от осадки подводной лодки. Поэтому независимым параметром на диаграмме является осадка, откладываемая по вертикальной оси.
Рис. 12. Диаграмма плавучести и начальной остойчивости подводной лодки
Диаграмма плавучести и начальной остойчивости включает в себя:
— кривую грузового размера V (Tср)—зависимость объемного водоизмещения от осадки;
— кривую аппликат поперечного метацентра zm (Tср);
— кривую аппликат центра величины zc (Tср);
— кривую продольного метацентрнческого радиуса R (Tср);
— кривую абсцисс центра величины xс (Тср).
Эти величины в соответствующем масштабе откладываются по горизонтальной оси. Диаграмма рассчитывается и строится при проектировании подводной лодки и прилагается к инструкции по плавучести и начальной остойчивости.
Определение остойчивости подводной лодки после приема или снятия грузов производится в следующем порядке.
1. Определяется вес подводной лодки после приёма или снятия грузов
P1=Р±∑рi
2. Определяется новое объемное водоизмещение подводной лодки
V1 = Р1/γ = V ± ∑рi/γ
3. По кривой грузового размера, используя вычисленную величину V1, находится новая ocадка подводной лодки Т1.
4. По осадке Т1 определяется zm1=zc1 +r1, а также R1 и zc1.
5. По формуле (6) рассчитывается новое положение центра тяжести подводной лодки zg1.
6. Подставив полученные данные в формулы (5), определяют новые значения h1 и H1.
7. Вычисляются коэффициенты остойчивости:
Kθ1 = P1 h1; Кψ1.= Р1 H1.
Изменение коэффициентов остойчивости при приеме груза, р на высоту zp от основной плоскости выражается формулами:
δKθ = р (Т + δТ/2 — zp + dIx/dV)
δKψ = р (Т + δТ/2 — zp + dIyf/dV)
где: Т —осадка подводной до приема груза, м;
δТ —изменение осадки, вызванное приемом груза, м;
dIx/dV) и dIyf/dV — соответственно поперечным и продольный дифференциальные метацентрические радиусы, характеризующие измените r и R при приёме груза, м.
Для того, чтобы при приёме груза поперечная остойчивость подводной лодки оставалась без изменений (δKθ = 0), груз должен быть принят на высоту
zp = Т + δТ/2 + dIx/dV
Это равенство представляет собой уравнение плоскости, параллельной основной плоскости. Если центр тяжести принятого груза будет находиться в этой плоскости, то коэффициент поперечной остойчивости при приеме груза не изменяется. Называется эта плоскость нейтральной плоскостью для коэффициента поперечной остойчивости.
Прием груза выше нейтральной плоскости уменьшает поперечную остойчивость подводной лодки, а прием груза ниже этой плоскости увеличивает поперечную остойчивость. При снятии груза имеет место обратное соотношение.
Уравнение нейтральной плоскости для коэффициента продольной остойчивости выводится из формулы (65) при условии δKψ = 0:
zp = Т + δТ/2 + dIyf/dV
При приеме (снятии) малого груза происходит незначительное изменение осадки, т. е. величиной δТ/2 можно принебречь. Тогда уравнение нейтральной плоскости для коэффициента поперечной остойчивости будет иметь вид
zp = Т + dIx/dV,
а для коэффициента продольной остойчивости
zp = Т + dIyf/dV.
Величина поперечного дифференциального метацентрического радиуса dIx/dV составляет обычно десятые доли метра, а продольный дифференциальный метацентрический радиус dIyf/dV по абсолютной величине существенно превосходит осадку подводной лодки Т. Поскольку подводная лодка при эксплуатационной осадке обычно имеет завал бортов, то у нее моменты инерции площади ватерлинии Ix, и Iyf с постом водоизмещения уменьшаются, т. е. dIx/dV < 0 и dIyf/dV < 0.
Поэтому нейтральная плоскость для коэффициента поперечной остойчивости располагается на величину dIx/dV ниже плоскости исходной ватерлинии подводной лодки, а нейтральная плоскость для коэффициента
продольной остойчивости находится ниже киля подводной лодки (рис. 13).
Рис. 13. Расположение нейтральных плоскостей для коэффициентов поперечной и продольной остойчивости
Следовательно, прием груза всегда уменьшает продольную остойчивость подводной лодки, а снятие — увеличивает ее. Это объясняется тем, что в надводном положении подводной лодки её продольная остойчивость в основном определяется остойчивостью формы, которая с увеличением осадки уменьшается.
Уменьшение поперечной остойчивости может быть вызвано выгрузкой грузов из нижней части подводной лодки (выгрузка аккумуляторной батареи, топлива и т. д.).
Добавить комментарий