Величко С.В. Устройство и живучесть корабля

Подождите немного. Документ загружается.

кренящего момента не будет погашена работой

восстанавливающего момента и корабль опрокинется.

В качестве основного критерия остойчивости принято

совместное действие на корабль ветра и бортовой качки.

Корабль считается остойчивым, если кренящий момент от

действия ветра и бортовой качки меньше m

max.дин.,

определенного

по ДС0. Определение динамических кренящих моментов и

вызываемых ими углов имеет важнейшее значение для оценки

безопасности плавания корабля.

Основные мероприятия по сохранению остойчивости

корабля в процессе эксплуатации

Остойчивость наряду с плавучестью является важнейшим

мореходным качеством корабля, обеспечивающим его плавание

при пробеленной посадке и выполнение поставленных задач.

Подержание остойчивости корабля на заданном уровне является

первейшей застой его экипажа как в нормальных условиях

плавания так и в случае аварии или боевого повреждения.

Чтобы не допустить опасного уменьшения остойчивости,

личный состав (в первую очередь инженер-механик) должен

постоянно контролировать остойчивость корабля, знать

причины, ее уменьшающие, уметь применять все меры и

средства по поддержанию и восстановлению остойчивости.

Следует помнить, что начальная остойчивость корабля

может уменьшаться при всяком перемещении грузов из нижних

помещений в верхние, при приеме грузов в помещение выше

ватерлинии, расходовании грузов, лежащих ниже ватерлинии,

при наличии жидких грузов со свободной поверхностью

подвешенных и незакрепленных грузов, при наличии кренов и

больших дифферентов.

Внешними признаками отрицательной начальной

остойчивости является:

- плавание корабля с креном при отсутствии кренящих

моментов;

- переваливание его с борта на циркуляции, при этом крен

корабля остается при выходе на прямой курс;

- стремление корабля перевалиться на противоположный

борт при устранении крена.

Для сохранения остойчивости необходимо: все грузы

располагать на штатных местах и закреплять по-походному,

жидкие - принимать и расходовать в соответствии с инструкцией

не допуская образование больших свободных поверхностей, не

допускать перетекания жидких грузов и скопления воды в

трюмах, скалывать лед при обмерзании палубы, надстроек и

мачт, выяснять причины появления крена и дифферента,

систематически проверять опытным путем остойчивость и

нагрузку корабля, соблюдать весовую дисциплину и не забывать,

что всякая перегрузка в большинстве случаев ухудшает

остойчивость и всегда уменьшает запас плавучести.

Для быстрого решения практических задач по сохранению

и контролю остойчивости на корабле имеется соответствующая

документация: кривые элементов теоретического чертежа,

материалы по подсчету плавучести и остойчивости, инструкция

по сохранению остойчивости, инструкции по кренованию и

расходованию жидких грузов.

1.4. НЕПОТОПЛЯЕМОСТЬ КОРАБЛЯ

Непотопляемостью корабля называется его способность

оставаться на плаву и не опрокидываться при повреждении и

затоплении одного или нескольких отсеков вследствие боевых

или аварийных повреждений.

Непотопляемость корабля обеспечивается:

- конструктивными мероприятиями, осуществляемыми при

постройке корабля (придание кораблю необходимого запаса

плавучести, остойчивости, прочности и т. п.);

- организационно-техническими мероприятиям и,

проводимыми в течение всей службы корабля (контроль

плавучести, остойчивости, исправности корпуса и технических

«средств борьбы за непотопляемость);

- действиями личного состава по борьбе за

непотопляемость, направленными на поддержание и возможное

восстановление запаса плавучести и остойчивости корабля.

Затопление любого отсека или помещения на корабле

увеличивает его среднюю осадку и уменьшает запас плавучести.

При несимметричном затоплении помещений корабль в общем

случае получает крен и дифферент.

При организации борьбы за непотопляемость необходимо

учитывать, что никакие водоотливные средства не в состоянии

удалить воду, поступающую в отсек через сколько-нибудь

значительную пробоину. Для пояснения этого положения

укажем, что количество воды в м

/мин, поступившей в отсек

через пробоину, может быть определено по формуле

Q=60µw(2gH)

1/2

/мин (1.60)

где µ - коэффициент истечения, принимаемый равным

0,60-0,75;

w - площадь пробоины;

g - ускорение силы тяжести ;

Н - гидростатический напор, равный расстоянию от

поверхности воды до уровня в затапливаемом отсеке.

По мере затопления поврежденного отсека

гидростатический напор будет уменьшаться, а следовательно, и

количество воды, поступающее через пробоину в единицу

времени, также будет уменьшаться. Но даже и в этом случае

средняя скорость затопления будет достаточно большой. В связи

с этим при значительных пробоинах осушать отсеки необходимо

только после заделки пробоин. Приближенно время заполнения

отсека до ватерлинии может быть определено по формуле:

t=2v/Q, (1.61)

где v - объем отсека до ватерлинии.

Практически непотопляемость корабля удобно оценивать

количеством водонепроницаемых отсеков, при затоплении

которых он остается на плаву. Например, для крейсеров это

будет 3-4 отсека из 22-23, для эскадренных миноносцев - 2-3 из

17-18, для малых кораблей - 2 из 8-10.

Борьба за непотопляемость складывается из действий по

борьбе с поступающей водой и действий по восстановлению

остойчивости и спрямлению поврежденного корабля.

Действия по борьбе с водой заключаются в

организованном и быстром осуществлении всех мероприятий по

прекращению ее поступления и распространения по кораблю.

Средства и способы борьбы с поступающей водой будут

рассмотрены в гл. 4.

Действия по восстановлению остойчивости включают

мероприятия, направленные на уменьшение потерь

остойчивости путем снижения ЦМ. поврежденного корабля и

устранения свободных поверхностей жидких грузов и воды,

проникшей в корабль. Обычно в эти мероприятия входят:

откачивание за борт воды из помещений, расположенных выше

ватерлинии; прекращение перетекания жидких грузов на

погрузившийся в воду борт; спуск воды из помещений, не

сообщающихся с забортным пространством, в нижележащие

помещения; осушение затопленных отсеков после временной

заделки пробоин; перекачивание или перепуск жидких грузов в

днищевые отсеки.

Спрямление поврежденного корабля обеспечивает

устранение или уменьшение в возможной мере полученных в

результате повреждения крена и дифферента. Мероприятия по

спрямлению можно разделить на две группы.

Первая группа включает мероприятия, которые не ведут к

расходу запаса плавучести или даже увеличивают его. К ней

относятся: устранение перетекания жидких грузов и забортной

воды на поврежденный борт; осушение затопленных отсеков

после заделки пробоин; перекачивание или откачивание за борт

жидких грузов.

Ко второй группе относятся мероприятия, связанные с

контрзатоплением, т. е. преднамеренным затоплением

незаполненных отделений. При этом частично уменьшается

запас плавучести, однако анализ многих случаев гибели

поврежденных надводных кораблей показывает, что в

преобладающем большинстве случаев они гибли от потери

остойчивости (опрокидывались) при наличии еще значительного

запаса плавучести. Спрямление контрзатоплением нужно

производить в том случае, если оно имеет преимущество по

эффективности и быстродействию по сравнению с мерами, не

ведущими к расходу запаса плавучести. При этом отделения,

подлежащие контрзатоплению должны быть как можно дальше

расположены от диаметральной плоскости при спрямлении

крена и от мидель-шпангоута при спрямлении дифферента.

В целях ускорения спрямления рекомендуется

комбинированное проведение мероприятий по восстановлению

остойчивости и спрямлению поврежденного корабля.

Методы, разработанные в теории непотопляемости

позволяют быстро установить состояние поврежденного

корабля, определить изменение его посадки и остойчивости,

наметить и осуществите мероприятия по восстановлению

остойчивости и спрямлению поврежденного корабля. В

корабельных условиях все расчеты по обеспечению

непотопляемости выполняются офицерами электромеханической

боевой части.

Каждый корабль снабжается специальной документацией

по непотопляемости, которую условно можно разделить на

учебно-справочную и боевую.

Учебно-справочная документация содержит

информационные материалы по плавучести, остойчивости и

непотопляемости корабля: таблицы с данными плавучести и

остойчивости для различных водоизмещений; схему

водонепроницаемых отсеков; информационные таблицы

элементов непотопляемости корабля при наиболее вероятных и

опасных случаях повреждения.

Основу боевой документации на корабле большого

водоизмещения составляют: руководство по борьбе за живучесть

корабля, инструкция и таблицы по спрямлению поврежденного

корабля, доска непотопляемости, наглядно отображающая все

данные, необходимые для определения изменения посадки,

остойчивости и обеспечения непотопляемости корабля. На

кораблях большого водоизмещения для решения задач

непотопляемости применяются ЭВМ.

1.5. ХОДКОСТЬ КОРАБЛЯ

Ходкостью называется способность корабля перемещаться

с заданной скоростью хода при затрате определенной мощности

энергетической установки.

При движении корабль испытывает сопротивление двух

сред - воды и воздуха. Величина силы сопротивления зависит от

скорости и режима движения корабля, формы и размеров

корпуса, характера и состояния подводной поверхности,

количества, формы и расположения на нем выступающих частей,

а также от эксплуатационных факторов (продолжительности

плавания после постройки и докования, наличия волнения моря,

ограниченности фарватера и др.).

Расчеты сопротивления воды выполняются для

равномерного прямолинейного движения на тихой глубокой

воде нового нормально погруженного корабля.

Изменение сопротивления воды при различных

водоизмещениях, состояниях корпуса, и внешних условиях

плавания в необходимых случаях учитывается дополнительно.

При изучении и расчетном определении полное

сопротивление движению корабля определяется по формуле

R=R

тр

+ R

вз

+ R

вч

(1.62)

где R

тр

- сопротивление трения;

- сопротивление формы (вихревое сопротивление);

- волновое сопротивление;

вч

- сопротивление выступающих частей;

вз

- сопротивление воздуха.

Сопротивление трения R

тр

зависит от скорости хода

корабля, величины его смоченной поверхности, состояния этой

поверхности (шероховатости).

Сопротивление формы R

зависит от формы погруженной

части корпуса. Чем полнее обводы корпуса и хуже его

обтекаемость, тем больше вихрей и значительнее сопротивление.

Волновое сопротивление R

обусловлено повышением

суммарного давления на носовую смоченную поверхность

корпуса по сравнению с кормовой за счет образования на

поверхности воды волн, вызванных движением корабля.

Сопротивление выступающих частей R

вч

включает

сопротивление рулей, кронштейнов, боковых килей, обтекателей

гидроакустических средств и других устройств, расположенных

в подводной части корпуса.

Величины сопротивлений R

и R

вч

обычно определяются

на основе испытания модели корабля в опытовом бассейне и

последующим пересчетом величин сопротивления модели на

натурный корабль по законам динамического подобия.

Сопротивление воздуха определяется в аэродинамической

трубе методом продува в ней модели и на больших скоростях

может достигать 10%' полного сопротивления движению

корабля.

Соотношение между отдельными составляющими

сопротивления зависит от формы корпуса, скорости и принципа

движения. Для водоизмещающих кораблей на малом ходу

основной составляющей является R

тр

, которая может достигать

75% полного сопротивления. На полном ходу основной

составляющей становится волновое сопротивление, которое

может составлять 50% и более от полного сопротивления. Для

кораблей на подводных крыльях и на воздушной подушке

основной составляющей является сопротивление воздуха.

Зная полное сопротивление движению корабля R, H на

различных частях корабля, можно определить буксировочную

или эффективную мощность N

атрачиваемую на преодоление

этого сопротивления, по формуле

= R V/1000, кВт.

Поскольку неизбежны потери при передаче мощности от

двигателей на движители (обычно гребные винты), потребную

мощность силовой установки корабля Ne можно определить по

формуле

Ne=N

ηη

(1.64)

где

<1 - пропульсивный коэффициент, характеризующий

эффективность работы системы корпус - движители.

Увеличение скорости надводных кораблей может быть

достигнуто наращиванием мощности силовых установок и

уменьшением сопротивления воды. Повышение ходкости

надводных водоизмещающих кораблей за счет наращивания

мощности силовых установок нецелесообразно, так как из-за

резкого увеличения волнового сопротивления потребная

мощность силовой установки возрастает приблизительно

пропорционально кубу скорости и даже более высоким ее

степеням. Поэтому целесообразно для резкого увеличения

скорости уменьшать сопротивление движению путем вывода

корпуса корабля из воды за счет использования

гидродинамических сил поддержания. Такие принципы

поддержания используются в глиссирующих кораблях, кораблях

на подводных крыльях, на воздушной подушке.

Существенно зависит ходкость корабля и от

эффективности движителя, который обеспечивает

преобразование энергии силовой установки в энергию

поступательного движения корабля. Степень совершенства

движителей, работающих в сочетании с корпусом корабля,

оценивается величиной пропульсивного коэффициента. Чем

больше пропульсивный коэффициент, тем совершеннее

движитель.

По принципу действия корабельные движители являются

гидро-реактивными, так как сила тяги создается за счет

реактивного воздействия массы воды, захватываемой

движителями из окружающей среды и отбрасываемой в

направлении, противоположном движению корабля.

Различают лопастные и водопроточные движители.

К лопастным относятся гребные винты и крыльчатые

движители, а к водопроточным - водометные и гидро-

реактивные движители с забором воды из пограничного слоя

корпуса корабля.

Наиболее широкое применение получили гребные винты

фиксированного шага с лопастями, жестко соединенными со

ступицей. Они отличаются простотой конструкции,

надёжностью в эксплуатации и высоким КПД. Воздушные винты

применяются на кораблях на воздушной подушке и

экранопланах.

1.6. УПРАВЛЯЕМОСТЬ КОРАБЛЯ

Управляемостью называется способность корабля

сохранять или изменять направление своего движения с

помощью средств управления. Понятие «управляемость»

объединяет два свойства корабля - устойчивость на курсе и

поворотливость. Первое свойство состоит в способности корабля

сохранять заданный курс, а второе - в способности изменять его.

Оба эти свойства по своей природе противоречивы, поэтому при

проектировании корабля важно правильно определить

оптимальное соотношение между требованиями к устойчивости

на курсе и поворотливости.

Устойчивость на курсе зависит не только от внешних

возмущений, но и от опыта рулевого. Показателями хорошей

устойчивости корабля на курсе являются: малая рыскливость

(самопроизвольный уход корабля с курса) и малое число

перекладок руля в единицу времени для удержания корабля на

курсе. Практически ни один корабль не обладает абсолютной

устойчивостью на курсе и для сохранения его курса требуется

постоянное вмешательство рулевого или автоматических

устройств. Обычно считают, что корабль обладает

удовлетворительной устойчивостью на курсе, если при волнении

моря 3 - 5 баллов руль приходится перекладывать 4 - 6 раз в

минуту на углы не более 3 - 4° на борт. Углы рыскания при этом

не должны превышать 2 - 3°.

Поворотливость корабля обеспечивается перекладкой руля

или при помощи машин, или того и другого вместе. Она

характеризуется временем изменения курса и циркуляцией.

Циркуляцией называется траектория, по которой движется

центр масс корабля при перекладке руля на некоторый угол с

последующим удержанием его в этом положении. При

перекладке руля, который можно рассматривать как крыло

малого удлинения, возникает сила Р - результирующая всех сил

давления и трения, действующих на руль. Величина силы Р

зависит (рис. 1.16) от угла перекладки руля (а), скорости

набегающего потока (V), характеристики и площади руля.

Проекция этой силы на ось х параллельную потоку, называется

силой лобового сопротивления (P

), а проекция на ось у -

боковой силой руля (P

), точка С - центр давления.

Рис. 1.16. Схема действия руля на корпус корабля

Сила Px=Psina несколько увеличивает сопротивление воды

движению корабля, а сила Py=Pcosa создает относительно ЦМ

корабля момент М=а*Ру, который обеспечивает поворот и

некоторое боковое смещение корабля в сторону,

противоположную повороту.

В циркуляции корабля различают три периода:

маневренный, совпадающий по времени с продолжительностью

перекладки руля; эволюционный - от окончания перекладки руля

до начала движения корабля по окружности (примерно до

поворота на 100 - 120°) и период установившейся циркуляции,

который длится до тех пор, пока руль находится в переложенном

положении.