Линейный дифферент. Что такое водоизмещение и коэффициент полноты судна? Смотреть что такое "Дифферент судна" в других словарях
При плавании подводной лодки постепенно нарушается равенство между ее весом и силой поддержания (плавучести). Изменяется также вес носа и кормы относительно друг друга, что приводит к возникновению дифферентов.Сила поддержания равна произведению плотности воды на погруженный водонепроницаемый объем прочного корпуса подводной лодки. Плотность морской воды зависит от солености, температуры и давления. Объем прочного корпуса также изменяется и зависит от глубины погружения и температуры забортной воды, вес подводной лодки - от расходования переменных грузов: топлива, масла, боеприпасов, пресной воды, провизии и т. п. Большинство этих грузов замещается забортной водой, в том числе и топливо.
Разница в плотностях топлива и воды приводит к нарушению равновесия. Вследствие этого равенство между весом подводной лодки и силой поддержания нарушается, что приводит к возникновению так называемой остаточной плавучести. Если сила поддержания больше веса подводной лодки, то остаточная плавучесть будет положительна, если меньше - отрицательна. При положительной остаточной плавучести подводная лодка стремится всплыть, при отрицательной - погрузиться.
Неравномерное расходование переменных грузов в носовой и кормовой частях лодки приводит к образованию дифферентов.
Приведение остаточной плавучести и дифферента к заданным значениям путем приема (удаления) воды из-за борта в уравнительную цистерну и перемещения воды между дифферентными цистернами называется дифферентовкой.
Указанные выше и другие причины вызывают необходимость периодически дифферентовать подводную лодку.
Дифферентовка может выполняться без хода или на ходу.
Дифферентовка без хода
Дифферентовка без хода выполняется:Когда длительное время не производилось погружения подводной лодки;
В районах, стесненных для маневрирования в подводном положении;
При вывеске;
С учебными целями.
При волнении моря не более 3-4 баллов дифферентовка без хода обычно выполняется на перископной глубине, а при волнении моря свыше 4 баллов - на безопасных глубинах.
Преимущество дифферентовки без хода заключается в том, что данный способ позволяет удифферентовать подводную лодку в районе с малыми глубинами. К недостаткам относятся: необходимость поддифферентовки при даче хода и обеспечения внешней безопасности в районах, стесненных для маневрирования.
Дифферентовку на перископной глубине целесообразно производить заведомо облегченной подводной лодки, для чего перед погружением в уравнительную цистерну следует принять воды меньше расчетной на 5-10 тс (в зависимости от проекта пл). Главный балласт принимается сначала в концевые группы, затем в среднюю. Если после заполнения концевых групп цистерн главного балласта пл будет иметь дифферент более 0,5°, следует перегонкой воды из одной дифферентной цистерны в другую погасить дифферентующий момент. После заполнения средней группы цистерн главного балласта приступают к дифферентовке.
Положительная плавучесть в зависимости от величины погашается приемом воды из-за борта в уравнительную цистерну через кингстон или клапан точного заполнения. Чтобы удалить воздушные пузыри из концевых групп цистерн главного балласта и из надстройки, подводную лодку необходимо «качнуть», т. е. перевести дифферент с одной оконечности на другую, перегнав воду между дифферентными цистернами, после чего закрыть клапаны вентиляции этих цистерн. С удалением воздушных пузырей из цистерн концевых групп аналогичным образом вентилируются цистерны средней группы. Перегонку воды из одной дифферентной цистерны в другую рекомендуется прекращать, когда дифферент не дойдет до заданного значения на 1,5-2°.
В подводном положении о характере остаточной плавучести судят по показаниям глубиномеров. Если подводная лодка погружается, она имеет отрицательную остаточную плавучесть. Для приведения лодки к нулевой плавучести откачивают за борт воду из уравнительной цистерны. Если подводная лодка всплывает, она имеет положительную остаточную плавучесть. Для приведения ее к нулевой плавучести принимают воду в уравнительную цистерну из-за борта. Дифферентовка без хода считается оконченной, если подводная лодка в течение некоторого времени держит постоянную глубину с заданным дифферентом. С окончанием дифферентовки производится замер и запись фактического количества воды в цистернах вспомогательного балласта, а также проверка и запись имеющегося в каждом отсеке и боевой рубке личного состава.
Дифферентовка на ходу
Выполняется в районах, позволяющих подводной лодке свободно маневрировать под водой. При спокойном состоянии моря дифферснтовка может производиться на перископной глубине, а при волнении - на безопасной.Для понимания сущности дифферентовки и управления подводной лодкой в подводном положении надо знать Принцип действия горизонтальных рулей и сил, действующих на подводную лодку.
При перекладке горизонтальных рулей на ходу (рис. 3.1) возникают гидродинамические силы кормовых Rк и носовых Rн горизонтальных рулей.
Рис. 3.1. Силы, возникающие при перекладке горизонтальных рулей
Эти силы пропорциональны квадрату скорости хода подводной лодки и углам перекладки рулей. Силы Rк и Rн можно заменить их составляющими, параллельными осям GX и GY. Силы Rxk и Rxh увеличивают сопротивление воды движению подводной лодки. Силы Rук и Ryн изменяют дифферент и направление подводной лодки в вертикальной плоскости.
По известной теореме теоретической механики силы RyK и RyH можно представить приложенными в центре тяжести подводной лодки при одновременном действии гидродинамических моментов горизонтальных рулей Мк и Мн. Перекладка кормовых горизонтальных рулей на погружение дает момент - Мк, дифферентующий подвод-ную лодку на нос, и подъемную силу +Rук. перекладка носовых горизонтальных рулей на всплытие дает момент +Мн, дифферентующий подводную лодку на корму, и подъемную силу + Ryн
Перекладка кормовых горизонтальных рулей на всплытие дает дифферентующий момент на корму +Мк и топящую силу _RyK а перекладка носовых горизонтальных рулей на погружение - дифферентующий момент на ос - Мн и топящую силу -Rук.
Рис. 3.2. Силы, действующие на подводную лодку на ходу под водой
Совместное использование горизонтальных рулей создает дифферентующий момент и силу, приложенную к центру тяжести подводной лодки, которые являются результирующими дифферентующих моментов и сил, создаваемых отдельно кормовыми и носовыми горизонтальными рулями.
На подводную лодку, имеющую установившуюся скорость хода Vпл в подводном положении, действуют статические и динамические силы (рис. 3.2). К статическим силам относятся сила веса, сила поддержания и их моменты, действующие на подводную лодку постоянно. Эти силы обычно заменяются равнодействующей - остаточной плавучестью Q и ее моментом Mq. При продольных наклонениях (дифференте φ) возникает восстанавливающий момент Mψ, который стремится вернуть подводную лодку в первоначальное положение.
К динамическим силам и моментам относятся сила упора, момент силы упора гребных винтов и гидродинамические силы и моменты. Сила упора гребных винтов Тт пропорциональна частоте вращения винта. При установившемся движении сила упора винта уравновешивается лобовым сопротивлением. Момент силы упора гребных винтов Мт возникает вследствие того, что оси линии валов на подводной лодке обычно не совпадают по высоте с центром тяжести и располагаются ниже его. Поэтому момент силы упора гребных винтов дифферентует подводную лодку на корму.
Гидродинамические силы возникают при движении подводной лодки. Для практической дифферентовки можно принять, что на постоянной глубине равнодействующая гидродинамических сил Rm, действующих на корпус, пропорциональна скорости хода и углу дифферента. Точка К, приложенная к равнодействующей Rm, называется центром давления. Центр давления не совпадает с центром тяжести подводной лодки и обычно располагается в нос от него.
На основании упомянутой выше теоремы теоретической механики воздействие на подводную лодку равнодействующей гидродинамических сил можно представить в виде силы Rm, приложенной к центру тяжести G подводной лодки, и момента MR. Силу Rm можно разложить на составляющие. Составляющая Rmх (лобовое сопротивление) характеризует сопротивление воды движению подводной лодки. Составляющая Rm играет важную роль в управляемости подводной лодки в вертикальной плоскости. На постоянной глубине погружения при дифференте около нуля или на корму сила Rmу подъемная, а момент MR дифферентует подводную лодку на корму, при дифференте на нос сила Rту топящая, а момент MR дифферентует подводную лодку на нос.
В основу дифферентовки на ходу положено движение подводной лодки на постоянной глубине и прямым курсом, так как это дает возможность определить направление сил и моментов. Определение направления сил и моментов на практике облегчается знанием следующих характерных положений неудифферентованной подводной лодки, идущей на постоянной глубине, в зависимости от углов перекладки горизонтальных рулей и дифферента:
Дифферент 0° - кормовые горизонтальные рули переложены на всплытие;
Дифферент 0° - кормовые горизонтальные рули переложены на погружение;
Дифферент на нос - кормовые горизонтальные рули переложены на погружение;
Дифферент на нос - кормовые горизонтальные рули переложены на всплытие;
Дифферент на корму - кормовые горизонтальные рули переложены на всплытие;
Дифферент на корму - кормовые горизонтальные рули переложены на погружение .
Примеры дифферентовки на ходу
Пример 1. Подводная лодка на прямом курсе идет малым ходом, держит постоянную глубину с дифферентом 0°.
Рис. 3.3. У подводной лодки тяжел нос
Кормовые горизонтальные рули переложены на всплытие 12°, носовые рули находятся на нуле. 1реОуется удифферентовать подводную лодку (рис. 6.6).
Кормовые горизонтальные рули создают дифферентующий момент на корму +МК и топящую силу - RyK. Момент +МК стремится создать дифферент на корму, но подводная лодка имеет нулевой дифферент. Из этого следует, что есть какой-то момент, который противодействует моменту +МК создать дифферент на корму. Такой момент может возникнуть из-за того, что нос подводной лодки тяжелее кормы или, что одно и то же, легка корма, т. е. подводная лодка имеет избыточный дифферентующий момент на нос - Мид. Для удифферентования подводной лодки по моменту следует перемещать воду из носовой дифферентной цистерны в кормовую и одновременно отводить кормовые горизонтальные рули к нулю.
Определить на практике характер остаточной плавучести в данном случае невозможно, так как неизвестно направление силы Q - равнодействующей сил веса и плавучести. Так как подводная лодка держит заданную глубину, остаточная плавучесть может быть:
Нулевой при равенстве сил Rmy и Ryк по величине;
Отрицательной, если Rmу > Rvк;
Положительной, если Rmу
Остаточная плавучесть в данном случае может быть выявлена лишь в дальнейшем в процессе удифферентования подводной лодки по новым показаниям приборов.
Пример 2. Подводная лодка на прямом курсе идет малым ходом, держит постоянную глубину с дифферентом 5° на нос. Кормовые горизонтальные рули переложены на всплытие 12° на нос, носовые - в плоскости рамы (на нуле). Требуется удифферентовать подводную лодку (рис. 3.4).
Кормовые горизонтальные рули создают дифферентующий момент на корму +МК и топящую силу - RyK. Дифферент на нос создает топящую силу - Rm , и момент -MR, дифферентующий подводную лодку на нос. Подводная лодка держит постоянную глубину, а под воздействием топящих сил должна погружаться, следовательно, есть сила, препятствующая погружению. Такой силой в данном случае может быть только остаточная положительная плавучесть, т. е. подводная лодка легка. Моменту +МК, как и в примере 1, препятствует создать дифферент на корму избыточный дифферентующий момент на нос - Мид, т. е. у подводной лодки тяжел нос.
При таком характерном положении неудифферентовапной пл необходимо сначала переместить воду из носа в корму, отводя при этом кормовые горизонтальные рули на погружение для удержания пл на постоянной глубине, а затем принимать воду из-за борта в уравнительную цистерну для удифферентования по плавучести.
Рис. 3.4. Подводная лодка легка, тяжел нос
Попытка удифферентовать пл сначала по плавучести, потом выровнять дифферент может привести к тому, что ее не удастся удержать на заданной глубине. В самом деле, с началом приема воды из-за борта пл начнет погружаться за счет увеличения ее веса. Для удержания заданной глубины придется уменьшать дифферент на нос, т. е. уменьшать топящую силу -Rm , для чего необходимо перекладывать горизонтальные рули на всплытие. Но, так как горизонтальные рули перекладываются лишь на ограниченный угол и уже имеют 12° на всплытие, перекладка их на полный угол на всплытие (до ограничителя) может не обеспечить уменьшения дифферента на нос до требуемой величины. Следовательно, подводная лодка будет погружаться.
Подобным же образом анализируются силы и моменты и производится дифферентовка на ходу при остальных характерных положениях неудифферентованной подводной лодки.
Практически дифферентовка на ходу выполняется следующим образом. После занятия личным составом мест согласно расписанию по погружению задраивается рубочный люк, дается малый ход электродвигателями и принимается главный балласт, по окончании приема которого подается команда «Удифферентовать подводную лодку на глубине столько-то метров, на таком-то ходу, с дифферентом столько-то градусов на нос (на корму)». Прием главного балласта производится, как и при дифферентовке, без хода. Вентиляция средней группы цистерн главного балласта закрывается на глубине 5-7 м. Заданная глубина дифферентовки удерживается ходом и дифферентом. При уходе на глубину значительный дифферент создавать не следует. Вентиляция концевых цистерн главного балласта закрывается сразу с приходом подводной лодки на заданную глубину (после перевода дифферента с носа на корму).
Если после заполнения средней группы цистерн главного балласта подводная лодка получит отрицательную плавучесть, следует создать дифферент на корму горизонтальными рулями и ходом и, удерживая лодку на заданной глубине, одновременно откачивать воду из уравнительной цистерны.
Если это окажется недостаточным, дать пузырь в среднюю группу цистерн или продуть ее, откачать из уравнительной цистерны требуемое количество воды и, сняв пузырь со средней группы цистерн, продолжать дифферентовку. Указанные меры принимаются в зависимости от скорости погружения подводной лодки.
Если пл не погружается, следует принять воду в уравнительную цистерну через кингстон или клапан точного заполнения. Как только глубиномер покажет изменение глубины, прием воды приостанавливается.
Для удаления воздушных пузырей из концевых цистерн главного балласта и из надстройки необходимо поочередно создать дифферент подводной лодки на нос и на корму («качнуть» подводную лодку), после чего закрыть клапаны вентиляции концевых групп цистерн главного балласта.
Чтобы правильно и быстро удифферентовать пл по положению горизонтальных рулей и дифференту, определяют остаточную плавучесть и избыточный дифферентующий момент, после чего приступают к дифферентовке.
Если офицер, дифферентующий пл, не имеет достаточного опыта, необходимо руководствоваться следующими правилами:
1. Если пл держит заданную глубину и ее дифферентующий момент от горизонтальных рулей совпадает с дифферентом, следует сначала удифферентовать ее по плавучести, а затем по дифференту.
2. Если пл держит заданную глубину, но дифферент не совпадает с дифферентующим моментом горизонтальных рулей, следует вначале удифферентовать ее по дифференту, а затем по плавучести.
Осушением или приемом воды в уравнительную цистерну и перекачиванием вспомогательного балласта между дифферентными цистернами добиваются такого положения, чтобы носовые горизонтальные рули находились на нуле, а кормовые - с небольшим отклонением от плоскости рамы. При этом пл с незначительным дифферентом на нос должна держать глубину. В таком положении она считается удифферентованной.
С окончанием дифферентовки открывают и закрывают («прохлопывают») клапаны вентиляции цистерн главного балласта для стравливания оставшейся воздушной подушки. Убедившись, что на заданном ходу пл держит постоянную глубину на прямом курсе с нулевым или заданным дифферентом, перекладка кормовых горизонтальных рулей не превышает ±5°, а носовые рули лежат на нуле, подают команду «Окончена дифферентовка». Командиры отсеков докладывают в центральный пост о наличии в отсеках личного состава и количестве воды в цистернах вспомогательного балласта. Эти данные записываются в вахтенный и дифферентовочный журналы.
При эксплуатации водоизмещающего судна следить за ходовым дифферентом так же важно, как и на глиссирующем.
Далеко не всегда удается скомпоновать судно при проектировании и загрузить при выходе в плавание так, чтобы обеспечивались оптимальная центровка и оптимальный дифферент. Как известно , чрезмерный ходовой дифферент приводит к потере скорости, ухудшает экономические показатели.
Я столкнулся с указанной проблемой, когда стал проводить испытания своей водоизмещающей лодки «Утенок», переделанной из малой (№ 1) спасательной шлюпки (длина - 4,5 м; ширина - 1,85 м). Как только я давал полный газ двигателю «СМ-557Л», дифферент на корму сразу же возрастал до величин, явно превышающих допустимые 5-6°: увеличивалось волнообразование, а скорость не прибавлялась.
Стал искать способ уменьшить ходовой дифферент. По аналогии с быстроходными катерами решил применить транцевые плиты. Вырезал из бакелизированной фанеры две транцевые плиты разной формы с изменяемым углом наклона и по очереди испытал их на «Утенке». Первые же выходы показали, что при малых углах наклона плиты неэффективны, а при больших - дифферент, действительно, уменьшают, но одновременно начинают работать как тормоз. При ходе на попутной волне из-за плит появляется сильная рыскливость; на заднем ходу плита преграждает поступление воды к гребному винту. Как бы там ни было, но имея мощность 13,5 л. с., развить скорость выше 10 км/ч не удавалось ни с плитами, ни без них. Относительная скорость - число Фруда по длине - колебалась где-то около 0,4.
После неудачных испытаний транцевых плит я решил попробовать установить на гребной винт специально спрофилированную кольцевую насадку. Насадка, отклоняющая струю от винта вниз, по моим расчетам, должна была не только создавать на корпусе дополнительную подъемную силу, уменьшающую ходовой дифферент, но и одновременно повышать КПД гребного винта, поскольку двигатель «СМ-557Л» развивает слишком большое число оборотов для возможной скорости.
Гребной вал «Утенка» имеет наклон относительно КВЛ около 8°. Передняя часть насадки - от носовой кромки до плоскости диска гребного винта - выполнена соосно с гребным валом. В плоскости диска гребного винта осевая линия насадки имеет излом - наклонена вниз на 8° (здесь угол наклона к КВЛ уже равен 16°).
Как видно из схемы, за плоскостью диска винта в верхней части насадки ее внутренняя образующая имеет вид прямой. Результирующая сила Р с раскладывается на силу упора и подъемную силу. Сила упора была замерена динамометром и оказалась равной 200 кгс. Подъемная сила Р п, непосредственно уменьшающая ходовой дифферент, примерно равна 57 кгс.
Теперь об изготовлении насадки. Из пенопласта были нарезаны рейки трапецеидального сечения, которые затем склеивались в цилиндр при помощи эпоксидного клея. Обработка велась острым ножом и рашпилем с проверкой профиля по шаблонам. Снаружи готовая насадка была оклеена двумя слоями стеклоткани на эпоксидном клее. Внутренняя поверхность насадки покрыта эпоксидной шпаклевкой, в которую для уменьшения трения втерт чешуйчатый графит.
Сверху и снизу закреплены по два алюминиевых угольника, стягиваемых болтами М6. Эти болты и круговые стропы из стального троса 0 2 мм надежно скрепляют в одно целое насадку и угольники. Передние концы угольников прикреплены к ахтерштевню, задние-к стойке руля (рудерпосту).
Концы лопастей гребного винта обрезаны по внутреннему диаметру насадки с кольцевым зазором 2-3 мм.
С насадкой «Утенок» успешно проходил уже две навигации. За этот срок установлено следующее:
- скорость увеличилась с 10 до 12 км/ч (число Фруда ок. 0,5);
- ходовой дифферент практически отсутствует;
- даже на крутой попутной волне лодка хорошо слушается руля, а гребной винт почти не оголяется;
- лодка надежно идет и удовлетворительно слушается руля на заднем ходу.
Установка подвесного мотора на любую водоизмешающую лодку, будь то фофан, тузик либо четырехвесельный ял, всегда вызывает сильный дифферент на корму, увеличивающийся с увеличением скорости. В в статье о лодке «Пелла» отмечалось, что скорость ее под мотором «Ветерок» (8 л. с.) составляет 9,16 км/ч, когда водитель сидит на кормовой банке, и 11,2 км/ч, когда он сидит в носу. Вот четкий показатель, того, как сказывается ходовой дифферент на скорости. Но есть и другие минусы такой посадки. Достаточно на мысленно провести прямую линию от глаз рулевого, сидящего на корме, вперед через верхнюю точку форштевня, чтобы убедиться: предметы, находящиеся на воде впереди, ему не видны. С таким плохим обзором по курсу эксплуатация любого судна запрещается. Можно предложить два выхода; уложить в носовую часть лодки балласт либо установить на гребной винт насадку.
Если заводы, выпускающие подвесные моторы, освоят и выпуск профилированных антидифферентных насадок, будет сэкономлено немало бензина, а главное - улучшатся условия эксплуатации лодок, повысится безопасность плавания; во всяком случае - уменьшится опасность столкновения с плавающими препятствиями.
На устойчивость грузового судна при движении большое влияние оказывает его загрузка. Управление судном значительно легче, когда оно загружено не полностью. Судно, вообще не имеющее груза, легче слушается руля, но так как винт судна находится близко от поверхности воды, оно обладает повышенной рыскливостью.
При приемке груза, и следовательно, увеличение осадки судно становится менее чувствительным к взаимодействию ветра и волны и более устойчиво удерживается на курсе. От загрузки так же зависит положение корпуса относительно поверхности воды. (т.е. имеет судно крен или дифферент)
От распределения груза по длине судна относительно вертикальной оси зависит момент инерции массы судна. Если большая часть груза сосредоточена в кормовых трюмах, момент инерции становится большим и судно становится менее чувствительным к возмущающим воздействиям внешних сил, т.е. более устойчивым на курсе, но в то же время труднее приводится к курсу.
Улучшение поворотливости можно достичь сосредоточением наиболее тяжелых грузов в средней части корпуса, но при одновременном ухудшении устойчивости движения.
Размещение грузов, особенно тяжеловесов, наверху вызывает валкость и крен судна, что отрицательно влияет на устойчивость. В частности, отрицательное влияние на управляемость оказывает наличие воды под сланями трюма. Эта вода будет перемещаться от борта к борту даже при отклонении руля.
Дифферент судна ухудшает обтекаемость корпуса, снижает скорость и приводит к смещению точки приложения боковой гидродинамической силы на корпусе в нос или корму в зависимости от разности осадок. Влияние этого смещения аналогично изменению диаметральной плоскости за счет изменения площади носового подзора или кормового дейдвуда.
Дифферент на корму смещает в корму центр гидродинамического давления, повышает устойчивость движения на курсе и уменьшает поворотливость. Напротив, дифферент на нос, улучшая поворотливость, ухудшает устойчивость на курсе.
При дифферентах эффективность действия рулей может ухудшиться или улучшиться. При дифференте на корму центр тяжести смещается к корме (рис. 36,а), плечо поворачивающего момента руля и сам момент уменьшаются, поворотливость ухудшается, а устойчивость движения увеличивается. При дифференте на нос, наоборот, при равенстве «рулевых сил» и , плечо и момент увеличиваются, поэтому поворотливость улучшается, но устойчивость на курсе становится хуже (рис. 36, б).
При дифференте на нос у судна улучшается поворотливость, повышается устойчивость движения на встречной волне, и наоборот, появляются сильные раскаты кормы на попутной волне. Кроме этого, при дифференте на нос судна появляется стремление к выходу на ветер на переднем ходу и прекращение уваливания носа под ветер на заднем ходу.
При дифференте на корму судно становится менее поворотливо. На переднем ходу судно устойчиво на курсе, но при встречном волнении легко укланяется с курса.
При сильном дифференте на корму у судна появляется стремление к уваливанию носом под ветер. На заднем ходу судно управляется с трудом, оно постоянно стремится привестись кормой к ветру, особенно при боковом его направлении.
При небольшом дифференте на корму повышается эффективность действия движителей и у большинства судов повышается скорость хода. Однако дальнейшее увеличение дифферента приводит к уменьшению скорости. Дифферент на нос из-за увеличения сопротивления воды движению, как правило, приводит к потере скорости переднего хода.
В практике судовождения дифферент на корму иногда специально создают при буксировках, при плавании во льдах, для уменьшения возможности повреждения винтов и рулей, для повышения устойчивости при движении по направлению волн и ветра и в других случаях.
Иногда судно совершает рейс, имея некоторый крен на какой-либо борт. Крен могут вызывать следующие причины: неправильное расположение грузов, неравномерное расходование топлива и воды, конструктивные недостатки, боковое давление ветра, скопление пассажиров на одном борту и др.
Рис.36 Влияние дифферента Рис. 37 Влияние крена
Крен оказывает различное влияние на устойчивость одновинтового и двухвинтового судна. При крене одновинтовое судно не идет прямо, а стремится уклонится с курса в сторону, противоположную крену. Это объясняется особенностями распределения сил сопротивления воды движению судна.
При движении одновинтового судна без крена на скулы обоих бортов будут оказывать сопротивление две силы и , равные друг другу по величине и направлению (рис. 37, а). Если разложить эти силы на составляющие, то силы и будут направлены перпендикулярно бортам скул и они будут равны друг другу. Следовательно судно будет идти ровно по курсу.
При крене судна на площадь «л» погруженной поверхности скулы накрененного борта больше площади «п» скулы приподнятого борта. Следовательно, большее сопротивление встречной воды будет испытывать скула накрененного борта и меньшее – скула приподнятого борта (рис. 37,б)
Во втором случае силы сопротивления воды и , приложенные к одной и другой скуле, параллельны друг другу, но разные по величине (рис 37,б). При разложении этих сил по правилу параллелограмма на составляющие (так чтоб одна из них была параллельна, а другая перпендикулярна борту), убедимся, что составляющая перпендикулярная борту , больше соответствующей составляющей противоположного борта.
В результате этого можно сделать вывод о том, что нос одновинтового судна при крене уклоняется в сторону приподнятого борта (противоположную крену), т.е. в сторону наименьшего сопротивления воды. Поэтому, чтобы удержать одновинтовое судно на курсе, приходится руль перекладывать в сторону крена. Если на накрененном одновинтовом судне руль будет в положении «прямо», судно совершит циркуляцию в сторону, противоположную крену. Следовательно, при совершении оборотов диаметр циркуляции в сторону крена увеличивается, в противоположную сторону - уменьшается.
У двухвинтовых судов уклонение от курса вызывается совместным воздействием неодинакового лобового сопротивления воды движению корпуса со стороны бортов судна, а так же различной величиной воздействия разворачивающих усилий левой и правой машин при одном числе оборотов.
У судна без крена точка приложения сил сопротивления воды движению находится в диаметральной плоскости, поэтому сопротивление с обоих бортов оказывает равное воздействие на судно (см. рис. 37,а). Кроме того, у судна не имеющего крена, разворачивающие моменты относительно центра тяжести судна, создаваемые упором винтов и , практически одинаковы, так как плечи упоров равны, а поэтому .
Если, например, у судна имеется постоянный крен на левый борт, то углубление правого винта уменьшится и увеличится углубление винтов на правом борту. Центр сопротивления воды движению сместится в сторону накрененного борта и займет положение (см. рис. 37,б) на вертикальной плоскости относительно которой будут действовать упоры движителей с неравными плечами приложения. т.е. тогда < .
Несмотря на то, что правый винт из-за меньшего заглубления будет работать менее эффективно по сравнению с левым, однако с увеличением плеча общий разворачивающий момент от правой машины станет значительно больше чем от левой, т.е. тогда < .
Под воздействием большего момента от правой машины судно будет стремиться уклониться в сторону левого, т.е. накрененного борта. С другой стороны, увеличение сопротивления воды движению судна со стороны скул предопределит стремление уклонить судно в сторону повышенного, т.е. правого борта.
Эти моменты по величине соизмеримы между собой. Практика показывает, что каждый тип судна в зависимости от различных факторов при крене уклоняется в определенную сторону. Кроме того, установлено, что величины уклоняющих моментов весьма малы и их легко компенсировать перекладкой руля на 2-3° в сторону борта, противоположного стороне уклонения.
Коэффициент полноты водоизмещения. Его увеличение приводит к уменьшению силы и уменьшению демпфирующего момента , а следовательно, к улучшению устойчивости на курсе.
Форма кормы. Форма кормы характеризуется площадью кормового подзора (подреза) кормы (т.е. площадью дополняющей корму до прямоугольника)
Рис.38. К определению площади кормового подреза:
а) корма с подвесным или полуподвесным рулем;
б)корма с рулем расположенным за рудерпостом
Площадь ограничивается кормовым перпендикуляром, линией киля (базовой линией) и контуром кормы (на рис. 38 заштрихована). В качестве критерия подреза кормы можно использовать коэффициент :
где - средняя осадка, м.
Параметр является коэффициентом полноты площади ДП.
Конструктивное увеличение площади подреза кормовой оконечности в 2,5 раза может уменьшить диаметр циркуляции в 2 раза. Однако при этом резко ухудшится устойчивость на курсе.
Площадь руля . Увеличение увеличивает поперечную силу руля , но в то же время возрастает и демпфирующее действие руля. Практически получается, что увеличение площади руля приводит к улучшению поворотливости лишь при больших углах перекладки.
Относительное удлинение руля . Увеличение при неизменной его площадиприводит к возрастаниюпоперечной силы руля, что приводит к некоторому улучшению поворотливости.
Расположение руля. Если руль расположен ввинтовой струе, то скорость натекания воды на руль возрастает за счет дополнительной скорости потока, вызванной винтом, что обеспечивает значительное улучшение поворотливости. Этот эффект особенно проявляется на одновинтовых судах в режиме разгона, а по мере приближения скорости к установившемуся значению уменьшается.
На двухвинтовых судах руль, расположенный в ДП, обладает относительно малой эффективностью. Если же на таких судах установлены два пера руля за каждым из винтов, то поворотливость резко возрастает.
Влияние скорости судна на его управляемость появляется неоднозначно. Гидродинамические силы и моменты на руле и корпусе судна пропорциональны квадрату скорости набегающего потока, поэтому при движении судна с установившейся скоростью независимо от её абсолютного значения, соотношения между указанными силами и моментами остаются постоянными. Следовательно, на разных установившихся скоростях траектории (при одинаковых углах перекладки руля) сохраняют свою форму и размеры. Это обстоятельство неоднократно подтверждалось натурными испытаниями. Продольный размер циркуляции (выдвиг) существенно зависят от начальной скорости движения (при маневрировании с малого хода выбег на 30% меньше выбега с полного хода). Поэтому, чтобы совершить оборот на ограниченной акватории при отсутствии ветра и течения, целесообразно перед началом маневра сбавить ход и выполнить оборот на пониженной скорости. Чем меньше акватория,на которой совершается циркуляция судна, тем меньше должна быть первоначальная скорость его хода. Но если в процессе маневра изменить частоту вращения винта, то изменится скорость потока, набегающего на руль, расположенный за винтом. При этом момент, создаваемый рулем. Изменится сразу же, а гидродинамический момент на корпусе судна будет изменяться медленно по мере изменения скорости самого судна, поэтому прежнее соотношение между этими моментами временно нарушится, что приведет к изменению кривизны траектории. При увеличении частоты вращения винта кривизна траектории увеличивается (радиус кривизны уменьшается), и наоборот. Когда скорость судна придет в соответствие с носовой частотой вращения винта, кривизна траектории снова станет равной первоначальному значению.
Все сказанное выше справедливо для случая штилевой погоды. Если же судно подвергается воздействию ветра определенной силы, то в этом случае управляемость существенно зависит от скорости судна: чем скорость меньше, тем больше влияние ветра на управляемость.
Когда по какой-либо причине нет возможности допустить увеличение скорости, но необходимо уменьшить угловую скорость поворота, лучше быстро уменьшить частоту вращения движителей. Это эффективнее, чем перекладка рулевого органа на противоположный борт.
13.Седловатость верхней палубы, представляющая собой плавный подъем палубы от миделя в нос и в корму, также влияет и на внешний вид судна. Различают суда со стандартной седловатостью, определяемой по Правилам о грузовой марке, суда с уменьшенной или увеличенной седловатостью и суда без седловатости. Часто седловатость выполняют не плавно, а прямыми участками со сломами - два-три участка на половине длины судна. Благодаря этому верхняя палуба не имеет двоякой кривизны, что упрощает ее изготовление.
Палубная линия у морских судов имеет обычно вид плавной кривой с подъемом от средней части в направлении носа и кормы и образует седловатость палубы. Основное назначение седловатости - уменьшить заливаемость палубы при плавании судна на волнении и обеспечить непотопляемость при затоплении его оконечностей. Речные и морские суда с большой высотой надводного борта седловатости, как правило, не имеют. Подъем палубы в корме устанавливают, исходя, прежде всего, из условия незаливаемости и непотопляемости.
14.Погибь - это уклон палубы от ДП к бортам. Обычно погибь имеют открытые палубы (верхняя и палубы надстроек). Вода, попадающая на палубы, благодаря наличию погиби, стекает к бортам и оттуда отводится за борт. Стрелку погиби (максимальное возвышение палубы в ДП по отношению к бортовой кромке) обычно принимают равной V50 ширины судна. В поперечном сечении погибь представляет собой параболу, иногда, для упрощения технологии изготовления корпуса, ее образуют в виде ломаной линии. Платформы и палубы, лежащие ниже верхней палубы, погиби не имеют. Плоскость мидель-шпангоута делит корпус судна на две части- носовую и кормовую. Оконечности корпуса выполняются в виде штевней (литых, кованых или сварных). Носовой
После получения значения усредненной осадки МММ выполняется расчет поправок на дифферент.
1-я поправка на дифферент (поправка на смещение центра тяжести действующей ватерлинии - Longitudinal Center of Flotation (LCF).
1st Trim Correction (tons) = (Trim*LCF*TPC*100)/LBP
Trim - дифферент судна
LCF - смещение центра тяжести действующей ватерлинии от миделя
ТРС- количество тонн на сантиметр осадки
LBP - расстояние между перпендикулярами.
Знак поправки определяется по правилу: первая поправка на дифферент положительная, если LCF и большая из носовой и кормовой осадок находится по одну сторону от миделя, что можно проиллюстрировать Таблицей 3.3:
Таблица 3.3. Знаки поправки LCF
| Дифферент | LCF нос | LCF корма |
| Корма | - | + |
| Нос | + | - |
Примечание - важно помнить принцип: при погрузке (увеличении осадки) LCF всегда смещается в корму.
2-я поправка на дифферент (поправка Немото, знак всегда положительный). Она компенсирует погрешность, возникающую от сме-щения положения LCF при изменении дифферента (18).
2 nd Trim Correction (tons) =(50*Trim*Trim*(Dm/Dz))/LBP
(Dm/Dz) — разница в моменте, изменяющем дифферент судна на 1 см на двух значениях осадки: одно 50 см выше среднего зарегистрированного значения осадки, другое на 50 см ниже зарегистрированного значения осадки.
При наличии на судне гидростатических таблиц в системе IMPERIAL, формулы принимают следующий вид:
1 st Trim Correction =(Trim*LCF*TPI*12)/LBP
2 nd Trim Correction =(6*Trim*Trim*(Dm/Dz))/LBP
Поправка на плотность забортной воды
Судовые гидростатические таблицы составляются на определенную фиксированную плотность забортной воды - на морских судах обычно на 1,025, на судах типа «река - море» либо на 1,025, либо на 1,000, либо на оба значения плотности одновременно. Бывает, что таблицы составляются на какую-то промежуточную величину плотности - например, на 1,020. В этом случае возникает необходимость выбранные из таблиц данные для расчета привести в соответствие с фактической плотностью забортной воды. Это делается введением поправки на разность табличной и фактической плотностей воды:
Поправка=Водоизмещение табл *(Плотность изм - Плотность табл)/Плотность табл
Можно без поправки сразу получить значение водоизмещения, скорректированного на фактическую плотность забортной воды:
Водоизмещение факт =Водоизмещение табл *Плотность изм /Плотность табл
Расчет водоизмещения
После вычисления значений усредненной осадки судна и дифферента выполняется следующее:
По судовым гидростатическим данным определяется водоизмещение судна, соответствующее усредненной осадке МММ. При необходимости используется линейная интерполяция;
Рассчитывается первая и вторая поправки «на дифферент» к водоизмещению;
Рассчитывается водоизмещение с учетом поправок на дифферент, и поправки на плотность забортной воды.
Расчет водоизмещения с учетом первой и второй поправок на дифферент выполняется по формуле:
D 2 = D 1 + ?1 + ?2
D1- водоизмещение из гидростатических таблиц, соответствующее усредненной осадке, т;
1 - первая поправка на дифферент (может быть положительной или отрицательной), т;
2 - вторая поправка на дифферент (всегда положительная), т;
D2 - водоизмещение с учетом первой и второй поправок на дифферент, т.
Первая поправка на дифферент в метрической системе рассчитывается по формуле (20):
1 = TRIM × LCF × TPC × 100 / LBP (20)
TRIM -дифферент, м;
LCF - значение абсциссы центра тяжести площади ватерлинии, м;
TPC -количество тонн, на которое изменяется водоизмещение, при изменении усредненной осадки на 1 см, т;
1 - первая поправка, т.
Первая поправка на дифферент в империальной системе рассчитывается по формуле (21):
1 = TRIM × LCF × TPI × 12 / LBP (21)
TRIM - дифферент, ft;
LCF -значение абсциссы центра тяжести площади ватерлинии, ft;
TPI - количество тонн, на которое изменяется водоизмещение, при изменении усредненной осадки на 1 дюйм, LT/in;
1 - первая поправка (может быть положительная или отрицательная), LT.
Значения TRIM и LCF берут без учета знака, по модулю.
Все расчеты в империальной системе выполняют в империальных единицах (дюймах (in), футах (ft), длинных тоннах (LT) и пр.). Окончательные результаты переводят в метрические единицы (МТ).
Знак поправки?1 (положительный или отрицательный) определяют в зависимости от расположения LCF относительно миделя и положения дифферента (на нос или на корму) в соответствии с Таблицей 4.1
Таблица 4.1 - Знаки поправки?1 в зависимости от положения LCF относительно миделя и направления дифферента
где: T AP - осадка на перпендикуляре, на корме;
T FP - осадка на перпендикуляре, на носу;
LCF- значение абсциссы центра тяжести площади ватерлинии.
Вторая поправка в метрической системе рассчитывается по формуле (22):
2 = 50 × TRIM 2 × ?МТC / LBP (22)
TRIM -дифферент, м;
МТС - разница между MCT на 50 см выше усредненной осадки и MCT на 50 см ниже усредненной осадки, тм/см;
LBP - расстояние между носовым и кормовым перпендикулярами судна, м;
Вторая поправка в империальной системе рассчитывается по формуле (23):
2 = 6 × TRIM 2 × ?МТI / LBP (23)
TRIM - дифферент, ft;
LBP - расстояние между носовым и кормовым перпендикулярами судна, ft;
МТI - разница между MTI на 6 дюймов выше усредненной осадки и MTI на 6 дюймов ниже усредненной осадки, LTm/in;
LBP - расстояние между носовым и кормовым перпендикулярами судна, ft.
Все расчеты в империальной системе выполняются в империальных единицах (дюймах (in), футах (ft), длинных тоннах (LT) и пр.). Окончательные результаты переводятся в метрические единицы.
Водоизмещение с учетом поправки на плотность забортной воды рассчитывается по формуле (24):
D = D 2 × g1 / g2 (24)
D 2 - водоизмещение судна с учетом первой и второй поправок на дифферент, т;
g1 - плотность забортной воды, т/м 3 ;
g2 - табличная плотность, (для которой указано водоизмещение D 2 в гидростатических таблицах), т/м3;
D - водоизмещение с учетом поправок на дифферент и плотность забортной воды, м.