Конструкции наружного корпуса подводной лодки

Как уже отмечалось, под наружным корпусом (НК) подводной лодки понимают совокупность конструкций, расположенных вне пределов ее прочного корпуса, не воспринимающих давление, соответствующее глубине погружения ПЛ. К ним относятся: конструкции носовой и кормовой оконечностей, средней части и надстройки, которые охватывают прочный корпус ПЛ частично или полностью по длине, в зависимости от архитектурного типа корабля, а также ограждение выдвижных устройств (ОВУ) (рис. 7.19).

В поперечном сечении наружный корпус охватывает ПК от основной плоскости до верхнего стрингера балластной цистерны.

НК предназначен для создания плавных обтекаемых обводов, размещения в нем оборудования и цистерн главного балласта (ЦГБ).

Для перечисленных конструкций необходимо проводить расчеты прочности, которые носят проверочный характер, т.е. величины нагрузок и размеры элементов конструкции известны, и материал для их изготовления выбран. Расчет должен подтвердить, что расчетные значения параметров, характеризующих напряженно-деформированное состояние, не превосходят допускаемых значений при расчетной нагрузке.

Наружный корпус выполнен, как правило, в виде перекрытий, которые, с незначительной ошибкой в безопасную сторону, следует считать плоскими. Поэтому принятые при определении расчетных нагрузок коэффициенты запаса, допускаемые напряжения и запасы устойчивости назначаются с учетом тех же факторов, что и для конструкций, расположенных в прочном корпусе.

Внешние силы, действующие на конструкции наружного корпуса, весьма разнообразны.

Например, расчетная нагрузка при гидравлических испытаниях балластных цистерн (испытания цистерн наливом воды под давлением) при действии внутреннего гидростатического давления определяется по формуле:

где Н— высота цистерны до верхнего стрингера (м); Ри — испытательное давление, определенное на уровне верхнего стрингера; k1 — коэффициент запаса по нагрузке.

Испытательное давление для цистерн главного балласта зависит от глубины погружения и водоизмещения подводной лодки. По испытательному давлению определяется рабочее давление при продувании балластных цистерн:

На обшивку и набор балластных цистерн и бортовых проницаемых частей наружного корпуса действует условное гидростатическое давление, обусловленное маневрами циркуляции, всплытия и погружения подводной лодки.

Надстройка, носовая и кормовая оконечности, ограждение выдвижных устройств и выступающие части корпуса (стабилизаторы и рули) подвергаются воздействию давления от наката волн и гидродинамического скоростного напора. В расчетах прочности статический эквивалент волнового давления определяется в зависимости от длины волны и ее высоты.

Передняя часть носовой оконечности и ограждения выдвижных устройств проверяется на действие максимального скоростного напора. Расчетное давление определяется по формуле

Гидродинамический скоростной напор на конструкции кормовой оконечности определяется на скорости полного подводного хода с учетом повышения давления вследствие неравномерности набегающего потока при перекладке на максимально возможные углы горизонтальных или вертикальных рулей. Расчетное давление на наружную обшивку конструкций кормовой оконечности определяется по формуле:

При постановке в сухой док корпус подводной лодки нагружен реакциями кильблоков (RK), сумма которых равна расчетной массе подводной лодки в воздухе. Реакции кильблоков при постановке в сухой док определяются из условия равновесия системы «корпус - кильблоки» в предположении, что корпус подводной лодки и сухой док являются абсолютно твердыми телами. При определении RK следует принимать расчетную массу Dр = k4*D, где D — масса корпуса в воздухе; k4 — коэффициент запаса по нагрузке, k4 >1,0.

Расчетное давление Ррк на конструкции легкого корпуса при постановке подводной лодки в док действует в зоне контакта каждого из кильблоков с корпусом и определяется по формуле:

Значение Р не должно превышать несущей способности покрытия легкого корпуса, если оно есть, а в случае ее превышения в соответствующих районах килевой дорожки вводятся дополнительные площади кильблоков.

При постановке подводной лодки в плавучий док реакции кильблоков определяются из условия равновесия системы «док - подводная лодка» в предположении, что корпус и плавучий док являются упругими телами.

Вибрационные нагрузки, действующие на наружный корпус, возникают в результате работы гребного винта. Гребной винт возбуждает колебания как всего корпуса в целом (общая ходовая вибрация), так и колебания отдельных перекрытий наружного корпуса (местная ходовая вибрация).

При работе гребной винт возбуждает вибрацию как первого порядка (оборотную), вызванную неуравновешенностью гребного винта (его геометрией), так и лопастную, вызванную пульсацией упора. Вибрация первого порядка не затухает практически по всей длине подводной лодки, лопастная вибрация имеет тенденцию к затуханию от кормы к носу.

При плавании в битых льдах на легкий корпус подводной лодки действует ледовая нагрузка, вызванная контактом корпуса с битым льдом. Ледовая нагрузка распределена по всей длине подводной лодки в виде полосы, ширина которой зависит от толщины льда. Расчетная ширина района возможного приложения ледовой нагрузки (ледовый пояс) определяется положением крейсерской ватерлинии. Интенсивность ледовой нагрузки в носу значительно больше, чем в средней части.

Существуют также нагрузки, действующие на легкий корпус при швартовке, буксировке подводной лодки, при контакте с грунтом, при воздействии противолодочного оружия и т.д.

Как видно из изложенного выше, на одну и ту же конструкцию могут действовать несколько сил. Поэтому при рассмотрении действия в разное время на ту или иную конструкцию нескольких нагрузок допускается определять напряженно-деформированное состояние конструкции для наиболее опасной нагрузки, при условии, что характер распределения сопоставляемых нагрузок и допускаемые напряжения одинаковы.

Давление, действующее на наружный корпус, воспринимается пластинами обшивки и передается на балки продольного набора и шпангоуты наружного корпуса, служащие для пластин опорным контуром. Шпангоуты воспринимают нагрузку с пластин и продольного набора и передают ее через бракеты и пиллерсы на конструкции прочного корпуса, которые, в свою очередь, являются опорами продольного набора.

Проверка прочности пластин всех конструкций наружного корпуса производится по нормальным напряжениям. Проверка прочности балок набора производится по нормальным и касательным напряжениям. Во всех случаях расчетные напряжения в опасных сечениях не должны превышать допускаемые. Бракеты и пиллерсы дополнительно проверяются на устойчивость при действии осевой сжимающей силы.