Мореходные качества подводных лодок

Подводные лодки — военные корабли, способные длительное время вести боевые действия вдали от своих баз, как в подводном, так и в надводном положении. Для выполнения боевых заданий подводным лодками приходится пересекать моря и океаны не только в тихую, но и в штормовую погоду. Поэтому они должны обладать определенными свойствами: плавучестью, остойчивостью, непотопляемостью, ходкостью, управляемостью. Эти свойства условились называть мореходными качествами.

Мореходные качества делят на две группы. Плавучесть, остойчивость и непотопляемость называют статикой подводных лодок, а ходкость, управляемость и качку — динамикой подводных лодок.

При изучении статики рассматриваются только положения равновесия подводных лодок, неподвижных относительно воды, а движение, совершаемое ими при переходе от одного положения равновесия к другому во взаимодействии с окружающей средой, рассматривается при изучении динамики подводных лодок.

Плавучесть, остойчивость, непотопляемость, ходкость и управляемость подводных лодок являются положительными мореходными качествами. Качка подводных лодок — ненужное, вредное мореходное качество [47].

Многие мореходные качества находятся во взаимном противоречии. Поэтому при проектировании подводных лодок добиваются такого сочетания мореходных качеств, которое в наилучшей степени обеспечивает прямое назначение подводных лодок.

Плавучесть подводной лодки. На подводную лодку, плавающую на тихой воде, действуют сила тяжести и поверхностные силы гидростатического давления.

Силы тяжести отдельных частей ПЛ и находящихся на ней грузов приводят как систему параллельных сил одного направления к одной равнодействующей: силе тяжести ПЛ — Р, направленной по вертикали вниз и приложенной в центре тяжести (ЦТ), который обозначается буквой G (рис. 3.1).

В соответствии с законом Архимеда, действующие на ПЛ поверхностные силы гидростатического давления могут быть также приведены к одной равнодействующей — силе плавучести. Эта сила направлена по вертикали вверх, по величине равна весу воды, вытесненной погруженным объемом лодки V, и приложена в центре тяжести этого объема — точке С, носящей название центра величины (ЦВ) [26].

Для того чтобы плавающий корабль находился в равновесии, необходимо и достаточно, чтобы сила плавучести и сила тяжести, действующие на него, были, во-первых, равны между собой, а во- вторых, располагались на одной вертикали, т.е.

Эта математическая запись называется уравнениями равновесия корабля.

Следует отметить, что, в отличие от теории надводного корабля, где плотность воды (р) рассматривается только в зависимости от солености воды, в теории подводной лодки р должно рассматриваться также в зависимости от температуры воды и давления на глубине [127].

Равенство (3.1) называется уравнением плавучести корабля.

Любое плавающее на поверхности тело имеет запас плавучести, т.е. весь непроницаемый для воды объем, расположенный выше действующей ватерлинии.

Так как погружение подводной лодки из крейсерского положения осуществляется путем заполнения цистерн главного балласта (ЦГБ), очевидно, что в крейсерском положении запас плавучести ПЛ будет равен объему ЦГБ.

Из этого следует важный вывод: подводная лодка обладает запасом плавучести только в надводном положении.

Запас плавучести измеряется, как правило, в процентах от водоизмещения:

Запас плавучести необходим ПЛ для обеспечения непотопляемости и мореходности в надводном положении.

Увеличение запаса плавучести, улучшая указанные качества, одновременно ухудшает тактико-технические характеристики ПЛ — увеличивает водоизмещение корабля, снижает скорость хода, увеличивает время погружения.

Поэтому на современных ПЛ принимается минимально необходимый запас плавучести, который составляет 20...25% от водоизмещения ПЛ.

Следует отметить, что уравнение плавучести ПЛ в подводном положении не обладает свойством самопроизвольно уравновешиваться:

Для приведения ПЛ в равновесие требуются действия экипажа или автоматических систем стабилизации.

Практически условие равновесия (3.1) выполнить в полной мере для полностью погруженной ПЛ затруднительно, и у погруженной ПЛ всегда будет некоторая так называемая остаточная плавучесть (q), которую можно выразить формулой:

Остаточная плавучесть может быть положительной или отрицательной. В первом случае ПЛ будет всплывать, во втором случае — погружаться.

Добиваться абсолютного уничтожения остаточной плавучести нет необходимости, т.к. при наличии хода ПЛ может удерживаться на заданной глубине с помощью подъемной силы, возникающей на горизонтальных рулях, а для обеспечения нахождения ПЛ на задан-ном горизонте без хода используются автоматические системы стабилизации, но величина ее должна быть минимально возможной.

С этой целью на подводной лодке во время плавания проводят замещение водяным балластом всех израсходованных грузов (запасов провизии, топлива, оружия и т.д.). Для этого предусмотрены специальные цистерны вспомогательного балласта [58].

Величина и форма плавучести ПЛ характеризуется элементами погруженного объема, который называется постоянным плавучим объемом (ППО). Величина этого объема определяется расчетом по теоретическим размерам прочного корпуса, других прочных и непроницаемых в подводном положении объемов [96].

Объем выступающих частей (обшивки, набора, приборов, устройств и т.п.) определяется пересчетом по массе их материалов через плотность, либо расчетом по геометрическим размерам.