ВЭ/ВТ/Остойчивость корабля

Остойчивость корабля
Военная энциклопедия (Сытин, 1911—1915)

Словник: Нитроглицерин — Патруль. Источник: т. 17: Нитроглицерин — Патруль, с. 201—203 ( commons )

ОСТОЙЧИВОСТЬ КОРАБЛЯ, способность его плавать на воде в прямом положении и возвращаться в него после прекращения действия внешн. причины, изменившей первонач. положение равновесия судна. Различают поперечную О. — при наклонениях вокруг продольн. оси к-бля и продольную О. — при наклонениях вокруг поперечн. его оси. Для практики наибольш. значение имеет первая. Мерою поперечной О. служит величина плеча О., — перпенд-ра GK (фиг. 1), опущенного из ц. тяжести судна G на линию поддержания, то есть вертикаль, восстановленную из центра величины к-бля C′ (см. Водоизмещение) при наклонении его на угол θ (фиг. 1). Часто также мерою О. называют произведение веса судна P на плечо О., то есть момент M=P×GK; Плечо О. при данном угле крена зависит от величины MG, называемой метацентрической высотой и характеризующей отстояние метацентра M (пересечения линий CX и C′x′) от ц. тяжести к-бля G. Ясно, что OR=(S—a) Sinθ, а момент остойчивости M=p(S—a) Sinθ, где S — метацентрический радиус (отстояние метацентра от ц. величины), и a возвышение ц. тяжести над ц. величины. О. судна тем больше, чем больше S и меньше a, то есть чем выше метацентр и ниже ц. тяжести. Характеристикой О. обык-но является метацентрич. высота MG, каковая для современных линейн. к-блей составляет 4—6 фт., для миноносцев 2—3 фт.; для мониторов она достигала 12 фт., а у мелких пароходов спускалась до 1—2 фт. Величина метац. радиуса S зависит только от формы и обводов судна и равняется I/v, где I есть момент инерции площади грузов. WL относ-но её продольной оси, а V — объем подводной части к-бля; так как в I ординаты груз. WL входят в кубе, то естественно огромное значение для О. ширины обводов WL. С уменьшением площади последней, напр., при затоплении бортов. отсеков водою (см. Боевая остойчивость), О. падает с чрезвыч. быстротой. В подвод. судах груз. WL нет, почему О. их зависит только от положения ц. тяжести под ц. величины; при обратном размещении этих центров подв. судно перевернется, а при совпадении их (шар) — будет иметь безразл. равновесие. Но как только подв. судно начинает всплывать, условия его О. меняются: появляется WL, площадь её быстро увеличивается, и S = I/v делается положит-м, как того требует условие О. для всякого надводн. судна. Величина a (отстояние ц. тяжести от ц. величины), входящая также в формулу О., зависит только от нагрузки корабля и определяется подсчетом или практически путем накренивания судна (см. ниже). Всякое вертик. перенесение грузов на к-бле отражается на a, а след-но, и на О.; величина изменения момента О. от подобн. перемещений грузов легко определяется по известной в механике теореме моментов. Добавление или снятие грузов, затопление или осушение разл. отсеков на к-бле также отражаются на О. в ту или друг. сторону, смотря по положению ц. тяжести этих грузов относ-но общего ц. тяжести судна. На воен. судах обык-но наперед рассчитывается, какое влияние на О. дает заполнение водою каждого значит. отсека. Для теоретич. вычисления О. при значит. углах крена приходится принимать во внимание неравенство объемов бортовых клиньев — LOL′, входящего в воду (фиг. 1), и WOW′, выходящего из неё, вследствие несимметрии бортов, особенно заметной, когда в воду начнет входить кромка верхней палубы; действующая в.-линия W′l′ исправляется соответ-но разности этих объемов, после чего вычисляют момент инерции её площади и находят S. Когда верхн. палуба входит в воду, площадь, а с нею и момент инерции I груз. WL сразу знач-но уменьшаются, почему О. резко падает; из-за этого высокобортные суда оказываются много безопаснее низкобортных. Практически О. определяется накрениванием к-бля на тихой воде путем перенесения на палубе его груза M (около 1 % от водоизм.) с борта на борт на расстояние S. Заметив при этом угол крена θ и зная, что кренящий момент равен выпрямляющему моменту О., имеем: m. S = M = P (S — a) Sinθ = P. GK; отсюда уже находится мера О., то есть GK. Найдя вычислением S, определяют попутно a = (S. Sinθ — GK)/Sinθ, то есть возвышение ц. тяжести к-бля над его ц. величины. Подобные опыты накренивания судна производят последов-но неск. раз на один и на друг. борт и выводят средн. резул-т всех набл-ний. Наглядное представление об изменении О. к-бля при разн. углах крена дает т. наз. диаграмма О., предложенная впервые англ. инженером Ридом (Read, фиг. 2); для построения её, по горизонт. оси откладывают углы крена, а по вертик-ной — соотв-щие плечи, или моменты О. Кривая Рида Obyb’d дает возм-сть найти угол крена, при к-ром наступает равновесие к-бля, если на него действует постоян. кренящая пара; отложив Oa, равную в масштабе моменту этой пары, из точки a проводят горизонт. прямую, которая пересечет кривую Рида в точке b; проведя ординату bc, мы в c отсчитаем искомый угол крена; часть кривой над линией abb’ представил собою диаграмму Рида для к-бля, когда он имеет этот крен (вследствие, напр., пробоины). Предельная величина кренящей пары представляется длиною yx; если на к-бль подействует пара с моментом еще большим, то он опрокинется. Точка d пересечения кривой с горизонт. осью показывает, при каком угле крена судно совершенно теряет О.; чем дальше d от o, то есть чем длиннее диаграмма, тем запас О. больше; конечно, этот запас зависит также и от высоты диаграммы. На практике нередко приходится иметь дело с кренящими парами, внезапно приложенными к судну (напр., шквал); под влиянием такой пары судно начинает крениться, приобретает нек-рую угловую скорость, всё увеличивающуюся, пока кренящая пара остается больше выпрямляющей. К-бль придет в положение равновесия, когда моменты обеих пар сравняются; вследствие накопленной углов. скорости (инерции) судно перейдет это положение равновесия и будет крениться дальше, но при этом выпрямляющая пара станет уже больше кренящей, угловая скорость судна будет постепенно уменьшаться, и к-бль остановится. После этого он начнет возвращаться в положение равновесия, снова его перейдет и, т. обр., будет качаться подобно маятнику (см. Качка). Важно уметь определять тот угол, до к-раго внезапно приложенная пара накренит к-бль; этот угол настолько лежит за положением равновесия, что избыток работы выпрямляющей пары над работою кренящей, при наклонении к-бля от положения равновесия до этого угла, равен избытку работы кренящей пары над работою, выпрямляющей при наклонении от нуля до положения равновесия. Из механики известно, что работа кренящей пары, с моментом M=oa, графически изображается площадью прямоуг-ка со сторонами: Oa — равной моменту пары и Oc — равн. соотв. углу поворота; работа же выпрямляющей пары, меняющаяся согласно кривой Рида, изображается площадью, заключенной между кривой и горизонт. осью в пределах соотв-щих ординат. Вышеупомянут. избыток работы кренящей пары над выпрямляющей изобразится площадью: oabc—obc=oab, а избыток работы выпрямл. пары над кренящей во 2-й период качания — площадью: cbnek—cblk=bnl. Чтобы определить угол, до к-раго к-бль накренится под влиянием внезапно приложенной кренящей пары, надо найти на диагр. Рида такую ординату nk, чтобы площ. obc=площ. Δbnl; отрезок ok даст искомый угол, тогда как Oc дает угол, при к-ром наступит равновесие кренящего и выпрямл. моментов. Работа выпрямл. пары при наклонении к-бля от прямого положения называется динамической О. к-бля. Графически она выражается на фиг. 2 кривою oprs, ординаты коей представляют величины работы выпрямляющей пары при соотв. углах крена. Динамич. О. особенно важна для парусн. судов, так как только по ней можно судить о способ-ти к-бля сопротивляться действию шквала; нельзя в этом случае ограничиваться суждением по величине плеча статической О., каковое м. быть еще знач-ным в момент, когда судно уже переворачивается из-за недостатка динамич. О. Классич. примером сему является гибель в 1870 г. англ. воен. корабля Captain: идя в эскадре адм. Мильна под парусами и имея крен 14°, к-бль этот неожиданно перевернулся от налетевшего шквала, тогда как остал. суда, и в том числе Monarch, тех же самых размерений и водоизмещения, как Captain, благополучно выдержали шквал. Фиг. 3 изображает диаграммы Рида для обоих этих судов в том же масштабе; из неё видно, что хотя плечо статич. О. Captain при 14° крена было не менее, чем у Monarch, но запас динамич. О. первого, изображаемый площадью abc, составлял всего 400 тонно-фут, тогда как для Monarch он был 6000 тонно-фт. (площ. aBm); поэтому достаточно было небольш. шквала, представляемого линией ae, чтобы опрокинуть Captain, так как Δ acd оказался уже больше площадки dbf; между тем, шквал той же силы (ок. 9 баллов) наклонил Monarch только до 18° и катастрофы не м. произойти. (Крылов, Теория корабля; Pollard et Dudebout, Théorie Du Navire).