13.2. Особенности движения пл вблизи свободной и

ледовой поверхности

При движении ПЛ вблизи свободной поверхности (режим РДП, РКП) или вблизи ледовой поверхности силовая картина существенно изменяется, что сильно сказывается на кинематических параметрах и степени их устойчивости. Влияние свободной поверхности проявляется прежде всего в том, что изменяется характер гидродинамических сил – появляются составляющие, обусловленные волнообразованием движущейся ПЛ и зависящие от числа Fr. Если при движении ПЛ в безграничной жидкости (на глубине) гидродинамические силы определяются главным образом трением и вихревыми составляющими, то при движении вблизи поверхности появляются силы и моменты, обусловленные весомостью жидкости – волновые составляющие, роль которых по мере приближения к свободной поверхности заметно возрастает.

При движении вблизи ледовой поверхности или дна между корпусом ПЛ и твердой стенкой происходит сужение потока и увеличение скорости жидкости, что в свою очередь приводит к изменению силового воздействия жидкости. Система уравнений, характеризующая такое движение, имеет вид:

(13.25)

где

Входящие в данную формулу позиционные гидродинамические коэффициенты зависят от числа Fr (скорости движения) и от относительной глубины погружения, а коэффициенты присоединенных масс определяются глубиной погружения. Расчеты, проводимые в ЦНИИ им. Крылова при движении ПЛ вблизи свободной поверхности для двух чисел Fr = 0,25 и 0,30 показали, что вблизи свободной поверхности происходят периодические изменения кинематических параметров, в отдельных случаях с нарастающей амплитудой. При движении ПЛ вблизи ледовой поверхности изменяются позиционные гидродинамические характеристики, которые зависят не только от углов атаки и перекладки рулей, но и от глубины погружения, т.е. расстояний центра тяжести ПЛ от ледовой поверхности. Количественные изменения претерпевают также вращательные производные и присоединенные массы. Влияние неровности нижней кромки льда эквивалентно некоторой импульсной нагрузке, величина которой остается постоянной по мере прохождения неровности, а ее знак меняется при прохождении миделя через вершину неровности.

Схема на рис. 13.1 соответствует единичной волне, схема на рис. 13.2 соответствует более общему случаю; она может быть применена, если ледовая поверхность имеет ряд последовательно расположенных неровностей одинаковой высоты и различных расстояний между ними, схема на рис. 13.3 предполагает наличие некоторого остаточного возмущения, что эквивалентно влиянию момента входа ПЛ под ледовый массив или резкому изменению толщины льда. Рассмотрим возмущения, соответствующие трем различным типам неровностей. Знак изменения гидродинамических коэффициентов зависит от взаимного расположения центра тяжести давления и центра тяжести ПЛ и от места расположения неровности. При расположении неровности на миделе и появившемся при этом разряжении в средней части корпуса произойдет возрастание подъемной силы и уменьшение продольного гидродинамического момента . При изменении взаимного расположения центра давления и центра тяжести ПЛ при том же положении неровности знак приращения момента изменится на обратный. Расположение неровности вблизи носового перпендикуляра вызовет меньшее изменение подъемной силы и продольного гидродинамического момента, причем знак сохранится, а знак изменится на обратный, так как в этом случае произойдет перемещение центра давления в нос.

Аналогичная картина изменения продольного гидродинамического момента наблюдается при расположении неровности в кормовой части корпуса ПЛ. Что же касается подъемной силы, то ее изменение в этом случае приобретает обратный знак.

Рис. 13.2. Неровности одинаковой

высоты