27. Остойчивость плавающих тел
Остойчивостью плавающих тел называется их способность возвращаться в исходное положение после того, как они были выведены из этого положения вследствие воздействия каких-либо внешних сил.
Для придания плавающему телу остойчивости необходимо, чтобы при отклонении его из положения равновесия создавалась пара сил, которая и возвратит тело в первоначальное положение. Такая пара сил может создаваться только силами G и Pп. Возможны три различных варианта взаимного расположения этих сил (рис.5.3).
Рис. 5.3. Остойчивость полупогруженных тел при взаимном расположении центра тяжести и центра водоизмещения а и б – остойчивое равновесие
Центр масс расположен ниже центра водоизмещения.При крене центр водоизмещения перемещается как за счет изменения положения тела, так и из-за изменения формы вытесненного объема. При этом возникает пара сил, стремящихся вернуть тело в первоначальное положение. Следовательно, тело имеет положительную остойчивость.
Центр масс совпадает с центром водоизмещения– тело будет иметь также положительную остойчивость вследствие смещения центра водоизмещения за счет изменения формы вытесненного объема.
Центр масс находится выше центра водоизмещения.Здесь имеются два основных варианта (рис. 5.4):
1) точка пересечения подъемной силы с осью плавания M (метацентр) лежит ниже центра масс – равновесие будет неостойчивым (рис. 5.4,а);
2) метацентр лежит выше центра масс – равновесие будет остойчивым (рис. 5.4,б). Расстояние от метацентра до центра масс называетсяметацентрической высотой. Метацентр – точка пересечения подъемной силы с осью плавания. Если точка М лежит выше точки С, то метацентрическая высота считается положительной, если лежит ниже точки С – то она считается отрицательной.
Таким образом, можно сделать следующие выводы:
остойчивость тела в полупогруженном состоянии зависит от относительного расположения точек М и С (от метацентрической высоты);
тело будет остойчивым, если метацентрическая высота будет положительной, т.е. метацентр расположен выше центра тяжести. Практически все военные плавающие машины строятся с метацентрической высотой 0,3-1,5м.
а б
Рис. 5.4. Остойчивость полупогруженных тел при взаимном расположении центра тяжести и метацентра:
а– неостойчивое равновесие; б – остойчивое равновесие
Водоизмещение корабля (судна) — количество воды, вытесненной подводной частью корпуса корабля (судна). Масса этого количества жидкости равна массе всего корабля, независимо от его размера, материала и формы.
Различают объёмное и массовое водоизмещение. По состоянию нагрузки корабля различают стандартное, нормальное, полное, наибольшее, порожнее водоизмещение.
Для подводных
лодок различают подводное водоизмещение
и надводное водоизмещение.
Объёмное водоизмещение
водоизмещение, равное объёму подводной части корабля (судна) до ватерлинии.
Массовое водоизмещение
водоизмещение, равное массе корабля (судна).
Стандартное водоизмещение
водоизмещение полностью укомплектованного корабля (судна) с экипажем, но без запасов топлива, смазочных материалов и питьевой воды в цистернах.
Нормальное водоизмещение
водоизмещение, равное стандартному водоизмещению плюс половинный запас топлива, смазочных материалов и питьевой воды в цистернах.
Полное водоизмещение
водоизмещение, равное стандартному водоизмещению плюс полные запасы топлива, смазочных материалов, питьевой воды в цистернах, груза.
Наибольшее водоизмещение
водоизмещение, равное стандартному водоизмещению плюс максимальные запасы топлива, смазочных материалов, питьевой воды в цистернах, грузов.
Водоизмещение порожнем)
водоизмещение порожнего корабля (судна), то есть корабля (судна) без экипажа, топлива, запасов и т. д.
Подводное водоизмещение
водоизмещение подводной лодки (батискафа) и иных подводных судов в подводном положении. Превышает надводное водоизмещение на массу воды, принимаемой при погружении в цистерны главного балласта.
Надводное водоизмещение
водоизмещение подводной лодки (батискафа) и иных подводных судов в положении на поверхности воды до погружения либо после всплытия.