Стабилност на подводницата по време на потапяне и изкачване

Подводницата е потопена, като вкарва вода в основните баластни резервоари и изплува, като я отстрани. И в двата случая теглото на подводницата, нейното обемно изместване и площта на действащата водна линия се променят. В този случай има промяна в позицията на центъра на тежестта, центъра на величината, напречните и надлъжните метацентри, т.е. тези точки, чието относително положение определя стабилността на подводницата. Следователно стабилността на подводницата по време на потапяне и изкачване се променя значително.

За да може да се оцени страничната стабилност по време на гмуркане и изкачване, е необходимо да се знае естеството на промяната в позициите на центъра на тежестта, центъра на величината, напречния метацентър, да се знае стойността на напречната метацентрична височина на всички етапи на гмуркане и изкачване. Тъй като определящият параметър, характеризиращ разположението на подводницата спрямо повърхността на водата, е тягата T, в зависимост от нейната промяна по време на потапяне и изкачване, се разглеждат позициите на точки C, G и m на височина от основната равнина и графики zc = f (T), zg = f (T), zm = zc + r = f (T).

Комбинацията от тези графики ви позволява да определите напречната метацентрична височина в различни позиции, заети от подводницата по време на потапяне и изкачване и се нарича диаграма на първоначалната стабилност на подводницата по време на потапяне и изкачване (фиг. 6).

Фигура: 6. Диаграма на плаваемост и първоначална стабилност на подводница, когато е потопена.

На диаграмата вертикалната ос представлява тягата на подводницата в метри, а хоризонталната ос представлява координатите на точки C, G и m височина от основната равнина за различни позиции на подводницата (от крейсерска до пълно потапяне). За по-голяма яснота са посочени: крейсерска водна линия - VkrLkr, водна линия, съответстваща на потъването на горния ръб на здрав корпус - VkrLpk; и водната линия на пълното потапяне на подводницата VLP. Диаграмата е начертана при условие, че подводницата няма ролка и подстригване, потъва и плава, без да се движи, а всички основни баластни резервоари се пълнят и издухват равномерно.

Диаграмата ясно показва изместването на центъра на тежестта, центъра на величината и напречния метацентър, когато изменението на подводницата се промени. Центърът на размера на подводницата се движи нагоре по време на нейното потапяне, тъй като потопеният обем се увеличава в горната й част. Центърът на тежестта на подводницата в първата фаза на гмуркането, когато водата запълва долните части на основните баластни резервоари, се придвижва надолу и след това, когато средните и горните части на основните баластни резервоари се пълнят, тя се движи нагоре и когато е напълно потопена, подводницата заема определена постоянна позиция.

Позицията на напречния метацентър се определя от величината на напречния метацентричен радиус и позицията на центъра на величината. По време на потапянето напречният метацентричен радиус намалява през цялото време поради намаляване на площта на активната водна линия и разстоянието на центъра на величината от основната равнина се увеличава. В първата фаза на потапяне увеличението на zc надвишава намаляването на r и следователно напречният метацентър се движи нагоре. След това тя намалява и когато подводницата се потопи под водата, когато нейната ефективна водна линия изчезне, се слее с центъра на величината, напречният метацентричен радиус става равен на нула.

Промяната в напречната метацентрична височина и възстановяващия момент по време на потапяне на подводницата се случва както следва. В началото на гмуркането, когато водата се поема в долните части на основните баластни резервоари, центърът на тежестта G се движи надолу, страничната метацентрична височина се увеличава. В този случай възстановяващият момент се състои от положителен момент на стабилност на формата и отрицателен момент на стабилност на тежестта: mθ = Pr sinθ - Pa sinθ = γ Ix sin θ - Pa sin θ.

При достигане на уреждане на ТА, центърът на тежестта и центърът на величината се сливат в една точка, стойността а става равна на нула, h = r, а възстановяващият момент се определя само от момента на стабилност на формата: mθ = γ Ix грях θ.

Съвпадението на центъра на тежестта с центъра на величината настъпва приблизително, когато ¼ от обема на основните резервоари за баласт се напълни.

При по-нататъшно пълнене на основните баластни резервоари центърът на тежестта ще бъде под центъра на величината, т.е.стабилността на тежестта става положителна и увеличава стабилността на подводницата:

mθ = Pr sinθ + Pa sinθ = γ Ix sin θ + Pa sin θ.

Напречната метацентрична височина при тяга Тm, съответстваща на най-ниското положение на центъра на тежестта, има максимална стойност. По-нататъшното потапяне на подводницата води до увеличаване на центъра на тежестта на подводницата и намаляване на нейния метацентър, което води до намаляване на стабилността на подводницата. Напречната метацентрична височина се намалява рязко, когато покривите на основните баластни резервоари напускат водата. Съответният стеснен участък на диаграмата в зоната на водната линия VpkLpk се нарича образно „врат“. В това положение подводницата има най-малка стабилност, тъй като поради рязкото намаляване на площта на действащата водна линия стабилността на формата рязко намалява.

Когато подводницата е напълно потопена (тяга Tp), ефективната водна линия ще изчезне, Ix и r ще изчезнат, а стабилността на подводницата ще бъде осигурена само от стабилността на теглото mθ = Pa sinθ. Напречната метацентрична височина се увеличава по това време поради факта, че по време на потапяне от Tpc селище до TA селище, zc расте по-бързо от zg.

От разглеждането на процеса на потапяне следва, че стабилността на тежестта се увеличава през цялото време, променяйки знака от отрицателен в положителен и стабилността на формата намалява и в крайна сметка изчезва.

Когато подводницата излезе, центърът на тежестта, центърът на величината и напречният метацентър се движат в противоположни посоки и стабилността се променя съответно.

По този начин в крейсерската позиция стабилността на подводницата се осигурява от положителна стабилност на формата, а в потопената позиция - от положителна стабилност на теглото. Центърът на тежестта на подводницата в потопеното положение трябва да бъде по-нисък от центъра на величината, след което при наклона силите γVп и Рп създават двойка сили, чийто момент винаги се противопоставя на наклонения момент (фиг. 7а). Трябва да се отбележи, че когато подводницата е наклонена в потопено положение, центърът на величината не се движи, тъй като формата и големината на потопения обем остават постоянни.

Фигура: 7. Устойчивост на подводницата в потопено положение

Промяната в надлъжната стабилност по време на потапяне и изкачване на подводницата по принцип се случва същото като промяната в страничната стабилност. В потопено положение надлъжната стабилност на подводницата също се определя само от стабилността на тежестта Mψ = Pa sin ψ.

Следователно мярката за напречната и надлъжна стабилност на подводница в потопено положение е същата метацентрична височина, равна на разстоянието между центъра на тежестта и центъра на стойността Нп = hп = an (фиг. 7б). Метацентричната височина на подводниците в потопено положение е в диапазона от 0,3 до 0,4 м. По този начин, когато подводницата е потопена, напречната метацентрична височина намалява само с 20 - 30%, а надлъжната височина - над 100 пъти, т.е. т.е. когато е потопена, има много голям спад в надлъжната стабилност на подводницата.

Това обстоятелство трябва да се вземе предвид при подготовката на подводницата за гмуркане и по време на гмуркане. Ако подводницата преди гмуркането има прекомерен момент на подстригване (в резултат на грешки при изчисляването на подстригването или когато изчислената изрязване е неправилно приета), тогава на повърхността това практически не влияе на кацането на подводницата и може да не бъде открити от персонала, а при гмуркане с изчезването на зоната текущата водна линия ще създаде значителна тапицерия. Например моментът, подстриган с една степен за подводница на повърхността, е 17500 tf m/градус, а в потопено положение е 65 tf m/градус. Това означава, че под действието на момент на подстригване от 400 tf m в повърхностното положение, подводницата практически няма да има подстригване (ψ = 0,023 °), а в потопеното положение ще получи подстригване от 6 °.

Когато се разглежда промяната в стабилността в процеса на потапяне на подводницата, се приема, че основните баластни резервоари се пълнят едновременно, т.е.потапянето се извършва на един етап. На практика подводницата може да се потопи на два етапа, когато първо се пълнят крайните групи на основните баластни резервоари, а след това и средният. При това потапяне естеството на изместването на центъра на величината и метацентъра не се променя, т.е. кривите zc (T) и zm (T) имат същата форма като при едностепенно потапяне и центъра на тежестта се движи по кривата z΄g (T), чиито координати са по-високи от съответните ординати на кривата zg (T). Това се дължи на факта, че за да се постигне определена тяга и в двата случая на потапяне, се взема едно и също количество баласт, но при двустепенно гмуркане този баласт се поставя в по-малко основни баластни резервоари, отколкото в едноетапен гмуркам се. Центърът на тежестта на получения баласт е разположен по-високо, което води до изместване нагоре на центъра на тежестта на подводницата. На фиг. 6 позиционното положение на подводницата е показано от ватерлинията на пистата lpp.

По този начин, при потапяне (както и изплуване) на два етапа, стабилността на подводницата е по-малка, отколкото по време на едноетапното гмуркане (изплуване).