Остойчивость корабля

ОСТОЙЧИВОСТЬ КОРАБЛЯ, способность его плавать на водѣ въ прямомъ положеніи и возвращаться въ него послѣ прекращенія дѣйствія внѣшн. причины, измѣнившей первонач. положеніе равновѣсія судна. Различаютъ поперечную О. — при наклоненіяхъ вокругъ продольн. оси к-бля и продольную О. — при наклоненіяхъ вокругъ поперечн. его оси. Для практики наибольш. значеніе имѣетъ первая. Мѣрою поперечной О. служитъ величина плеча О., — перпенд-ра GK (фиг. 1), опущеннаго изъ ц. тяжести судна G на линію поддержанія, т.-е. вертикаль, возстановленную изъ центра величины к-бля C′ (см. Водоизмѣщеніе) при наклоненіи его на уголъ θ (фиг. 1). Часто также мѣрою О. называютъ произведеніе вѣса судна P на плечо О., т.-е. моментъ M=P×GK; Плечо О. при данномъ углѣ крена зависитъ отъ величины MG, называемой метацентрической высотой и характеризующей отстояніе метацентра M (пересѣченія линій CX и C′x′) отъ ц. тяжести к-бля G. Ясно, что OR=(S—a) Sinθ, а моментъ остойчивости M=p(S—a) Sinθ, гдѣ S — метацентрическій радіусъ (отстояніе метацентра отъ ц. величины), и a возвышеніе ц. тяжести надъ ц. величины. О. судна тѣмъ больше, чѣмъ больше S и меньше a, т.-е. чѣмъ выше метацентръ и ниже ц. тяжести. Характеристикой О. обык-но является метацентрич. высота MG, каковая для современныхъ линейн. к-блей составляетъ 4—6 фт., для миноносцевъ 2—3 фт.; для мониторовъ она достигала 12 фт., а у мелкихъ пароходовъ спускалась до 1—2 фт. Величина метац. радіуса S зависитъ только отъ формы и обводовъ судна и равняется I/v, гдѣ I есть моментъ инерціи площади грузов. WL относ-но ея продольной оси, а V — объемъ подводной части к-бля; т. к. въ I ординаты груз. WL входятъ въ кубѣ, то естественно огромное значеніе для О. ширины обводовъ WL. Съ уменьшеніемъ площади послѣдней, напр., при затопленіи бортов. отсѣковъ водою (см. Боевая остойчивость), О. падаетъ съ чрезвыч. быстротой. Въ подвод. судахъ груз. WL нѣтъ, почему О. ихъ зависитъ только отъ положенія ц. тяжести подъ ц. величины; при обратномъ размѣщеніи этихъ центровъ подв. судно перевернется, а при совпаденіи ихъ (шаръ) — будетъ имѣть безразл. равновѣсіе. Но какъ только подв. судно начинаетъ всплывать, условія его О. мѣняются: появляется WL, площадь ея быстро увеличивается, и S = I/v дѣлается положит-мъ, какъ того требуетъ условіе О. для всякаго надводн. судна. Величина a (отстояніе ц. тяжести отъ ц. величины), входящая также въ формулу О., зависитъ только отъ нагрузки корабля и опредѣляется подсчетомъ или практически путемъ накрениванія судна (см. ниже). Всякое вертик. перенесеніе грузовъ на к-блѣ отражается на a, а слѣд-но, и на О.; величина измѣненія момента О. отъ подобн. перемѣщеній грузовъ легко опредѣляется по извѣстной въ механикѣ теоремѣ моментовъ. Добавленіе или снятіе грузовъ, затопленіе или осушеніе разл. отсѣковъ на к-блѣ также отражаются на О. въ ту или друг. сторону, смотря по положенію ц. тяжести этихъ грузовъ относ-но общаго ц. тяжести судна. На воен. судахъ обык-но напередъ расчитывается, какое вліяніе на О. даетъ заполненіе водою каждаго значит. отсѣка. Для теоретич. вычисленія О. при значит. углахъ крена приходится принимать во вниманіе неравенство объемовъ бортовыхъ клиньевъ — LOL′, входящаго въ воду (фиг. 1), и WOW′, выходящаго изъ нея, вслѣдствіе несимметріи бортовъ, особенно замѣтной, когда въ воду начнетъ входить кромка верхней палубы; дѣйствующая в.-линія W′l′ исправляется соотвѣт-но разности этихъ объемовъ, послѣ чего вычисляютъ моментъ инерціи ея площади и находятъ S. Когда верхн. палуба входитъ въ воду, площадь, а съ нею и моментъ инерціи I груз. WL сразу знач-но уменьшаются, почему О. рѣзко падаетъ; изъ-за этого высокобортныя суда оказываются много безопаснѣе низкобортныхъ. Практически О. опредѣляется накрениваніемъ к-бля на тихой водѣ путемъ перенесенія на палубѣ его груза M (около 1% отъ водоизм.) съ борта на бортъ на разстояніе S. Замѣтивъ при этомъ уголъ крена θ и зная, что кренящій моментъ равенъ выпрямляющему моменту О., имѣемъ: m. S = M = P (S — a) Sinθ = P. GK; отсюда уже находится мѣра О., т.-е. GK. Найдя вычисленіемъ S, опредѣляютъ попутно a = (S. Sinθ — GK)/Sinθ, т. е. возвышеніе ц. тяжести к-бля надъ его ц. величины. Подобные опыты накрениванія судна производятъ послѣдов-но нѣск. разъ на одинъ и на друг. бортъ и выводятъ средн. резул-тъ всѣхъ набл-ній. Наглядное представленіе объ измѣненіи О. к-бля при разн. углахъ крена даетъ т. наз. діаграмма О., предложенная впервые англ. инженеромъ Ридомъ (Read, фиг. 2); для построенія ея, по горизонт. оси откладываютъ углы крена, а по вертик-ной — соотв-щія плечи, или моменты О. Кривая Рида Obyb’d даетъ возм-сть найти уголъ крена, при к-ромъ наступаетъ равновѣсіе к-бля, если на него дѣйствуетъ постоян. кренящая пара; отложивъ Oa, равную въ масштабѣ моменту этой пары, изъ точки a проводятъ горизонт. прямую, которая пересѣчетъ кривую Рида въ точкѣ b; проведя ординату bc, мы въ c отсчитаемъ искомый уголъ крена; часть кривой надъ линіей abb’ представилъ собою діаграмму Рида для к-бля, когда онъ имѣетъ этотъ кренъ (вслѣдствіе, напр., пробоины). Предѣльная величина кренящей пары представляется длиною yx; если на к-бль подѣйствуетъ пара съ моментомъ еще большимъ, то онъ опрокинется. Точка d пересѣченія кривой съ горизонт. осью показываетъ, при какомъ углѣ крена судно совершенно теряетъ О.; чѣмъ дальше d отъ o, т.-е. чѣмъ длиннѣе діаграмма, тѣмъ запасъ О. больше; конечно, этотъ запасъ зависитъ также и отъ высоты діаграммы. На практикѣ нерѣдко приходится имѣть дѣло съ кренящими парами, внезапно приложенными къ судну (напр., шквалъ); подъ вліяніемъ такой пары судно начинаетъ крениться, пріобрѣтаетъ нѣк-рую угловую скорость, все увеличивающуюся, пока кренящая пара остается больше выпрямляющей. К-бль придетъ въ положеніе равновѣсія, когда моменты обѣихъ паръ сравняются; вслѣдствіе накопленной углов. скорости (инерціи) судно перейдетъ это положеніе равновѣсія и будетъ крениться дальше, но при этомъ выпрямляющая пара станетъ уже больше кренящей, угловая скорость судна будетъ постепенно уменьшаться, и к-бль остановится. Послѣ этого онъ начнетъ возвращаться въ положеніе равновѣсія, снова его перейдетъ и, т. обр., будетъ качаться подобно маятнику (см. Качка). Важно умѣть опредѣлять тотъ уголъ, до к-раго внезапно приложенная пара накренитъ к-бль; этотъ уголъ настолько лежитъ за положеніемъ равновѣсія, что избытокъ работы выпрямляющей пары надъ работою кренящей, при наклоненіи к-бля отъ положенія равновѣсія до этого угла, равенъ избытку работы кренящей пары надъ работою, выпрямляющей при наклоненіи отъ нуля до положенія равновѣсія. Изъ механики извѣстно, что работа кренящей пары, съ моментомъ M=oa, графически изображается площадью прямоуг-ка со сторонами: Oa — равной моменту пары и Oc — равн. соотв. углу поворота; работа же выпрямляющей пары, мѣняющаяся согласно кривой Рида, изображается площадью, заключенной между кривой и горизонт. осью въ предѣлахъ соотв-щихъ ординатъ. Вышеупомянут. избытокъ работы кренящей пары надъ выпрямляющей изобразится площадью: oabc—obc=oab, а избытокъ работы выпрямл. пары надъ кренящей во 2-й періодъ качанія — площадью: cbnek—cblk=bnl. Чтобы опредѣлить уголъ, до к-раго к-бль накренится подъ вліяніемъ внезапно приложенной кренящей пары, надо найти на діагр. Рида такую ординату nk, чтобы площ. obc=площ. Δbnl; отрѣзокъ ok дастъ искомый уголъ, тогда какъ Oc даетъ уголъ, при к-ромъ наступитъ равновѣсіе кренящаго и выпрямл. моментовъ. Работа выпрямл. пары при наклоненіи к-бля отъ прямого положенія называется динамической О. к-бля. Графически она выражается на фиг. 2 кривою oprs, ординаты коей представляютъ величины работы выпрямляющей пары при соотв. углахъ крена. Динамич. О. особенно важна для парусн. судовъ, т. к. только по ней можно судить о способ-ти к-бля сопротивляться дѣйствію шквала; нельзя въ этомъ случаѣ ограничиваться сужденіемъ по величинѣ плеча статической О., каковое м. быть еще знач-нымъ въ моментъ, когда судно уже переворачивается изъ-за недостатка динамич. О. Классич. примѣромъ сему является гибель въ 1870 г. англ. воен. корабля Captain: идя въ эскадрѣ адм. Мильна подъ парусами и имѣя кренъ 14°, к-бль этотъ неожиданно перевернулся отъ налетѣвшаго шквала, тогда какъ остал. суда, и въ томъ числѣ Monarch, тѣхъ же самыхъ размѣреній и водоизмѣщенія, какъ Captain, благополучно выдержали шквалъ. Фиг. 3 изображаетъ діаграммы Рида для обоихъ этихъ судовъ въ томъ же масштабѣ; изъ нея видно, что хотя плечо статич. О. Captain при 14° крена было не менѣе, чѣмъ у Monarch, но запасъ динамич. О. перваго, изображаемый площадью abc, составлялъ всего 400 тонно-футъ, тогда какъ для Monarch онъ былъ 6000 тонно-фт. (площ. aBm); поэтому достаточно было небольш. шквала, представляемаго линіей ae, чтобы опрокинуть Captain, т. к. Δ acd оказался уже больше площадки dbf; между тѣмъ, шквалъ той же силы (ок. 9 балловъ) наклонилъ Monarch только до 18° и катастрофы не м. произойти. (Крыловъ, Теорія корабля; Pollard et Dudebout, Théorie Du Navire).

Фиг. 1.

Фиг. 2.

Фиг. 3.