👋Ребята всем привет!!!
🎲Мы часто видим в мультфильмах, военных исторических фильмах подводные лодки различной конструкции и назначения. Возможно, кто-то из вас даже видел в "живую" и был на борту. Такой способ погружения в воду интересный, увлекательный и очень захватывающий. Но давайте поговорим про математическую сторону этого процесса.
📚Мореходные качества подводной лодки и ее особенности изучаются специальной отраслью, которая носит название “Теория подводной лодки” и включает следующие разделы: плавучесть, остойчивость, ходкость, качку, непотопляемость, мореходность, управляемость, спуск на воду.
⚙️Надводная плавучесть ПЛ, аналогично плавучести надводного корабля, характеризуется запасом плавучести. То есть, отношением водонепроницаемых объёмов выше ватерлинии (ВЛ), ко всему водонепроницаемому объёму, и выражается в процентах.
🔭Например, если общий объём ПЛ — 3000 м³, а надводной части — 600 м³, то запас плавучести: W = 600/3000 * 100 = 20%
🔭То же отношение можно выразить в водоизмещениях. Для данного примера в дистиллированной воде (1 м³ = 1 т) водоизмещение будет:
Dн = 3000 — 600 = 2400 т, а водоизмещение её полного объёма
Dп = 3000 т. Тогда
W = (Dп — Dн) / Dп * 100.
🌊Подводная плавучесть принципиально отличается от надводной. Чтобы полностью погрузить лодку в воду, нужно довести её вес до веса воды, вытесняемой её полным объёмом. Иначе говоря, погасить запас плавучести до 0 % приёмом дополнительного груза (балласта), на практике — забортной воды.
🌊С точки зрения физики можно также считать, что лодка уменьшает свой объём, впуская окружающее море внутрь корпуса. В теории ПЛ принят первый подход — балластная вода считается собственностью лодки, то есть грузом. И говорят, что надводное водоизмещение меньше подводного.
🌊В нашем примере — 2400/3000 т. Как видим, запас плавучести можно выразить отношением надводного и подводного водоизмещений. Однако, если принять больше груза, чем весит полностью погруженная ПЛ (создать отрицательную плавучесть), она будет не плавать в подводном положении, а тонуть — продолжать погружаться, пока не достигнет грунта или не разрушится.
🌊Поэтому жизненно важно, чтобы теоретическая подводная плавучесть была именно нейтральна — 0 %. Для надводного корабля это пограничное состояние приравнивается к потере плавучести, для ПЛ оно — повседневная норма.
📌На практике прием балласта требует затрат времени и энергии. Поэтому золотое правило надводного корабля: «чем больше запас, тем лучше» противоречит техническим требованиям. Конструктивный запас плавучести стараются ограничивать.
📌Обычно он составляет у ПЛ 8−30 % (в зависимости от проекта), по сравнению с 50−60 % и более у надводных кораблей. Меньший запас противоречит требованиям непотопляемости, больший — скорости погружения/всплытия и ограничению по конструктивным размерам.
🧨Вы еще не устали, вам интересно, тогда мы продолжаем!!!
⚙️Надводная остойчивость. Принципы надводной остойчивости ПЛ также аналогичны остойчивости надводного корабля. Точно так же различают статическую и динамическую остойчивость.
⚙️ПЛ на ровном киле также находится в положении неустойчивого равновесия. Центр величины (ЦВ, C) располагается под центром тяжести (ЦТ, G). При появлении крена Θ или дифферента Ψ, ЦВ смещается, сила поддержания γV образует с силой тяжести P плечо восстанавливающего момента mв.
⚙️Особенностью поперечной остойчивости ПЛ является то, что её корпус, по соображениям прочности, имеет круглое сечение. Поэтому, с увеличением крена, изменения площади действующей ватерлинии незначительны (то есть остойчивость формы не растет). Восстанавливающий момент с нарастанием крена меняется мало.
⚙️Как на поперечную, так и на продольную надводную остойчивость ПЛ влияет наличие большого количества жидких грузов, как правило, имеющих свободные поверхности, — во вспомогательных балластных и специальных цистернах. Все они уменьшают запас динамической остойчивости. В отличие от надводного корабля, где стараются свободные поверхности допускать как можно меньше, ПЛ по самому своему устройству вынуждена их иметь.
⚙️По этой причине запас динамической надводной остойчивости у ПЛ меньше, чем у надводного корабля. То есть ПЛ, как правило, получаются более "валкими" на поверхности.
🔭Складывается впечатление что подводная лодка это какой-то корабль-перевертышь, все у него не как на поверхности, не так ли. Если вы знаете больше о подводных лодках поделитесь жтим в комментариях и не забудьте подписаться на канал!!!
⚙️Подводная остойчивость ПЛ принципиально отличается от надводной. Под водой погруженный объём в целом постоянен. ЦВ не смещается. Поэтому восстанавливающий момент по типу надводного возникнуть не может. В подводном положении требуется устойчивое равновесие.
⚙️То есть ЦТ должен находиться ниже ЦВ. Тогда любой крен или дифферент создаёт пару сил, спрямляющих лодку. Остойчивость формы при этом отсутствует, имеется только остойчивость веса. Однако любое смещение ЦТ влияет на положение лодки в воде — посадку.
⚙️Особенно лодка под водой чувствительна к продольным усилиям, вызывающим дифферент. Возникающие при этом опрокидывающие моменты (mкр), при отсутствии остойчивости формы, часто превышают спрямляющие, и опасны для лодки. Архимедовых сил для их компенсации недостаточно, и требуется искусственное вмешательство. Его осуществляют продольным смещением груза, называемым дифферентовкой.
⚙️Остойчивость при погружении (всплытии) представляет особый случай, при котором основные параметры, определяющие остойчивость, переменны. Происходит переход от неустойчивого равновесия (надводное положение) к устойчивому (подводное). Он сопровождается временным уменьшением остойчивости. Высота ЦВ (Zc) над основной плоскостью с глубиной растёт, высота ЦТ (Zg) сначала уменьшается, затем растёт, высота метацентра (Zm, не путать с метацентрической высотой) растёт, затем уменьшается, и снова растёт.
⚙️Их совместное влияние описывается диаграммой плавучести и начальной остойчивости подводной лодки. Две особые точки диаграммы: I — совпадение ЦВ и ЦТ. Восстанавливающий момент определяется только моментом остойчивости формы. II — уход под воду прочного корпуса. Метацентр сливается с ЦВ, метацентрическая высота минимальна.
⚙️При погружении и всплытии имеются большие чем когда-либо (кроме случаев повреждения) свободные поверхности — в цистернах главного балласта. Поэтому запас динамической остойчивости ПЛ минимален.
⚙️Надводная и подводная ходкость ПЛ резко различаются. Для ПЛ, как для надводного корабля, справедливы зависимости сопротивления от скорости хода. Сопротивление пропорционально квадрату скорости:
X = f * V², где V — скорость, f — коэффициент пропорциональности.
Потребная мощность пропорциональна кубу частоты вращения винта (винтовая характеристика): Ne = m * w³, где m — коэффициент, w — частота вращения.
⚙️Надводная ходкость характеризуется наличием волнового сопротивления (Xв), сопротивления формы (Xф, см. коэффициент сопротивления формы) и сопротивления трения (Xт). На полном ходу в надводном положении волновое сопротивление достигает 50 — 60 % общего. Подводная ходкость отличается тем, что волновое сопротивление отсутствует Xd = 0 (начиная с глубины, равной половине длины лодки).
⚙️Таким образом, создать корпус, удовлетворяющий обоим режимам, невозможно. Более того, невозможен и удовлетворительный компромисс. Поэтому форму корпуса оптимизируют на более характерный режим.
⚙️Надводная качка. Для ПЛ характерна в основном надводная качка. В надводном положении к ПЛ применимы все соображения, действующие при качке надводного корабля. Хотя лодка, как и надводный корабль, имеет все 6 степеней свободы, наибольшее влияние на неё оказывают бортовая и килевая качка.
⚙️Отличием бортовой качки ПЛ является большая амплитуда. По опыту эксплуатации, она может доходить до Θ = 60°, при волнении 5 - 6 баллов.
⚙️Подводная качка ПЛ сколько-нибудь заметна только в приповерхностном слое. Она оказывает влияние на эксплуатацию ПЛ использующих выдвижные устройства, прежде всего РДП, и на условия пуска ракет из подводного положения. Таким образом, речь идет о глубинах погружения от 10 м (перископная глубина) до 45 м (стартовая глубина).
⚙️Принцип действия субмарины. Система погружения и всплытия подводной лодки включает в себя балластные и вспомогательные цистерны, а также соединительные трубопроводы и арматуру. Основной элемент здесь – это цистерны главного балласта, за счет заполнения водой которых погашается основной запас плавучести ПЛ. Все цистерны входят в носовую, кормовую и среднюю группы. Их можно заполнять и продувать по очереди или одновременно.
⚙️Важный компонент любой субмарины – воздушная система. Погружение, всплытие, удаление отходов – все это делается при помощи сжатого воздуха. Последний хранят под высоким давлением на борту ПЛ: так он занимает меньше места и позволяет аккумулировать больше энергии. Воздух высокого давления находится в специальных баллонах: как правило, за его количеством следит старший механик. Пополняются запасы сжатого воздуха при всплытии. Это долгая и трудоемкая процедура, требующая особого внимания. Чтобы экипажу лодки было чем дышать, на борту субмарины размещены установки регенерации воздуха, позволяющие получать кислород из забортной воды.
Кстати, а вы знали, что подводные лодки сейчас главное вооружение подводных сил военно-морского флота?
✨🎉🔥⚡️☄️💥🌟❄️🌨☃️✨🎉🔥⚡️☄️💥🌟❄️🌨☃️⚡️☄️💥🌟❄️⚡️☄️
📌Подписывайтесь на наш канал, делитесь новостями со всеми, ставьте лайки поддерживайте наш канал, пишите комментарии. Ваш ВышМат
По вопросам сотрудничества писать на почту - решение задач (математика/высшая математика), контрольных курсовых, репетиторство, подготовка к ЕГЭ - сообщество в контакте: https://vk.com/mironovviyshmat
‼️‼️‼️Также напоминаю что у нас есть еще один интересный канал про GameDev и компьюбтерные игры его можно посмотреть здесь .
✨🎉🔥⚡️☄️💥🌟❄️🌨☃️✨🎉🔥⚡️☄️💥🌟❄️🌨☃️⚡️☄️💥🌟❄️⚡️☄️