Сили та моменти, що діють на підводний човен, що рухається в підводному положенні
На підводному положенні, що рухається в підводному положенні, діють сили і моменти, які в залежності від характеру їх впливу можна розділити на дві групи: статичні і динамічні (рис. 8).
До статичних відносяться:
- сила ваги підводного човна Рп;
- Сила плавучості γVп;
- Відновлюючий момент Мψ;
- Залишкова плавучість q;
- Надлишковий диференційний момент Мq.
Сила ваги підводного човна в підводному положенні Рп, прикладена в центрі тяжкості G, включає, крім нормального навантаження статично удиферентованого підводного човна, вага води в цистернах головного баласту і в проникних частинах корпусу. Сила плавучості в підводному положенні дорівнює добутку питомої ваги забортної води на повне підводне водотоннажність Vп, взяте по зовнішніх обводах підводного човна. Вона прикладена в центрі величини, розташованому на нормальній осі Gy на відстані hп від початку координат, де hп - метацентрична висота підводного човна в підводному положенні.
Сили Рп і γVп рівні та протилежно спрямовані. Дія їх на підводний човен зводиться до створення у разі виникнення кута диферента (або крену) відновлювального моменту Мψ = Pпhпsinψ або mθ= Pпhпsinθ.
Залишкова плавучість q з'являється в результаті того, що фактичне навантаження підводного човна практично завжди відрізняється від його навантаження статично удифферентованому стані, коли γVп=Рп.
Надлишковий диференціюючий момент Мq створюється головним чином за рахунок того, що точка додатків сили залишкової плавучості не збігається з центром тяжкості G, а знаходиться на деякій відстані від хq:
де q cosψ – складова сили q, паралельна осі Gy.
Надлишковий диференціюючий момент може виникати такожвнаслідок переміщення вантажів усередині корпусу без зміни ваги підводного човна (наприклад, внаслідок перерозподілу води між диферентними цистернами). Статичні сили та моменти залежать від навантаження підводного човна та його положення (кута диферента або крену) і не залежать від швидкості підводного човна.
Мал. 8. Сили та моменти, що діють на підводний човен під час руху під водою
До динамічних сил і моментів відносяться:
- сила тяги гребних гвинтів Т;
- момент сили тяги МТ;
- Головний вектор гідродинамічних сил R;
- Моменти гідродинамічних сил щодо координатних осей.
Рух підводного човна із заданою швидкістю забезпечується роботою гребних гвинтів, що створюють силу тяги Т, спрямовану по осі валопроводу. Оскільки вісь валопроводу, як правило, знаходиться нижче лінії дії сили опору води руху підводного човна на величину уТ, створюється момент сили тяги МТ = Т уТ, що диференціює підводний човен на корму.
Головний вектор гідродинамічних сил R є рівнодією всіх гідродинамічних сил, що діють з боку води на поверхню корпусу підводного човна при його русі. Точка додатка головного вектора називається центром тиску, позначається буквою До й у випадку не збігається з центром тяжкості підводного човна. Розташування центру тиску залежить від характеру руху підводного човна та його положення щодо поверхні води:
- під час руху підводного човна на передньому ходу на прямому курсі центр тиску розташовується в ніс від центру тяжіння;
- при русі на задньому ходу та на циркуляції центр тиску знаходиться в кормі від центру тяжіння;
- У підводному положенні центр тиску розташований вище центру тяжіння;
-у надводному положенні підводного човна центр тиску нижче центру тяжіння.
Розкладання головного вектора гідродинамічних сил на складові, паралельні до осей координат, дає у разі просторового маневрування наступні сили, що діють на підводний човен:
- Поздовжню гідродинамічну силу, або силу лобового опору води Х при рівномірному русі підводного човна ця сила дорівнює силі тяги гребних гвинтів;
— нормальну гідродинамічну силу Y, яка в залежності від напрямку є або підйомною (при Y>О), або топить (при Y