В. Жуков - Физика в бою

Что же определяет возможности корабля безопасно совершать длительные плавания? Морякам и кораблестроителям хорошо известно такое понятие, как мореходность. Мореходность — это совокупность качеств корабля, обеспечивающих успешное его плавание при определенных условиях погоды. Корабль считается мореходным, если в море в свежую или штормовую погоду испытывает лишь умеренную бортовую (до 15°) и килевую (до 5°) качку с малой угловой скоростью (период качки не менее 10 сек.), если он устойчив на курсе, может развивать значительную скорость хода, волны не заливают его палубы, а брызги не мешают управлять кораблем и использовать его оружие или специальное, например тральное, оборудование. Мореходные качества корабля зависят от его размеров и их соотношения, от формы обводов, распределения составляющих весовой нагрузки корабля по высоте и т. д.

Естественно, что корабль больших размеров обладает более высокими мореходными качествами. А как обстоит дело, когда надо обеспечить максимальную мореходность при заданном водоизмещении корабля? Прежде всего, на параметры его качки влияет остойчивость— свойство корабля, препятствующее его накренению. Как ни странно на первый взгляд, но чрезмерное повышение остойчивости приводит к более резкой качке, т. е. ухудшает мореходные качества корабля. В то же время остойчивость не может быть уменьшена ниже определенной величины из-за требований другого, не менее важного качества — непотопляемости корабля. Естественно, мореходность корабля можно повысить за счет увеличения объема его надводного борта — запаса плавучести, но этот путь связан с рядом ограничений по весовой нагрузке. Наконец, остается форма подводной и надводной части корпуса корабля. Хотя форма подводной части корабля выбирается в первую очередь из условия обеспечения максимальной скорости на тихой воде, влияния на нее требований мореходности значительны. В последние годы в связи с увеличением размеров гидроакустических антенн, размещаемых в нижней части носовой оконечности корабля, широкое распространение получила каплеобразная форма подводной части его носовой оконечности. Такая форма способствует повышению скорости‘хода корабля на волнах и снижению амплитуды его килевой качки.

Определяющий внешний фактор мореходности корабля— морские волны. Наибольшие "ветровые волны наблюдаются в Южном полушарии. Длина их достигает 400 м, высота 12–13 м, период 17–18 сек., скорость распространения до 22 м/сек. Еще большие океанские волны возникают при подводных землетрясениях (так называемые волны цунами), однако такие волны — явление редкое. Гораздо чаще наблюдаются морские волны высотой 3–5 м. Зато такие волны обладают большей крутизной. Если отношение высоты к длине волны в открытом океане составляет 1/15—1/35, то для морских волн это отношение редко превосходит 1/10.

В Мировом океане плавают корабли и суда, водоизмещения которых находятся в широком диапазоне от нескольких десятков тонн до 180 тыс. т, подводные лодки водоизмещением под водой до 8 тыс. т. В числе надводных имеются обычные (водоизмещающие) корабли и суда с различными формами корпусов и соотношениями главных размерений, глиссирующие корабли и суда, корабли и суда на подводных крыльях и воздушной подушке.

Только один тип корабля — подводная лодка на большой глубине избавлена от воздействия ветра и поверхностных волн. Если не считать скрытности, то это обстоятельство можно отнести к важнейшему преимуществу подводного корабля над надводным. Все же остальные разновидности надводных кораблей и судов подвержены действию морской волны. При их проектировании конструкторы сталкиваются с проблемой обеспечения мореходных качеств. Проблема эта решается каждый раз по-иному, в зависимости от архитектурного типа, назначения и размеров корабля или судна. Но так как проблема имеет все же общий характер, определяемый взаимосвязью «волна — корабль», при ее решении используется ряд общих закономерностей, основанных на широко известных физических явлениях, изучаемых такими науками, как гидростатика, теоретическая механика и гидродинамика.

Русские и советские ученые внесли весомый вклад в науку, изучающую мореходные качества корабля. Вопросами, связанными с качкой корабля, занимались Н. Е. Жуковский, А. Н. Крылов и другие ученые. По праву основоположником науки «качка корабля» считается наш крупнейший ученый и кораблестроитель Алексей Николаевич Крылов. Его основополагающая работа «Новая теория килевой качки корабля» была опубликована еще в конце XIX века в трудах английского института корабельных архитекторов.