"Плавающие колесные и гусеничные машины" - читать интересную книгу автора (Редькин М. Г.)

находится центр тяжести по отношению к/центру давления, тем больше метацентрическая высота.
При эксплуатации машины следует также иметь в виду, что вследствие расхода топлива, увеличения или уменьшения грузов водоизмещение машины и взаимное расположение центра давления, метацентра и центра тяжести не остается постоянным, а следовательно, изменяется и начальная метацентрическая высота. Поэтому экипаж должен уметь распределить грузы так, чтобы во время плавания начальная метацентрическая высота была в установленных пределах.
Расстояние г между начальным метацентром и центром давления при крене, как указывалось выше, называется поперечным метацентрическим радиусом, который служит для определения остойчивости машины. Поперечный мета-центрический радиус г, соответствующий заданной ватерлинии и заданной плоскости наклонения, равен частному от деления момента инерции / площади действующей ватерлинии i относительно центральной оси, перпендикулярной к плоскости, на объемное водоизмещение W машины, соответствующее действующей ватерлинии:
r=-L
w'
Эта формула остается справедливой для любой действующей ватерлинии при крене машины.
Объемное водоизмещение W строго ограничено грузоподъемностью плавающей машины. Поэтому увеличение
отношения — возможно лишь при увеличении момента
инерции /.
Момент инерции зависит от формы площади ватерлинии. Например, для ватерлинии прямоугольной формы при длине / и ширине b момент инерции определяется по формуле
/ = — 12 '
Следовательно, при данной длине ширина в значительной мере определяет остойчивость машины.
Однако ширина машины также ограничена (этого требуют условия перевозок по железной дороге). Поэтому на
'Площадью ватерлинии называется площадь, ограниченная этой линией.
18
некоторых плавающих машинах для увеличения объема вытесняемой води и остойчивости устанавливают боковые понтоны.
Жидкие грузы (топливо), полностью заполняющие баки, на остойчивость машины не влияют. Жидкие грузы, заполняющие баки не полностью и могущие свободно переливаться при кренах машины, уменьшают ее остойчивость.
Это объясняется тем, что при крене машины свободная поверхность жидкого груза стремится принять положение, параллельное действующей ватерлинии, центр тяжести груза вследствие этого сместится в сторону крена, что вызовет перемещение общего центра тяжести машины в ту же сторону. В результате уменьшится плечо остойчивости, а следовательно, и остойчивость машины.
С влиянием жидких грузов на остойчивость машины особенно следует считаться при значительном количестве воды на днище корпуса (попавшей туда из-за его негерметичности, после дождя или по каким-либо другим причинам). Вода в корпусе будет свободно переливаться, вследствие чего будет уменьшаться остойчивость машины.
Для уменьшения влияния жидких грузов на остойчивость в плавающих машинах устанавливают обычно два топливных бака или один бак, разделенный внутри специальными продольными перегородками. Так, например, если бак разделить продольной перегородкой, то момент инерции площадей свободной поверхности двух образовавшихся отсеков будет в четыре раза меньше момента инерции площади свободной поверхности бака, не разделенного перегородкой. Поэтому для уменьшения влияния жидких грузов на остойчивость машины топливные баки и отсеки с другими жидкими грузами выполняют с отделениями возможно меньшей ширины.
Продольная остойчивость, уменьшающая килевую качку машины, обычно значительно больше поперечной остойчивости и не требует специального рассмотрения. Величину продольной остойчивости (на малых углах дифферента) определяют по тем же формулам, которые были приведены при определении поперечной остойчивости. Только вместо поперечного (или малого метацентрического) радиуса следует учитывать продольный (или большой метацентриче-ский) радиус R. Формула для радиуса R будет выглядеть так же, как и для радиуса г:
R — Г
K~w
2* 19
где /' — момент инерции той же площади ватерлинии, но взятой уже относительно поперечной оси,; проходящей через центр тяжести площади ватерлинии. <
Метацентрическая высота характеризует остойчивость •машины при углах крена до 15°, при этом положение метацентра практически остается неизменным.
Для полного представления об остойчивости машины необходимо иметь данные об ее остойчивости при углах крена, превышающих 15°, особенно когда начинает обнажаться ходовая часть. В этом случае метацентрическую формулу остойчивости применять нельзя.
Кроме того, при проектировании машины необходимо определить максимальный предельный угол крена, при превышении которого машина опрокинется.
При больших углах остойчивость оценивают не по значению метацентрической высоты, а по плечу остойчивости (отрезок GZ на рис. 5), равному расстоянию между направлениями действия поддерживающей силы воды и веса машины.
Восстанавливающий момент при одном и том же водоизмещении изменяется пропорционально величине плеча остойчивости.
Не разбирая всех приемов, которыми пользуются для вычисления плеча остойчивости при больших углах крена, укажем лишь, что для этого необходимо знать нагрузку машины и положение ее центра тяжести, после чего по теоретическому чертежу можно определить положение цент-ра давления при различных углах крена.
Имея данные о перемещении центра давления и учитывая, что силой, создающей момент, является поддерживающая сила, численно равная водоизмещению, можно найти значения плеч остойчивости или значения восстанавливающих моментов.
Результаты расчетов записываются и оформляются в виде диаграммы статической остойчивости машины (рис. 7). На оси абсцисс откладываются углы крена, а на оси ординат — плечи восстанавливающей пары сил или значения восстанавливающих моментов.
Из диаграммы видно, что при малых углах крена на восходящей части диаграммы плечо остойчивости возрастает (пропорционально углу крена), а на нисходящей части— уменьшается. При некотором угле (в данном случае при угле 70°) плечо остойчивости становится равным нулю, т. е. наступает положение неустойчивого равновесия ма-
20
шины, когда векторы веса машины и поддерживающей силы воды лежат на одной прямой. При дальнейшем крене вес машины вместе с поддерживающей силой будет
Рис. 7. Диаграмма статической остойчивости
создавать опрокидывающий момент, под действием которого машина опрокинется.
Следует также учитывать, что вершина диаграммы статической остойчивости обычно соответствует углу крена, при котором крыша корпуса машины начинает касаться
уровня забортной воды. В этом случае действующая площадь, ограниченная ватерлинией, получается наиболее широкой, а ме-тацентрический радиус и момент остойчивости достигают наибольшего значения. Угол входа крыши в воду, а следовательно, и остойчивость на больших углах крена зависят от высоты надводного борта машины.
Характер диаграмм статической остойчивости для различных машин неодинаков. Чем круче на диаграмме кривая, тем больше у данной машины начальная метацентри-ческая высота и тем быстрее возрастают плечи остойчивости у этой машины с увеличением углов крена (рис. 8).
Однако большая начальная остойчивость, характеризуе-
Рис. 8. Определение угла крена на диаграмме статической остойчивости
21
мая большой начальной поперечной метацентрической высотой, не всегда означает, что машина будет очень остойчива при больших углах крена.
Если известен кренящий момент, то угол крена определяют по диаграмме статической остойчивости следующим образом. На оси ординат (см. рис. 8) находят точку, в которой восстанавливающий момент равен заданному кренящему моменту, и проводят через нее горизонтальную прямую до пересечения с кривой плеч остойчивости. Угол, соответствующий этой точке, и будет углом крена.
При эксплуатации машины на нее действуют различные внешние силы, как статические, так и динамические. К последним можно отнести волны и силы, развивающиеся при поворотах, силу натяжения буксирного троса при буксировке машины, удар одной из гусениц о подводное препятствие. При воздействии внешней силы опрокидывающие и восстанавливающие моменты не равны, вследствие чего плавающая машина начинает крениться и получает угловые ускорения. Достигнув угла крена, при котором восстанавливающий момент равен кренящему, и приобретая в этом положении максимальную угловую скорость, машина будет продолжать крениться и дальше, но замедленно, а когда работа кренящего момента станет равной работе восстанавливающего момента, крен прекратится, машина на мгновение остановится, а затем постепенно начнет возвращаться к нормальному положению, при котором угловая скорость будет равна нулю. Если действие кренящего момента продолжается, то колебание машины будет повторяться бесконечно. Но вследствие сопротивления среды колебания станут затухающими и машина придет в состояние покоя, которое будет определяться углом крена, соответствующим точке В на диаграмме (см. рис. 8). Поэтому при динамическом приложении кренящего момента для определения угла крена следует найти на диаграмме остойчивости такую точку, в которой работа кренящего момента будет равна работе восстанавливающего момента. Работа моментов на диаграмме остойчивости определяется площадью, ограниченной графиками моментов.
Если на диаграмму статической остойчивости нанести график кренящего момента1 — горизонталь АЕ, то можно
1 Кренящий момент может быть величиной либо постоянной, либо переменной (функцией угла крена); соответственно график момента будет изображаться горизонтальной или какой-либо другой кривой линией.
22