ВЭ/ВТ/Качка корабля

Качка корабля
Военная энциклопедия (Сытин, 1911—1915)

Словник: Кальяри — Кобелянка. Источник: т. 12: Кальяри — Кобелянка, с. 467—468 ( РГБ · commons )

КАЧКА КОРАБЛЯ. На волне плавающий корабль получает сложное движение, называемое К. боковою, если к-бль качается около своей продол. оси, и килевою, если качается ок. попереч. оси. Важн. мореход. кач-вом к-бля считается, если его К. спокойна, плавна и небольшая. Найти условия, от к-рых зависит достижение этого качества, старались почти все ученые, занимавшиеся теорией к-бля, как-то: I. и Д. Бернулли; Эйлер и др.; В. Фруд дал приближен. теорию бок. К., а проф. Ник. мор. ак-мии А. Н. Крылов предложил теорию килевой К. и общую теорию К. на волнении. О К. к-бля на волнении можно судить по качаниям его на относ-но тих. воде, к-рые, в свою очередь, подобны колебаниям маятника в сопротивляющейся среде. Пока наклонения на сторону не превышают 10—15 градусов, продолж-ность их Т (период естественных свобод. качаний к-бля) почти не зависит от величины этого наклонения, составляя прямую функцию от момента инерции к-бля (I), его водоизмещения (Р тн.) и метацентрич. высоты (Mg), по формуле:

$\mathrm {T=2\pi {\sqrt {\frac {1}{P.Mg}}}}$

(1).

‎Уравнением же К. к-бля служит уравнение движения маятника, в к-рое входит член, зависящий от сопр-ления воды; последнее с кажд. качанием уменьшает амплитуду К., Черт. 1. и уменьшение это выражается тем или иным законом. На волнении К. к-бля более сложна и состоит из двух движений: качат-наго относ-но пов-сти воды — следствие остойчивости (Mg) и инерции (I) к-бля (т. наз. свободные колебания) и кругов. вращат. движения, следуя за пов-стью волны (вынужденные колебания). Это второе движение вызывает центробеж. ускорение (W) всех предметов, находящихся на к-бле, подобное ускорению силы тяжести g; равнодействующая этих двух ускоре­ний g′ оказыва­ется направ­лен­ной всегда по нормали MN к пов-сти волны (черт. 1) и называется кажущимся ускорением, а произведение на массу тела — кажущимся весом этого тела. Кажущееся ускорение непрерывно меняется по величине и направлению в пределах $\mathrm {g\left(1\pm \pi {\frac {h}{\lambda }}\right)}$, где h и λ — высота и длина волны, вызывая в человеке неприятное ощущение ускользания почвы из-под ног. От этого ускорения все находящиеся на к-бле предметы получают стремление перемещаться, во избежание чего их надо закреплять; связи к-бля меняют на К. свои напряжения. Уравнение бок. К. на волнении, если не принимать во внимание сопр-ления воды, пишется так:

$\mathrm {\theta =\pi {\frac {h}{\lambda }}\cdot {\frac {1}{1-{\frac {T^{2}}{\tau ^{2}}}}}\left\{\sin \,{\frac {2\pi t}{\tau }}-{\frac {T}{\tau }}\sin \,{\frac {2\pi t}{T}}\right\}}$

(2),

‎где h, λ и τ — высота, длина и период волны, а Т — период свобод. качаний к-бля. Здесь могут встретиться 3 случая: 1) период волны τ велик сравнит-но с Т; тогда $\mathrm {\theta =\pi {\frac {h}{\lambda }}\sin \,{\frac {2\pi t}{\tau }}=\sigma }$, где σ — уг. отклонения нормали волны от вертикали, т. е. к-бль будет качаться, оставаясь перпенд-ным к пов-сти волны; 2) наоборот, период к-бля Т велик по отношению к периоду волны τ; тогда $\mathrm {\theta =\pi {\frac {h}{\lambda }}\cdot {\frac {\frac {T}{\tau }}{1-{\frac {T^{2}}{\tau ^{2}}}}}\sin \,{\frac {2\pi t}{T}}}$, т. е. К. будет периодическая, с периодом $\mathrm {t={\frac {T}{2}}}$, причем наибол. отклонения будут:

$\mathrm {\theta _{max}=\pm \pi {\frac {h}{\lambda }}\cdot {\frac {\frac {T}{\tau }}{1-{\frac {T^{2}}{\tau ^{2}}}}}}$.

‎Если при этих углах корабль еще остойчив, то К. для него не опасна; и, наконец, 3-й случай, самый важный, когда Т=τ: тогда $\mathrm {\theta =\pi {\frac {h}{\lambda }}\cdot {\frac {0}{0}}}$, т. е. неопределенности, раскрытие к-рой показывает, что амплитуда (θ) в каждые $\mathrm {\frac {T}{2}}$ сек. возрастет на величину $\mathrm {\pi {\frac {h}{\lambda }}}$, и К. усиливается. Этот теоретич. вывод подтверждается опытами В. Фруда над моделью к-бля: когда ее подвергали действию волн с периодом, равным периоду свобод. качаний модели, размах её с каждым качанием увеличивался, и модель быстро опрокидывалась. С к-блем этого произойти не м., благодаря сопр-лению воды, но всё-таки К. его м. сильно увеличиться. В этих случаях надо изменить период набегающих волн, меняя ск-сть хода или курс к-бля. Действие такой волны, набегающей на движущееся судно, рассматривается, как действие волны с нек-рым другим кажущимся периодом на неподвижное судно. Точно также, если Черт. 2. к-бль идет под углом γ к напр-нию бега волны (черт. 2), то действие последней рассматривается, как действие суммы двух волн того же периода: бегущей по напр-нию хода судна, с длиною $\mathrm {AB={\frac {\lambda }{\cos \,\gamma }}}$, и перпенд-ной к нему, с длиною $\mathrm {KL={\frac {\lambda }{\sin \,\gamma }}}$, где λ — длина действит. волны. Из упомянут. теорий и опыта вытекает, что чем меньше меняется кажущееся ускорение, чем оно постояннее, тем менее чувствит-на К. (говорят, тем она плавнее); а это ускорение тем менее меняется, чем больше период свобод. колебаний к-бля Т (1); из той же формулы (1) видно, что чем остойчивость (Mg) более, тем К. резче. Раздвигая грузы на к-бле к бортам, т. е. удаляя центр тяжести их от оси вращения, можно увеличить момент инерции К=Σmr², а поднимая грузы выше — уменьшить Mg, что и сделает К. плавнее. Для уменьшения К. каким-либо механич. средствами делали попытки применять жироскоп, но потребный вес его оказывается настолько велик, что для больших океан. пароходов установка его практически невозможна (прибор Шлика).Черт. 3. В послед. время в Германии Фрам, дир-р фирмы Блом и Фосс, предложил устраивать по бортам корабля противокренные цистерны, соединенные внизу водяными, а на верху воздушн. каналами (черт. 3 а); во время К. вода в цистернах, следуя за наклонениями к-бля, переливается с борта на борт с тем же периодом, но запаздывая на половину полн. колебания; момент воды в цистерне уравновешивает кренящий момент волны, и К. сразу уменьшается почти до нуля. Краном на воздуш. канале регулируется период переливания воды в цистернах, пока он не сравняется с периодом волны. Водяной канал заменяют иногда наружной водой, делая в борту отверстия, через к-рые вода м. вливаться или выливаться из цистерны (черт. 3 b).