ВЭ/ДО/Качка корабля

Качка корабля
Военная энциклопедія (Сытинъ, 1911—1915)

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

КАЧКА КОРАБЛЯ. На волнѣ плавающій корабль получаетъ сложное движеніе, называемое К. боковою, если к-бль качается около своей продол. оси, и килевою, если качается ок. попереч. оси. Важн. мореход. кач-вомъ к-бля считается, если его К. спокойна, плавна и небольшая. Найти условія, отъ к-рыхъ зависитъ достиженіе этого качества, старались почти всѣ ученые, занимавшіеся теоріей к-бля, какъ-то: I. и Д. Бернулли; Эйлеръ и др.; В. Фрудъ далъ приближен. теорію бок. К., а проф. Ник. мор. ак-міи А. Н. Крыловъ предложилъ теорію килевой К. и общую теорію К. на волненіи. О К. к-бля на волненіи можно судить по качаніямъ его на относ-но тих. водѣ, к-рыя, въ свою очередь, подобны колебаніямъ маятника въ сопротивляющейся средѣ. Пока наклоненія на сторону не превышаютъ 10—15 градусовъ, продолж-ность ихъ Т (періодъ естественныхъ свобод. качаній к-бля) почти не зависитъ отъ величины этого наклоненія, составляя прямую функцію отъ момента инерціи к-бля (I), его водоизмѣщенія (Р тн.) и метацентрич. высоты (Mg), по формулѣ:

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

(1)

‎Уравненіемъ же К. к-бля служитъ уравненіе движенія маятника, въ к-рое входитъ членъ, зависящій отъ сопр-ленія воды; послѣднее съ кажд. качаніемъ уменьшаетъ амплитуду К., Черт. 1. и уменьшеніе это выражается тѣмъ или инымъ закономъ. На волненіи К. к-бля болѣе сложна и состоитъ изъ двухъ движеній: качат-наго относ-но пов-сти воды — слѣдствіе остойчивости (Mg) и инерціи (I) к-бля (т. наз. свободныя колебанія) и кругов. вращат. движенія, слѣдуя за пов-стью волны (вынужденныя колебанія). Это второе движеніе вызываетъ центробѣж. ускореніе (W) всѣхъ предметовъ, находящихся на к-блѣ, подобное ускоренію силы тяжести g; равнодѣйствующая этихъ двухъ ускореній g′ оказывается направ­лен­ной всегда по нормали MN къ пов-сти волны (черт. 1) и называется кажущимся ускореніемъ, а произведеніе на массу тѣла — кажущимся вѣсомъ этого тѣла. Кажущееся ускореніе непрерывно мѣняется по величинѣи направленію въ предѣлахъ $\mathrm {g\left(1\pm \pi {\frac {h}{\lambda }}\right)}$, гдѣ h и λ — высота и длина волны, вызывая въ человѣкѣ непріятное ощущеніе ускользанія почвы изъ-подъ ногъ. Отъ этого ускоренія всѣ находящіеся на к-блѣ предметы получаютъ стремление перемѣщаться, во избѣжаніе чего ихъ надо закрѣплять; связи к-бля мѣняютъ на К. свои напряженія. Уравненіе бок. К. на волненіи, если не принимать во вниманіе сопр-ленія воды, пишется такъ:

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

(2)

‎гдѣ h, λ и τ — высота, длина и періодъ волны, а Т — періодъ свобод. качаній к-бля. Здѣсь могутъ встрѣтиться 3 случая: 1) періодъ волны τ великъ сравнит-но съ Т; тогда $\mathrm {\theta =\pi {\frac {h}{\lambda }}\sin \,{\frac {2\pi t}{\tau }}=\sigma }$, гдѣ σ — уг. отклоненія нормали волны отъ вертикали, т.-е. к-бль будетъ качаться, оставаясь перпенд-нымъ къ пов-сти волны; 2) наоборотъ, періодъ к-бля Т великъ по отношенію къ періоду 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. будетъ періодическая, съ періодомъ $\mathrm {t={\frac {T}{2}}}$, причемъ наибол. отклоненія будутъ:

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

‎Если при этихъ углахъ корабль еще остойчивъ, то К. для него не опасна; и, наконецъ, 3-й случай, самый важный, когда Т=τ: тогда $\mathrm {\theta =\pi {\frac {h}{\lambda }}\cdot {\frac {0}{0}}}$, т.-е. неопредѣленности, раскрытіе к-рой показываетъ, что амплитуда (θ) въ каждыя $\mathrm {\frac {T}{2}}$ сек. возрастетъ на величину $\mathrm {\pi {\frac {h}{\lambda }}}$, и К. усиливается. Этотъ теоретич. выводъ подтверждается опытами В. Фруда надъ моделью к-бля: когда ее подвергали дѣйствію волнъ съ періодомъ, равнымъ періоду свобод. качаній модели, размахъ ея съ каждымъ качаніемъ увеличивался, и модель быстро опрокидывалась. Съ к-блемъ этого произойти не м., благодаря сопр-ленію воды, но все-таки К. его м. сильно увеличиться. Въ этихъ случаяхъ надо измѣнить періодъ набѣгающихъ волнъ, мѣняя ск-сть хода или курсъ к-бля. Дѣйствіе такой волны, набѣгающей на движущееся судно, разсматривается, какъ дѣйствіе волны съ нѣк-рымъ другимъ кажущимся періодомъ на неподвижное судно. Черт. 2. Точно также, если к-бль идетъ подъ угломъ γ къ напр-нію бѣга волны (черт. 2), то дѣйствіе послѣдней разсматривается, какъ дѣйствіе суммы двухъ волнъ того же періода: бѣгущей по напр-нію хода судна, съ длиною $\mathrm {AB={\frac {\lambda }{\cos \,\gamma }}}$, и перпенд-ной къ нему, съ длиною $\mathrm {KL={\frac {\lambda }{\sin \,\gamma }}}$, гдѣ λ — длина дѣйствит. волны. Изъ упомянут. теорій и опыта вытекаетъ, что чѣмъ меньше мѣняется кажущееся ускореніе, чѣмъ оно постояннѣе, тѣмъ менѣе чувствит-на К. (говорятъ, тѣмъ она плавнѣе); а это ускореніе тѣмъ менѣе мѣняется, чѣмъ больше періодъ свобод. колебаній к-бля Т (1); изъ той же формулы (1) видно, что чѣмъ остойчивость (Mg) болѣе, тѣмъ К. рѣзче. Раздвигая грузы на к-блѣ къ бортамъ, т.-е. удаляя центръ тяжести ихъ отъ оси вращенія, можно увеличить моментъ инерціи К=Σmr², а поднимая грузы выше — уменьшить Mg, что и сдѣлаетъ К. плавнѣе. Для уменьшенія К. какимъ-либо механич. средствами дѣлали попытки примѣнять жироскопъ, но потребный вѣсъ его оказывается настолько великъ, что для большихъ океан. пароходовъ установка его практически невозможна (приборъ Шлика). Черт. 3. Въ послѣд. время въ Германіи Фрамъ, дир-ръ фирмы Бломъ и Фоссъ, предложилъ устраивать по бортамъ корабля противокренныя цистерны, соединенныя внизу водяными, а на верху воздушн. каналами (черт. 3 а); во время К. вода въ цистернахъ, слѣдуя за наклоненіями к-бля, переливается съ борта на бортъ съ тѣмъ же періодомъ, но запаздывая на половину полн. колебанія; моментъ воды въ цистернѣ уравновѣшиваетъ кренящій моментъ волны, и К. сразу уменьшается почти до нуля. Краномъ на воздуш. каналѣ регулируется періодъ переливанія воды въ цистернахъ, пока онъ не сравняется съ періодомъ волны. Водяной каналъ замѣняютъ иногда наружной водой, дѣлая въ борту отверстія, черезъ к-рыя вода м. вливаться или выливаться изъ цистерны (черт. 3 b).