С кем из известных ученых своего времени активно сотрудничал А.Н.Крылов, и в какой области науки осуществлялось это сотрудничество?

ПЛАВАНИЕ НЕСПЛОШНЫХ ТЕЛ.

ОСТОЙЧИВОСТЬ ПОДВОДНЫХ КОРАБЛЕЙ

Вопросы к теме (для конспектирования):

В чем заключается особенность подводных кораблей?

Какие меры предпринимаются на подводной лодке для сохранения заданной глубины в однородной среде?

Каково взаимное расположение центров тяжести и плавучести в подводной лодке в погруженном положении, и почему оно должно быть таковым?

Какую роль играет центр плавучести в состоянии крена подводной лодки?

Почему железный корабль не тонет, не смотря на то, что плотность железа в 7,8 раз больше плотности воды?

Какие конструктивные особенности судна позволяют ему оставаться на плаву даже в случае пробоины в подводной части корпуса судна?

Какой принцип исповедывал А.Н.Крылов разрабатывая методику борьбы с креном и/или дифферентом повреждённого корабля?

Кратко опишите методику борьбы с креном и/или дифферентом повреждённого корабля по Крылову.

Какие проблемы теории корабля были успешно решены А.Н.Крыловым?

С кем из известных ученых своего времени активно сотрудничал А.Н.Крылов, и в какой области науки осуществлялось это сотрудничество?

Особый вид кораблей представляют собой подводные лодки. Они должны иметь возможность всплывать и погружаться в воду, а также плыть под поверхностью воды. Т.к. объем лодки остается во всех случаях неизменным, то для выполнения этих маневров на лодке должно быть устройство для изменения ее массы. Это устройство состоит из ряда балластных отсеков в корпусе лодки, которые при помощи насосов можно заполнять забортной водой (при этом масса лодки увеличивается, и она погружается) или освобождать от воды сжатым воздухом (при этом масса лодки уменьшается и она всплывает).

Заметим, что достаточно небольшого избытка или недостатка воды в балластных отсеках, чтобы лодка ушла на самое дно моря или всплыла на поверхность воды. Часто бывает, что в некотором слое плотность воды быстро меняется по глубине, возрастая сверху вниз. Вблизи уровня такого слоя равновесие лодки устойчиво. Действительно, если лодка, находясь на таком уровне, по какой-либо причине погрузится немного глубже, то она попадает в область большей плотности воды. Выталкивающая сила увеличится, и лодка начнет всплывать, возвращаясь к первоначальной глубине. Если же лодка по какой-либо причине поднимется вверх, то она попадает в область меньшей плотности воды, выталкивающая сила уменьшится и лодка может «лежать» на нем, сохраняя равновесие неопределенно долгое время, в то время, как в однородной среде это не удается и для сохранения заданной глубины лодка либо должна все время изменять количество балласта, принимая или вытесняя двигаться, маневрируя рулями глубины.

Рассмотрим устойчивость равновесия тела, находящегося под водой – например подводной лодки.

Остойчивость подводных кораблей

 

 

а). б).

 

А А

G G

 

 

 

На рисунке а). схематически изображена подводная лодка (в поперечном сечении).

На нее действуют две силы: Архимедова сила и сила тяжести , которые уравновешивают друг друга. Обратите внимание, что центр плавучести А расположен выше центра тяжести G. Если бы центр плавучести был ниже центра тяжести, то равновесие дляподводного корабля в подводном положении было бы неустойчивым.

При крене б). на подводную лодку по прежнему действуют эти две силы в прежних направлениях, но на этот раз точки G и А не лежат на одной вертикали, и оси сил отлегли на две параллельные прямые. и образуют пару сил, которая будет возвращать лодку в исходное положение. Центр плавучести А в данном случае играет роль точки подвеса.

Тело, имеющее полости, куда жидкость не проникает при плавании тела, вытесняет такой же объем, что и сплошное тело. Поэтому и выталкивающая сила для такого тела та же, что и для сплошного. Но масса тела с полостями меньше массы сплошного тела; поэтому при достаточно больших полостях такое тело может плавать даже в том случае, когда плотность вещества тела больше плотности жидкости. Железный корабль вытесняет объем воды во много раз бóльший, чем объем железа, из которого сделан корпус судна; поэтому он имеет плавучесть, несмотря на то, что плотность железа в 7,8 раз больше плотности воды. Если пространство внутри судна заполнится водой, например, в случае течи, то вытесненный объем уменьшится, судно потеряет плавучесть и начнет тонуть.

Для обеспечения безопасности мореплавания следует предусматривать возможность пробоины в корпусе судна. Все внутреннее пространство разделяют рядом стальных переборок на водонепроницаемые отделения – отсеки. В случае пробоины или течи заполняется водой только один из отсеков, и судно продолжает оставаться на плаву, хотя и появляется крен и(или) дифферент.

Огромный вклад в развитие теории корабля внес выдающийся российский и советский морской инженер Алексей Николеевич Крыло́в (1863 – 1945). Развивая идеи своего гениального современника адмирала Степана Осиповича Макарова (1848—1904) — океанографа, полярного исследователя и кораблестроителя – он довел до совершенства методику борьбы с креном или дифферентом повреждённого корабля путем затопления неповреждённых отсеков. Исповедуя принцип: «Корабль должен тонуть, не переворачиваясь» - А.Н.Крылов предложил неожиданный для того времени способ сохранения остойчивости поврежденного корабля путем затопления неповрежденных отсеков, которые расположены симметрично поврежденным относительно диаметральной плоскости корабля. Упрощенно эту методику можно изобразить таким образом, что в противовес отсеку, который уже

имеет пробоину и затоплен пробоина

водой, экипаж затапливает непо-

врежденный отсек, расположен-

ный симметрично поврежденному затапливаемый отсек

относительно диаметральной плос-

кости корабля. Это позволяет, если не ликвидировать, то уменьшить имеющийся крен или дифферент, увеличив тем самым остойчивость корабля и предотвратив его опрокидывание.

Конечно, схема, изображенная на рисунке, очень упрощена для наглядности. В реальности отсеки имеют более сложную форму. Ниже приведены реальные примеры спрямления кораблей, получивших повреждения, из книги ученика А.Н.Крылова Н.П.Муру «Основы непотопляемости корабля»:

Схема затопления отсеков и аварийной посадки крейсера «Красный Кавказ»

Схема боевых повреждений и затопления отсеков германского линейного крейсера

«Зейдлиц»: ВЛ - ватерлиния до повреждения; В1Л1 - ватерлиния поврежденного

корабля через сутки после топедирования.

 

Схема затопления отсеков и аварийной посадки лидера «Ташкент»

 

Биографическая справка:

Алексей Николеевич Крыло́в (1863 – 1945) — русский и советский специалист в области механики, математик, академик Петербургской Академии Наук, генерал для особых поручений при морском министре Российской империи, академик Академии Наук СССР, Герой Социалистического Труда.

В области кораблестроения А.Н. Крылов больше всего занимался теорией корабля. Его можно смело назвать создателем современной теории корабля; он блестяще решил такие новые, выдвинутые жизнью проблемы, как качка корабля, его непотопляемость и другие, предложил новую методику решения почти всех задач теории корабля. Так, одна из старейших кораблестроительных дисциплин, долго находившаяся в бессистемном состоянии и имевшая немало ошибок и "белых пятен", приобрела благодаря трудам А.Н. Крылова стройный и строгий вид, была прочно поставлена на подлинно научную основу и превратилась в четкую систему научных положений и выводов. Еще в девяностых годах XIX века, будучи молодым ученым, А.Н. Крылов создал теорию качки корабля на волнении. Мировая наука получила классическое решение вопроса, казавшегося до Крылова неразрешимым.

С 1900 года А. Н. Крылов активно сотрудничал со Степаном Осиповичем Макаровым, адмиралом и учёным-кораблестроителем, работая над проблемой плавучести корабля. Результаты этой работы вскоре стали классическими и до сих пор широко используются в мире. Много лет спустя Крылов напишет о ранних идеях Макарова по борьбе с креном или дифферентом повреждённого корабля затоплением неповреждённых отсеков: «Это казалось морским чиновникам большой чушью. Потребовалось 35 лет… на то, чтобы их убедить, что идеи 22-летнего Макарова имеют большое практическое значение».

А.Н. Крылов развил это учение, создал свои знаменитые таблицы непотопляемости, внес неоценимый вклад в обеспечение плавучести и остойчивости кораблей. Его выводами и предложениями, а также таблицами непотопляемости пользуются ныне во всех флотах мира, используя их в работе бортовых компьютеров.

А.Н. Крылов внес много ценного и в учение о прочности корабля, создал классические работы и по теории магнетизма ("Основания теории девиации компаса", "О теории гирокомпаса"). Многие навигационные приборы, широко применяемые сейчас на флоте и в авиации, основаны на принципах, разработанных А.Н. Крыловым.