1.7. Вес и водоизмещение МПО

МПО любого класса испытывают на себе действие силы веса, которая ориентирована по вертикальной оси полусвязанной координатной системы. Будучи приложенной к центру масс корабля, она не создает кренящий или дифферентующий моменты, но при произвольной пространственной ориентации МПО раскладывается на продольную, поперечную и вертикальную составляющие в подвижной координатной системе. Это разложение иллюстрирует рис. 1.10. Оно осуществляется тремя последовательными поворотами связанной координатной системы из начального положения, совмещенного с полусвязанными осями как это делается при определении углов Эйлера. Первый поворот на угол рыскания совершается вокруг вертикальной неподвижной оси в плоскости перпендикулярной направлению силы веса . Поэтому рыскание корабля не сказывается на значения проекций этой силы в связанных осях (см. рис. 1.10, состояние 1).

Рис. 1.10. Разложение силы веса на связанные оси

Второй поворот осей осуществляется относительно поперечной оси на угол дифферента против часовой стрелки (состояние 2 на рис. 1.10). Третий вокруг продольной оси из промежуточного достояния 2 на угол крена в также в положительном направлении. В состоянии 3 подвижная система координат, связанная с корпусом МПО, Занимает произвольно ориентированное положение. Последовательное проектирование силы веса в каждом положении связанных осей в конечном счете приводит к значениям проекций на произвольно расположенные оси подвижной системы:

Сила водоизмещения А - подъемная сила вытесненной корпусом МПО жидкости так же, как и сила веса, ориентирована по вертикальной оси полусвязанной системы координат. Но ее точка приложения не совпадает с центром масс, а занимает положение, определяемое координатами в подвижной координатной системе. Поэтому сила водоизмещения не только компенсирует вес корабля, но и создает момент, который изменяет его угловую ориентацию в пространстве. Проекции подъемной силы А на связанные оси определяются по аналогии с проекциями силы веса. При использовании выражений (1.38) достаточно учесть, что направление силы водоизмещения противоположно силе веса:

Суммарное воздействие сил веса и водоизмещения определяется наложением их проекций:

где разность представляет собой плавучесть корабля.

Сила веса так же, как и масса МПО на ограниченных временных интервалах, остается постоянной, в то время как сила водоизмещения может изменяться, например, в результате морского волнения. Если в стационарных невозмущенных условиях движения вес корабля и его водоизмещение взаимно компенсируются, то при плавании на волнении их суммарное силовое воздействие проявляется существенно. Ненулевая плавучесть характерна также для режимов всплытия и погружения подводных аппаратов.

Проекции момента силы водоизмещения на связанные оси имеют вид

Их можно преобразовать, подставив (1.39) в (1.40). Тогда кренящий момент силы водоизмещения

дифферентующий момент

и момент рыскания

.

Моменты существуют даже при нулевой плавучести. В связи с тем, что они зависят от углов крена и дифферента, при постоянной силе водоизмещения можно найти условия равновесия, т. е. такое угловое положение МПО, при котором моменты сил водоизмещения обращаются в ноль:

Балансировка корабля на тихой воде достигается правильным расположением груза. При этом стремятся получить нулевой крен и небольшой (1 —2°) дифферент на корму. Бортовая и килевая качка при волнении моря происходит в окрестностях балансировочных значений углов крена и дифферента.