Физика в бою

Шторм и волна были главной опасностью кораблей прошлого. Но только ли прошлого? Во вторую мировую войну в штормовую погоду разламывались крупные транспорты и такие боевые корабли, как эскадренные миноносцы. Подсчитано, что только в проливе Ла-Манш на каждый невоенный год с 1902 по 1961 приходится 271 судно (включая мелкие), погибшее по различным причинам и прежде всего от штормов.

Однако известно, что уже кораблестроители глубокой древности умели строить корабли с высокими мореходными качествами, а мореплаватели отваживались совершать на них дальние походы. В V–IV веках до нашей эры карфагенский мореплаватель Ганнон вывел из Средиземного моря флотилию из 60 кораблей, миновал Геркулесовы Столбы и взял курс на юг вдоль побережья Африки. Флотилия дошла до побережья Сенегала, основав по пути 7 городов. На совсем небольших, по современным понятиям, кораблях совершали свои плавания русские мореплаватели — новгородцы и поморы. Да и каравеллы Колумба и Магеллана не отличались большими размерами.

Что же определяет возможности корабля безопасно совершать длительные плавания? Морякам и кораблестроителям хорошо известно такое понятие, как мореходность. Мореходность — это совокупность качеств корабля, обеспечивающих успешное его плавание при определенных условиях погоды. Корабль считается мореходным, если в море в свежую или штормовую погоду испытывает лишь умеренную бортовую (до 15°) и килевую (до 5°) качку с малой угловой скоростью (период качки не менее 10 сек.), если он устойчив на курсе, может развивать значительную скорость хода, волны не заливают его палубы, а брызги не мешают управлять кораблем и использовать его оружие или специальное, например тральное, оборудование. Мореходные качества корабля зависят от его размеров и их соотношения, от формы обводов, распределения составляющих весовой нагрузки корабля по высоте и т. д.

Естественно, что корабль больших размеров обладает более высокими мореходными качествами. А как обстоит дело, когда надо обеспечить максимальную мореходность при заданном водоизмещении корабля? Прежде всего, на параметры его качки влияет остойчивость— свойство корабля, препятствующее его накренению. Как ни странно на первый взгляд, но чрезмерное повышение остойчивости приводит к более резкой качке, т. е. ухудшает мореходные качества корабля. В то же время остойчивость не может быть уменьшена ниже определенной величины из-за требований другого, не менее важного качества — непотопляемости корабля. Естественно, мореходность корабля можно повысить за счет увеличения объема его надводного борта — запаса плавучести, но этот путь связан с рядом ограничений по весовой нагрузке. Наконец, остается форма подводной и надводной части корпуса корабля. Хотя форма подводной части корабля выбирается в первую очередь из условия обеспечения максимальной скорости на тихой воде, влияния на нее требований мореходности значительны. В последние годы в связи с увеличением размеров гидроакустических антенн, размещаемых в нижней части носовой оконечности корабля, широкое распространение получила каплеобразная форма подводной части его носовой оконечности. Такая форма способствует повышению скорости‘хода корабля на волнах и снижению амплитуды его килевой качки.

Определяющий внешний фактор мореходности корабля— морские волны. Наибольшие "ветровые волны наблюдаются в Южном полушарии. Длина их достигает 400 м, высота 12–13 м, период 17–18 сек., скорость распространения до 22 м/сек. Еще большие океанские волны возникают при подводных землетрясениях (так называемые волны цунами), однако такие волны — явление редкое. Гораздо чаще наблюдаются морские волны высотой 3–5 м. Зато такие волны обладают большей крутизной. Если отношение высоты к длине волны в открытом океане составляет 1/15—1/35, то для морских волн это отношение редко превосходит 1/10.

В Мировом океане плавают корабли и суда, водоизмещения которых находятся в широком диапазоне от нескольких десятков тонн до 180 тыс. т, подводные лодки водоизмещением под водой до 8 тыс. т. В числе надводных имеются обычные (водоизмещающие) корабли и суда с различными формами корпусов и соотношениями главных размерений, глиссирующие корабли и суда, корабли и суда на подводных крыльях и воздушной подушке.