Успокоительные цистерны.

Первыми успокоителями жидкостного типа были плоские цистерны, в которых находилась жидкость со свободной поверхностью (рис.5.9). За счет свободной поверхности уменьшалась остойчивость корабля, увеличивался период его свободных колебаний, и для корабля, расположенного лагом к волне, резонанс смещался в сторону более длинных, а сле­довательно, и менее крутых волн. Кроме того, поскольку длинные волны на нерегулярном волнении обладают меньшей повторяемостью, чем короткие, уменьша­лась вероятность наступления резонансного режима.

Рис.5.9. Плоские успокоительные цистерны

Дальнейшим развитием жидкостных успокои­телей являются пассивные цистерны. Они представляют своего рода гидравлический маятник, состоящий из соединенных между собой цистерн, расположенных у бортов корабля.

Различают цистерны первого и вто­рого рода. Цистерны первого рода (за­крытые) соединяются снизу жидкостным, а сверху воздушным каналами (рис. 5.10). У цистерн второго рода (открытых) так­же имеется воздушный канал, а вместо водяного канала делают отверстия в бортах, и жидкостное сообщение осу­ществляется через забортную воду (рис. 5.11). Та­ким образом, цистерны первого рода в случае необходимости могут быть использованы как топливные, а для цистерн второго рода такая возможность отсутствует.

Рис. 5.10. Пассивные цистерны первого рода Рис.5.11. Пассивные цистерны второго рода

Стабилизирующее действие пассивных цистерн основано на прин­ципе так называемого вторичного (или двойного) резонанса. Суть этого принципа заключается в следующем. При резонансе бортовой качки вынужденные колебания корабля отстают по фазе от возмущающей силы на 90°. Если период собст­венных колебаний жидкости в цистернах равен периоду собствен­ных колебаний корабля, то здесь также имеет место резонанс (вто­ричный) и колебания жидкости, в свою очередь, отстают на 90° от колебаний корабля. Таким образом, в рассматриваемом случае сдвиг фаз между колебаниями жидкости в цистернах и возмущаю­щим действием волны составляет 180°, в результате чего и создается стабилизирующий момент.

В настоящее время пассивные цистерны применяют редко из-за низкой эффективности на нерегулярном волнении, увеличения амплитуд качки в нерезонансных условиях, снижения грузоподъем­ности и грузовместимости и других недостатков. Кроме того, от­крытые цистерны заметно снижают скорость корабля, так как часть мощности силовой установки расходуется на придание вте­кающей воде кинетической энергии, которая при вытекании без­возвратно теряется.

Активизация цистерн может быть достигнута установкой компрессора в воздушном канале или насоса переменной производитель­ности в жидкостном. Компрессор может ставиться как в открытых, так и в закрытых цистернах, а насос, перекачи­вающий жидкость из цистерны в цистерну - только в закры­тых.

Активные цистерны оказываются значительно эффективнее пас­сивных. Они создают стабилизирующий момент не только при ре­зонансе, но и при любом соотношении частот, что играет существенную роль в условиях нерегулярного волнения. Их можно использовать для стабилизации корабля, имеющего статический крен, для раскачки на тихой воде и т. п. Од­нако вследствие своей сложности, боль­шой стоимости, необходимости затрачи­вать мощность, чтобы привести в дви­жение стабилизирующую жидкость, высоких требований к системе автоматического управления, активные ци­стерны на кораблях устанавливаются редко.

Чаще, чем пассивные цистерны, при­меняют другой вид успокоителей гравита­ционного типа - цистерны типа «Флюм» (рис. 5.12).

Рис. 5.12. Цистерны типа «Флюм»

«Флюм» - система состоит из двух бортовых цистерн, соединенных каналом, высота которого одинакова с высотой цистерн. В средней части канал имеет уширенный отсек. Цистерны и канал заполняются жидкостью так, что в них всегда имеется свобод­ная поверхность. Систему проектируют таким образом, чтобы пе­риод свободных колебаний стабилизирующей жидкости равнялся периоду свободных колебаний корабля при некотором характер­ном для условий его эксплуатации состоянии нагрузки. Изменение уровня налива жидкости на периоде ее свободных колебаний от­ражается слабо. Таким образом, цистерны типа «Флюм» сочетают в себе свойства, присущие плоским цистернам, уменьшающим остой­чивость, и пассивным цистернам закрытого типа, стабилизирую­щий эффект которых основан на принципе вторичного резонанса. Поток жидкости в этих цистернах по меньшей мере дважды резко изменяет площадь своего сечения, испытывая внезапное сужение и расширение. При этом поток теряет часть своей кинетической энергии, т. е. имеет место демпфирование колебаний стабилизирующей жидкости. Это, с одной стороны, ослабляет нежелательные удары жидкости в крышки цистерн, а с другой, уменьшает их раскачивающее воздействие при нерезонансных режимах.