Глава XI. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О НАВИГАЦИОННЫХ КАЧЕСТВАХ СУДНА

НАВИГАЦИОННЫЕ КАЧЕСТВА И МАНЕВРЕННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

СУДНА

Маломерное судно для обеспечения достаточной пассажировместимости и безопасности плавания должно обладать навигационными качествами — плавучестью, остойчивостью, непотопляемостью, ходкостью и управляемостью. Ходкость, управляемость и инерция — это маневренные элементы судна.

Условия плавания маломерного судна с механическим двигателем, особенно в дальних походах, бывают самыми различными. Маршрут может пролегать в открытом море, озере, водохранилище вне видимости берегов и в прибрежных районах. Труднопроходимая для судов река с быстрым течением и малыми глубинами, по которой судно идет сегодня, завтра сменяется широким водохранилищем с тяжелыми ветровым и волновым режимами, шлюзованным каналом с оживленным движением судов.

Даже и в одном районе степень трудности плавания не всегда одинакова. В зависимости от гидрометеорологических и других условий характер плавания часто и значительно изменяется. Например, плавание в шторм на открытых водных пространствах отличается от плавания в штиль, плавание на реке в межень отличается от плавания в половодье. Плавание также может быть различным для одного и того же района, до и после попусков воды через плотины.

Изменение условий плавания обычно связано с изменением района движения судна, гидрометеорологических и других условий, что может потребовать изменения методов эксплуатации судна, его навигационных и маневренных элементов для обеспечения следования безопасным курсом по планируемому маршруту. Сильное волнение поверхности воды может резко уменьшить динамические или статические навигационные (мореходные) качества не приспособленного к плаванию на волнении судна и повлечь за собой нежелательные последствия. Поэтому органами технического надзора все суда в соответствии с условиями плавания в различных районах разделяются на классы. Судоводитель маломерного судна должен уметь изменять навигационные качества и маневренные элементы своего судна в зависимости от условий плавания, улучшая его эксплуатацию. Изменение их нужно производить осторожно, так как улучшение одних элементов ведет за собой ухудшение других.

ПЛАВУЧЕСТЬ

Плавучесть — способность судна плавать при заданной осадке, имея на борту заданное количество людей и груза. Нормы грузоподъемности зависят от различных условий, и их следует выбирать сообразно с обстановкой. Например, на шестивесельный ял при ходе под мотором на открытом рейде и в море допускается принимать на борт при ветре 3 балла и состоянии моря 2 балла 7 человек, а в районе закрытых рейдов и гаваней при ветре до 3 баллов на этот же ял можно принять до 13 человек. Эти требования выработаны для того, чтобы в тяжелых условиях плавания увеличить высоту надводного борта, создать дополнительный запас плавучести, который определяется главным образом высотой волны в конкретных условиях плавания.

При малой высоте надводного борта и особенно при крене возможно захлестывание судна даже при относительно небольшом волнении.

Вытесненный подводной частью объем воды (в кубических метрах) называется объемным водоизмещением.

V = d LBT м 3 ,

где V— объемное водоизмещение;

L, В, Т — соответственно длина, ширина, осадка судна;

d — коэффициент полноты водоизмещения, выражающий отношение объемного водоизмещения судна к объему параллелепипеда со сторонами, равными длине, ширине и осадке судна.

Для круглодонных катеров d колеблется от 0,4 до 0,6, для V-образных при одинаковом весовом водоизмещении — от 0,4 до 0,55, для плоскодонных глиссеров — 0,8.

При одинаковом весовом водоизмещении объемное водоизмещение в пресной воде больше, чем в соленой, так как морская вода имеет большую плотность, а следовательно, и вес.

Запас плавучести — величина объема корпуса, расположенного выше действительной ватерлинии.

Весовое водоизмещение судна (в тоннах) D равно весу воды, вытесненной подводной частью судна, а именно:

D = g V т/м 3,

где g — удельный вес воды (для пресной воды он равен единице).

Рис. 86. Статические силы, действующие на судно в состоянии покоя

Весовое водоизмещение в тоннах численно равно объемному водоизмещению в кубических метрах для пресной воды.

Водоизмещение порожнем D nop представляет собой вес корпуса с двигателем, механизмами, устройствами и оборудованием, но без горючего, снабжения и людей.

Полное весовое водоизмещение маломерного судна может быть определено при помощи взвешивания по отдельности грузов, составляющих полное водоизмещение: корпуса двигателя, снабжения и т.д.

Равнодействующая всех сил тяжести, приложенных к судну, направлена вниз и называется весом судна — D. Точка приложения равнодействующей всех сил тяжести или веса — центром тяжести (ЦТ) G (Рис. 87). Положение центра тяжести зависит от величины и распределения грузов, находящихся на судне.

Расположение центра тяжести судна по длине является важнейшим показателем для глиссирующих судов.

Положение ЦТ судна по длине от транца X пор точно может быть определено путем взвешивания судна порожним на весах и последующего вычисления. Схема взвешивания судна порожним показана на рис. 87, а.

Х пор = ;

где D пор — вес судна порожним, определенный предварительным обычным взвешиванием или вычислением составляющих весов;

Q — показание весов;

А’— расстояние от подставки на весах до транца;

А — расстояние между подставками.

Положение ЦТ по длине х при полном водоизмещении может быть определено путем последующего вычисления по схеме, показанной на рис. 87, б, и формуле

X = ,

где q 1, q 2 , q 3 — вес пассажиров, горючего, снабжения и других грузов, не вошедших в определение х пор;

q 4— вес подвесного двигателя, если он не вошел в Д пор;

a 1 , a 2 , a 3 , a 4 ,— расстояния от днищевой кромки транца до грузов соответственно q 1, q 2 , q 3, q 4 .

Положение ЦТ можно определить и другими способами.

Весу судна противостоит сила давления воды на корпус, которая направлена вверх и называется гидростатической силой поддержания. Точка приложения равнодействующей гидростатических сил поддержания называется центром величины (ЦВ) С.

Рис. 87 а, б. Определение ЦТ путем взвешивания

Вес и сила поддержания судна равны по величине, направлены в противоположные стороны, а центры их приложения находятся на одной вертикальной линии и в одной продольно-вертикальной плоскости, проходящей посередине вдоль судна — диаметральной плоскости (ДП). Если в какой-либо момент эти точки расположатся иначе, то судно будет получать крен и дифферент до тех пор, пока обе точки не расположатся на одной отвесной линии.

Изменяя расположение грузов на судне и перемещая людей, можно изменить положение центра тяжести, что очень существ енно для маломерного судна. Несимметричное случайное перемещение центра тяжести создает крен и дифферент, которые плохо отражаются на управлении судном. Но иногда специально создаваемый дифферент улучшает маневренные качества судна, например, его поворотливость, ходкость.

Количество груза, которое принимает судно, погружаясь в воду до грузовой ватерлинии, называется грузоподъемностью.

Нормы пассажировместимости, грузоподъемности и мореходности мощностей двигателя на маломерном судне должны быть внесены в специальную табличку, которая вывешивается па судне на видном месте. В нормы мореходности включаются характерные для присвоенного судну класса максимальное волнение, на котором судно может плавать, и максимальное удаление от берега в зависимости от района плавания.

Грузоподъемность спасательной шлюпки определяется как разница между весовым водоизмещением при осадке, равной 0,6, и при осадке, равной 0,4 полной высоты борта. Вес человека принимается равным 75 кг. Кроме того, учитывается вес двигателя, топлива, радиооборудования и т. д. Валовой объем шлюпок можно определять по формуле:

Q = d L ВН м 3,

где L — наибольшая длина шлюпки;

В — наибольшая ширина шлюпки (буртик в ширину не засчитывается);

Н — высота борта, замеряемая на середине шлюпки от внутренней кромки шпунтового пояса у киля до верхней грани привального бруса (толщина планшира не засчитывается);

d — коэффициент полноты водоизмещения. Чтобы рассчитать пассажировместимость спасательной шлюпки, из полученного по формуле полного объема шлюпки нужно вычесть объем, занятый двигателем, баками для топлива и смазки, радиооборудованием, продовольствием и другими грузами. Затем полученный свободный объем надо разделить на норму объема для одного человека, равную 0,225 м 3 при прибрежном плавании шлюпки и 0,283 м 3(регистровая тонна равна 2,83 м 3) при выходе шлюпки в море. Результат деления и даст допустимое количество людей, которое может вместить судно. Полученная пассажировместимость в зависимости от характеристик режима плавания судна может изменяться.

Рис. 88. Знак надводного борта маломерных судов

Для безопасного плавания высота надводного борта судна должна быть всегда больше минимально допустимой. Уменьшение высоты надводного борта от перегрузки судна топливом, продовольствием, людьми и другими грузами не допускается законом. Минимальная допустимая высота надводного борта обозначается специальной грузовой маркой на бортах судна. На крупных судах эта марка состоит из специальных обозначений (диск Тимсоля, гребенка, палубная линия).

Для малых судов знаком надводного борта является палубная линия и знак надводного борта в виде равностороннего треугольника. Палубная линия толщиной 20 мм наносится по середине каждого борта судна; равносторонний треугольник со сторонами по 230 мм изображается вершиной вниз линиями толщиной 20 мм. Если судно освидетельствует Регистр, то по бокам треугольника пишутся буквы «Р» и «С» размером 75 x 35 мм (рис. 88). Знак надводного борта располагается точно под палубной линией так, чтобы вершина треугольника и основание букв по бокам его находились от палубной линии на расстоянии, равном высоте надводного борта, установленного для данного судна.

На стальных судах грузовая марка выбивается керном, а на деревянных нарезается или выжигается в обшивке корпуса. Палубная линия и треугольник наносятся белой краской на темном фоне окраски судна или, наоборот, черной краской на светлом фоне борта.

ОСТОЙЧИВОСТЬ

Остойчивостью называется способность судна, выведенного из положения нормального равновесия какими-либо внешними силами, возвращаться в свое первоначальное положение после прекращения действия этих сил. К внешним силам, способным вывести судно из положения нормального равновесия, относятся ветер, волны, перемещение грузов и людей, а также центробежные силы и моменты, возникающие при поворотах судна. Судоводитель обязан знать особенности своего судна и правильно оценивать факторы, влияющие на его остойчивость. Различают поперечную и продольную остойчивость.

Рис 89 Статические силы, действующие на судно при малых накренениях

Поперечная остойчивость судна характеризуется взаимным расположением центра тяжести G и центра величины С.

Если судно накренить па один борт на малый угол (5—10°) (рис. 89), ЦВ переместится из точки С в точку С 1. Соответственно сила поддержания, действующая перпендикулярно к поверхности, пересечет диаметральную плоскость (ДП) в точке М.

Точка пересечения ДП судна с продолжением направления силы поддержания при крепе называется начальным метацентром М. Расстояние от точки приложения силы поддержания С до начального метацентра называется метацентрическим радиусом.

Расстояние от начального метацентра М до центра тяжести G называется начальной метацентрической высотой h 0.

Начальная метацентрическая высота характеризует остойчивость при малых наклонениях судна, измеряется в метрах и является критерием начальной остойчивости судна. Как правило, начальная метацентрическая высота мотолодок и катеров считается хорошей, если она больше 0,5 м, для некоторых судов она допустима меньше, но не менее 0,35 м.

Рекомендуется практически начальную метацентрическую высоту (для килеватых судов) определять следующим приближенным способом.

Рис. 90. Зависимость начальной метацентрической высоты от длины судна

Резким наклонением вызывается поперечная качка судна и секундомером замеряется период свободной качки, т. е. время полного размаха от одного крайнего положения до другого и обратно. Поперечную метацентрическую высоту судна определяют по формуле:

h 0 = 0,525( ) 2 м,

где В — ширина судна, м;

Т — период качки, сек.

Для оценки полученных результатов служит кривая на рис. 90, построенная по данным удачно спроектированных катеров. Если начальная метацентрическая высота ао, определенная по вышеприведенной формуле, окажется ниже заштрихованной полосы, то означает, что судно будет иметь плавную качку, но недостаточную начальную остойчивость, и плавание на нем может быть опасным. Если метацентр расположен выше заштрихованной полосы, судно будет отличаться стремительной (резкой) качкой, но повышенной остойчивостью, и следовательно такое судно более мореходно, но обитаемость на нем неудовлетворительна. Оптимальными будут значения, попадающие в зону заштрихованной полосы.

Остойчивость мотолодки и катеров должна выдерживать следующие условия: угол крена полностью укомплектованного судна с мотором от размещения на борту груза, равного 60% установленной грузоподъемности, должен быть меньше угла заливания.

Установленная грузоподъемность судна включает в себя вес пассажиров и вес дополнительного груза (снаряжение, провиант).

Крен судна на один из бортов измеряется углом между новым наклоненным положением диаметральной плоскости с вертикальной линией. При крене на угол q равнодействующая веса судна образует с плоскостью ДП тот же угол q .

Накрененный борт будет вытеснять воды больше, чем противоположный, и ЦВ сместится в сторону крена.

Тогда равнодействующие силы поддержания и веса будут неуравновешенными, образующими пару сил с плечом, равным

l = h 0sin q .

Повторное действие сил веса и поддержания измеряется восстанавливающим моментом

M = Dl = Dh 0sin q .

Где D — сила плавучести, равная силе веса судна;

l — плечо остойчивости.

Эта формула называется метацентрической формулой остойчивости и справедлива только для малых углов крена, при которых метацентр можно считать постоянным. При больших углах крена метацентр не является постоянным, вследствие чего нарушается линейная зависимость между восстанавливающим моментом и углами крена.

Взаимным расположением груза на судне судоводитель всегда может найти наиболее выгодное значение метацентрической высоты, при которой судно будет достаточно остойчивым и меньше подвергаться качке.

Кренящим моментом называется произведение веса груза, перемещаемого поперек судна, на плечо, равное расстоянию перемещения. Если человек весом 75 кг, сидящий на банке, переместится поперек судна на 0,5 м, то кренящий момент будет равен 75*0,5 = 37,5 кг/м.

Рис 91. Диаграмма статической остойчивости

Для изменения момента, накреняющего судно па 10°, надо загрузить судно до полного водоизмещения совершенно симметрично относительно диаметральной плоскости. Загрузку судна следует проверить по осадкам, измеряемым с обоих бортов. Креномер устанавливается строго перпендикулярно диаметральной плоскости таким образом, чтобы он показал 0°.

После этого надо перемещать грузы (например, людей) на заранее размеченные расстояния до тех пор, пока креномер не покажет 10°. Опыт для проверки следует произвести так: накренить судно на один, а затем на другой борт. Зная крепящие моменты накреняющего судно на различные (до наибольшего возможного) углы, можно построить диаграмму статической остойчивости (рис. 91), что оценит остойчивость судна.

Остойчивость можно увеличивать за счет увеличения ширины судна, понижения ЦТ, устройства кормовых булей.

Если центр тяжести судна расположен ниже центра величины, то судно считается весьма остойчивым, так как сила поддержания при крене не изменяется по величине и направлению, но точка ее приложения смещается в сторону наклона судна (рис. 92, а). Поэтому при крене образуется пара сил с положительным восстанавливающим моментом, стремящимся вернуть судно в нормальное вертикальное положение па прямой киль. Легко убедиться, что h>0, при этом метацентрическая высота равна 0. Это типично для яхт с тяжелым килем и нетипично для более крупных судов с обычным устройством корпуса.

Если центр тяжести расположен выше центра величины, то возможны три случая остойчивости, которые судоводитель должен хорошо знать.