Страница 30 из 65
Зная коэффициент полноты водоизмещения, можно приближенно подсчитать объемное водоизмещение судна, помножив этот коэффициент на произведение длины по ватерлинии на ширину по ватерлинии и на осадку. Если это выразить формулой, получим водоизмещение:
V=d * LВЛ* BВЛ* T (м3)
Пример. Надо подсчитать, каково водоизмещение швертбота длиной по ватерлинии 6,5 м, шириной по ватерлиния 1,7 м и осадкой 0,2 м. Если считать в среднем его коэффициент полноты равным 0,3, то по указанной формуле его водоизмещение равно:
V=0,3* 6,5* 1,7* 0,2=0,66 (м3)
При вычислении водоизмещения по этой формуле для швертботов и компромиссов надо брать осадку без шверта, а для килевых яхт — с фальшкилем.
Водоизмещение является мерой плавучести судна, но оно не полностью характеризует плавучесть его и безопасность его плавания.
Главную роль для сохранения плавучести при нагрузке судна играет высота надводного борта F (рис. 76). Судно с низким бортом будет легко захлестываться волной, поэтому высота борта определяется главным образом размером волны в тех водах, где ему предстоит плавать. Вот почему речным швертботам достаточно иметь надводный борт высотой 0,3–0,4 м; мореходным килевым яхтам надо иметь борт значительно выше-0,7–1,2 м. Чтобы яхта легче всходила на волну, высота борта в носовой части делается больше, чем в середине и в корме.
Запас плавучести судна тем больше, чем больше высота надводного борта.
Определяется он объемом надводной части судна от ватерлинии до палубы.
Если порожнее судно загрузить полностью, то оно сядет глубже и его водоизмещение станет больше. Разница между весовыми водоизмещениями груженого и порожнего судна называется его грузоподъемностью.
Остойчивость. Если судно сидит так, что его расчетная ватерлиния не параллельна действительной в продольном направлении (рис. 77), то говорят, что судно имеет дифферент на нос или корму. Дифферент обычно является следствием неверного расчета судна, или неправильного распределения грузов по длине судна, или, наконец, следствием затопления его кормовых или носовых отсеков.
Дифферент может образоваться также под действием гидродинамических сил при движении яхты: с увеличением скорости хода судно приобретает дифферент на корму.
Рис. 77. Крен и дифферент
Из-за несимметричного относительно диаметральной плоскости судна расположения грузов или действия внешних сил (силы давления ветра на паруса и т. д.) судно может иметь крен.
Способность судна противостоять крену и возвращаться в нормальное положение по прекращении действия кренящих сил называется поперечной остойчивостью.
Когда судно плавает без крена, оно находится в равновесии под действием силы плавучести и своего веса. Точка приложения силы тяжести судна со всеми его частями и грузами называется центром тяжести судна (ЦТ). Точка приложения силы плавучести будет находиться в центре тяжести вытесненной судном воды. Эта точка называется центром величины (ЦВ).
Если грузы или экипаж не перемещаются, то в любом положении судна центр тяжести сохраняет свое положение. Центр величины перемещается при крене из-за изменения формы подводной части корпуса.
Когда швертбот плавает без крена, то сила тяжести (вес) судна уравновешивается силой плавучести. Сила плавучести приложена в центре величины (ЦВ) и направлена вертикально вверх. Центр величины расположен в диаметральной плоскости судна, так как очертания подводной части судна без крена симметричны относительно этой плоскости.
Рис. 78. Остойчивость швертбота
Если рассматривать случай, когда все грузы размещены на судне симметрично относительно диаметральной плоскости, то центр тяжести (ЦТ) будет расположен также в диаметральной плоскости судна. Сила плавучести равна весу; они лежат в одной плоскости, и швертбот находится в равновесии (рис. 78, а).
Если швертбот накренится, то центр величины переместится в сторону крена вследствие изменения формы надводной части. Сила тяжести и сила плавучести уже не будут расположены в одной плоскости и образуют пару сил, стремящуюся возвратить швертбот в нормальное положение. Такая остойчивость называется положительной (рис. 78, б).
Мерой остойчивости является произведение весового водоизмещения на расстояние между силами веса и плавучести (плечо остойчивости) — так называемый момент статической остойчивости. Он измеряется в тонно-метрах. При данном крене момент остойчивости швертбота может быть увеличен, если экипаж переместится на борт, противоположный крену (рис. 78, в). Тогда центр тяжести судна переместится в точку ЦТ и плечо остойчивости l, а следовательно, и момент остойчивости также увеличатся. Это обстоятельство широко используют спортсмены, плавающие на швертботах, где для уменьшения крена (увеличения остойчивости) экипаж «вывешивается» за борт, или, как говорят, откренивает судно.
С дальнейшим увеличением крена форма подводной части продолжает меняться, остойчивость сначала достигает наибольшего значения (при угле крена 20–35°), затем постепенно уменьшается, и наконец наступает такое положение, когда сила веса приходит в одну плоскость с силой плавучести и снова наступает положение равновесия (рис. 78, г).
Если придать швертботу больший крен, то действие пары сил будет уже стремиться опрокинуть его (рис. 78, д). Такая остойчивость называется отрицательной. Для большинства швертботов отрицательная остойчивость начинается при углах крена порядка 60–70°.
Посмотрим, как будет меняться остойчивость при действии на судно волны (рис. 79). Набегающая волна вызовет перемещение ЦВ, а значит, и отрицательную остойчивость (рис. 79 справа), и судно начнет крениться в обратную сторону. При проходе следующих волн картина повторится, и судно все время будет раскачиваться на волне. На крупной волне эти качания могут приводить к опрокидыванию швертботов, так как действие бортовой качки в отдельные моменты может совпадать с действием ветра на паруса.
У килевой яхты, где благодаря тяжелому фальшкилю центр тяжести расположен очень низко, зачастую ниже ЦВ. картина остойчивости иная (рис. 80). Как видно из рисунка, килевая яхта с глухой палубой всегда имеет положительную остойчивость, причем с увеличением угла крена она увеличивается и достигает наибольшей величины при крене 90°, когда паруса лежат на воде. Конечно, на практике яхту с открытым кокпитом или плохо задраенными люками при этом зальет водой и она может затонуть, не успев выпрямиться.
Очень своеобразно с точки зрения остойчивости ведут себя катамараны. На рис. 81 показаны силы и моменты, действующие на катамаран при крене. При малых углах крена, когда подветренный корпус погружается в воду, а наветренный выходит из нее, ЦВ энергично перемещается под ветер (рис. 81, б). Наконец, когда наветренный корпус выйдет из воды, плечо остойчивости достигнет максимальной величины (рис. 81,в).