Как улучшить ходкость судна

Ходкость судна

Если плавучестью и остойчивостью обладает любое судно, то другим качеством — ходкостью многие суда могут и не обладать.

Ходкостью называют способность судна двигаться с определенной скоростью при помощи собственных средств.

Для большинства современных судов таким средством является двигатель. Лишь на спортивных и немногих других лодках ходкость обеспечивается мускульной силой членов команды. Баржа не обладает ходкостью, так как не имеет своего двигателя. Поэтому такие суда принято называть несамоходными.

Из двух судов равного веса (или, как говорят, равного водоизмещения) более ходким будет то, которое при одинаковой мощности двигателя имеет лучшую скорость или в случае равной скорости имеет меньшую мощность двигателя. Более ходким будет и то судно, которое при одинаковых с другим судном скорости и мощности двигателя имеет большее водоизмещение.

Ходкость также связана с давлением на судно воды, которая давит не только на днище, но и на борта судна, на его нос и корму. Нетрудно догадаться, что сила давления воды на нос судна направлена в сторону кормы и стремится двигать судно назад. Сила давления воды на корму судна направлена в сторону носа и стремится двигать судно вперед. Обе эти силы, независимо от формы носа и кормы, всегда равны и толкают судно в противоположные стороны, поэтому судно остается на месте. Иное дело, когда судно движется. Хотя вода как жидкость и обладает высокой подвижностью своих частиц — отчего они могут расступаться перед судном, — их движение не протекает совершенно свободно.

Во-первых, частицы эти обладают инерцией, и, чтобы привести их в движение, необходимо известное время.

Во-вторых, вода не является абсолютно жидкой, и ее частицы все же связаны между собой.

Поэтому вода не успевает расступиться перед движущимся судном, и часть ее задерживается, судно как бы гонит ее перед собой. Уровень ее поднимается, нос судна начинает глубже сидеть в воде, и давление воды на него увеличивается.

За кормой по той же причине вода не успевает сразу сомкнуться, отстает от судна. Уровень ее немного опускается, корма слегка выходит из воды, и сила давления на нее воды уменьшается. Теперь сила, действующая на нос судна, становится гораздо большей по величине, чем сила, действующая на корму, а разность их составит силу, направленную против хода судна. Эту силу назвали волновым сопротивлением по его внешнему проявлению: водяной «бугор» перед судном и «впадина» позади судна образуют волны, сопровождающие движущееся судно.

Определив сопротивление воды, можно узнать, какой мощности двигатель надо поставить на судно и какую скорость оно будет иметь. Однако долгое время такие расчеты не удавались. Позже было выяснено, что, кроме сопротивления, вызванного разностью давлений на оконечности, движению судна оказывает сопротивление еще и другая сила. Выяснилось, что вода не только оказывает давление, направленное всегда перпендикулярно поверхности судна, но во время его движения начинает воздействовать и другим образом, причем сила этого воздействия направлена уже параллельно поверхности судна. Этот вид воздействия назвали трением, а силу воздействия — сопротивлением трения.

В действительности сопротивление трения — это совсем другое явление, чем трение твердых тел, хотя также зависит от шероховатости поверхности судна. Особенность сопротивления трения в том, что оно не зависит от давления воды, но зависит от скорости движения, от величины трущихся поверхностей, а также и от температуры воды.

Итак, полное сопротивление воды состоит из волнового сопротивления, которое удерживает судно за носовую часть и за корму, и сопротивления трения, которое держит судно главным образом за днище и погруженную часть бортов.

Волновое сопротивление уменьшают тем, что судну придают более выгодную, обтекаемую форму, заостряют нос и корму (чем уменьшают «бугор» и «впадину») и увеличивают длину за счет ширины, пока это допускает остойчивость.

Сопротивление трения уменьшают, удаляя выступы и шероховатости с поверхности судна. Хорошо было бы также уменьшить поверхность подводной части, не уменьшая ее объема, но сделать это уже гораздо труднее.

И все-таки полностью уничтожить силу сопротивления воды невозможно. Поэтому, чтобы судно двигалось, на него должна действовать дополнительная сила, преодолевающая силу сопротивления воды. И такая сила нашлась. Это опять-таки давление воды!
Мы уже убедились, что давление воды зависит не только от глубины погружения, но и от нас: двигая судно, мы увеличиваем давление перед судном и уменьшаем за кормой; заострив нос и корму, можно снова изменить это давление. Итак, оно зависит не только от глубины, а также и от скорости движения предмета в воде и от его формы. Следовательно, им можно управлять.

Сделав часть судна способной двигаться (проще всего, вращаться) даже в том случае, когда само судно неподвижно, и придав этой части наиболее подходящую форму, можно добиться того, что вода будет оказывать на эту подвижную часть судна такое давление, сила которого преодолеет силу сопротивления воды. Такую подвижную часть имеет каждое самоходное судно, и называется она движителем.

Наиболее распространенным и удобным движителем является гребной винт, но существуют и многие другие виды движителей: гребные колеса, весла, крыльчатые движители и т. д. Движителем, но совсем другого рода, являются также паруса.

Конечно, гребной винт сам по себе вращаться не будет. Для этого на судне и существуют двигатели различных типов.

Источник

Ходкость судна

При изменении осадки более чем на 10%, у судов с коэффициентом полноты δ 2 Ω,

где ζ_обр— коэффициент дополнительного сопротивления от обрастания, который может быть найден в зависимости от числа месяцев n_д прошедших после докования судна по кривой ζ_обр (n_д) на рис.98.

Коэффициент ζ_обр для судов совершающих регулярные рейсы может быть Рис. 98. Зависимость ζ_обр от n_д также определен по приближенной формуле:

Определение R_обр по приведенной формуле дает средние значения, так как процесс обрастания каждого судна в силу специфики его сугубо индивидуален.

Рис.99. Влияние мелководья на сопротивление и посадку судна.

I- глубокая вода; II- мелководье; III – узкий канал

При плавании на мелководье наряду с изменением сопротивления меняется посадка судна: увеличивается средняя осадка и дифферент на корму. Увеличение средней осадки происходит вследствие снижения давления под днищем судна из-за повышения скорости обтекания его корпуса. Дифферент на корму судно приобретает за счет образования носовой поперечной волны. На рис.99 представлены кривые изменения относительного погружения δd/d и угла дифферента ψ в функции от Fr_н. Как видно из рисунка, при Fr_н 0,8 средняя осадка судна становится максимальной. Одновременно с увеличением осадки начинает расти дифферент на корму, который имеет наибольшее значение в момент формирования одиночной волны, т.е. при Fr_н 1. Увеличение средней осадки и дифферента на корму может привести к удару судна о дно фарватера, что необходимо учитывать при эксплуатации судов на мелководье. При плавании судна на мелководных узких каналах наблюдается те же явления, что и на мелкой воде, но они проявляются еще заметнее. Возрастание сопротивления

Источник

Как улучшить ходкость судна

РАЗДЕЛ ТРЕТИЙ

СУДОВАЯ ПРАКТИКА

Судовая практика—собрание практических советов по управлению судном в различных условиях и использованию для этих целей судового оборудования. К управлению судном относятся самые разнообразные маневры, такие, как швартовка, постановка на якорь и снятие с якоря, плавание в сложных гидрометеорологических условиях, шлюзование и т.п.

Судовая практика тесно связана с судовождением, так как именно практические приемы управления судном обеспечивают движение судна по безопасному и наикратчайшему пути, выбранному с помощью лоции и навигации. На базе обобщения судовой практики выработан ряд положений, регулирующих безопасность во время движения и стоянки судов, их взаимного расхождения при встрече, обгоне и в других случаях. Эти правила, совершенно обязательные для судоводителей, известны под названиями: «Правила для предупреждения столкновения судов в море (ППСС)», «Правила плавания по внутренним судоходным путям».

Судовая практика рассматривает теорию и конструкцию судов, их мореходные качества, маневренные элементы и факторы, влияющие на управление судном, а также эксплуатацию судовых устройств и оборудования, используемых для управления судном, и в первую очередь рулевого, якорного, швартового.

Управление судном на море и реке неодинаково. На море, озерах, водохранилищах одним из основных факторов, затрудняющих плавание, являются волны, а в условиях речного плавания волны не имеют особого значения, так как они обычно малы. На реке препятствием для плавания служит ограниченность фарватера по глубине и ширине, течение, резкое и частое изменение глубины. Судну, плавающему в естественных речных условиях, приходиться все время маневрировать. Поэтому судовая практика очень тесно соприкасается с лоцией и навигацией, положениями, регламентирующими безопасность плавания, гидрометеорологией, районом плавания, теорией и конструкцией судов и их оборудованием, навигационными (мореходными) качествами и маневренными элементами судов, эксплуатацией различных типов судов, судовых устройств и систем и т. д.

Судовая практика обобщает опыт управления судами различных типов. Управление маломерными моторными судами имеет свои особенности.

Глава XI. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О НАВИГАЦИОННЫХ КАЧЕСТВАХ СУДНА

§ 39. 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.

§ 40. 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.

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:

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 = ,

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

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:

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.

§ 41. 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,

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).

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

Повторное действие сил веса и поддержания измеряется восстанавливающим моментом

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.

Первый случай остойчивости

Метацентрическая высота h>0. Если центр тяжести расположен выше центра величины, то при наклонном положении судна линия действия силы поддержания пересекает диаметральную плоскость выше центра тяжести (рис. 92, б).

Рис. 92. Случай остойчивого судна

В этом случае также образуется пара сил с положительным восстанавливающим моментом. Это типично для большинства судов обычной формы. Остойчивость в этом случае зависит от корпуса и положения центра тяжести по высоте. При крене кренящийся борт входит в воду и создает дополнительную плавучесть, стремящуюся выровнять судно. Однако при крене судна с жидкими и сыпучими грузами, способными перемещаться в сторону крена, центр тяжести также сместится в сторону крена. Если центр тяжести при крене переместится за отвесную линию, соединяющую центр величины с метацентром, то судно опрокинется.

Второй случай неостойчивого судка при безразличном равновесии

Метацентрическая высота h = 0. Если центр тяжести лежит выше центра величины, то при крене линия действия силы поддержания проходит через центр тяжести MG = 0 (рис. 93). В данном случае центр величины всегда располагается на одной вертикали с центром тяжести, поэтому восстанавливающаяся пара сил отсутствует. Без воздействия внешних сил судно не может вернуться в прямое положение. В данном случае особо опасно и совершенно недопустимо перевозить на судне жидкие и сыпучие грузы: при самой незначительной качке судно перевернется. Это свойственно шлюпкам с круглым шпангоутом.

Третий случай неостойчивого судна при неустойчивом равновесии

Рис. 93. Случай неостойчивого судна при безразличном равновесии

Рис. 94. Случай неостойчивого судна при неустойчивом равновесии

Разобранные случаи показывают, что судно остойчиво, если метацентр расположен выше центра тяжести судна. Чем ниже опускается центр тяжести, тем судно более остойчиво. Практически это достигается расположением грузов не на палубе, а в нижних помещениях и трюмах.

§ 42. КАЧКА

Существует бортовая (боковая) качка, когда судно совершает колебательные движения вокруг своей продольной оси, и килевая (продольная), когда судно совершает колебания вокруг поперечной оси. При движении под каким-либо углом к гребням волн судно обычно одновременно подвергается как бортовой, так и килевой качке.

Ввиду неравномерного погружения судна в волны во время качки затрудняется его плавание, уменьшается скорость хода. Во время качки могут перемещаться грузы, ухудшается состояние людей, особенно на малом судне. При качке мелкое судно может залить водой, опрокинуть. Поведение судна при килевой качке зависит от формы обводов носа и кормы. Если образование носа острое, то судно на волнении зарывается носом в воду, тяжело всплывает на волну. Широкое образование и достаточный развал бортов в носовой оконечности судна выше грузовой ватерлинии увеличивают запас плавучести в носу, что препятствует погружению и обеспечивает подъем носа на волну. Чрезмерно полная носовая часть при встречном волнении уменьшает скорость судна и тяжело воспринимает удары волны. Если корма судна имеет подзор, свес, отвесный или наклонный транец, то волна, ударяясь о корму, сбивает судно с курса. Кроме того, корму с подзором или отвесом большая попутная волна стремится закинуть вверх и в сторону.

Остойчивость и качка взаимозависимы. Чем больше начальная метацентрическая высота, тем больше остойчивость и стремительнее, порывистее, беспокойнее качка.

Опасность опрокидывания малого судна увеличивается при заливании корпуса водой. Вода, особенно при отсутствии водонепроницаемых переборок, переливается при качке от борта к борту и способствует увеличению крена, уменьшает остойчивость. Опасно также смещение грузов или людей к одному из бортов, особенно на верхних палубах моторных яхт и пассажирских катеров. Бывали случаи, когда от скопления людей и грузов на одном борту опрокидывались крупные паротеплоходы.

Наличие в корпусе свободно переливающейся воды резко снижает остойчивость судна. Поэтому при плавании в неблагоприятных погодных условиях борьба с поступлением воды является главной задачей судоводителя. Уменьшить поступление воды можно выбором рациональных курсов относительно волнения с одновременным увеличением метацентрической высоты путем правильного расположения грузов на судне. Грузы следует располагать как можно ниже и равномерно относительно диаметральной плоскости для того, чтобы не создавать дополнительного крена от неравномерно расположенного груза. Увеличение метацентрической высоты позволит несколько уменьшить размах качки и тем самым будет содействовать предотвращению заливания судна.

§ 43. НЕПОТОПЛЯЕМОСТЬ

Непотопляемостью судна называется его способность держаться на воде, сохраняя свои мореходные (навигационные) качества, несмотря на поступление воды в один или несколько отсеков корпуса судна через борт или через повреждения в обшивке корпуса. Непотопляемость обеспечивается устройствами, не пропускающими в корпус воду, в том числе водонепроницаемой палубой, фальшбортом, ветровым стеклом, ограждениями вокруг кокпитов, комингсов и другими подобными мерами. Непотопляемость в случае повреждений обеспечивается достаточным запасом плавучести, созданным за счет разделения корпуса судна водонепроницаемыми переборками на ряд обособленных отсеков или с помощью других устройств. Например, воздушных ящиков, «плавучестей» — материалов с малым удельным весом (пенопласта и т. д.).

Объем воздушных ящиков, пенопласта и т. п. рекомендуется

иметь ( ) LВН м 3в зависимости от назначения района плавания. Этот объем должен обеспечивать поддержание на плаву затопленного судна при наличии 1—2 человек и сохранении положительной остойчивости.

На маломерных судах носовая часть судна принимает наибольшое количество ударов и наиболее подвержена повреждениям. Поэтому для обеспечения непотопляемости эффективна установка первой от форштевня водонепроницаемой поперечной переборки. Эти переборки на маломерных судах обычно устанавливают на расстоянии одной-двух шпаций от форштевня, но не менее 0,5 В. Суда со стационарным двигателем имеют водонепроницаемые переборки, ограждающие двигатель как с носа, так и с кормы. Эти переборки не позволяют воде переливаться из отсека в отсек и тем предотвращают перегрузку носа или кормы при дифференте.

Непотопляемость мелких судов, не имеющих водонепроницаемых переборок, в том числе спасательных шлюпок, даже в случае полного их затопления водой обеспечивается устройством герметических воздушных ящиков. Общий объем воздушных ящиков на маломерных деревянных судах должен быть не менее 1/10 объема судна. На металлических судах для обеспечения достаточной плавучести потребуется больший объем воздушных ящиков.

§ 44. ХОДКОСТЬ И ИНЕРЦИЯ

Ходкостью называется способность судна перемещаться на воде с заданной скоростью при определенной мощности двигателя. Ходкость является одновременно мореходным качеством и маневренным элементом судна. Инерция является только маневренным элементом судна.

1. Ходкость

Скорость движения или ход сообщается судну в результате работы двигателя и движителя.

Сила, которая сообщает судну движение, называется упором. Мощность судового двигателя, приводящего в действие движитель (гребной винт и т. д.), зависит от назначения судна и его габаритов. Не вся мощность двигателя используется движителем для создания упора. Часть мощности теряется бесполезно в виде потерь на трение в подшипниках и в других движущихся частях машины и гребного вала. Часть мощности теряется еще и при взаимодействии винта с водой.

Отношение полезной мощности, использованной на создание упора N y к полной мощности двигателя N называется полным коэффициентом полезного действия — к.п.д. Для маломерных судов в зависимости от качества выполнения линии гребного вала и винта полный к.п.д. обычно составляет от 0,45 до 0,55.

Чем меньше сопротивление воды, тем большую скорость сообщит упор судну. Поэтому скорость движения зависит не только от мощности мотора, но и от обводов корпуса, от качества его окраски и от соотношения ширины, длины и осадки судна.

Обводы корпуса с малым сопротивлением движению существенны для судов с большой скоростью, например для спасательного катера, но совершенно не обязательны для туристских катеров. При дальних туристских плаваниях на судах с большой скоростью все внимание судоводителя будет направлено на отыскание фарватера. Обход препятствий лишит его возможности испытать прелести похода. Кроме того, быстрое движение судна лишает и других участников похода возможности любоваться окружающей природой, а при волнении, даже небольшом, утомляет их.

При разгоне судна упор растет с увеличением скорости судна, но это продолжается до некоторого предела, после чего сила сопротивления становится равной упору, т. е. судно начинает двигаться равномерно, с постоянной скоростью.

Для водоизмещающих круглодонных небыстроходных судов (катеров), больших туристских и рабочих лодок с подвесными моторами скорость можно ориентировочно определить по формуле:

V = 4,2 .

Для полуглиссирующих быстроходных катеров с V-образными обводами и водоизмещением до 5 т, а также для лодок с подвесным мотором скорость определяется по формуле

V = 6 ,

где N — мощность двигателя, л с.;

L — длина корпуса по грузовой ватерлинии, м;

D — весовое водоизмещение с командой, грузом и топливом, т;

На очень малом ходу судно плохо слушается руля, так как давление воды на руль небольшое. Увеличение скорости способствует улучшению поворотливости судна.

Самой малой скоростью или самым малым ходом называют наименьшую скорость, при которой судно слушается руля и способно управляться. Малый ход равен 50% полного хода, который принимают за 100%, а средний — 75%.

Скорость хода измеряется расстоянием, которое проходит судно в единицу времени и выражается в узлах (милях в час), километрах в час и в метрах в секунду.

Скорость хода для каждого судна определяется опытным путем (см. §26).

Ходкость судна характеризуется скоростью хода и инерцией, от которых зависит успешное маневрирование судна, и для каждого судна они индивидуальны.

В режиме плавания судна, при котором его вес полностью уравновешивается гидростатической силой поддержания, с началом движения на судно действует горизонтальная сила сопротивления водной среды. Эта сила направлена противоположно движению судна и называется сопротивлением воды. Чем больше скорость хода судна, тем больше сопротивление воды. Кроме сопротивления водной среды, или гидродинамического сопротивления, на судно действует сопротивление воздуха (аэродинамическое сопротивление), особенно увеличивающееся при сильном встречном ветре.

Полное гидродинамическое сопротивление состоит из сопротивления формы (вихревого и волнового сопротивления) и сопротивления трения.

Волновое сопротивление — это сила сопротивления воды, возникающая при движении судна, раздвигающего воду, и связанная с потерей энергии на волнообразование. Волновое сопротивление зависит от скорости судна, размерений и обводов его, глубины фарватера. С уменьшением скорости уменьшается волновое сопротивление. Относительная величина волнового сопротивления зависит от ободов подводной части корпуса судна. Судно с неудачными обводами вызывает большую волну при своем движении. Судно с хорошими обводами может волны почти не вызывать.

Вихревое сопротивление вызывается выступающими частями подводной части судна, например транцем, угловым ахтерштевнем, а также шероховатостями днища.

Сопротивление трения определяется вязкостью или силой сопротивления взаимному перемещению слоев воды. Слой воды, прилипший к обшивке корпуса, увлекается движущимся судном и называется пограничным слоем. Благодаря хаотическому тепловому движению молекулы воды из пограничного слоя переходят в прилегающий к нему слой воды и уносят некоторое количество движения, сообщенное им движителем судна. Уменьшение количества движения по второму закону Ньютона равно отрицательному импульсу силы, что и объясняет возникновение сил вязкого трения. Шероховатости увеличивают толщину пограничного слоя. Величина сопротивления трения тем больше, чем больше площадь смоченной поверхности обшивки корпуса и степень ее шероховатости, чем больше скорость хода и вязкость, определяемая плотностью и температурой воды. Сопротивление трения увеличивается с увеличением плотности воды и с уменьшением ее температуры. При одинаковой длине, ширине и осадке судна сопротивление трения всегда меньше у судов с закругленным поперечным сечением корпуса.

При увеличении скорости движения судна ввиду плохой сжимаемости воды давление в носовой части судна увеличивается и падает перед винтом. Носовая часть судна поднимается из воды, корма садится (увеличивается дифферент на корму) и днище судна начинает двигаться под углом к поверхности воды. На глиссирующее судно начинает действовать гидродинамическая подъемная сила, уменьшающая гидростатическую силу поддержания. При малой скорости гидродинамическая подъемная сила незаметна, но с увеличением скорости она увеличивается. Поэтому судно с плоским днищем при определенной скорости можно заставить скользить по поверхности воды или глиссировать.

В режиме глиссирования гидродинамическое сопротивление значительно меньше, чем при водоизмещающем режиме движения судов. Особая конфигурация корпуса глиссера обеспечивает ему быстрый переход из водоизмещающего режима в режим глиссирования, особенно если на днище имеется выступ-редан. Редан при сравнительно небольшом увеличении мощности значительно увеличивает скорость, которая у некоторых групп глиссеров достигает 200 км/час.

Общей оценкой глиссера является отношение его полного водоизмещения к мощности его двигателя. Иногда для той же цели применяют обратную величину, т. е. мощность двигателя, приходящуюся на единицу веса.

Глиссеры при хорошей скорости не обладают хорошими мореходными качествами, грузоподъемность их сравнительно мала. Поэтому глиссеры обычно используются только как спортивные суда.

При встрече даже с небольшой волной плоское днище глиссера испытывает сильнейшие удары, вызывая тряску. Это не только отражается па прочности судна, но и быстро утомляет команду.

Безреданные катера с глиссирующими обводами движутся при небольшом остаточном водоизмещении, они могут развивать большую скорость и иметь большую грузоподъемность. Эти суда менее чувствительны к волне, чем глиссер, и успешно преодолевают небольшие волны. Поэтому у них район плавания больше, чем у глиссеров. Такие катера используются как спасательные, разъездные, туристские.

Сейчас построены и строятся суда на подводных крыльях, у которых корпус судна глиссирующий, а под корпусом делаются несущие поверхности — подводные крылья. На самом полном ходу корпус такого судна движется в воздухе — над водой.

При одинаковой площади и скорости подъемная сила подводного крыла в три-четыре раза больше, чем у редана. Гидродинамические качества крыла зависят от угла атаки и удлинения крыла. Суда на подводных крыльях имеют большие скорости, экономичны, более мореходны, чем глиссеры. Это обусловлено тем, что при движении на крыльях корпус находится над водой и не испытывает ударов волн, а при плавании на малых скоростях уменьшается качка. Наилучшая мореходность достигается тогда, когда вес катера приблизительно поровну распределяется на носовое и кормовое крыльевые устройства.

Суда на подводных крыльях могут идти над небольшими волнами, а при большой волне уменьшить ход и двигаться как обычные водоизмещающие суда; они всегда должны следовать по судоходному фарватеру или по местам, где глубины известны. Эти суда ввиду увеличенной осадки не всегда могут подойти для стоянки к неизвестному и недооборудованному берегу и зайти в мелководный залив из опасения повредить крылья на малой глубине, но на полном ходу они имеют малую осадку и могут преодолевать мелководье. Моторная лодка на крыльях дли-пой 4—5 м обычно преодолевает волну высотой 0,2 м, а катер длиной 8—9 м — 0,4 м.

2. Инерция

Любое судно после выключения двигателя не сразу останавливается, а некоторое время продолжает двигаться по инерции.

Инерция как маневренный элемент судна характеризуется временем и расстоянием, которое пройдет судно от момента изменения режима работы двигателя до момента установления нового состояния движения судна.

Инерционные характеристики судна необходимо знать и учитывать при швартовке, расхождении, шлюзовании, постановке на якорь и т. д.

Инерционные характеристики своего судна судоводитель может установить опытным путем во время практического плавания. Нужно знать расстояние, проходимое судном после переключения хода с полного на стоп, со среднего на стоп и т. д., время от момента выключения двигателя до полной остановки судна, какие расстояния проходит судно в прежнем направлении после изменения ходов с переднего на задний, с заднего на передний и т. д.

В частности во внимание принимаются максимальные инерционные характеристики и конкретно выбег или свободное движение судна по инерции, проходимое после остановки двигателей, когда инерция гасится только за счет силы сопротивления воды. Выбег для глиссирующих мотолодок и катеров не превышает 50 м, а для катеров на подводных крыльях — 120 м.

Активное торможение производится путем реверса двигателей для гашения инерции движения работой двигателей на задний ход до величины, соответствующей остановке судна относительно (дна) берега.

Активное торможение совершается чаще всего экстренно при угрожающих судну обстоятельствах.

На речном флоте 30% аварий происходит из-за неправильного маневрирования, связанного с недостаточным знанием судоводителями маневренных характеристик флота, что в полной мере относится и к инерционным характеристикам судов в реальных путевых условиях *.

Источник