Конструктивные меры повышения непотопляемости судов

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.

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

Метацентрическая  высота h<0. Центр тяжести расположен выше центра величины, а в наклонном  положении судна линия действия силы поддержания пересекает след диаметральной плоскости ниже центра тяжести (рис. 94). Сила тяжести и сила поддержания при малейшем крене образуют пару сил с отрицательным восстанавливающим моментом и судно опрокидывается.

 
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.

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.

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.