Ветер дул свежий. Яхты на выходе из гавани сразу же кренило так, что
днище обнажалось до киля однако прогноз дальнейшего усиления ветра не
обещал, и клубное начальство решило назначенные на этот день
соревнования не отменять.
Проводив гонщиков на дистанцию, Жорес Иванович собрал ребят у вахтенной
будки, откуда залив просматривался, как на ладони, занял привычное место
- на садовой скамейке, раскурил трубку.
- Гонка сегодня будет знатная. На швертботах придется тяжеловато:
смотрите, с каким трудом приходится их откренивать! "Голландец" почти
положило парусами на воду - этак недалеко и до оверкиля! Что такое
оверкиль? Вы уже знаете, наверное, что под парусами совершаются
повороты: оверштаг - через штаг и фордевинд или через фордевинд. А
поворотом оверкиль - через киль - яхтсмены в шутку называют
опрокидывание.
Легкие швертботы, действительно, нередко опрокидываются килем вверх, но
зато и поставить их обратно, в нормальное положение, несложно. Со
временем мы с этим познакомимся. А вот килевую яхту, специально
снабжаемую балластным фальшкилем, опрокинуть не так - то просто.
Конструктор заранее рассчитывает вес фальшкиля так, чтобы он смог
уравновесить давление ветра на паруса. Конечно, очень сильным порывом
ветра и килевую яхту может положить парусами на воду, но после этого она
непременно сама же и встанет в прямое положение.
Заранее рассчитать мореходные качества судна - его способность держаться
в море, не опрокидываясь и не "заливаясь", противостоять ветру и волне,
развивая необходимую скорость, помогает специальная наука. Это теория
корабля. Ее основы должны хорошо знать не только судостроители, но и
капитаны.
Вооружение двухмачтовых яхт
Думаю, и вам стоит познакомиться с ее азами. Для начала расскажу одну
поучительную историю, показывающую, к чему приводит пренебрежение
законами теории корабля. Англичанину Кользу пришла в голову заманчивая
мысль - соединить в одном боевом корабле достоинства кораблей двух
абсолютно разных классов. Капитан Кольз предложил проект сверхмощного
парового броненосца, на котором рядом с массивными орудийными башнями
красовались огромные трехногие стальные мачты с полным парусным
вооружением. Лордам Адмиралтейства идея понравилась: ведь паруса давали
возможность повысить дальность плавания и скорость хода (машины тогда -
110 лет назад - были довольно слабыми). Крупнейший знаток теории корабля
Рид сразу увидел, что низкобортный, тяжелый корабль с такой высокой
парусностью неминуемо окажется недостаточно остойчивым. Он отказался
подписывать чертежи нового корабля, но, несмотря на его возражения,
броненосец был построен, получил название "Кэптэн" - "Капитан" - и был
введен в состав флота "владычицы морей". А дальше произошло то, что при
первом же пробном плавании "Кептэн" был опрокинут шквалом, погибло на
нем ни много ни мало 540 моряков. Говорят, в Лондоне и поныне существует
необычная мемориальная доска: на ней навечно записано порицание тем
невежественным адмиралам, которые не захотели вдуматься в предупреждение
инженера.
Известно немало трагических случаев потери остойчивости даже самыми
большими парусными судами. Вот, пожалуй, последний из них: в 1957 г. в
открытом океане из - за пересыпания груза в трюмах опрокинулся и пошел
ко дну огромный грузовой парусник - четырех - мачтовый барк "Памир",
плававший под флагом ФРГ.
Если такое происходит иногда со 100 - метровыми парусниками, можете
сказать вы, то какие же шансы справиться со штормом будут у маленькой
яхты? Напомню, однако, что океаны уже многократно успешно пересекались
яхточками и швертботами, длина которых лишь немногим больше, а то и
меньше, чем у 4,5 - метрового "Финна"!
Дело в том, что способность судна противостоять натиску стихии
определяется не его размерами, а совокупностью его мореходных качеств,
главные среди которых - плавучесть и остойчивость.
Плавучесть - это способность судна держаться на воде, т. е. плавать, с
той нагрузкой, которая предусмотрена проектом. Вся теория корабля и
начинается с расчетов плавучести. Согласно закону Архимеда, сила
плавучести равна водоизмещению - массе (весу) воды, вытесненной судном,
которое численно равно массе (весу) самого судна. Это вы, конечно, уже
проходили по физике. И вас нисколько не удивит, если я скажу, что на
основании этого важнейшего закона инженеры - судостроители, подсчитав
вес проектируемого судна и, следовательно, определив соответствующий
этому весу объем погруженной части корпуса, безошибочно наносят на
чертежи положение ватерлинии, указывают осадку и высоту остающегося над
водой борта, а затем производят точные расчеты мореходных качеств
будущего судна. Однако когда 300 лет назад английский кораблестроитель
Антони Дин впервые приложил теорию к практике - рассчитал осадку еще
стоящего на стапеле многопушечного линейного корабля "Рупперт" и даже не
побоялся прорезать в его бортах орудийные порты, это казалось чудом.
Говорят, король со всей свитой прибыл на верфь в день спуска "Рупперта"
на воду: так было всем интересно - "угадал" ли мастер осадку, или
корабль сядет глубже, зачерпнет портами воду...
Главные размерения яхты и построение
параллелепипеда, в который вписывается ее подводная часть.
Что нужно знать для основных расчетов плавучести? Конечно, вес -
водоизмещение судна, а кроме того, его основные размерения: длину по
ватерлинии (ее принято обозначать буквой L), ширину по ватерлинии в
самом широком месте (В) и осадку (Т). Перемножив эти три величины,
получим объем параллелепипеда, в который вписывается подводная часть
нашего судна. Объем параллелепипеда всегда больше объема подводной части
судна, поскольку форма корпуса, как вы можете убедиться, взглянув на
любую из стоящих на берегу яхт, далека от формы ящика! Отношение
объемного водоизмещения судна к объему параллелепипеда характеризует
полноту корпуса - чем оно выше, тем ближе форма корпуса к форме
параллелепипеда. Эта очень важная характеристика любого большого и
малого судна так и называется коэффициентом полноты водоизмещения или
коэффициентом общей полноты. В расчетах его обозначают греческой буквой
6.
Для тихоходных грузовых судов 5=0,8, а спортивные парусные суда имеют
гораздо меньшую полноту корпуса: у швертботов 5=0,28 - 0,33, а у
некоторых яхт значение 5 доходит до 0,15.
Величина объемного водоизмещения (его принято обозначать V) будет равна
произведению
V = 5 L В Т.
Подсчитаем водоизмещение швертбота, имеющего длину 4 м, ширину 1,4 м и
осадку 0,15 м. Примем коэффициент общей полноты равным среднему значению
5=0,3 У нас получится:
V = 0,3 - 4,0 - 1,4 - 0,15= 0,25 м3
В единицах массы это будет соответствовать 0,25 т или 250 кг. Прикинув
вес швертбота (допустим это 100 кг), мы легко можем уточнить полезную
грузоподъемность нашего судна, соответствующую нормальной расчетной
осадке 0,15 м:
250 кг - 100 кг = 150 кг.
Другими словами, если каждый из вас в среднем весит 50 кг, то нормальная
нагрузка этого швертбота -три человека.
Что получится, если сядут еще двое? Нагрузка увеличится в сумме на 100
кг, т. е. водоизмещение возрастет до 0,35 м . Поскольку значения L, В и
5 существенно не изменяются, а новое V нам известно, легко прикинуть
новую осадку при увеличенной нагрузке.
Осадка увеличится примерно на 5 см. Это само по себе, пожалуй, не
страшно. Важно другое: ведь на те же 5 см уменьшится высота надводного
борта!
Водоизмещение является мерой плавучести, но само по себе не
характеризует безопасности плавания. Главную роль в обеспечении
мореходных качеств судна играет высота надводного борта (ее обычно
обозначают F).
В лодку с низким бортом легко захлестывают брызги, но это еще полбеды.
Опаснее другое. При увеличении крена быстро наступит тот момент, когда
вода хлынет внутрь лодки через верх. Ясно, что чем выше борт, тем больше
значение угла крена, который может без особой опасности выдержать лодка.
Я полагаю, что в скором времени мы с вами где-нибудь да разыщем хотя бы
один швертбот "Оптимист". Это - беспалубное судно, так что фактическая
высота его надводного борта будет прямо определять и запас плавучести
(грузоподъемности) и остойчивость парусника при крене.
А пока запомним: перегрузка лодки, как и любое уменьшение фактической
высоты надводного борта, недопустима!
Теперь поговорим об остойчивости и о влиянии на нее положения центра
тяжести судна.
Изобразим поперечное сечение швертбота в самой широкой части его корпуса
- на так называемом мидель-шпангоуте. На стоянке, пока не поставлены
паруса и ветер на них не давит, наш швертбот сидит по расчетную
ватерлинию и крена не имеет. Вес судна, сосредоточенный в его центре
тяжести (сокращенно - ЦТ), и сила плавучести, приложенная в центре
величины (ЦБ) или иначе - в центре погруженного в воду объема, т. е.
объема подводной части корпуса, расположены строго на одной вертикали и
уравновешивают друг Друга.
Остойчивость швертбота
Под парусами швертбот чаще всего идет с креном. Крен этот получается
потому, что давление ветра на паруса действует на значительной высоте
относительно точки приложения гидродинамических сил (сопротивления
движению вперед и дрейфу), и возникает кренящий момент этих сил. Чем
сильнее ветер (чем выше его скорость) и чем больше фактическая площадь
парусов, тем большую величину имеет кренящий момент. Отсюда и вытекает
давно известное морякам правило: с усилением ветра уменьшай площадь
парусности - бери рифы, заменяй обычные паруса штормовыми! Не даром же
говорят, что настоящего капитана узнают по вовремя взятым рифам.
Поспешил уменьшить парусность - потерял в скорости, запоздал - подставил
под опасность людей и судно.
Разумеется, имеет очень большое значение и положение центра парусности (ЦП)
по высоте: ясно, что кренящий момент при действии ветра на узкий и
высокий парус будет больше, чем на низкий и широкий парус той же
площади.
Стоит подчеркнуть, что опасный крен может возникнуть и при смещении ЦТ
от середины судна к борту (вспомним барк "Памир", на котором во время
шквала сдвинулся сыпучий груз). Все вы по собственному опыту хорошо
знаете, что на лодке сразу возникает крен, если, например, кто - то
садится на один из ее бортов!
Вернемся, однако, к нашей схеме. По той или иной причине - неважно! -
швертбот получил крен. Общий объем вытесненной воды, т. е. объем
погруженной части корпуса, не изменился, поскольку вес нашего судна
остался неизменным. А вот форма погруженной части, как мы видим,
существенно изменилась: со стороны наветренного борта часть объема из
воды вышла, а со стороны подветренного точно такая же по величине часть
объема в воду вошла. Соответственно ЦВ сместился в сторону подветренного
борта. Теперь сила плавучести, приложенная в новом ЦВ, и сила веса,
точка приложения которой осталась на прежнем месте, оказались
разнесенными на некоторое расстояние. Пара этих сил, образовала момент,
действующий в направлении, противоположном крену, препятствующий
опрокидыванию швертбота и потому называемый восстанавливающим моментом.
Так экипаж швертбота увеличивает его
остойчивость открениванием.
Способность судна противостоять крену и называется его поперечной
остойчивостью. А мерой остойчивости является восстанавливающий момент -
произведение веса (водоизмещения) на плечо остойчивости, т. е. на
расстояние по горизонтали между ЦТ и ЦВ.
Когда экипаж швертбота пересаживается на наветренный борт (кстати,
наветренным называется любой предмет, находящийся от вас с той стороны,
откуда дует ветер), общий ЦТ швертбота перемещается в том же
направлении, плечо остойчивости возрастает, а следовательно,
увеличивается и восстанавливающий момент. На гоночных швертботах,
например, на "Летучих Голландцах", чтобы еще больше увеличить
остойчивость, матрос - шкотовый вывешивается за борт на специальной
снасти -трапеции, прикрепленной одним концом к мачте, а вторым - к его
поясу.
Понятно, что чем шире корпус, тем больше поперечная остойчивость судна.
Однако слишком широкое судно всегда будет проигрывать в скорости. Не
случайно на Волге раньше говорили: "Суда строят подлиньше да
попрогонистей или пошире да поупористей". В известной мере соединить эти
качества удалось изобретателям многокорпусных судов - катамаранов и
тримаранов. Идея постройки парусных лодок, состоящих из двух или трех
узких "прогонистых" корпусов, соединенных рамой или мостиком,
принадлежит древним обитателям тропических островов Океании (кстати,
слово катамаран произошло от слов катту мару, что означало связанные
деревья).
Посмотрим, как держится на воде двухкорпусная яхта - катамаран. В
положении на ровный киль сила плавучести равномерно распределена между
обоими корпусами, но уже при небольшом - на 10 - 15° -крене наветренный
корпус выходит из воды, а все водоизмещение оказывается сосредоточенным
в подветренном корпусе - он соответственно намного погружается в воду.
Если при этом экипаж разместится на наветренном корпусе, плечо
остойчивости относительно нового ЦВ и соответственно восстанавливающий
момент будет очень большим. Вот почему катамаран на малых углах крена
обладает огромной остойчивостью, а благодаря этому удается без особого
риска нести больше парусов и развивать очень высокую скорость хода.
Имеет немаловажное значение и еще одно обстоятельство: чем меньше крен,
тем лучше работают паруса.
Любое судно, не имеющее балластного киля, остойчиво до тех пор, пока в
результате нарастания крена плечо остойчивости, достигнув максимальной
величины, не уменьшится затем до нуля: в этот момент сила веса и сила
плавучести вновь будут действовать по одной вертикали, но теперь судно
окажется в неустойчивом положении.
Остойчивость двухкорпусной яхты - катамарана.
Достаточно увеличить крен на самую небольшую величину - судно
опрокинется!
Для швертбота момент неустойчивого равновесия наступает при крене на 60
- 70°. Пара сил, ранее противодействовавшая крену, при этом будет
наоборот - способствовать опрокидыванию. По мере дальнейшего роста крена
опрокидывание идет все быстрее. Именно по этой причине стремительно
перевернулся "Кептэн" (вспомним: низкий надводный борт, высокое
расположение и ЦП и ЦТ судна!).
Теперь посмотрим, что дает тяжелый фальшкиль килевой яхте. Обычно вес
низко расположенного фальшкиля составляет от 30 до 50% водоизмещения
судна, благодаря чему и общий ЦТ яхты расположен очень низко - иногда
даже ниже ЦВ. Поэтому - то яхта подобна "неваляшке" или "ваньке-встаньке":
она всегда возвращается в прямое положение, как только перестает
действовать кренящий момент.
Если даже ЦТ окажется выше ЦВ, балласт по мере увеличения крена "скажет
свое слово", поскольку он закреплен в самом низу глубокого киля. С
увеличением крена плечо восстанавливающего момента также постоянно
растет. Вот почему при крене 90°, когда паруса яхты уже лежат на воде,
она имеет наибольшую остойчивость. Если только все люки и прочие вырезы
в палубе плотно задраены (закрыты), то, как только кренящий момент
ослабеет, яхта встанет на ровный киль.
Остойчивость килевой яхты.
Как вы уже видели во время сегодняшней гонки, опрокидывание легкого
гоночного швертбота кончается без серьезных последствий. Сейчас все
швертботы (посмотрите, например, в кокпит "470" или "Финна") снабжают
герметичными бортовыми отсеками или приклеивают пенопласт с таким
расчетом, чтобы опрокинувшийся или полностью залитый водой швертбот
оставался на плаву. Это качество - его называют непотопляемостью - также
является одним из важнейших мореходных качеств.
Когда ветер положит швертбот парусами на воду (полностью - мачтой вниз -
швертбот переворачивается крайне редко), опытный экипаж, как вы знаете,
не теряется, а быстро возвращает лодку в прямое положение. Тем более,
что конструктор специально предусмотрел такую возможность: для этого -
то и размещают запас плавучести по бортам! Положение швертбота на борту
оказывается неустойчивым - его ЦТ высоко поднимается над водой,
действующая ватерлиния очень узкая. Достаточно одному из членов экипажа
взобраться на шверт, и лодка под действием его веса начинает
подниматься, освобождая парус от воды.
Бывают случаи, когда экипаж нарочно кладет швертбот парусами на воду.
Помню, во время гонки на горьковском швертботе отвязался и улетел к топу
мачты спинакер-фал - снасть, при помощи которой поднимается спинакер -
легкий носовой парус, похожий на парашют. Возвращаться с дистанции,
чтобы устранить неисправность, значило отказаться от борьбы. Горьковчане
не растерялись и при первом же подходящем порыве ветра положили швертбот
парусами на воду. Подплыть к мачте, подобрать фал и поставить швертбот
на ровный киль - заняло немногим более одной минуты. Яхтсмены успели
догнать соперников и закончили гонку в числе первых.
Как видите, швертбот не такое уж ненадежное судно. Даже в перевернутом
положении он отлично держится на воде. Так что, если поставить его на
ровный киль своими силами не удается, то держась за него, надо
дожидаться помощи. Нельзя бросать швертбот и плыть к берегу! Известно
немало случаев, когда люди тонут, переоценив свои силы.
Ну а главное - надо стараться избежать подобной аварии, нужно
внимательно следить за порывами ветра, особенно при ходе на волне.
До сих пор мы говорили об остойчивости, считая, для упрощения дела,
кренящий момент нарастающим более или менее спокойно. А ведь на самом
деле шквал налетает порывами, и так же, резко, иногда с очень большой
силой, волна ударяет в борт. Чем отличается такое динамическое
воздействие от спокойного статического, можно себе представить, если,
например, попробовать открыть одну и ту же дверь - сначала, не торопясь,
надавив на нее плечом, а затем - предварительно разбежавшись.
Неблагоприятное сочетание порыва ветра и удара волн может перевернуть
даже самую остойчивую килевую яхту. Такие случаи перестали быть
редкостью с того времени, как начались массовые плавания и даже гонки на
небольших яхтах в открытом океане. Перечитайте, например, книжку
знаменитого мореплавателя Фрэнсиса Чичестера, посвященную его одиночному
плаванию вокруг света на 16,5 -метровой "Джипси Мот IV" (такое название
- "Цыганка - мотылек" - он давал всем своим яхтам, включая и ту, на
которой победил в первых гонках одиночек через Атлантику в 1960 г.).
Если швертбот лег парусами на воду, можно встав
на шверт, поставить его на ровный киль.
Сэр Чичестер по праву мог считать себя человеком бывалым, но, по его
собственным словам, ничего, подобного перевороту "Джипси", в прошлом ему
переживать не доводилось. Он находился в каюте, когда ураганной силы
ветер положил яхту парусами на воду. Все попадало со своих мест, померк
свет, пол стал потолком. Моряк едва успел осознать, что происходит, как
яхта, совершив полный оборот, снова оказалась в нормальном положении. "Джипси"
лишилась большей части парусов, но, к радости капитана, главное - мачта
не пострадала. Чтобы представить, как "Джипси" могла выполнить такую
"фигуру высшего пилотажа", вспомним, как ведет себя игрушка - неваляшка.
Сколько бы вы ее не кренили, даже если вы поставите ее на голову, - все
равно она вернется "на ровный киль". Объясняется это просто. В донышко
залит свинцовый груз. Он - то и возвращает ее в положение устойчивого
равновесия, при котором ЦТ занимает самое близкое положение к точке
опоры - точно по вертикали над ней. Такой же груз - свинцовый фальшкиль,
закрепленный на днище "Джипси Мот IV", и помог яхте благополучно
совершить полный оборот на все 360°.
На многомачтовых боевых и торговых парусниках таких фальшкилей никогда
не делали: это намного увеличило бы и без того большую осадку судна и
существенно уменьшило бы полезную грузоподъемность. Приходилось
ограничиваться тем, что в трюмы, на днище, укладывали твердый балласт, а
на стальных судах принимали, воду в междудонное пространство. Поэтому -
то большой крен, не представляющий опасности для нынешней яхты,
оказывался роковым для крупного парусника. Ведь положенный парусами на
воду барк или клипер уже никогда не вставал на ровный киль! Как вы
знаете из старых морских романов, когда обрушивался штормовой силы ветер
и возникала угроза опрокидывания судна, подавалась команда рубить мачты.
Теперь вы можете оценить смысл этой аварийной меры: избавиться от
давления ветра на голый рангоут, любой ценой уменьшить кренящий момент!
Кстати сказать, выполняя такую команду, отнюдь, не рубили топорами
мачты: достаточно было перерубить наветренные ванты...
Что же произошло с яхтой Чичестера? "Джипси", подхваченная огромной
волной, на миг развернулась бортом к почти отвесно поднимавшемуся гребню
и под напором ветра повалилась подветренным бортом в разверзшуюся под
ним бездну. Сила инерции довершила переворот. Яхта всплыла килем вверх,
но, так как ЦТ при этом оказался высоко над ЦВ, она, как перевернутая
неваляшка, не задержалась в таком неустойчивом положении, а сразу же
вернулась на ровный киль, только уже через другой борт.
Что говорить, если бы Чичестер не держал входной люк задраенным, вода
успела бы залить внутренние помещения, яхта пошла бы ко дну. Отсюда
вывод. Хотя крейсерская яхта и считается мореходным и надежным типом
судна, нельзя пренебрегать ни одним из правил хорошей морской практики.
Вот пример. Во время шторма ночью 14 августа 1979 г. в Ирландском море
находилось более 300 крейсерских яхт - участниц Фастнетской гонки. Потом
уже выяснилось, что 17 из них были опрокинуты хотя бы один раз и все 17
снова встали на ровный киль!
Больше того: 10 - метровая яхта "Камарг" переворачивалась дважды - с
интервалом в один час, а полутонник "Гринго" - даже трижды за одну эту
страшную ночь! Это свидетельство великолепной работы конструкторов,
проектировавших яхты, и прекрасной морской выучки их экипажей.
