К мореходным качествам судна относятся плавучесть, остойчивость,
непотопляемость, ходкость, управляемость, устойчивость на курсе и
поведение на волнении (иногда пользуются термином <навигационные>
качества). Совокупность этих качеств характеризует безопасность и
нормальные условия эксплуатации любого судна, в том числе
малотоннажного.
Рис. 5. Статические силы, действующие на судно:
а - в состоянии покоя; б - при малых углах крена.
Каждое судно должно плавать и нести какую-то нагрузку - двигатель,
пассажиров, груз, - имея при этом вполне определенное погружение в воду.
Это свойство называется плавучестью. Вес плавающего судна
уравновешивается силой, поддерживающей его на плаву. Это очевидное
условие плавучести основывается на законе Архимеда: на тело, погруженное
в жидкость, действует подъемная сила, равная весу вытесняемой телом
жидкости.
Вес судна (рис. 5, а) является равнодействующей сил тяжести всех его
частей и приложен в центре тяжести (ЦТ) G судна.
Равнодействующая гидростатических сил, действующая на погруженную часть
судна, равная весу судна, называется гидростатической силой поддержания
Лст, или силой плавучести; Лст направлена вверх.
Объем погруженной части судна V называется объемным водоизмещением, а
величина D, равная весу судна, - весовым водоизмещением
D = Аст = yV,
где у = 1 т/м3 - удельный вес пресной воды; у = 1,025 т/м3 - средний
удельный вес морской воды.
Очевидно, что водоизмещение не постоянно, а изменяется в зависимости от
нагрузки судна. Для малотоннажных судов представляет интерес:
а) водоизмещение порожнем, т. е. вес судна с двигателем, но без команды,
топлива, масла, охлаждающей воды, груза и т. п.;
б) водоизмещение полное, или в полном грузу, т. е. вес судна со всеми
запасами, грузом и экипажем.
Равнодействующая сил поддержания" приложена в центре тяжести С
погруженной части судна, называемом центром величины (ЦВ). В силу
симметричности корпуса судна (при этом все нагрузки должны быть так
распределены, чтобы судно находилось в покое без крена в положении <на
ровный киль>) ЦТ и ЦВ будут расположены в одной продольно-вертикальной
плоскости, проходящей посередине судна - диаметральной плоскости (ДП).
Способность судна, отклоненного внешними силами (удар волны, порыв
ветра, действие центробежных сил на циркуляции и т. д.) от положения
равновесия, возвращаться после прекращения действия этих сил в
первоначальное положение называется остойчивостью.
Рассмотрим условия поперечной остойчивости судов, имея в виду, что все
выводы будут справедливы и для продольной остойчивости. Предположим, что
судно накренилось (рис. 5, б) на небольшой угол ф (5-10°). Положение ЦТ
относительно корпуса судна при этом будет, очевидно, неизменным. В то же
время ЦВ переместится из точки С в точку Сх (которая является новым
центром тяжести измененной погруженной части), и направление силы
поддержания, действующей перпендикулярно к поверхности воды, пересечет
диаметральную плоскость судна в точке М. Точка М называется начальным
метацентром, а ее отстояние от центра тяжести G - начальной
метацентрической высотой h0. Величина h0 характеризует остойчивость
судна при малых наклонениях (<p< 10°), причем положение точки М в этих
условиях почти не зависит от угла <р.
Практически начальную метацентрическую высоту (для килеватых судов)
можно определить следующим приближенным способом. 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 h0=0.525 (В/Т)*(В/Т) где
В - ширина судна, м Т - период качки, сек.
Рис. 6. Зависимость начальной метацентрической
высоты от длины судна.Точка
I - мотолодка ПК-19
Для оценки полученных результатов служит кривая на рис. 6,
построенная по данным удачно спроектированных катеров. Если метацентр М,
построенный по значению ft0, окажется ниже заштрихованной полосы, это
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.
Сила веса D и равная ей сила поддержания Лст образуют пару сил с плечом
I
Мо=DL
Этот момент стремится вернуть судно в первоначальное положение и
называется восстанавливающим моментом.
Возможны следующие три случая:
1) точка М расположена выше ЦТ - судно остойчиво, причем, чем большая
h0, тем больше остойчивость, но стремительнее качка;
2) точка М совпадает с ЦТ - судно неостойчиво, восстанавливающий момент
равен нулю;
3) точка М расположена ниже ЦТ - судно стремится увеличить угол крена,
т. е. опрокинуться.
Остойчивость можно увеличить за счет увеличения ширины судна или
понижения ЦТ. Оригинальный способ увеличения остойчивости заложен в
проекте мотолодки ПК-5 (см. рис. 38). В кормовой части предусмотрены
бортовые були, которые в нормальном состоянии мотолодки не омываются
водой и, следовательно, не влияют на сопротивление воды движению. Во
время крена на стоянке, входя в воду, були создают благодаря своей
плавучести дополнительный восстанавливающий момент, достигающий 20 кгм.
Во время крена на ходу на нижней поверхности булей, когда они коснутся
воды, возникает дополнительная гидродинамическая сила, стремящаяся
вернуть судно в равновесное положение. Такие же були,
установленные на известной Казанке, обеспечили безопасную эксплуатацию
ее с подвесным мотором <Вихрь> на волнении до трех баллов.
