Верный союзник конструктора - вода.


Забортную воду в лодке любой плавающий человек спра­ведливо воспринимает как опасного врага. Ее появление обычно свидетельствует о какой либо не­исправности корпуса или обору­дования нарушении водонепроницаемости наружной обшивки или палубы, герметичности люко­вых закрытий, уплотнений гребного вала либо трубопроводов различных систем и т. п.


С поступлением воды ухудшаются эксплуатационные каче­ства судна. Из за увеличения веса снижается скорость хода, лодка тяжелее всходит на волну, становится валкой, т е получает крен при незначительных воздействиях ветра, волны или пере­мещении экипажа, даже от пере кладки руля.

Особенно опасна вода, которая может свободно переливаться с борта на борт, как говорят судостроители — обладает свободной поверхностью.


Центр тяжести этого дополнительного груза перемещается в сторону накрененного борта, в результате чего снижается характеристика остойчивости — поперечная метацентрическая высота, а следовательно, и способность судна противостоять внешним силам вызывающим крен.


 Из теории корабля известно, что метацентрическая высота h уменьшается прямо пропорционально моменту инерции ix сво­бодной поверхности воды в трюме относительно продольной оси судна и обратно пропорционально водоизмещению V


/\h=— ix/V, м.


В случае, если форма сво­бодной поверхности воды близка к прямоугольнику шириной Ь и длиной l


/\h = -l*b3 /12V, м.


Например, если в корпусе популярного швертбота «Креветка», имеющего полное водоизмещение 650 кг, уровень воды в трюме достигнет пайолов и разме­ры ее свободной поверхности бу­дут: b = 1.5 м; / = 4.2 м. то исход­ная метацентрическая высота, равная 1,45 м, уменьшится на 1,2 м или на 82%!  В свежий ветер остойчивости швертбота может оказаться недостаточно, если во время не откачать воду из трюма.


Это, к слову, и подтвердилось при расследовании причин одной из аварий, случившейся с лодкой этого типа в Финском заливе. Заметим, что эффект сниже­ния остойчивости получается и в случае установки на малом судне водяных и топливных цистерн. Особенно, если цистерны плоские и широкие и не разделены продольными отбойными переборка­ми, которые препятствуют сво­бодному перетеканию жидкости в поперечном направлении.


Количество жидкости в ци­стерне не имеет значения; чтобы снизить потерю остойчивости, свободную поверхность содер­жимого необходимо разделить на несколько узких прямоуголь­ников. В проектах некоторых яхт и катеров, созданных в послед­ние десятилетия, можно видеть, как конструкторы используют за­бортную воду в качестве средства для повышения остой­чивости судов.


В этих слу­чаях вода, заполняющая спе­циальные цистерны, выполняет ту же роль, что и обычный твердый балласт, будь то чугунный фальшкиль, закрепленный снару­жи корпуса, или литые свинцо­вые чушки, укладываемые в трюм под пайолами. Сосредотачивая в себе определенную часть пол­ного водоизмещения судна, бал­ласт понижает его общий центр тяжести и соответственно увели­чивает метацентрическую высоту.


При одинаковом весе водяной балласт занимает, конечно, в 6— 9 раз больший объем в корпусе, чем металлический, но конструк­торов привлекает одно ценное свойство: возможность при определенных обстоятельствах пол­ностью избавляться от балласт­ной воды и в любой момент вновь принимать ее на борт.


 Познакомимся с некоторыми конкретными примерами исполь­зования водяного балласта на малых судах. В стремлении снизить удар­ные перегрузки, которые испыты­вают быстроходные глиссирую­щие катера, были развиты новые типы обводов с днищем повышен­ной килеватости (под килеватостью понимается угол, который образует в поперечном направле­нии поверхность днища с основ­ной горизонтальной плоскостью, касающейся киля).


На многих современных мотолодках и кате­рах угол килеватости днища до­стигает 23—25о. Если лодка с та­кими обводами имеет облегчен­ную конструкцию и несет незна­чительную нагрузку (как, напри­мер, гоночная 1 — 2-местная мото­лодка), то на стоянке или при плавании в водоизмещающем ре­жиме действующая ватерлиния оказывается чрезмерно узкой и судно становится валким.


Этот недостаток можно устра­нить, если в нижней части днища вдоль киля устроить открытую с кормы балластную цистерну. При спуске лодки на воду цистер­на самотеком заполняется водой, лодка глубже садится в воду, при этом ширина действующей ватерлинии увеличивается.


Про­порционально ширине в кубиче­ской степени возрастает метацентрический радиус, снижается общий центр тяжести лодки с учетом водяного балласта. Прав­да, в данном случае — при от­крытой с кормы цистерне — вода выполняет роль балласта только при малых углах крена, когда она не имеет возможности вы­литься через «окно» в транце.


На режиме глиссирования, когда судно приобретает попе­речную остойчивость за счет гидродинамических сил давле­ния, действующих на днище, бал­ласт становится не только не нужным, но и вредным — пре­пятствует достижению высоких скоростей.


Здесь-то и выполняет свою роль отверстие в транце: по мере уменьшения осадки лодки при ее выходе на глиссирова­ние вода свободно выливается из цистерны, водоизмещение умень­шается, скорость судна возра­стает, хотя и не так стремительно, как на обычной лодке без бал­ластной цистерны.


Для того чтобы заполнение цистерны водой и ее слив на ходу происходили беспрепятственно, цистерну необходимо снабжать вентиляционной трубой достаточ­ного сечения, конец которой обычно выводится на палубу. 


В качестве примера примене­ния балластной цистерны на глиссирующих судах можно при­вести гоночную мотолодку «Ле­ви-16», спроектированную из­вестным итальянским конструк­тором и гонщиком Ренато Леви в 1964 г. Эта лодка имела ши­рину по скуле всего 1,22 м и угол килеватости днища у транца 25°; вес корпуса составлял 220 кг.


На ее транец навешивался под­весной мотор «Меркюри» мощ­ностью 100—140 л. с., собствен­ный вес которого в те годы со­ставлял около 160 кг. Это обусло­вило довольно высокое располо­жение общего центра тяжести. На стоянке и на малом ходу лод­ка вела себя совершенно неудов­летворительно — была очень валкой, легко получала крен, на­пример, при маневрировании в предстартовое время.


Дело усугублялось тем, что с целью снижения веса корпуса конструк­тор уменьшил до минимума (593 мм на миделе) высоту борта. Для повышения остойчивости Леви превратил пайол кокпита в водонепроницаемый настил второго дна, под которым поме­стилось 160 л водяного балласта. Этого оказалось достаточно, что­бы мотолодка приобрела необхо­димую остойчивость; попутно уменьшился дифферент на корму, улучшилась управляемость на малых ходах.


В том же 1964 г. английские гонщики Дж. Меррифилд и Л. Мелли одержали на этой лодке победу в престижной европейской гонке «6 часов Па­рижа». Правда, на максимальных скоростях, когда цистерна опорожнялась и лодка глиссиро­вала буквально на пятке, она получала заметный крен.


На этом режиме движения ширина смо­ченной поверхности днища была столь узкой, что восстанавливаю­щий момент гидродинамических сил оказался недостаточным, что­бы противодействовать реактивному моменту гребного винта, вызывающему крен в сторону, противоположную направлению вращения. От этого крена уда­лось избавиться, лишь сместив подвесной мотор на транце на 40 мм на правый борт.


Нашел применение водяной балласт и на парусных яхтах. Прежде всего, он сулит значи­тельные преимущества на срав­нительно небольших крейсерских швертботах, которые буксируют­ся на прицепах-трейлерах за лег­ковыми автомобилями. Габарит­ная ширина таких яхт ограни­чивается правилами дорожного движения (в большинстве стран она не должна превышать 2,45 м).


Обеспечить остойчивость, необходимую для несения эффектив­ной парусности, только за счет остойчивости формы корпуса, т. е. увеличения его ширины, в этом случае не удается. Требует­ся снабдить яхту тяжелым опуск­ным килем или твердым балла­стом, чтобы понизить центр тя­жести судна.


Однако этот дополнительный вес (при длине яхты 6—7,5 м со­ставляющий 300—700 кг) при транспортировке лодки на трей­лере не только оказывается бес­полезным, но и вызывает допол­нительный расход горючего бук­сирующим автомобилем.


Малая масса трейлера с лодкой во многих случаях позволяет получить важное преимущество — использовать для его буксировки эконо­мичные малолитражные автомобили, которые получили преиму­щественное распространение сре­ди автолюбителей. Кроме того, упрощаются операции погрузки яхты на трейлер, ее спуска на воду.


Поэтому логично использование и на судах этого типа водя­ного балласта, от которого судно освобождается при подъеме на берег и погрузке на трейлер. Балластная цистерна устраи­вается обычно под пайолом каю­ты, емкость ее на швертботе дли­ной 5—6 м составляет 240—300 л, на швертботах длиной 7—7,5 м — 400—500 л. 


Для того чтобы избежать от­рицательного эффекта свободной поверхности воды в цистерне, она должна полностью находиться ниже действующей ватерлинии судна и заполняться водой «под пресс» — с некоторым превыше­нием этого уровня.


Кроме того, должна быть исключена возможность вытекания воды из цистерны при крене лодки. Такая ци­стерна заполняется водой само­теком через днищевой кингстон, снабженный запорным вентилем, а воздушные трубки, по которым при этом удаляется воздух, вы­водятся на палубу и снабжают­ся пробками.


Обычно для запол­нения цистерны достаточно 5— 6 минут после открытия кингсто­на, уровень воды в ней контро­лируется по воздушной трубке которая делается из прозрачного пластика.


Иногда для увеличения водя­ного балласта и повышения его эффективности водой заполняет­ся и полый профилированный шверт, для чего в его верхней части делают специальные отвер­стия. Немалое значение для обеспе­чения необходимой остойчивости швертботов имеет форма корпуса и рубки.


В упрощенном виде можно представить восстанавли­вающий момент, который препят­ствует накренению швертбота под действием ветра на паруса, в виде пары двух сил (см. схему): веса балласта В, направленного вниз, и силы плавучести V, на­правленной вверх.


Плечо этой пары сил, равное нулю, когда лодка находится на плаву без крена, увеличивается по мере наклонения за счет смещения силы плавучести к борту вплоть до того момента, когда в воду входит кромка палубы. При даль­нейшем наклонении уменьшается метацентрический радиус за счет уменьшения ширины и площади действующей ватерлинии, поэто­му плавание на швертботе с та­ким креном становится опасным.


Иное дело, если швертбот снабжен надстройкой, стенки (комингсы) которой являются продолжением бортов. На боль­ших углах крена в воду погру­жается дополнительный объем надстройки, сила плавучести смещается еще ближе к борту, вследствие чего возрастает и вос­станавливающий момент пары сил В и V. 


Этот принцип повыше­ния остойчивости широко приме­няет в своих проектах легких «трейлерных» каютных швертбо­тов новозеландский яхтенный конструктор Джим Янг. В качест­ве примера приводим схему об­щего расположения и парусности 5,2-метрового швертбота «Янг-5,2».


Конструкция корпуса этого швертбота рассчитана на само­стоятельную постройку из пред­варительно выкроенных фанер­ных деталей методом сборки на металлических скрепках с про­клейкой соединений лентами стеклоткани. Масса лодки при транспортировке на трейлере со­ставляет 404 кг; на плаву в бал­ластную цистерну принимается 222 кг воды.


Несмотря на срав­нительно малые размерения швертбот оборудуется 4 спаль­ными местами, а надстройка, простирающаяся на всю ширину корпуса, обеспечивает необычно комфортабельное размещение экипажа в каюте. Для уменьше­ния дифферента на корму, когда в кокпите располагаются все четыре человека, в носовой части балластной цистерны предусмот­рен дополнительный объем, не­сколько смещающий центр тяже­сти лодки в нос.


Низкий и широкий грот с тре­мя рядами рифов свидетельст­вует о заботе конструктора о снижении кренящего момента и обеспечении безопасности плавания швертбота при усилении ветра. Заметим, что трейлерные яхты весьма популярны в Новой Зе­ландии, как, впрочем, и в ряде европейских стран, где владель­цы парусников предпочитают держать их на берегу (часто на своих приусадебных участках), как из-за дороговизны стоянок на море, так и вследствие уда­ленности акватории от места жи­тельства.



В этой островной стра­не для любителей семейных путе­шествий под парусом доступны свыше 80 различных моделей трейлерных яхт, в первую очередь швертботов; существует Ассо­циация трейлерных яхт. Ассоциация следит за без­опасностью плавания и за тем, чтобы яхты удовлетворяли мини­мальным требованиям к их экс­плуатационным качествам.


Так, остойчивость швертботов оценивается по величине коэффициента SARMI — отношению рабочей (лавировочной) площади парус­ности к восстанавливающему моменту RM при крене 45°:

SA/RM =0,28 -:- 0,60. Если величина коэффициента превышает верхний предел, остойчивость лодки считается не­достаточной. В этом случае кон­структор предпочитает скорее уменьшать парусность, чем уве­личивать массу балласта. 


Максимальное водоизмеще­ние яхт, перевозка которых воз­можна за легковым автомобилем, достигает 2 т, площадь парусно­сти — 25 м2, длина — до 8 м. Для перевозки таких яхт необходим уже достаточно мощный автомо­биль с двигателем рабочим объемом 5000 см3 и выше (шверт­бот «Янг 5,2» можно буксировать за автомобилем с двигателем 1000—1500 см3).


 Примером сравнительно круп­ного трейлерного швертбота, снабженного цистерной водяного балласта, может служить серийная пластмассовая яхта типа «Мак Грегор 26», которая строит­ся в Калифорнии, США, и экспортируется во многие страны мира, включая Скандинавию.

Су­хой вес лодки на трейлере — 1,3 т, вес водяного балласта — 550 кг, или 42% водоизмещения порожнем.


Настил балластной цистерны также выполнен из стеклопластика и приформован к наружной обшивке. Можно отме­тить, что днище швертбота имеет несколько большую килеватость, чем обычно, благодаря чему уда­лось получить нужный объем ци­стерны и расположить в ней ко­лодец для узкого профилирован­ного шверта. Таким образом шверт, полностью убирающийся в корпус, не загромождает каюту.


Как и в новозеландском про­екте, на «Мак Грегоре» преду­смотрена надстройка от борта до борта, придающая способность швертботу вставать на ровный киль, если порывом ветра его по­ложит парусами на воду. При крене 90° входные люки в пере­борке надстройки и на палубе располагаются над водой и необ­ходимо приложить усилие 60 кг к топу мачты, чтобы удерживать швертбот в этом положении.


По окончании действия порыва вет­ра или освобождения топа мачты от груза судно встает в нормаль­ное положение без каких-либо усилий со стороны экипажа. Кокпит швертбота самоотливной, а пространство под ним используется для размещения комфортабельной двуспальной койки с размерами 1,82X2,10 м.


Водяной балласт нашел при­менение и на гоночных океанских яхтах, которые соревнуются на дистанциях с превалирующими попутными ветрами. Их конст­рукторы прилагают все усилия, чтобы снизить массу корпуса, оборудования и оснастки и по­лучить такое соотношение пло­щади парусности и водоизмеще­ния, которое бы позволило при благоприятных условиях вывести судно на режим глиссирова­ния — серфинга на попутной вол­не.


Снабжать такую яхту метал­лическим фальшкилем, масса ко­торого составляет 55—60% водо­измещения, значит свести на нет все усилия по облегчению яхты, сделать малооправданным при­менение дорогостоящих «экзоти­ческих» материалов для корпуса и вооружения — арамидных во­локон, углепластиков, титана и т. п. Тем более, что бейдевинд, при котором действуют наибольшие кренящие моменты, зани­мает обычно не более 30% про­тяженности маршрута гонки.


И в этом случае конструкторы вспомнили о водяном балласте. Одной из первых гоночных яхт, снабженных бортовыми цистер­нами для откренивания, стал «Пан Дюик V», на котором зна­менитый французский яхтсмеи Эрик Табарли одержал победу в Транстихоокеанской гонке яхт- сменов-одиночек в 1969 г. (см. «КиЯ» № 21). Конструкторы яхты М. Бигуэн и Д. Дювержи спроектировали очень легкий и широкий алюминиевый корпус яхты.


При длине и ширине по конструктивной ватерлинии соот­ветственно 9.15 и 2,9 м, в надвод­ной части корпус расширялся до 3,5 м за счет выступающих на­ружу бортовых наделок — булей.

В каждой наделке переборками выделялись балластные цистер­ны емкостью по 500 л. На курсе бейдевинд забортная вода запол­няет цистерну на наветренном борту; балласт, масса которого составляет 16% водоизмещения судна, вместе со свинцовым фальшкилем весом всего 400 кг, закрепленным на глубоком (осадка 2,3 м) плавнике, обра­зуют пару сил, препятствующую крену яхты под действием пару­сов.


Немалую роль играет и объем пустой наделки на подветренном борту, сила плавучести на кото­рой растет по мере ее погружения в воду. При перемене галса руле­вой открывает клапаны и вода по трубопроводам перетекает либо перекачивается насосом в ту цистерну, что становится навет­ренной после поворота.


Таким об­разом удалось обеспечить доста­точную остойчивость яхты при общей массе балласта всего 24% водоизмещения. А на попутном курсе, когда кренящий момент парусов существенно умень­шается, яхта за счет удаления водяного балласта становится на полтонны легче и при благо­приятных условиях выходит на глиссирование, развивая свыше 10 узлов.


В последние годы бортовые балластные цистерны широко применяют и на более крупных океанских гоночных яхтах, участ­вующих в кругосветных гонках одиночек «ВОС» и «Глоб Челлендж», в гонках через Атлан­тику и Тихий океан.


Для всех этих яхт характерна большая ширина по палубе, позволяющая максимально разнести балласт­ные цистерны и получить за счет этого наибольший восстанавли­вающий момент. Недаром яхт­смены прозвали такие суда «авианосцами под парусами». Бортовые цистерны разрешены и на новом 60-футовом классе яхт для кругосветной гонки «Уитбред Рейс».


Источник:  «Катера и Яхты»,  №156.


Оставить комментарий

Комментарии: 2
  • #1

    rytuał miłosny (Понедельник, 10 Апрель 2017 19:31)

    rytuał miłosny

  • #2

    sex telefon (Четверг, 10 Август 2017 20:25)

    kamagra cialis