Плавучесть, осадка и дифферент

Плавучесть - способность судна держаться на плаву, имея заданную осадку при определенной нагрузке. Это качество должно сохраняться в любых обстоятельствах эксплуатации яхты.

На погруженную в воду поверхность судна при его неподвижном состоянии в каждой точке действуют силы гидростатического давления воды, направленные перпендикулярно поверхности. Все эти силы можно привести к одной силе плавучести, направленной вверх и приложенной в центре тяжести погруженного объема - центре величины ЦВ. Согласно известному закону Архимеда, сила плавучести равна массе воды, вытесненной судном.

Кроме давления воды на корпус судна действуют силы тяжести, которые также могут быть приведены к одной равнодействующей силе D, направленной вниз и приложенной в центре тяжести ЦТ судна. Для того чтобы судно плавало в состоянии равновесия, необходимо, чтобы сила плавучести и сила тяжести были равны и располагались на одной вертикали:
D = * V; Xд = Xс
где - плотность воды, т/м3; V - объемное водоизмещение, м3; D -масса судна или массовое водоизмещение, т; Xд - отстояние центра тяжести, ЦТ, от плоскости миделя, м; Xс - отстояние центра величины ЦВ от плоскости миделя, м.

В зависимости от плотности воды, в которой плавает яхта, ее объемное водоизмещение может изменяться, хотя масса судна остается постоянной. В пресной воде, плотность которой близка к единице, для поддержания судна определенной массы требуется больший погруженный объем V, чем в соленой воде, плотность которой колеблется от =1,010-1,015 т/м3 в Балтийском море до 1,023-1,028 т/м3 в океане. Изменение объемного водоизмещения при переходе яхты из пресной воды ( =1,00) в морскую и наоборот происходит за счет изменения осадки. Величина этого изменения невелика - менее 1 % осадки и на эксплуатационных качествах яхты практически не сказывается. Однако влияние солености на осадку следует учитывать при обмере яхты и вычислении ее гоночного балла.

Знание главных размерений яхты и ее коэффициентов полноты позволяет капитану выполнять некоторые элементарные расчеты приближенных значений водоизмещения, изменения осадки при приеме груза относительно небольшой величины.

Водоизмещение:
D = * * Lквл * Вквл * Тср, т. (6)

Груз, изменяющий осадку на 1 см:
р == 0,01 * * a * Lквл * Вквл, т. (7)

Если при проектировании или постройке яхты окажется, что ее масса превышает водоизмещение по КВЛ, а ЦТ смещен в нос или корму от ЦВ, то при спуске на воду она погрузится глубже конструктивной ватерлинии и получит наклон - дифферент на нос или на корму. При продольном наклонении в воду погружается дополнительный объем корпуса в носу или корме и в ту же сторону смещается точка приложения равнодействующей сил плавучести (ЦВ) до того момента, пока вновь не будет достигнуто условие плавания в состоянии равновесия т. е. Xд = Xс.

И увеличение осадки, и дифферент нежелательны, так как обводы ватерлиний яхты могут существенно отличаться от тех, что были предусмотрены ее посадкой по проектной КВЛ. Чтобы этого не случилось, после выбора главных размерений конструктор должен хотя бы приблизительно оценить массу будущей яхты. Для этого выполняется предварительный расчет массовой нагрузки по основным разделам: корпус; дельные вещи и палубное оборудование; оборудование внутренних помещений; рангоут, такелаж и паруса; двигатель с трубопроводами, гребным валом и электрооборудованием; системы с трубопроводами цистернами; полезная нагрузка - экипаж, запасы пресной воды и провизии топливо для двигателя, снабжение; балластный фальшкиль. Примерное соотношение этих составляющих массовой нагрузки дано в табл. 1, а сумма их должна быть равна массово водоизмещению яхты по КВЛ.

Существенное влияние на дифферент яхты оказывают переменные массы - топливо и вода в цистернах, которые расходуются в течение плавания, а также экипаж, имеющий возможность перемещаться по яхте. Поэтому цистерны для жидкостей стараются располагать вблизи общего ЦТ яхты, а экипаж во время гонки рассредоточивать на палубе и в помещениях, не допуская его скопления в кормовом кокпите, где масса людей создает значительный дифферентующий момент на корму.

Непотопляемость.

Способность судна оставаться на плаву и сохранять свои мореходные качества в случае получения пробоины в обшивке или затопления через палубные отверстия называется непотопляемостью. Это свойство в первую очередь определяется запасом плавучести судна - его надводным объемом от КВЛ до палубы. Чем выше надводный борт, тем больше запас плавучести, тем большее количество воды может влиться внутрь яхты, прежде чем она затонет.

Непотопляемость без балластных швертботов и небольших яхт обеспечить сравнительно несложно. Благодаря легкой конструкции корпуса разность между массой яхты и силой поддержания в аварийном состоянии невелика. Требуется лишь небольшой дополнительный запас плавучести в виде междудонного пространства, бортовых отсеков плавучести, герметичных отсеков в носу и корме, под кокпитом. Для большей надежности эти отсеки заполняют легким пенистым пластиком, не впитывающим воду. Объем отсеков плавучести или блоков пенопласта рассчитывают так, чтобы при заполнении водой яхта держалась на плаву с надводным бортом около 10 см и по возможности на ровном киле. Чтобы она сохраняла свою способность сопротивляться крену и дифференту, отсеки плавучести размещают в оконечностях корпуса и по бортам.

Обеспечить непотопляемость крупной яхты, снабженной фальшкилем массой 40-50% ее водоизмещения и имеющей большой объем внутренних помещений, практически невозможно. В данном случае помогло бы деление корпуса поперечными водонепроницаемыми переборками на несколько отсеков. Однако глухие переборки создают большие неудобства для обитаемости яхт, а при устройстве дверей переборки теряют смысл. Поэтому даже на больших яхтах устанавливают две водонепроницаемые переборки - форпиковую (вблизи носового конца КВЛ) и ахтерпиковую (в районе кокпита), ограничивающие доступ воды внутрь при получении пробоины в оконечностях.

Опыт, однако, показывает, что в море от пробоин при столкновениях яхты гибнут сравнительно редко. Гораздо большую опасность представляет негерметичность закрытий палубных люков, разбитые иллюминаторы. Именно это стало причиной гибели пяти яхт в трагической Фастнетской гонке 1979 г. у берегов Ирландии. На этих яхтах (так же как и еще на 98 из 234 участвовавших в гонке судов) причиной попадания больших масс воды внутрь корпуса были ненадежные закрытия входных люков в стенках рубок. Традиционные задвижные щитки выскакивали из своих пазов при опрокидывании яхт, оказывались смытыми за борт или затерявшимися внутри яхт.

Современная практика требует, чтобы яхта, положенная парусами на воду, не могла быть залита через открытые люки. Входные люки предписывается оборудовать дверцами на прочных петлях, открываемыми обязательно наружу. Все иллюминаторы и светлые люки должны снабжаться защитными щитками, которые в штормовых условиях устанавливаются снаружи. Все отверстия в корпусе для забора забортной воды или выпуска сточных вод, воды из системы охлаждения двигателя и т. п. снабжаются надежными запорными вентилями и клапанами, а осушительная система должна иметь достаточную производительность.

Современная крейсерско-гоночная яхта обладает большой живучестью, т. е. способностью оставаться при аварии на плаву и перемещаться в нужном направлении. В упомянутой Фастнетской гонке на гребнях крутых волн опрокинулось 77 яхт, многие из которых совершили полный оборот на 360°. Несмотря на повреждения и большие массы воды, попавшие внутрь яхт, большинство из них были приведены в порты-убежища своими экипажами. Экипажи шести яхт, посчитавшие положение критическим, покинули их на надувных спасательных плотах, которые в тех условиях оказались недостаточно надежными. В результате погибло семь человек. В то же время только две из покинутых шести яхт действительно утонули. Четыре судна, несмотря на жестокий шторм, остались на плаву и были впоследствии обнаружены в море и отбуксированы в гавани.