Краткое описание мореходных качеств корабля

Мореходные качества корабля начинаются с его способности плавать в определенном положении. Корабль плавает согласно закону Архимеда. Вспомните: «…На погруженное в жидкость тело действует выталкивающая сила, равная массе вытесненной этим телом жидкости». Этот закон природы дает инженерам возможность спроектировать корабль, способный плавать с заданной осадкой, имея на себе необходимые грузы, т. е. имеющий то качество, которое называется плавучестью.

^{Рис. 3. Силы, действующие на корпус корабля:}

^{а — в состоянии равновесия; б — образование восстанавливающего момента во время качки: О — центр тяжести (масс); С — центр величины, М — метацентр-, h — метацентрическая высота; Р — сила веса; GB — плечо статической остойчивости l; D — равнодействующая сил поддержания}

Корпус корабля, находящегося на воде, всегда подвергается воздействию двух сил: силе собственного веса Р с равнодействующей, направленной вниз и приложенной в центре тяжести масс G, и силе поддержания (выталкивающей силе) D с равнодействующей, направленной вверх и приложенной в центре величины С (рис. 3, а). (Центр величины — это геометрический центр объема подводной части корпуса.) Если равнодействующие этих двух сил равны по величине и действуют противоположно друг другу на одной вертикали, то корабль находится в состоянии равновесия.

При наклонениях корабля под действием волны и ветра центр тяжести, если при этом не происходит смещения грузов, остается неизменным, а центр величины смещается в сторону крена, так как изменяется форма объема погруженной в воду части корпуса (рис. 3, 6). После прекращения действия сил, вызвавших крен, правильно построенный и нормально загруженный корабль возвратится в первоначальное положение равновесия, чем проявит свое второе важное мореходное качество — остойчивость. Остойчивость — это способность корабля, отклоненного внешними силами от положения равновесия, возвращаться в первоначальное положение после прекращения действия этих сил.

Остойчивость различают поперечную и продольную. Первая проявляется при наклонениях корпуса корабля под действием внешних сил на левый и правый борт, т. е. при бортовой качке, а вторая — при наклонениях корабля вдоль диаметральной плоскости, т. е. при килевой качке.

Центр величины надводного корабля при нормальной его эксплуатации всегда лежит ниже центра тяжести. При малых углах крена центр величины смещается от первоначального положения по дуге СС1 окружности с центром в точке М, которая является местом пересечения равнодействующей сил поддержания с диаметральной плоскостью корабля (см. рис. 3, б). Следовательно, у накрененного корабля равнодействующие сил веса и сил поддержания действуют не на одной вертикали, а образуют момент пары сил с плечом статической остойчивости i. Этот момент получил название восстанавливающего, так как он стремится вернуть корабль в состояние равновесия. Его величина зависит от плеча статической остойчивости. Очевидно, чем ниже будет располагаться центр тяжести корабля, тем больше будет плечо i и тем значительнее будет восстанавливающий момент.

Расстояние между центром тяжести корабля G и метацентром М называется метацентрической высотой и обозначается буквой h. Метацентрическая высота характеризует поперечную остойчивость корабля — чем больше ее значение, тем остойчивее корабль. Но это не значит, что чем больше значение h, тем лучше. Рассудите сами — при большом значении h в штормовую погоду корабль будет испытывать резкую порывистую качку, а это плохо будет сказываться на самочувствии людей, на механизмах, приборах и прочности корпуса. Поэтому при проектировании конструкторы стремятся получить такую метацентрическую высоту, при которой корабль был бы достаточно остойчив и в то же время имел плавную качку.

При плавном (статическом) действии внешних сил нормально построенный и нормально загруженный корабль будет крениться до тех пор, пока силы кренящего и восстанавливающего моментов не сравняются. После этого он начнет выравниваться. Если же корабль подвергнется резкому (динамическому) воздействию внешних сил, например порыву ветра, резкому натяжению буксирного троса и т. п., то он будет продолжать крениться по инерции и после достижения равновесия кренящего и восстанавливающего моментов. Сначала величина восстанавливающего момента возрастет до максимального значения, а со входом палубы в воду начнет резко уменьшаться. С уменьшением его до нулевого значения корабль потеряет остойчивость и опрокинется. В практике мореплавания были также случаи опрокидывания кораблей, потерявших остойчивость из-за наличия в цистернах и других помещениях жидких или сыпучих грузов, способных беспрепятственно перемещаться в сторону крена. Несимметричное затопление бортовых отсеков и затопление высокорасположенных помещений тоже резко снижает остойчивость корабля и может повлечь за собой опасность моментального его опрокидывания даже при небольших углах крена.

Продольная метацентрическая высота корабля настолько велика, что возможность опрокидывания его через нос или корму практически отсутствует.

Вопросами изучения плавучести и остойчивости корабля при попадании забортной воды внутрь его корпуса занимается раздел науки о корабле — теория непотопляемости.

Непотопляемость — это способность корабля оставаться на плаву после затопления части отсеков, сохраняя при этом остойчивость и частично другие мореходные качества. Непотопляемость обеспечивается запасом плавучести, величина которого равна внутреннему объему надводной части корпуса корабля, имеющему водонепроницаемые закрытия. Для того чтобы запас плавучести мог быть рационально использован в целях сохранения непотопляемости корабля, внутренний объем его корпуса разделяют поперечными и продольными водонепроницаемыми переборками на отсеки. Потеря кораблем части запаса плавучести ухудшает мореходные качества, усложняет и даже иногда делает невозможным использование оружия, но корабль остается на плаву.

Наличие пробоин в корпусе выше ватерлинии, а также открытые иллюминаторы в его надводной части снижают запас плавучести, так как водонепроницаемость надводного борта уменьшается до нижней кромки этих отверстий.

Минимальная высота надводного борта является основным показателем запаса плавучести. Для контроля за сохранением минимальной высоты надводного борта, в соответствии с требованиями Международной конвенции по охране человеческой жизни на море и правил Регистра Союза ССР о грузовой марке, на обоих бортах транспортных судов в средней части корпуса накрашивается грузовая марка. Она служит указателем минимально допустимого надводного борта с учетом района плавания и времени года.

Грузовая марка (рис. 4) представляет собой круг диаметром 300 мм, центром которого является ватерлиния, и «гребенку». По имени судовладельца, активно боровшегося за нормирование минимальной высоты надводного борта, этот круг называется диском Плим-солля.

^{Рис. 4. Грузовая марка}

Основой «гребенки» является вертикальная линия, которая наносится на расстоянии 540 мм от центра диска к носу корабля. От вертикальной линии отходят линии горизонтальные длиной 230 мм. Это — сезонные марки, определяющие минимальную высоту надводного борта в тех или иных условиях плавания.

Обозначения над горизонтальными линиями расшифровываются так: Л (S) — летний надводный борт; 3(W) — зимний надводный борт; Т(Т) — тропический надводный борт; 3CA(WNA) — зимний надводный борт для Северной Атлантики. П(F) — надводный борт для пресной воды; TП(TF) — тропический надводный борт для пресной воды. Все линии грузовой марки должны иметь ширину 25 мм и наноситься на черном фоне белой или желтой краской, а на светлом фоне — черной краской.

Суда, предназначенные для перевозки лесных материалов на палубе, имеют дополнительную «лесную гребенку», нанесенную на расстоянии 540 мм к корме от центра диска Плимсолля. На этой «гребенке» перед буквами обозначения сезонных марок добавляется буква Л — лесная.

На судах каботажного плавания грузовая марка имеет отличительный знак: по бокам диска Плимсолля, над проходящей через центр круга горизонтальной линией, наносятся буквы Р и С высотой 115 и шириной 75 мм.

На бортах советских торговых судов, совершающих заграничные рейсы, можно встретить и другую разновидность марки. В 1965 году для судов, имеющих две палубы и более, введена тоннажная марка, принятая ассамблеей Межправительственной морской консультативной организации (ИМКО).

В морском торговом флоте имеются грузовые двухпалубные суда двух конструкций: а) полнонаборные — с минимальным надводным бортом и водонепроницаемыми переборками, доходящими до верхней (в этом случае главной) палубы; б) шельтердечные суда открытого типа, имеющие выше второй (в этом случае главной) палубы верхнюю палубу — шельтердек, который ограничивает верхний твиндек. У таких судов минимальная высота надводного борта измеряется до второй сверху палубы.

Чтобы исключить объем верхнего твиндека из регистровой вместимости судна и соответственно уменьшить размер взимаемых налогов и сборов, в шельтердеке делался «тоннажный люк», а в поперечных переборках верхнего твиндека — обмерные отверстия, закрытие которых не обеспечивало водонепроницаемости.

С целью обеспечения наибольшей безопасности плавания по решению ИМКО на обмерные отверстия судов шельтердечного типа разрешено устанавливать надежные водонепроницаемые закрытия. Льготные условия обмера регистровой вместимости при этом остались прежние.

Тоннажная марка (рис. 5) накрашивается на бортах к корме от грузовой марки на расстоянии 540 — 2000 мм от центра диска Плимсолля. Она состоит из горизонтальной линии длиной 380 мм, на середине которой — равносторонний треугольник вершиной вниз. Длина сторон треугольника 300 мм. Сбоку и выше горизонтальной линии на 1/48 осадки на тоннажную марку накрашивается вторая горизонтальная линия длиной 230 мм — марка для пресной воды.

Обе горизонтальные марки соединяются вертикальной линией.

Тоннажная марка имеет свое назначение и грузовую марку не заменяет. Она располагается ниже второй палубы и никогда не может быть выше грузовой марки.

В мерительном свидетельстве шельтердечного судна открытого типа указываются по два значения валовой и чистой вместимости. Если тоннажная марка погружена в воду, то при взимании налогов и сборов пользуются валовой и чистой вместимостью, определенной с учетом объема верхнего твиндека.

Когда же тоннажная марка находится над водой, то объем верхнего твиндека в регистровую вместимость судна не включается.

В книге уже упоминалось, как важно кораблю обладать плавностью качки, т. е. способностью медленно и плавно переходить из одного крайнего положения наклона в другое. Плавность качки зависит от остойчивости корабля, его размеров и формы подводной части корпуса. Для уменьшения бортового качания в настоящее время применяются различные успокоители качки. Из них наиболее распространены бортовые или скуловые кили, представляющие собой широкие сплошные пластины, жестко укрепляемые на скуловой части корпуса (на изгибе корпуса между вертикальным бортом и днищем).

^{Рис. 5. Тоннажная марка}

На некоторых кораблях и судах со скоростью хода более 27,8 км/ч (15 узлов) монтируются активные бортовые рули, способные подобно крыльям самолета создавать подъемную силу. Такие рули управляются автоматически и всегда поворачиваются одновременно в разные стороны: одного борта — вверх, другого — вниз. Перед швартовкой такие бортовые рули убираются в специальные бортовые карманы.

Значительно реже в качестве успокоителей качки применяются гироскопические стабилизаторы и успокоительные цистерны.

Важной характеристикой корабля является его ходкость, т. е. способность перемещаться с заданной ско ростью при наименьших затратах мощности главных двигателей.

Главные двигатели передают свою энергию на движитель, обеспечивающий кораблю движущую силу. В качестве движителей на кораблях и судах применяются: гребные колеса, гребные винты, воздушные винты, крыль-чатые движители и водомет (гидрореактивный движитель).

На кораблях и судах широкое применение получили гребные винты, обладающие по сравнению с другими движителями простой и надежной конструкцией. Основными характеристиками гребного винта являются: шаг, диаметр, число лопастей и число оборотов в минуту.

Шагом винта называется расстояние, которое пройдет винт за один полный оборот в плотной неподатливой среде.

По конструкции винты бывают цельные, со съемными лопастями и винты регулируемого шага (ВРШ). Винт регулируемого шага имеет пустотелую ступицу с гнездами для лопастей. Внутри ступицы размещен механизм поворота лопастей. Установка винта регулируемого шага позволяет получить любое, в пределах допустимого, значение скорости хода от переднего до заднего, не изменяя направление вращения двигателя. Управление винтом обычно производится с пульта, установленного в ходовой рубке.

Крыльчатые и гидрореактивные движители применяются редко и только на небольших и специальных судах, работающих в мелководных и стесненных районах.

Управляемостью называется способность корабля удерживать заданное направление или изменять его в соответствии с требованиями судовождения. Она характеризуется устойчивостью на курсе и поворотливостью. Устойчивость на курсе считается хорошей, если число перекладок руля для удержания корабля на заданном курсе не превышает четырех — шести за 1 мин. Причем отклонения по курсу не должны превышать ±3–5°.

Поворотливость корабля характеризуется диаметром установившейся циркуляции. Чем он меньше, тем лучше поворотливость корабля.