Часть 11. Некоторые понятия и определения туристского судостроения



Часть 11. Некоторые понятия и определения туристского судостроения

Материал нашел и подготовил к публикации Григорий Лучанский

Источник: Некоторые понятия и определения туристского судостроения
(Водный туризм. Составитель м.спорта СССР по туризму В.Н.Григорьев.
Профиздаект 1990). 

Количественные оценки основных характеристик судна полез­ны при его конструировании. Применение во всем судостроении единых понятий, терминов и обозначений позволяет избежать мно­гих недоразумений и споров.

Размеры судна определяются относительно  следующих плос­костей:

ОП—основная  плоскость, проходящая горизонтально через нижнюю точку судна;

КВЛ — плоскость конструктивной ватерлинии, рассекающей кор­пус в полном грузу на уровне поверхности воды;

ДП — диаметральная плоскость, которая проходит   вертикально через продольную ось судна (корпус катамарана);

МД — плоскость миделя, расположенная   вертикально и перпен­дикулярно ДП и делящая сечение по КВЛ на две равные части. 

Основные размерения судна 

L—длина судна (корпуса) по КВЛ;

Lm — наибольшая длина;

В — ширина по КВЛ судна;

Вm — наибольшая ширина судна;

Т — осадка — расстояние от ОП до КВЛ;

Н — полная высота борта от ОП до палубы;

F — (Н—Т) — высота надводного борта.

Кроме того, для катамаранов указываются:

Во — конструктивная ширина между продольными осями поплавков;

Вк — ширина гондолы по КВЛ;

Bкm — наибольшая ширина гондолы;

Кв — вертикальный клиренс — наименьшее расстояние от КВЛ до палубы;

Кг —горизонтальный клиренс — то же между корпусами по КВЛ.

 

Дополнительные характеристики 

V—объемное водоизмещение — объем части судна ниже КВЛ;

Vm — объем воды, вытесненной полностью погруженным судном;

L/B — относительное удлинение (для катамаранов  здесь и ниже Вк вместо В);

В/Т — относительная ширина в миделе; F/H — относительная высота борта; Sквл — площадь сечения по КВЛ; Sдп — площадь погруженной части ДП; Sмд — площадь погруженной части миделя;


 

Мореходность туристских судов 

Для сравнительной оценки туристских  судов рассмотрим их мореходные качества. Под мореходностью  понимают  некоторую совокупность эксплуатационных качеств судна, которые обеспечивают безопасность его плавания в определенных   условиях (высота волн, сила ветра и др.). Главные из них — это запас плавучести, непотопляемость,  ходкость,  поворотливость, остойчивость и устойчивость на курсе.

Запас плавучести. Под плавучестью судна понимают его способность плавать с заданной осадкой, неся на себе груз и  экипаж.

Для того, чтобы судно, находящееся без движения на спокойной воде, не тонуло, необходимо силу тяжести G, которая является равнодействующей сил тяжести экипажа, груза и самого судна, приложенную в точке центра тяжести ЦТ и направленную вертикально вниз, уравновесить поддерживающей силой плавучести Р. Она слагается из всех сил гидростатического  давления воды на корпус судна, направлена вертикально вверх и приложена в центре плавучести, который называют центром величины ЦВ. Эта точка совпадает с центром тяжести воды, вытесненной судном, то есть с центром водоизмещения. Поддерживающая сила Р равна произведению объемного водоизмещения и удельного веса воды, то есть для пресной воды численно равна объемному водоизмещению.

Под водоизмещением понимают массу судна, равную массе вытесненной им воды в положении равновесия. Различают водоизмещение порожнее — водоизмещение судна со всем судовым снабжением, но без экипажа, продовольствия и груза, и водоизмещение в полном грузу—водоизмещение при наибольшей допустимой осадке и минимально допустимой высоте надводного борта. Разность между двумя этими водоизмещениями и составляет грузоподъемность судна.

Для того чтобы противодействовать погружению корпуса при крене, обеспечить всхожесть судна на волны, оно должно иметь определенный запас плавучести. Под ним понимают    предельно возможное возрастание силы поддержания, обусловленное величиной надводного объема судна, защищенного от воды. Запас плавучести определяет предельный объем воды, которую судно может принять внутрь корпуса, оставаясь на плаву. Он оценивается по объему (А), силе поддержания (А'), в процентах (А"), а для туристских судов, имеющих очень большой запас плавучести, в разах (А'");


Каких-либо документов, обоснованно регламентирующих запас плавучести туристских судов, нет, хотя это один из важнейших параметров, напрямую связанный с безопасностью. Практика также весьма разноречива. Так у плотов, для которых вообще характерны большие объемы, запас плавучести обычно равен 5—6 и может достигать 8—10. С другого конца этого ряда находятся каркасно-надувные байдарки и каяки, приспособленные для соревнований по технике водного туризма (ТВТ) на коротких трассах, у которых он часто меньше 100%. Туристские суда, предназначенные для плавания по бурным горным рекам, делают полностью закрытыми — все они имеют в какой-то степени водонепроницаемую «палубу». Кокпит байдарок закрыт фартуком с «юбкой», который защищает от забрызгивания и заливания волнами.

Катамараны и плоты вообще не имеют заливаемых водой полостей, их плавучесть создается герметичными надувными  объемами. У закрытых судов запас плавучести определяет отношение объема  надводной части их корпуса к объемному водоизмещению в полном грузу. Величина его, в том числе минимально допустимая, зависит как от типа судна, так и от условий предстоящей эксплуатации. Например, для катамаранов запас плавучести равный 100% оказался минимальной критической величиной с точки зрения их поперечной остойчивости. Вряд ли меньший  запас плавучести целесообразен и для Других туристских судов, предназначенных для серьезных походов, быть может за исключением каяков.

Непотопляемость. Непотопляемость  туристских судов обеспечивается достаточным запасом плавучести. По способу образования и стабильности запаса плавучести все туристские суда можно разделить на три класса.

К первому классу относятся все каркасные плоты на надувных элементах плавучести и все катамараны. Они характеризуются тем, что их полный объем корпуса образуется не за  счет внутреннего объема жесткого корпуса, а за счет замкнутого объема заполненных воздухом емкостей. Кроме того, запас плавучести этих судов может быть сделан как угодно большим за счет увеличения размеров элементов плавучести. Препятствует неограниченному увеличению запаса плавучести только возможная потеря управляемости при очень больших размерах элементов плавучести. Указанные свойства делают этот класс судов наиболее надежным.

Ко второму классу относятся каркасные и стеклопластиковые байдарки и каноэ. Они характеризуются тем, что их полный объем корпуса образуется за счет внутреннего объема жесткого корпуса. Поэтому, во-первых, при достаточно острых обводах байдарок запас их плавучести не превышает 1,5—2, а при более полных обводах каноэ—2—3, Для того чтобы повысить запас плавучести байдарок, иногда используют двухместную байдарку как одноместную, трехместную — как двухместную. Во-вторых, корпуса этих судов могут быть полностью залиты водой и тогда их плавучесть станет нулевой или отрицательной. Чтобы этого не произошло, на судах данного класса необходимо иметь надувные емкости непотопляемости, объем которых должен быть  достаточным для удержания на плаву груженого судна без людей.

К третьему промежуточному классу относятся  каркасно-надувные байдарки, надувные лодки. У этих судов только часть полного объема корпуса образуется за счет внутреннего объема корпуса, значительная же часть (до 35—40%) образуется за счет объема надувных элементов. Запас плавучести этих судов в нормальном положении не менее двух-трех. Если внутренний объем корпуса этого судна будет полностью залит водой, объема надувных элементов хватит с лихвой для поддержания на плаву груженого судна без экипажа. Этот класс судов имеет несколько меньшую обитаемость, так как часть внутреннего объема корпуса занята надувными элементами плавучести.

Разберем потерю мореходности катамарана при разрыве его гондолы. После катастрофы 1983 г. на р. Урик, где страхующий катамаран при ударе о камень разорвал одну гондолу и перевернулся, была принята рекомендация делить гондолы на две герметичные секции. Часто это делают конусообразными  поперечными перегородками, вклеенными в середине герметичного баллона гондолы. Чтобы перегородку не срывало давлением воздуха при сильных ударах о камни, ее укрепляют так называемым «регулятором» (как на надувных лодках заводского производства). Для этого сначала к камере по всей окружности приклеивается сложенный вдоль и слегка смазанный внутри клеем «регулятор», а затем одновременно к нему и самой камере приклеивается материал перегородки (рис. 1а).

Однако катамаран с двухсекционными баллонами при запасе плавучести 100% (полный объем гондол четырехместного катамарана 900 дм3 считая грузоподъемность 450 кг) после разрыва одной секции все же окажется в критическом состоянии прежде всего потому, что запас плавучести аварийной гондолы упадет до нуля (теперь ее полный объем всего 225 дм3, что при отсутствии крена равно половине водоизмещения) и она полностью  погрузится в воду. При сильной асимметрии водоизмещения относительно плоскости миделя и ДП такая затопленная гондола образует ось, вокруг которой катамаран перевернется от незначительного удара о камень. С другой стороны затопленная и  поврежденная гондола станет «якорем», который будет мешать экипажу двигать катамаран к берегу. Именно так протекала в 1988 г. катастрофа на р. Башкаус, хотя четырехместный катамаран при полном объеме 1600 дм3 казалось бы имел достаточный запас плавучести. Осложнить ситуацию могло то, что конуса поперечных перегородок двухсекционных баллонов были сделаны очень длинными. Распространено суждение, что после пробоя одной секции такая перегородка выдавливается воздухом на ее место, тем самым компенсируя асимметрию водоизмещений аварийной гондолы относительно миделя. Однако положение такой удлиненной конусной перегородки внутри баллона в действительности ничем не контролируется. При подкачивании баллонов с одной более удобной стороны перегородки могут быть задвинуты, например, в нос и тогда при разрыве кормовой секции объем гондолы может стать меньше критического значения 325 дм3. Возможно именно поэтому при разрыве одной секции гондола под тяжестью гребцов полностью ушла в воду и катамаран перевернулся от незначительного удара о камень. Чтобы перегородка всегда была в среднем положении, рекомендуется на каждой секции баллона иметь еще одну воздушную трубку. При накачке баллона трубки секций  соединяют для выравнивания давления в секциях, а после окончания накачки разъединяют и закрывают.

Из рассмотренного примера видно, чтобы сохранить высокую поперечную остойчивость катамарана при разрыве одной из двух секций, аварийная гондола должна иметь запас плавучести порядка 100%. Следовательно, исходный полный объем гондол четырехместного катамарана должен быть не менее 1800 дм3. Можно делить баллоны поперечными перегородками на три секции – серьезных технологических и эксплуатационных  трудностей  при этом  не возникает, тогда  минимальный  объем  снизится до 1350 дм3.

Несмотря на значительный расход материалов и   большую сложность изготовления, часто баллоны делят на продольные секции. В этих конструкциях главной целью, которую преследуют авторы, вероятно, является не устранение асимметрии водоизмещения аварийной гондолы, а придание гондоле желаемой   формы. Так две продольные секции, расположенные в одной оболочке рядом горизонтально, позволяют получить плоскую гондолу, имеющую овальное поперечное сечение (рис. 1б). Однако при такой двухсекционной конструкции приходится решать целый ряд дополнительных задач: контроль положения продольной перегородки относительно ДП, обратная килеватость гондолы, затекание воды в полость между камерами и оболочкой, возрастание усилий растяжения материала камер в местах, где он не лежит на оболочке и т. п. Некоторые из этих проблем удачно решают три продольные камеры.


Рис. 1.  Формы гондол и вычисление площадей их поперечных сечений 

Однако главным в такой конструкции, наверное, будет большая свобода в создании обводов гондолы. Катамараны с такими гондолами, например А. Львова из г. Балашиха (рис. 1д и  К. Подъяпольского из Москвы (рис. 1е), предназначались  для сложных походов и достижения высоких результатов в соревнованиях по ТВТ. Последний катамаран, кроме трех продольных секций, имеет еще надувные съемные секции в середине. Здесь число герметичных емкостей каждой гондолы увеличено до пяти, что при полном объеме гондол катамарана 1600 дм3 полностью снимает проблему сохранения остойчивости при разрыве баллона.

И еще один близкий вопрос. В свое время для спасательных жилетов с надувными элементами плавучести основной характеристикой был объем этих элементов. Такой параметр для самодельных спасательных жилетов из пенопласта вызывает  много недоразумений. Проверка запаса плавучести спасательных жилетов показала, что половина их владельцев имеет смутное и преувеличенное представление об их фактической силе поддержания. В настоящее время, видимо, для жилетов всех типов следует указывать минимально допустимую силу поддержания   и контролировать ее весом гири, о которой они должны оставаться на плаву. При этом нужно оговаривать либо вес и материал гири, либо силу ее тяжести, когда она погружена в воду. В водном слаломе применяется чугунная гиря весом 6 кг.

Ходкость судна. Ходкость — это способность судна развивать заданную скорость хода при наименьшей затрате мощности движителя. Большая часть энергии экипажа на гребных судах и ветра на парусных тратится на преодоление сопротивления воды движению корпуса, которое в основном и определяет быстроходность судов. Скорость существенна и для туриста, ибо от столкновения с препятствием суда уходят за счет перемещения в потоке — так скорость часто оборачивается безопасностью. Полное сопротивление воды обычно делят на следующие составляющие:  сопротивление формы, трения, волновое и индуктивное. Выделить и отдельно измерить эти составляющие нельзя, но такая классификация помогает конструктору лучше уяснить свойства судна.

Сопротивление формы проявляется при возникновении области пониженного давления за кормой. По величине оно эквивалентно работе, затрачиваемой там на образование и срыв вихрей, и определяется характером обтекания кормы. Обычно это сопротивление невелико у каркасных и каркасно-надувных байдарок и его удается сделать сравнительно небольшим у гребных и парусных катамаранов на надувных гондолах.

Наоборот, у плотов сопротивление формы обычно преобладает. Два первых поколения плотов – деревянные и на автомобильных камерах – имели сплошное заполнение става элементами плавучести и сопротивление формы было главным в силу самой конструкции и конфигурации плота.

Плот с точки зрения гидродинамики не совсем обычное и не простое судно. В движении плота выделяются три составляющих. Наиболее наглядно его движение вместе с потоком относительно русла реки среди неподвижных препятствий. Оно дало удлиненную форму и традиционное положение носа и кормы. Однако туристский плот как особый вид судна определило другое его движение, а именно перемещение поперек потока, осуществляемое экипажем в целях управления. Собственно способ управления и является той существенной чертой, которая отличает плот от других судов.

Если принять традиционное положение носа и кормы, то окажется, что плот смещается лагом. Ходкость судна, которое движется вперед бортом (длинной стороной корпуса),  будет естественно низкой, особенно у плота катамаранного типа. Площадь погруженной в воду части диаметральной плоскости узких и длинных гондол будет велика, а следовательно, будет значительным сопротивление такому движению судна боком.

При оценке ходкости плота этого типа, движущегося боком, по существу меняются местами сечения Sдп и Sмд, то же происходит с длиной и шириной. Таким образом, преобладание сопротивления формы в данном случае объясняется очень большим поперечным сечением Sдп и малым (меньше единицы) удлинением гондол в направлении их движения. Видимо, это и было одной из причин создания плотов с поперечным расположением гондол. У этих плотов лобовое сопротивление при движении вбок меньше, а удлинение гондол в направлении этого движения заметно больше. Однако и у этой конструкции общее сопротивление при движении лагом не так уж мало, поскольку количество гондол обычно гораздо больше двух, а их удлинение заметно меньше, а форма заметно хуже, чем у катамаранов. Наконец, третья составляющая движения плота становится заметной на участках с большим уклоном. Это движение плота с собственной скоростью в направлении течения за счет «соскальзывания с горки», причем скорость тем больше, чем меньше лобовое сопротивление и тяжелее плот. Первое характерно для плотов катамаранного типа, второе – для деревянных плотов.

Сопротивление трения. Основное сопротивление у гребных судов, имеющих хорошо обтекаемый корпус и движущихся с малой или умеренной скоростью. Оно возникает потому, что около корпуса судна из-за вязкости воды образуется оболочка из следующих за судном ее частиц. Толщина этого слоя увеличивается от носа к корме и зависит от формы корпуса, его шероховатости и скорости движения и может достигать 2% от длины судна, то есть у байдарки может составить 7—10 см. Чем больше воды тянет за собой судно, тем значительнее сопротивление трения, величина которого пропорциональна квадрату скорости, площади смоченной поверхности и коэффициенту трения. Сопротивление трения будет меньше у судна, имеющего заостренную, гладкую, хорошо обтекаемую переднюю часть корпуса с плавным увеличением поперечных сечений. На выпуклой поверхности ламинарность потока сохраняется лучше, чем на простой плоской поверхности корпуса.

Мнение о том, что для туристских судов гидродинамические свойства их корпуса не существенны, ибо они все равно плавают в сильно возмущенном потоке, не подтверждается практикой. Это хорошо видно на соревнованиях по ТВТ, где суда с хорошими обводами в любых условиях имеют преимущества в ходкости.

В заключение отметим, что с увеличением длины судна по КВЛ сопротивление трения растет, а сопротивления формы и волновое падают.

Волновое сопротивление. Как и сопротивление трения, зависит от величины смоченной поверхности, квадрата скорости движения и коэффициента волнового сопротивления. Его особенности легче уяснить, рассматривая движение потока мимо неподвижного судна. Скорость воды сразу за штевнем у носа будет немного падать (вода натыкается на препятствие). Здесь часть кинетической энергии потока перейдет в потенциальную и вода поднимется на некоторую высоту, образуя гребень носовой волны. У середины судна поток сожмется, скорость его увеличится, кинетическая энергия получит приращение и вода здесь опустится. Затем у кормы поток опять расширится, скорость упадет, а потенциальная энергия возрастет и вода поднимется, образуя кормовую волну.

Затраты энергии на создание таких волн при движении судна и определяют величину волнового сопротивления, которое оказывает ему вода. Для однокорпусных водоизмещающих судов до скорости V=0,65 м/с волновое сопротивление практически незаметно. Затем оно быстро нарастает и при скорости  V=1,57 м/с достигает максимума — «волнового барьера», когда вдоль корпуса укладывается одна полуволна. Менее известно, что волновое сопротивление в первом приближении пропорционально отношению  фактического объемного водоизмещения к кубу длины судна. Так, если при равной длине одна лодка имеет водоизмещение вдвое больше другой, ей для движения на одинаковой близкой к максимальной скорости потребуется и вдвое большая тяга. Волновое сопротивление узких судов растет пропорционально квадрату их ширины.

У катамаранов есть еще две специфические составляющие волнового сопротивления. Во-первых, оно растет, когда носовые волны встречаются между гондолами впереди миделя. Во-вторых, при близком расположении гондол друг к другу скорость потока между ними сильно увеличивается и то же самое происходит с волновым сопротивлением. Поэтому в спортивном судостроении рекомендуется брать конструктивную ширину Во не менее 0,35 от длины катамарана по КВЛ, а минимальное расстояние между гондолами  по КВЛ Кг должно быть по крайней мере в три раза больше их ширины. Однако в целом волновое сопротивление у катамаранов обычно невелико.

Индуктивное сопротивление. Возникает, когда судно, кроме поступательного движения, имеет еще поперечную составляющую — дрейф. При этом у одного борта возникает повышенное давление, у другого — пониженное.

Поворотливость. Поворотливость — способность судна  изменять направление движения и двигаться по криволинейному пути, Применяемое иногда понятие «маневренность» включает в себя еще скорость хода, инерцию судна, время реверса, приемистость.

Сопротивление воды повороту будет тем значительнее, чем больше длина судна по КВЛ, площадь погруженной в воду части диаметральной плоскости и коэффициент ее полноты.

Худшее сочетание этих показателей бывает обычно у катамаранов и плотов катамаранного типа. Их поворотливость падает также с увеличением конструктивной ширины Во, величина которой в основном определяется требованиями поперечной остойчивости, Повысить поворотливость двухкорпусных судов можно, уменьшив как площадь Sдп, так и коэффициент ее полноты γдп или и то и другое одновременно. Для уменьшения γдп увеличивают степень заострения гондол в вертикальной плоскости. Сократить Sдп можно, увеличив относительную ширину гондол — уменьшить их осадку при неизменном водоизмещении. Для этого либо увеличивают диаметр гондол круглого сечения, либо делают их плоскими двух- или трехкамерными (рис. 1в – е). Следует особо отметить гондолы с поперечным сечением в виде сегмента и плоской декой, которая растянута на раме из изогнутых продолин (рис. 1г). Эта конструкция позволяет приблизить гребцов вплотную к плоскости КВЛ и тем самым существенно повысить эффективность как гребли вообще, так и управления катамараном в частности.

Дискуссионной проблемой долгое время являлось размещение гребцов в оконечностях байдарок и особенно четырехместных катамаранов. Считается, что сильно разнесенные гребцы разовьют больший крутящий момент и быстрее повернут судно. На самом деле это не так. Угловое ускорение ε, с которым происходит поворот судна, равно отношению крутящего момента Мкр, создаваемого греблей, к моменту инерции судна J. Величина первого момента пропорциональна плечу действующих сил, а момент инерции пропорционален квадрату плеч расположения центров масс экипажа и груза относительно центра тяжести судна. Так как масса экипажа обычно составляет от 60 до 80% суммарной, то размещение гребцов на судне и определит в основном величину результирующего момента инерции. Сама величина угла поворота от момента инерции не зависит и определяется только проделанной работой. Момент инерции особенно мал у двухместных катамаранов с канойной греблей, у которых и груз и гребцы расположены обычно в плоскости миделя, поэтому они особенно отзывчивы на действия экипажа.

Устойчивость на курсе. Устойчивость на курсе вместе с поворотливостью составляет управляемость судна — при малой устойчивости на курсе судно считается плохо управляемым. При этом устойчивость и поворотливость — взаимоисключающие  качества: все, что повышает устойчивость, снижает поворотливость и наоборот. О судах с малой устойчивостью говорят, что они рыскливы. Это отнюдь не безобидное свойство. Во-первых, нейтрализуя рыскание, экипаж должен непрерывно работать рулем, веслами или гребями, что утомляет людей, притупляет их реакцию, а также снижает скорость судна. Во-вторых, в сложных условиях неожиданный, непроизвольный разворот судна может привести к аварии.

Поперечная статическая остойчивость. Остойчивость — способность судна, выведенного внешними силами из равновесия, вновь возвращаться в это положение после прекращения их действия. Это одно из важнейших свойств туристских судов, ибо очень многие катастрофы на воде начинались опрокидыванием. Чтобы быть готовым к опрокидыванию, важно знать реальную меру остойчивости своего судна.

Статическая остойчивость описывает   модель судна, находящегося на спокойной воде без поступательного движения,  при этом наклонения под действием внешних сил происходят медленно, без заметных угловых скоростей, например при перемещении твердых грузов. Остойчивость судна принято рассматривать в виде алгебраической суммы остойчивости веса и остойчивости формы. Различают также поперечную остойчивость, возникающую при кренах на борт, и продольную — при дифферентах судна на нос и корму.

Остойчивость веса. Сущность остойчивости веса удобно уяснить на примере цилиндрического поплавка, полностью по груженного в воду, с центром тяжести, смещенным относительно его продольной оси (рис. 2).

 


Рис. 2.  Определение поперечной остойчивости веса

 

Он будет находиться в равновесии под действием силы плавучести Р и силы тяжести G. Когда внешний момент Мкр, вращая поплавок вокруг продольной оси, создаст крен на угол φ, пара сил Р и G на плече образуют противодействующий ему момент Mт=G- и lт=a*sin φ), где а — разница в положении точек ЦВ и ЦТ по вертикали на ровном киле, называемая в судостроении эксцентриситетом. Восстанавливающий момент Мт, как и плечо остойчивости lт, характеризует остойчивость веса поплавка. Плечо остойчивости равно расстоянию между линиями действия сил Р и G.

Более полное представление о свойствах судна дает диаграмма остойчивости – график зависимости величины восстанавливающего момента от величины угла наклонения. Если по оси ординат откладывать отношение плеча остойчивости к эксцентриситету, диаграмма остойчивости веса будет описываться обычной   синусоидой: при крене 90° остойчивость веса достигнет своего  наибольшего значения, а при крене 180° упадет до нуля. Таким образом, поплавок имеет два состояния равновесия — при углах крена 0 и 180°, когда силы Р и G действуют по одной прямой, лежащей в ДП. Однако во второй позиции, когда ЦТ расположен выше ЦВ, равновесие будет неустойчивым. Здесь поплавок, выведенный   из равновесия, продолжит дальнейший переворот в первую позицию (φ=0°) под действием остойчивости веса, даже когда внешнее воздействие прекратится. Если же внешнее воздействие  продолжит увеличивать угол крена и после 180°, действие восстанавливающего момента совпадет с ним по направлению и остойчивость в этом случае принято считать отрицательной. Таким образом, остойчивость веса создается восстанавливающим моментом, возникающим при наклонениях судна из-за того, что ЦТ и ЦВ на ровном киле pазнесены по вертикали. Плечо остойчивости веса тем больше, чем больше разнесены ЦТ и ЦВ, а знак восстанавливающего момента зависит от того, какая из этих точек расположена выше. У всех реальных судов, кроме яхт с балластным фальшкилем и полностью погруженных подводных лодок, ЦТ расположен выше ЦВ и начальная остойчивость веса отрицательна. Даже при незначительном крене все туристские суда продолжили бы переворот до полного оверкиля под действием собственной остойчивости веса, если бы не имели еще остойчивости формы.

Остойчивость  формы. Это  свойство судна создавать восстанавливающий момент за счет перемещения ЦВ в горизонтальном направлении в ту же сторону, в которую происходит наклонение. Это перемещение ЦВ происходит вследствие изменения формы погруженной в воду части корпуса. В предыдущем примере у поплавка такого изменения формы быть не могло, поэтому у него нет и остойчивости формы. Она бывает больше у судов с широким плоскодонным корпусом, а самая большая у катамаранов. Все суда конструируют так, чтобы их начальная остойчивость формы была положительна. У килевых яхт, у которых положительна также и остойчивость веса обе эти остойчивости суммируются.

Рассмотрим  взаимодействие остойчивости формы и веса у обычных однокорпусных судов (рис. 3). Когда внешний опрокидывающий момент Мкр вызовет крен на угол φ (равнообъемная ватерлиния ВЛ), сила плавучести Р сместится из точки ЦВо в точку ЦВ, и на плече остойчивости 1 возникнет восстанавливающий момент M=G*l, характеризующий поперечную остойчивость судна. В качестве другой характеристики остойчивости в судостроении принято положение метацентра МЦ — точки, в которой линия действия силы поддержания Р пересекает ДП.  Расстояние  между точками МЦ и ЦВо называют метацентрическим радиусом, а расстояние между точками МЦ и ЦТ – метацентрической высотой hмц.  Вместе с эксцентриситетом «а» эти величины образуют основу общепринятых характеристик остойчивости. Действительно, если плечо остойчивости веса определяется как 1т=а*sinφ, то в качестве  показателя смещения силы поддержания Р при наклонения можно принять плечо остойчивости формы lф=r*sin φ, определяемое относительно той же точки ЦВо. Тогда можно написать соотношение: M=1*G  и  l=hмц-sin φ =r*sin φ -a*sin φ и l=1ф-1т. Таким образом, у большинства судов начальная статическая остойчивость определяется как разность остойчивости формы и веса.

 


Рис. 3.  Взаимодействие остойчивости формы и остойчивости веса

 

В области начальной остойчивости величину sinφ при приближенных вычислениях можно заменить на соответствующее значение угла в радианах и формула остойчивости примет вид М=G*hмц Величину восстанавливающего момента, приходящуюся на один градус наклонения G*hмц, называют коэффициентом остойчивости. Он показывает величину непосредственного сопротивления, которое оказывает судно внешнему воздействию, выводящему его из состояния равновесия. Сама метацентрическая высота hмц, то есть коэффициент остойчивости, отнесенный к единице веса судна, является относительной оценкой, позволяющей сравнивать различные суда по их начальной остойчивости. Если метацентрическая высота положительна — точка МЦ расположена выше ЦТ — при малых наклонениях возникает восстанавливающий момент, действующий в сторону, противоположную наклонению и стремящийся вернуть судно в исходное положение равновесия.

Эти общепринятые характеристики остойчивости до сих пор не прижились в туристской практике. Одной из причин этого, наверное, является малая наглядность перечисленных выше основных точек МЦ, ЦВ и ЦТ, которые могут быть указаны только на чертежах. Поэтому ниже сделана попытка установить взаимосвязь между плечом поперечной статической остойчивости и конструктивной шириной катамарана Во, при этом для варианта с цилиндрическими гондолами и запасом плавучести 100% осадка на ровном киле равна половине диаметра гондолы (удается получить точную формулу).

Была получена следующая формула для определения плеча поперечной статической остойчивости катамарана:


Для практического применения этих соотношений необходимо еще количественно связать между собой изменения водоизмещения гондолы и угла крена катамарана.

Влияние конструктивной ширины на поперечную остойчивость.  Расчеты позволили выявить следующие тенденции, У относительно широких четырехместных катамаранов с конструктивной шириной Во=1,6 м наибольшее плечо остойчивости равно 0,6 м, что составляет около 80% от конструктивной полуширины. При дальнейшем увеличении последней это плечо приближается к ½ Во, например при Во=3 м оно уже составляет 95% от 1/2Во, Таким образом, у широких катамаранов наибольшее плечо остойчивости изменяется прямо пропорционально конструктивной ширине. В области малых кренов плечо остойчивости пропорционально примерно квадрату конструктивной ширины.

Совсем другая картина наблюдается среди узких катамаранов. Так, у двухместных катамаранов с байдарочными веслами, у которых по сравнению с предыдущим вариантом конструктивная ширина сократилась в два раза, наибольшее плечо остойчивости уменьшилось в шесть раз, а доля, которую оно составило от 1/2Во, упала до 25%. При малых кренах плечо остойчивости узких катамаранов изменяется пропорционально кубу Во, так, для угла крена 2,5° оно уменьшилось по сравнению с четырехместным катамараном в 8 раз.

Таким образом, уменьшению ширины катамарана есть предел, за которым теряется сам катамаранный эффект, то есть судно приобретает свойства катамарана не только потому, что оно двухкорпусное, а еще и тогда, когда гондолы разнесены достаточно широко. Количественным показателем катамаранного эффекта — рациональности конструкции и размерений – может служить величина отношения 2lm/Во, показывающая, какая доля ширины катамарана реализуется в его поперечной остойчивости. Двухместные катамараны с канойной греблей занимают пограничное положение, хотя их диаграмма остойчивости заметно «осела», но наибольший восстанавливающий момент будет при угле отрыва или вблизи от него, а максимальное плечо остойчивости составит около 50% половины их конструктивной ширины, что вдвое лучше, чем у катамаранов с байдарочными веслами. Предельный угол у них также больше примерно на 40%.

Влияние высоты центра тяжести на поперечную остойчивость. У четырехместного катамарана при увеличении высоты ЦТ над КВЛ вдвое — с 0,4 до 0,8 м — максимальное плечо остойчивости уменьшилось на 17%, а показатель эффективности 1m* с 85 до 70%. Сильнее изменилась нисходящая ветвь диаграммы остойчивости — она стала круче, поскольку предельный угол уменьшился с 63 до 45° (на 40%), а угол, при котором плечо остойчивости максимально, остался неизменным и равным углу отрыва. Более крутая нисходящая ветвь диаграммы показывает, что заключительная фаза опрокидывания у такого катамарана происходит быстрее и экипаж может не успеть принять контрмеры. Однако в целом обычные для практики изменения высоты ЦТ четырехместного катамарана на его остойчивости сказываются незначительно. Так, переход экипажа из положения сидя в стойку на коленях остойчивости катамарана сколько-нибудь заметно не ухудшит. С другой стороны, и применение плоских гондол заметного роста остойчивости за счет снижения ЦТ не даст, хотя сделает греблю более удобной и эффективной. Наоборот, увеличение высоты ЦТ всего на 0,2 м по сравнению с исходной моделью  привело практически к полной потере поперечной остойчивости двухместным катамараном с байдарочной греблей. Здесь наибольшее плечо остойчивости упало до 3,5 см, а показатель эффективности — до 10%. Максимум поперечной остойчивости наступил при крене 12°, который в 2,5 раза меньше угла отрыва, равного 30°.

Уменьшение же высоты ЦТ на те же 0,2 м приведет к существенному улучшению поперечной остойчивости этого узкого катамарана: наибольшее плечо остойчивости возросло на 70%, показатель эффективности увеличился до 38%, а предельный угол составил 45°. Следовательно, чем уже катамаран, тем ниже следует располагать на нем груз и особенно гребцов.

По этой же причине неправильны посадка экипажа поверх груза, лежащего на «палубе», — но очевидно, что остойчивость такого катамарана будет больше, чем байдарки «Салют М-5,2», имеющей ширину 0,9 м и несравненно более низкое размещение груза и экипажа. Таким образом, одна и та же высота ЦТ узких и широких катамаранов сказывается на их остойчивости неодинаково. Более полно характеризует катамаран с этой точки зрения относительная высота, величина которой, видимо, не должна превышать единицы (у четырехместных катамаранов она лежит в пределах 0,5—0,7).

У двухместных катамаранов с канойной греблей отрицательное влияние высокого положения ЦТ несколько слабее  (h*=0,7—1), чем у модели с байдарочной греблей, однако и здесь не следует пренебрегать любой возможностью понизить ЦТ.

Влияние запаса  плавучести и формы  гондол на   поперечную остойчивость. Для оценки этой зависимости были рассчитаны диаграммы остойчивости исходных моделей четырехместного и двухместного катамаранов при  конструктивной ширине 1,6м и 1,2м соответственно и при изменении запаса плавучести от 50% до 300%.

Рост запаса плавучести со 100% до 300% повлиял на поперечную остойчивость незначительно: наибольшее плечо остойчивости у первого возросло на 15%, а у второго—на 25% при неизменном предельном угле крена.

Картина резко меняется, когда запас плавучести становится меньше 100%. Так, при уменьшении запаса плавучести до 50% наибольшее плечо остойчивости обоих катамаранов сократилось в два раза, а предельный угол более чем в 1,5 раза.

Таким образом, туристские катамараны при запасе плавучести менее 100% теряют еще одно свое хрестоматийное свойство — при большом крене они уже не могут «встать» на одну гондолу. В этом случае величина восстанавливающего момента в основном определяется распределением водоизмещения между всплывающей и погружающейся гондолой. Максимальный восстанавливающий момент у таких катамаранов убывает прямо пропорционально уменьшению запаса плавучести, а не полного объема.

Поперечная остойчивость четырехместного катамарана с полным объемом гондол 0,7 м3 будет почти в два раза ниже, чем у катамарана с полным объемом 0,9 м3. Этого не следует упускать из виду сторонникам сплава на катамаранах с малым запасом плавучести. Резкое уменьшение поперечного восстанавливающего момента и предельного угла крена при запасах плавучести менее 100% позволяют считать эту величину критической, ниже которой происходит качественное изменение свойств катамарана. Практически величина запаса плавучести катамарана должна  быть не менее 150—200%.

Форма поперечного сечения и относительная ширина  гондол для катамарана с точки зрения поперечной остойчивости являются факторами второго порядка.

Продольная статическая  остойчивость. Продольная остойчивость судна так же, как и поперечная, характеризуется восстанавливающим моментом, плечом остойчивости, коэффициентом остойчивости и метацентрической высотой, которые определяются при дифференте на нос и на корму. У водоизмещающих однокорпусных судов продольная метацентрическая высота всегда значительно превосходит поперечную, и соответственно их продольная остойчивость, как правило, на порядок больше поперечной.  Поэтому, если эти суда имеют достаточную поперечную остойчивость, они заведомо остойчивы вообще.

По-иному у катамаранов. С одной стороны, два сильно разнесенных корпуса создают им очень высокую поперечную остойчивость. С другой стороны, при одинаковой с однокорпусными судами длине катамараны имеют, как правило, заметно меньшую продольную остойчивость. Это обусловлено тем, что экипаж и груз обычно размещаются на каркасе или на корпусах катамарана. Это позволяет для повышения ходкости делать гондолы узкими с сильно заостренными оконечностями ватерлиний. В свою очередь, продольный метацентрическнй радиус пропорционален квадрату коэффициента полноты площади КВЛ α=Sквл/LBк. Поэтому в спортивном судостроении для того, чтобы продольная остойчивость катамарана была не хуже поперечной, его длину принимают, по крайней мере, в два раза большей, чем его конструктивная ширина. Поэтому продольная остойчивость туристских катамаранов требует особого внимания при их конструировании.

В качестве некоторой оценки сверх потенциальных возможностей катамарана с точки зрения продольной остойчивости можно принять разность максимальных смещений точки ЦВ в нос и корму, назвать ее эффективной длиной и обозначить Lo по аналогии с Во.

Для гондол без заострении оконечностей типа прямого цилиндра с запасом плавучести 100% величина Lo равна 1/2 L, а наибольшее плечо продольной остойчивости составляет 40% от половины Lo. Напомним, что при ширине катамарана по КВЛ порядка 2—2,2 м величина Вс составляет 3/4 последней, а наибольшее плечо поперечной остойчивости достигает 75% от значения половины Во,

Однако на практике экипаж катамарана не может видеть как изменений длины плеча остойчивости, так и перемещений точки ЦВ, происходящих при дифференте. Для него гораздо нагляднее происходящее при наклонении на нос или корму изменение длины ватерлинии гондолы.

На первых 5° дифферента до выхода воды на деку («палубу») в оконечностях гондол длина ватерлинии остается практически неизменной, а плечо остойчивости увеличивается наиболее быстро и прямо пропорционально углу дифферента. На участке, где дифферент равен 5—10°, происходит резкое сокращение длины ватерлинии более чем в два раза как за счет отрыва днища гондолы от поверхности воды, так и за счет затопления «палубы». Таким образом, выход воды на «палубу» показывает, что рост плеча остойчивости замедляется, а, например, затопление половины носовой части «палубы» гондолы сигнализирует, что при дальнейшем увеличении дифферента судно опрокинется, так как равновесие опрокидывающего и восстанавливающего момента станет неустойчивым. Поэтому фактическая длина ватерлинии гондол может служить наглядным показателем продольной остойчивости катамарана при сильных дифферентах на нос или корму.

Значения наибольшего продольного плеча остойчивости связаны с длиной гондол по КВЛ. У катамаранов, имеющих длину по КВЛ менее 4 м, при дальнейшем ее уменьшении продольная остойчивость падает быстрее, чем по линейному закону. Так при увеличении длины с 4 до 5 м эффективная длина увеличивается на 0,5 м, а наибольшее плечо остойчивости на 0,25 м. В то же время сокращение длины катамарана с 3 до 2 м при таком же изменении приводит к уменьшению 1m на 0,33 м. Это объясняется как относительно большим влиянием отрицательной остойчивости веса, так и более заметным уменьшением остойчивости формы.

У реальных туристских катамаранов оконечности гондол часто имеют то или иное заострение — либо в виде полусферы, либо конусов, имеющих в основании окружность или сегмент. Распространено заострение оконечностей по параболе. В последнем  случае длина заострений может составлять значительную долю   общей длины гондолы. Так, у спортивных катамаранов длину кормового заострения рекомендуется делать в 7—8 раз больше осадки в миделе на ровном киле. При заострении оконечностей длина гондолы по КВЛ, во многом определяющая продольную остойчивость катамарана, становится заметно меньше его габаритной наибольшей длины Lm. Помимо этого, восстанавливающий момент падает из-за уменьшения водоизмещения в оконечностях гондол. Для того чтобы хотя бы качественно оценить порядок степени влияния заострения гондол на продольную остойчивость катамарана, были рассчитаны величины наибольшего плеча продольной статической остойчивости и предельного угла для исходной модели катамарана, имеющей наибольшую длину 4,6 м без заострений, а также с заострениями в виде полусфер, конусов и по параболическому закону. В таблице 1 приведены отношения, показывающие, какую долю составляет эффективная длина гондолы Lo/Lm, какую долю составляет длина ватерлинии от наибольшей длины гондолы L/Lm, а также какая часть половины габаритной длины преобразуется, а плечо продольной остойчивости 2lm/Lm при разных формах заострений оконечностей гондол.

 

Таблица 1

 

Параметр

Форма

Lт

lk,M

L/Lm

Lo/Lm

2lm/Lm

φnp º

Без заострения

4,6

1,0

0,50

0,4

62°

Сферическая

«

0,2

1,0

0,48

0,38

62°

Параболическая

«

1,3

0,83

0,38

0,26

56°

Коническая

«

1,3

0,74

0,34

0,22

53°

 

Расчеты показывают, что делать высоту надводной части гондолы, превосходящей осадку на ровном киле более чем в два раза (запас плавучести более 200%) с точки зрения повышения продольной остойчивости, не имеет смысла. И наоборот, сокращение относительной высоты надводного «борта» с единицы до половины приводит к падению величины наибольшего плеча остойчивости на 30% и заметному уменьшению предельного угла. Следовательно, при запасах плавучести меньше 100% заметно снижаются как поперечная, так и продольная остойчивости судна.

Отметим также, что, когда на ровном киле осадка составляет треть полной высоты, например, цилиндрической гондолы, надводные объемы, расположенные в средней трети ее длины, в образовании поддерживающей силы при наклонениях на нос и корму не участвуют. Следовательно у катамарана, имеющего запас плавучести 200%, надводные объемы в средней трети гондол по длина могут быть вырезаны без какого-либо ущерба его продольной остойчивости. Катамаран с цилиндрическими гондолами, имеющими в средней части плоскую деку при ее высоте над КВЛ F=l/2To и в оконечностях «були» высотой F=2To и длиной каждый в треть длины гондолы, будет иметь запас плавучести около 165% и такую же продольную остойчивость, как катамаран с гондолами без вырезов и запасом плавучести 200%, Вырезы в средней части гондолы позволяют рационально   разместить   экипаж   и   груз (К. Подъяпольский, Москва).

Очевидно, поднять запас плавучести катамарана можно, увеличивая как высоту, так и ширину его гондол. На первый взгляд, кажется, что для наращивания продольной остойчивости второй путь хуже. Однако легко убедиться, что катамараны с гондолами одинаковой длины и имеющие равные объемы в оконечностях, но отличающиеся соотношением ширины и высоты гондол (например, Вн=0,6 м и Н=0,4 м или Вк=0,4 м и Н=0,6 м) при одинаковой длине по КВЛ 4,4 м будут иметь также одинаковую эффективную длину 2,94 м и совсем неожиданными кажутся данные, которые дают диаграммы продольной остойчивости — модель с низкими плоскими гондолами имеет преимущество перед моделью с высокими «бортами» в величинах наибольшего плеча остойчивости на 11% и предельного угла на несколько градусов.

Интересно рассмотреть остойчивость плотов на надувных подушках, разнесенных по краям габарита плота. Оказывается, что остойчивость таких плотов больше, чем остойчивость  плотов на поперечных гондолах равной ширины.

Оценивая поперечную и продольную остойчивость катамарана, можно сделать вывод, что предельные углы при крене и дифференте будут примерно равны, если длина катамарана будет  вдвое больше его ширины.

Динамическая остойчивость. Динамическая остойчивость описывает поведение модели судна, находящегося неподвижно на спокойной воде, когда внешние силы вызывают наклонения со значительными угловыми скоростями, как, например, при действии шквального ветра. Опрокидывающее воздействие имеет вид ступеньки, возникает сразу, но длится сравнительно недолго.   Наибольший угол наклонения, который достигается судном при динамическом действии опрокидывающего момента, называется динамическим углом крена или дифферента. Из практики известно, что порыв ветра опрокидывает парусную лодку значительно легче, чем ровный ветер существенно большей силы. Дело в том, что при порыве ветра судно по инерции накренится заметно больше, чем до угла, при котором наступает равновесие кренящего и восстанавливающего моментов.

В рассчитанном для рассматриваемой модели  примере величина динамического предельного угла  крена для поперечной остойчивости получилась примерно в два раза меньше, чем соответствующее значение для статической   остойчивости, что хорошо совпадает с данными судостроительных справочников. Таким образом, видимо, можно считать динамическую остойчивость туристских судов вдвое меньше их статической остойчивости.

Рассмотрим вопрос о влиянии момента инерции судна на его остойчивость, который вызывает дискуссии среди туристов. Дело в том, что в туристской литературе встречаются  рекомендации: «Для повышения остойчивости плота необходимо разместить груз как можно шире по бортам». В то же время классики спортивного судостроения советуют избегать этого, поскольку это лишь  увеличивает момент инерции, период и амплитуду собственных колебаний яхты.

Исходя из этого расчета можно утверждать, что величина динамического угла наклонения судна определяется только работой, совершаемой кренящей силой, и от величины момента   инерции судна не зависит. Однако это наклонение будет проходить медленнее, когда момент инерции судна станет больше вследствие размещения грузов на его периферии. С другой стороны, при медленном наклонении судна растет вероятность принятия экипажем   мер, парирующих действие опрокидывающих сил.

Динамическое равновесие судна. Из туристской практики известно, что суда (особенно имеющие большую остойчивость катамараны и  плоты) чаще всего опрокидываются, когда упираются бортом в какую-либо опору, например завал, камень, стоячий вал и т. п. Для того чтобы уяснить хотя бы качественно причины этого, рассмотрим действие сил и моментов на примере четырехместного катамарана с экипажем и грузом, имеющего гондолы квадратного поперечного сечения 0,45х0,45 м при длине 4,6 м и ширине катамарана Во=1,6 м. Катамаран   опирается «сухой» гондолой о камень (точка 0 на рис. 4). Опрокидывающий момент, созданный камнем, уравновешен восстанавливающим моментом поперечной статической остойчивости, равным примерно 0,5 тм (водоизмещение 0,45 т, наибольшее плечо поперечной остойчивости около 75% от 1/2 Во). На спокойной воде катамаран будет находиться в равновесии.

 


Рис. 4.  Опрокидывание катамарана на опоре

 

Рассмотрим случай, когда на погруженную в воду гондолу набегает поток со скоростью 10 км/ч (около 3 м/с). Динамическое давление водного потока равно примерно 50 v2 кг/м2, где v — скорость воды в м/с, и направлено оно перпендикулярно  поверхности, на которую действует, Поэтому гидродинамическое давление воды на борт погруженной гондолы составит около 0,8 т, на затопленную до половины ширины деку 0,4 т. Последняя сила на плече l2 создаст топящий момент, который примерно в пять раз превзойдет поддерживающий момент первой силы на плече l1. Для сопоставления отметим, что топящий момент также превосходит в полтора  раза максимальный момент статической поперечной остойчивости, который к тому же уже израсходован полностью на компенсацию кренящего момента, созданного камнем. Поскольку крен и затопление деки при опоре на камень нарастают быстро, в действительности следует сравнивать топящий момент с моментом динамической остойчивости,   который   еще ниже. Таким образом, опрокидывание судна, стоящего на упоре в потоке, обусловлено в том числе и следующими обстоятельствами. Во-первых, величина гидродинамического давления потока на судно, стоящее неподвижно в пороге, может в несколько раз превзойти максимальную силу поддержания при запасе   плавучести 100—200%. Это наряду с прыжками с крутых сливов объясняет тенденцию некоторых туристов для сложных рек делать запас плавучести в 5—7 раз для катамаранов и в 7—10 раз для плотов. Во-вторых, при выходе потока на плоскую деку гондолы или на «палубу» плота или катамарана резко меняется направление главного вектора гидродинамического давления и сильно увеличивается его составляющая, топящая судно. Происходит так называемое закусывание судна. Поэтому следует избегать плотных настилов на плотах и матерчатых тентов на катамаранах. Плоскую   деку гондол катамаранов целесообразно в оконечностях закрывать  «булями». В-третьих, твердая опора на периферии судна служит осью вращения для опрокидывающих сил, плечо действия которых при этом существенно увеличивается. У судна, находящегося на плаву, точкой опоры в первом приближении считают ЦВ, вокруг которого и происходит вращение. При этом ЦВ сам смещается в сторону наклонения.

Если экипаж судна, стоящего на ровном киле, переместится так, что ЦТ сместится в горизонтальной плоскости, судно получит некоторый крен — экипаж закрепит судно. Крен будет нарастать до тех пор, пока восстанавливающий момент не уравновесит кренящий, Плечи обоих этих моментов будут одинаковы и пропорциональны величине сдвига ЦТ переместившегося экипажа L, отношению тяжести экипажа Gэ к тяжести судна в целом G и косинусу  угла φ между плоскостью «палубы» и креновой  ватерлинии.


При откренивании экипаж смещается в сторону, противоположную крену, вызванному внешними силами. Экипаж как бы уменьшает плечо внешнего кренящего момента на величину 1от (или на столько же увеличивает плечо остойчивости). На четырехместном катамаране при откренивании двух гребцов с одного борта (смещение их ЦТ на 0,2 м) и крене на величину угла отрыва (14,5°) произойдет увеличение плеча остойчивости у груженого катамарана на 10%, у порожнего—на 13%. Для четырехместного катамарана операции закренивания и откренивания будут  малоэффективными. По-другому поведет себя двухместный катамаран с канойной греблей и Во=1 м. При крене на величину угла отрыва (23,5°) откренивание одного гребца увеличит плечо остойчивости груженого катамарана на 25%, порожнего – на 32%. Если откренивают оба гребца, что для двухместного катамарана вполне реально, плечо остойчивости без груза возрастет на 64%. Еще эффективнее могло бы быть откренивание у более узких катамаранов с байдарочной греблей. Однако у них «сидячая» посадка существенно снижает эффективность этого технического приема. Правда, латвийские туристы на соревнованиях по ТВТ уменьшают у таких катамаранов общую ширину до 1 м и ценой уменьшения и без того малой остойчивости увеличивают эффективность управления ими при помощи кренов.

За последние двадцать лет в стране создан ряд малых судов, наиболее полно отвечающих требованиям как автономного туристского похода, так и спортивного сплава по несудоходным рекам. Эти суда отличаются высокой мореходностью и мобильностью при транспортировке на подходах к водному маршруту. Каркасно-надувные суда, а тем более катамараны и плоты, не имеют аналогов в мировой практике. Катамараны и плоты по мореходности превосходят все другие известные суда, предназначенные для  спортивного сплава в экстремальных условиях.

Анализ мореходных качеств туристских судов позволяет отметить следующее.

Запас плавучести – один из первостепенных с точки зрения безопасности и мореходности параметров – на судах для спортивного сплава должен создаваться закрытыми от заливания волнами объемами надводной их части. Он должен быть, как правило, не менее 100%. Запас плавучести устанавливается в зависимости от типа судна — наибольший у плотов, меньше у катамаранов и еще меньше у байдарок и каяков. Для катамаранов запас плавучести 100% будет минимально допустимым и с точки зрения их поперечной остойчивости.

Туристские суда при аварийном полном затоплении и оверкиле должны иметь избыточную плавучесть в несколько раз больше, чем у прогулочных судов, У катамаранов непотопляемость создается секционированием гондол. При аварийном разрыве секции оставшийся объем гондолы как по величине, так и по расположению должен обеспечить остойчивость судна. Поэтому для сложных условий сплава предпочтительнее трехсекционные гондолы с продольным расположением перегородок.

Безопасность плавания во многом определяется скоростью уходов судов от столкновения с препятствиями. Гребные суда делают это поворотом и поступательным движением в направлении своей продольной оси, плоты — смещением поперек потока в направлении поперечной оси судна. Туристы, плавающие на гребных судах, хорошо владеют разнообразными техническими приемами управления судном, туристы, плавающие на плотах, хорошо  понимают динамику потока и используют его свойства для построения оптимальной линии движения.

Наибольшее влияние на поперечную остойчивость катамарана оказывает его конструктивная ширина Во. Наибольшее плечо остойчивости у четырехместных катамаранов шириной около 2 м составляет 70—80% от половины Во и меняется пропорционально ей. С уменьшением ширины катамарана сокращается доля Во, которую составляет плечо остойчивости, например для двухместных катамаранов с канойной греблей — менее 50% от половины Во.

Продольная остойчивость судна определяется в первую очередь его длиной по ватерлинии КВЛ. Чтобы продольная остойчивость катамарана была не меньше поперечной, его длину по КВЛ следует брать, по крайней мере, в два раза больше конструктивной ширины. При запасах плавучести менее 100% продольная остойчивость также быстро падает.

Высота ЦТ на начальной остойчивости катамаранов, особенно широких, сказывается незначительно, а в большей степени влияет на величину предельного угла. С уменьшением ширины катамарана отрицательное влияние высокого ЦТ на остойчивость судна растет.

Увеличение относительной ширины гондол на величине поперечной  остойчивости катамарана сказывается мало, растет в основном коэффициент остойчивости. Площадь ватерлинии и коэффициент ее полноты являются вторым после длины судна фактором, определяющим его продольную остойчивость.

Динамическая остойчивость судна примерно вдвое хуже статической остойчивости.

Высокими мореходными качествами и малой чувствительностью к колебаниям как собственных характеристик, так и условий плавания обладают четырехместные катамараны с запасом  плавучести порядка 200%. Это судно высокой стабильности и надежности.

Менее определены оценки двухместных катамаранов с канойной греблей. Их высокая маневренность, малая инерционность, способность быстро развивать скорость дают им явные преимущества при сплаве по рекам определенного класса. Для них характерно сильное изменение мореходных качеств, в первую очередь остойчивости и устойчивости на курсе, от сравнительно небольших изменений в конструкции — длины, ширины, формы гондол, высоты точки ЦТ и т. п.

Сравним еще некоторые мореходные качества судов. Наиболее ходкими являются каркасные и каркасно-надувные суда, затем следуют катамараны, надувные  байдарки, надувные лодки, спасательные плоты. Наилучшую поворотливость имеют надувные лодки и спасательные плоты, плоты на поперечных гондолах. Хорошую поворотливость имеют каркасно-надувные и надувные байдарки, правильно выполненные катамараны, хуже поворотливость плотов с продольным расположением гондол.

Поворотливость большинства каркасных байдарок заводского производства недостаточна.


Возврат к списку



Пишите нам:
aerogeol@yandex.ru, cess@aerogeologia.ru