Щоб пересуватися по воді досить швидко і безпечно, яхта повинна володіти відомими морехідні якості.
Головні морехідні якості всякого судна - плавучість, остійність, ходкость і повороткість. Крім того, вітрильна яхта повинна бути здатною нести вітрила.
Всі ці якості судно повинно зберігати при будь-яких умовах плавання, тобто швертботи - в умовах річок і озер, гоночні кильові яхти - в умовах прибережного морського плавання, морехідні крейсери - в умовах відкритого моря і т. Д.
Вивчення морехідних якостей є предметом спеціальної науки - теорії корабля, на основних елементах якої стосовно парусній яхті ми і зупинимося в цій главі.
Плавучість - це здатність судна триматися на воді (плавати). Вона повинна зберігатися при навантаженні судна, його русі та подоланні хвиль.
Будь-яке плаває судно в спокійному стані знаходиться на воді в рівновазі під дією двох сил: ваги судна, спрямованого вертикально вниз, і сили тиску води на підводну частину його, спрямованої вертикально вгору. Сила тиску води на підводну частину корпусу називається силою плавучості. Згідно із законом Архімеда сила плавучості дорівнює вазі води, витісненої судном.
Вага води, витісненої судном, називається ваговим водотоннажністю судна, або просто водотоннажністю. Відрізняють ще об'ємне водотоннажність, або обсяг води, витісненої судном.
Вагове водотоннажність вимірюють в тоннах (рідше-в кілограмах), об'ємне - в кубічних метрах. У прісній воді об'ємне водотоннажність одно вагового, так як кубічний метр прісної води важить одну тонну.
Одне і те ж судно з певним ваговим водотоннажністю (завжди дорівнює вазі судна) в різній воді може мати різний об'ємне водотоннажність. У прісній воді об'ємне водотоннажність більше, ніж в солоній, так як солона вода важче прісної і при рівній вазі займає менший обсяг. Тому суду в прісній воді сидять глибше, а в солоній - дрібніше.
З цим явищем яхтсменам часто доводиться стикатися при обмір суден: кільова яхта буде мати велику довжину по ватерлінії (по дзеркалу води) в прісній воді, ніж в солоній (рис. 76).
Об'ємне водотоннажність судна визначається його формою, а також довжиною і шириною по ватерлінії і осадкою.
Мал. 76. Головні параметри кільової яхти
Довжина по ватерлінії вимірюється в діаметральної площині, між точками перетину передньої і задньої крайок судна з площиною води.
Ширина по ватерлінії вимірюється в найширшому місці судна (в площині мидельшпангоута).
Осадкою називається відстань самої поглибленої точки підводної частини судна від поверхні води.
Якщо судно має вигляд прямокутного понтона з вертикальними стінками, то очевидно, що об'ємне водотоннажність його дорівнює обсягу паралелепіпеда з гранями, рівними довжині по ватерлінії, ширині по ватерлінії і осаді. Звичайно, будь-яке судно з певними довжиною і шириною по ватерлінії і осадкою матиме менший водотоннажність, ніж понтон з такими ж розмірами. Ставлення об'ємного водотоннажності судна до обсягу паралелепіпеда зі сторонами, рівними довжині по ватерлінії, ширині по ватерлінії і осаді, називають коефіцієнтом повноти водотоннажності. Чим більше цей коефіцієнт, тим більше повнота обводів судна або повнота судна. Чим тихохідних судно, тим зазвичай більше його повнота. Наприклад, для тихохідних комерційних судів цей коефіцієнт (в теорії корабля він позначається грецькою буквою d- «дельта») дорівнює приблизно 0,8; для великих військових кораблів і торгових вітрильників-від 0,6 до 0,7, для міноносців і легких крейсерів - від 0,45 до 0,50. Вітрильні яхти мають ще менші коефіцієнти повноти. Так, для швертботів d = 0,28-0,33; для гоночних кільових яхт d = 0,12-0,17; для крейсерських кільових яхт d = 0,19-0,22.
Знаючи коефіцієнт повноти водотоннажності, можна наближено підрахувати об'ємне водотоннажність судна, помноживши цей коефіцієнт на твір довжини по ватерлінії на ширину по ватерлінії і на осадку. Якщо це виразити формулою, одержимо водотоннажність:
V = d * lВЛ * BВЛ * T (м3)
Приклад. Треба підрахувати, яке водотоннажність швертбота довжиною по ватерлінії 6,5 м, шириною по ватерлінія 1,7 м і осадкою 0,2 м. Якщо вважати в середньому його коефіцієнт повноти рівним 0,3, то за вказаною формулою його водотоннажність одно:
V = 0,3 * 6,5 * 1,7 * 0,2 = 0,66 (м3)
При обчисленні водотоннажності за цією формулою для швертботів і компромісів треба брати осадку без шверта, а для кільових яхт - з фальшкіль.
Водотоннажність є мірою плавучості судна, але воно не повністю характеризує плавучість його і безпеку його плавання.
Головну роль для збереження плавучості при навантаженні судна грає висота надводного борту F (рис. 76). Судно з низьким бортом буде легко захльостує хвилею, тому висота борта визначається головним чином розміром хвилі в тих водах, де йому належить плавати. Ось чому річковим Швертботи досить мати надводний борт висотою 0,3-0,4 м; морським кільовим яхтам треба мати борт значно вище-0,7-1,2 м. Щоб яхта легше сходила на хвилю, висота борта в носовій частині робиться більше, ніж в середині і в кормі.
Запас плавучості судна тим більше, чим більше висота надводного борту.
Визначається він обсягом надводної частини судна від ватерлінії до палуби.
Якщо порожнє судно завантажити повністю, то воно сяде глибше і його водотоннажність побільшає. Різниця між ваговими водотоннажністю навантаженого і порожнього судна називається його вантажопідйомністю.
Остійність. Якщо судно сидить так, що його розрахункова ватерлінія не паралельна дійсної в поздовжньому напрямку (рис. 77), то говорять, що судно має диферент на ніс або корму. Диферент зазвичай є наслідком неправильного розрахунку судна, або неправильного розподілу вантажів по довжині судна, або, нарешті, наслідком затоплення його кормових або носових відсіків.
Диферент може утворитися також під дією гідродинамічних сил при русі яхти: зі збільшенням швидкості ходу судно набуває диферент на корму.
Через несиметричного щодо діаметральної площині судна розташування вантажів або дії зовнішніх сил (сили тиску вітру на вітрила і т. Д.) Судно може мати крен.
Здатність судна протистояти крену і повертатися в нормальне положення після припинення дії крениться сил називається поперечної остойчивостью.
Мал. 77. Крен і диферент
Коли судно плаває без крену, воно знаходиться в рівновазі під дією сили плавучості і своєї ваги. Точка прикладання сили тяжіння судна з усіма його частинами і вантажами називається центром ваги судна (ЦТ). Точка прикладання сили плавучості буде знаходитися в центрі ваги витісненої судном води. Ця точка називається центром величини (ЦВ).
Якщо вантажі або екіпаж не переміщаються, то в будь-якому положенні судна центр ваги зберігає своє становище. Центр величини переміщається при крен через зміну форми підводної частини корпусу.
Коли швертбот плаває без крену, то сила тяжіння (вага) судна врівноважується силою плавучості. Сила плавучості прикладена в центрі величини (ЦВ) і спрямована вертикально вгору. Центр величини розташований в діаметральній площині судна, оскільки контури підводної частини судна без крену симетричні відносно цієї площини.
Якщо розглядати випадок, коли все вантажі розміщені на судні симетрично щодо діаметральної площині, то центр ваги (ЦТ) буде розташований також в діаметральної площині судна. Сила плавучості дорівнює вазі; вони лежать в одній площині, і швертбот знаходиться в рівновазі (рис. 78, а).
Якщо швертбот накренився, то центр величини переміститься в бік крену внаслідок зміни форми надводної частини. Сила тяжіння і сила плавучості вже не будуть розташовані в одній площині і утворюють пару сил, яка прагне повернути швертбот в нормальне положення. Така остійність називається позитивною (рис. 78, б).
Мірою остійності є твір вагового водотоннажності на відстань між силами ваги і плавучості (плече остійності) -так званий момент статичної остійності. Він вимірюється в тонно-метрах. При цьому крен момент остійності швертбота може бути збільшений, якщо екіпаж переміститься на борт, протилежний крену (рис. 78, в). Тоді центр ваги судна переміститься в точку ЦТ і плече остійності /, а отже, і момент остійності також збільшаться. Ця обставина широко використовують спортсмени, плаваючі на швертботах, де для зменшення крену (збільшення остійності) екіпаж «вивішується» за борт, або, як кажуть, откренівает судно.
Мал. 78. Остійність швертбота
З подальшим збільшенням крену форма підводної частини продовжує змінюватися, остійність спочатку досягає максимального значення (при куті крену 20-35 °), потім поступово зменшується, і нарешті настає такий стан, коли сила ваги приходить в одну площину з силою плавучості і знову настає стан рівноваги (рис. 78, г).
Мал. 79. Остійність швертбота на хвилі
Мал. 80. Остійність кільової яхти
Мал. 81. Остійність катамарана
Якщо надати Швертботи більший крен, то дія пари сил буде вже прагнути перекинути його (рис. 78, д). Така остійність називається негативною. Для більшості швертботів негативна остійність починається при кутах крену близько 60-70 °,
Подивимося, як буде змінюватися остійність при дії на судно хвилі (рис. 79). Набігаюча хвиля викличе переміщення ЦВ, а значить, і негативну остійність (рис. 79 праворуч), і судно почне кренитися в зворотну сторону. При проході наступних хвиль картина повториться, і судно весь час буде розгойдуватися на хвилі. На великій хвилі ці коливання можуть призводити до перекидання швертботів, так як дія бортовий качки в окремі моменти може збігатися з дією вітру на вітрила.
У кільової яхти, де завдяки важкій фальшкіль центр ваги розташований дуже низько, часто нижче ЦВ. картина остійності інша (рис. 80). Як видно з малюнка, кільова яхта з глухою палубою завжди має позитивну остійність, причому зі збільшенням кута нахилу вона збільшується і досягає найбільшої величини при нахилі 90 °, коли вітрила лежать на воді. Звичайно, на практиці яхту з відкритим кокпітом або погано задраєними люками при цьому заллє водою і вона може затонути, не встигнувши випрямитися.
Дуже своєрідно з точки зору остійності поводяться катамарани. На рис. 81 показані сили і моменти, що діють на катамаран при нахилі. При малих кутах крену, коли подветренний корпус занурюється в воду, а навітряний виходить з неї, ЦВ енергійно переміщується під вітер (рис. 81, б). Нарешті, коли навітряний корпус вийде з води, плече остійності досягне максимальної величини (рис. 81, в).
У цей момент плече остійності приблизно дорівнює половині відстані між корпусами, а крен відносно невеликий-близько 10-12 °. Надалі остійність зменшується, і катамаран поводиться як швертбот, аж до перевертання; при цьому він стає вниз щоглою. Початкова остійність катамарана дуже велика, однак, досягнувши максимуму, вона інтенсивно падає. Негативна остійність у нього починається дещо раніше, ніж у швертбота, - при нахилі приблизно 50-60 °.
Слід зазначити, що для катамарана має значення і поздовжнє остійність. У кільових яхт і швертботів зазвичай поздовжня остійність достатня велика, щоб не зважати на можливість скільки-небудь серйозного дифферента під дією вітру на вітрила (навіть під спінакером). Вузькі корпусу катамарана не мають настільки великий поздовжньої остійності, і при свіжому вітрі він може отримати дифферент на ніс. В результаті ніс підвітряного корпусу зариється в воду і катамаран перекинеться, як кажуть, через вилицю.
Ми розглядали остійність яхти під дією якого-небудь моменту, який викликає певний крен. Очевидно, що якщо крениться момент, прикладений до яхти, більше моменту остійності, то судно почне кренитися. З цим стикаються, наприклад, коли на яхті, що йде без крену курсом бейдевинд з майже обезветреннимі вітрилами, починають підбирати шкоти, збільшуючи силу дрейфу, а значить, і крениться момент. Так як зі збільшенням крену крениться момент від тиску вітру на вітрила зменшується, а відновлює момент остійності зростає, то обидва моменти прийдуть в рівновагу при деякому вугіллі крену і, якщо нічого не зміниться, крен цей буде зберігатися. На рис. 82 показана порівняльна діаграма остійності швертбота і катамарана з однаковими вітрилами; отже, при рівній силі вітру крениться момент у них однакові. Крива А відповідає крениться момент при швидкості вітру 5-6 м / сек. При цьому у швертбота крен буде близько 19 °, у катамарана - 4 °. При посиленні вітру крениться момент зростає, і настане стан, при якому для катамарана він буде дорівнює моменту остійності в точці 1, що відповідає максимуму остійності і крениться момент по кривій Б. З малюнка видно, що в такій ситуації найменше збільшення крана (або посилення вітру) призведе до перекидання катамарана, так як при більшому нахилі крениться момент весь час більше моменту остійності. Швертбот ж при цьому накренився більше (до точки 2). Але при збільшенні кута нахилу момент остійності більше крениться моменту. Тому він перевернеться лише при силі вітру, що відповідає кривій В, яка проходить теж поблизу максимуму остійності (точка 3).
Мал. 82. Остійність швертбота і катамарана при дії вітру на вітрила
Вказана обставина свідчить про те, що хоча швертбот або катамаран самі по собі зберігають позитивну остійність до точок 4 і 5 відповідно, але небезпека перевернутися виникає значно раніше, при кутах крену кілька великих, ніж кути, відповідні максимуму остійності, а зовсім не критичним кутах крену (в точках 4 і 5), як іноді думають. Це слід мати на увазі при управлінні Швертботи, а особливо катамараном, який в положенні / перевертається дуже стрімко.
Зупинимося коротко на найбільш істотних моментах розглянутого матеріалу (їх треба знати, щоб грамотно керувати яхтою):
- швертбот і катамаран можуть перекинутися, причому перекидання відбувається при нахилі, близькому до того, при якому досягається максимальна остійність;
- кільова яхта перекинутися не може, але якщо вона має відкритий кокпіт, то при великому нахилі або хвилі її може залити, і вона потоне;
- бортова хвиля розгойдує яхту і зменшує її остійність; швертбот на великій хвилі може перевернутися абсолютно несподівано;
- вода, що знаходиться всередині судна, істотно зменшує його остійність; при великій кількості її в трюмі швертбота досить зовсім невеликого крену, щоб він перекинувся;
- широке судно остійності вузького;
- чим нижче центр ваги, тим остійності судна, і навпаки;
- чим більше площа парусності і чим вище розташований центр парусності, тим менше, при інших рівних умовах, остійність судна.
Деякі з цих висновків не пояснені, їх доведеться прийняти на віру або самостійно познайомитися з літературою з теорії яхти.