Остійність - це здатність судна повертатися в початкове положення після припинення дії сил, що викликали його нахил: крен (поперечний нахил) або диферент (поздовжній нахил). Іншими словами, це властивість зберігати стійку рівновагу, подібно «Іван-покиван». Знання судноводія-любителя про остійності повинні допомогти йому правильно розпорядитися завантаженням судна: розміщенням пасажирів, укладанням багажу, розподілом запасів води і палива.
Зупинимося спочатку на остійності непошкодженого судна і розглянемо очевидну фізичну картину умов рівноваги судна. Відповідно до закону Архімеда, вага судна урівноважений силою підтримки, що дорівнює обсягу підводної частини корпусу, помноженої на щільність води (т. Е. Вазі води, витісненої судном) (рис. 2.5.).
На судні, що не має крену (що знаходиться в випрямлення положенні), центр ваги (далі - ЦТ) і центр величини (далі - ЦВ) знаходяться на одній вертикалі і збігаються з поздовжньою площиною симетрії судна - діаметральної площиною (далі - ДП). При цьому корпус занурений по ватерлінію (далі - ПЛ) і знаходиться в стані стійкої рівноваги.
Припустимо, що накрененіе судна відбувається під дією зовнішніх сил (вплив вітру, потрапляння на схил хвилі).
Проведемо з ЦВ вертикальну лінію дії рівнодіючої сили підтримки. Отстояние цієї лінії від лінії дії рівнодіючої сил ваги, спрямованої вертикально вниз, називається плечем остійності. Ця характеристика є ключовою у визначенні остійності (рис. 2.6.). Саме її ввів Рід в ужиток моряків і суднобудівників. Саме вона є предметом діаграми Ріда, або діаграми статичної остійності, яка показує, як плече остійності залежить від кута крену і особливостей конкретного судна (рис. 2.7.).
Мал. 2.6. Діаграми статичної остійності прогулянкових суден:
1 - гліссірующій катер, L = 13,9 м, В = 2,8 м, водотоннажність 6,3 т;
2 - водоизмещающий круїзний катер, L = 8,6 м, В = 2,50 м, водотоннажність 2,5 т. Високий надводний борт і водонепроникна рубка;
3 - гребний човен, L = 4,10 м, В = 1,45 м, водотоннажність 0,135 т. Діаграма обривається на вугіллі заливання
Мал. 2.7. Схема взаємодії сил
Справді, якщо сила ваги зміщена щодо сили підтримки в сторону, протилежну накрененію (ЦТ = ЦТ1), пара цих сил створює відновлює момент, діючий протилежно крениться.
Якщо лінії дії сил підтримки і ваги збігаються при ЦТ = ЦТ2 (плече остійності дорівнює 0), судно знаходиться в нестійкому положенні нейтрального рівноваги - будь-яка сила може порушити його.
Нарешті, якщо сила ваги зміщена щодо сили підтримки в сторону накрененія (ЦТ = ЦТ3), замість відновлюючого моменту виникає додатковий крениться, і перекидання стає неминучим.
При призначенні району плавання прогулянкового судна допустимий кут крену і відповідні йому зовнішні умови визначають з запасом щодо кута крену при максимальному плечі остійності на діаграмі.
Згідно з вимогами ГОСТ і ГИМС. «В ході перевірки статичної остійності вантаж, вага якого відповідає 60% вантажопідйомності, розташовується всередині корпусу вище рівня банок або сидінь (на 250 мм на гребних човнах і на 300 мм - на моторних човнах і катерах) в 200 мм від внутрішньої кромки борта або планширя (цей вантаж імітує змістилися до борту пасажирів), а решту 40% укладаються в ДП на рівні сланей. Вантажі розташовуються на перпендикулярній ДП лінії, що проходить через утворений пасажирами і багажем центр ваги при їх штатному розташуванні. Судно при цьому має перебувати в стійкому рівновазі, а кут нахилу повинен бути менше кута входу в воду бортовий кромки палуби і / або верхньої кромки борта (кута заливання) ».
Доречні два питання:
- чи слід укладати і закріплювати на днище судна твердий баласт?
- чи не буде качка після зниження ЦТ занадто поривчастий?
Відповідь на перше питання простий. Гранична вантажопідйомність обговорена в інструкції по експлуатації. Беручи баласт, ми змушені зменшити корисну вантажопідйомність, беручи на борт менше пасажирів і / або скорочуючи запаси палива і води.
По другому питанню очевидно наступне. Рвучка качка - це качка з більш коротким періодом. За розрахунковими даними можна оцінити зменшення періоду качки (при доступному зміщенні ЦТ вниз) приблизно в 5-10%, припустимо, з 3 секунд до 2,85-2,7 секунд, що практично невідчутно.
Умова безпеки плавання з точки зору остійності, в першу чергу, полягає в тому, щоб судно свідомо не виходило за межі районів, обумовлених його класом, а судоводитель уважно ставився до прогнозів погоди, під час ухилявся від зустрічі зі штормом і тримав під контролем розміщення багажу , запасів і пасажирів. Спрощений виклад відомостей про остійності дозволяє засвоїти головний практичний висновок - чим нижче розташований ЦТ, тим краще.
Початкова остійність. Лінія дії сили підтримки перетинає діаметральну площину (ДП) в точці М, яку називають метацентром. Фігурально кажучи, ця точка - кінець уявного важеля, тримаючись за який можна накренити судно на кут # 952 ;. Довжина цього «важеля» дорівнює відстані між метацентром і ЦТ і іменується метацентрической висотою h.
Можна висловити плече статичної остійності через h формулою l = h Sin # 920 ;, а на малих кутах l = h # 920; (В радіанах). Тому термін «метацентрическая висота» зазвичай відносять до початкової остійності. В результаті відновлює момент дорівнює:
Метацентріческая висота є нормованою величиною і визначається розрахунком за формулою h = Rм + ZC - ZG. де: ZС - висота ЦВ над основною площиною (далі - ОП), ZG - висота ЦТ над ОП, Rм - висота точки М над ЦВ - метацентричної радіус, який характеризує вплив на остійність габаритів і форми ватерлінії.
Розрахункова величина h підлягає експериментальної перевірки при здачі збудованого судна, для чого проводять досвід кренування. Для цього на судні без крену вантаж Р переміщують в бік борту на відстань b, створюючи крениться момент МКР. Судно приходить в рівновагу, при якому МКР = МВОССТ. і набуває кут крену # 952 ;. При цьому h = Pb / (D # 952;), де # 952; вимірюють за допомогою кренометр або схилу. Природно, що величину h будь-якими засобами треба збільшувати, оскільки при цьому крен стає менше. Іноді висловлюється побоювання, що качка судна з надмірно завищеною остойчивостью може стати поривчастий, т. К. Судно «налаштовується» на качку на порівняно коротких хвилях.
Слід зазначити, що малі судна, при властивих їм періодів власних коливань в 1,5-2,5 с, схильні відчувати інтенсивну (резонансну) качку на помірному хвилюванні з 1-2 бали, що, не створюючи практично ніяких ризиків, ставить їх в більш вигідне становище на хвилюванні більшої інтенсивності (з великою довжиною хвилі і, відповідно, довгим періодом), коли кутові коливання відносно поверхні води слабшають, і судно починає відстежувати хвильової контур подібно поплавця. Тому на ділі проблему рвійній качки для прогулянкових суден не слід особливо перебільшувати. Вимогами ГИМС визначено, що величина h при першій-ліпшій нагоді навантаження, за винятком судна порожньому, не повинна бути менше 0,5 м.
Окремою темою виступає програма дій судноводія в аварійних умовах - при отриманні пробоїни, при затопленні частини обсягів корпусу через пробоїну або в результаті захльостування хвилями, при посадці на мілину або підводне перешкоду. Для розбору ситуацій, пов'язаних з аварійної остойчивостью, в обсязі, необхідному для судноводіїв-любителів, доцільно звернутися до спеціальної літератури для професіоналів.