Views: 83

Маленькие лодки очень популярны в народах всего мира. И у нас – тоже самое. Не исключение. На них катаются возле берегов морей, озёр, прудов и рек. Маленькая лодка – любимое развлечение на пляжах. На маленьких лодках катаются с семьями, рыбачат и даже ходят в небольшие дневные походы. Однако….

Я часто слышу, что есть на свете смельчаки, которые пускаются в плавания на маленьких лодках в совсем для неё неподходящую погоду и ещё гордятся этим. Не разделяю такой легкомысленный подход и вот почему.

Маленькие лодки имеют с точки зрения мореходных качеств одну особенность, которая выделяет их из общего ряда плавсредств. Эта особенность проявляется в том, что большую часть их нагрузки составляет вес экипажа. Тех людей, которые отправляются в плавание на них. Более того, вес экипажа превосходит вес самой лодки в несколько раз. Этот момент многие совершенно недооценивают просто по незнанию науки о том, как корабли плавают и не опрокидываются. И поэтому совершают ошибки, которые могут иметь очень нехорошие последствия.

Обратите внимание на “страдальца”. Вопрос: Как он умудрился при отсутствии ветра поставить лодку в такое “деликатное” положение и уже начать черпать воду подветренным бортом? Но, это ребёнок. Он учится и ему так и надо поступать, чтобы почувствовать остойчивость его лодки. Однако такая же точно ситуация может случиться и со взрослым дядей на его “карманном крейсере” в километре от берега и без судейского катера поблизости….

Давайте внесём ясность в это дело. Для этого мы должны будем заглянуть в мир науки о кораблестроении, совсем немного, но достаточно, чтобы понять принцип. Что нас интересует? В первую очередь, чтобы лодка была остойчивой и не кренилась опасно от каждого “чиха”. И второе – если уж такое произойдёт и лодка опрокинется, а такое исключать нельзя, то она должна оставаться на плаву и позволить хотя бы одному члену экипажа забраться в неё, после постановки лодки на ровный киль, чтобы после откачать воду из лодки и вытащить из воды остальных.

Начнём с остойчивости. Это, как пишут в учебниках, способность лодки возвращаться в нормальное положение на ровный киль после того, как какие-нибудь силы, будь то ветер или волна, например, вывели нашу лодку из состояния равновесия и накренили её.

Отчего зависит эта способность? Эта способность зависит от того, как действуют на лодку силы веса или нагрузки и силы, которые поддерживают лодку на воде, то есть – силы плавучести. А мы все знаем из школьной программы физики, что упрощённая модель действия каких-либо сил на какое-либо тело сводится к схеме, когда все однородные силы приводятся к одной точке. И считается, что в этой точке они и приложены к телу.

Какого рода силы действуют на лодку. Рассмотрим пока две из них, но самые важные в смысле остойчивости. Первая сила – это вес всей лодки и всего, что в ней находится, когда лодка на воде. Считается, что эта сила приложена в особой точке, которая называется центр тяжести лодки или сокращённо ЦТ. Положение этой точки определяется с помощью теоремы моментов. Тут я не буду расписывать положения этой теоремы, поскольку она очень проста и вы можете сами посмотреть материал на эту тему в школьном учебнике физики или в И-нете. Скажу лишь, что момент силы – это произведение величины самой силы (измеряется в килограммах) на плечо действия силы. А плечо – это расстояние по перпендикуляру от точки поворота, вокруг которой действует сила до линии действия этой силы. Слов много, а суть весьма простая.

Рисунок 1. Пока всё идёт хорошо. Лодка на ровном киле, все силы уравновешены.

И второе, что надо сказать про моменты. Кто-то, явно великий, додумался до того, что если сложить все моменты всех действующих сил и разделить эту величину на сумму величин всех действующих сил, то мы можем получить общую точку вокруг которой действует суммарная сила. Таким образом, мы считаем моменты от всех сил действующих на нашу лодку и получаем координаты точки, в которой суммарная сила приложена. Там есть нюансы, но чтобы не усложнять, пусть будет так.

Вот именно по этой причине, чтобы найти суммарный момент всех сил и получить ЦТ лодки мы и должны составить таблицу нагрузки нашей лодки. Тогда мы будем знать один из важнейших, с точки зрения остойчивости, параметров. При проектировании больших судов это делается в обязательном порядке. А для маленькой лодки никто особенно не утруждает себя таким расчётом. Однако, как бы то ни было, а сделать такой расчёт, хотя бы один раз, очень полезно с точки зрения понимания особых свойств маленькой лодки.

Теперь рассмотрим вторую важнейшую силу, которая действует на лодку. Это силы плавучести. Как это? Очень просто, когда уже знаешь. Помните Архимеда? Вот он это всё и изобрёл. Когда мы опускаем лодку на воду, она начинает в эту воду погружаться до тех пор, пока не займёт равновесное положение, то есть, когда силы плавучести не уравновесят вес лодки. При этом окажется, что лодка погрузилась в воду на определённую глубину, которая называется у моряков осадкой. Если добавить при этом груза в лодку, она осядет ещё глубже. Если, наоборот, убрать что-нибудь из лодки – она всплывёт.

Рисунок 2. Закон Архимеда.

Плавая на воде с определённой осадкой, лодка имеет вполне определённый объём погруженной в воду части. Тот объём, который как бы раздвинул воду и сам занял её место. Или вытеснил воду, заняв её место. В пруду это не видно совсем. А вот если лодку поместить в ящик с водой, размеры которого будут лишь немного больше размеров лодки, вы увидите, как уровень воды в ящике при погружении в него лодки, повысится. И если сделать отметку уровня воды в ящике до погружения лодки, а затем отметку уровня воды в ящике вместе с плавающей в нём лодкой, то мы легко можем вычислить объём воды, который вытеснила лодка.

Этот объём воды как раз и ушёл вверх, на новый уровень. И самое важное при всём этом, что вытесненный лодкой объём воды, заключённый между отметками уровней воды до и после погружения лодки, будет равен объёму погруженной части корпуса лодки. То есть у лодки будет определённое водоизмещение. Его объём считается обычно в кубических метрах. А так как лодка плавает в воде, пока не будем делать разницу между солёной морской и пресной – озёрной, то вес воды в объёме подводной части нашей лодки и даст нам весовое водоизмещение. Таким образом, мы будем знать, какая нагрузка “утопила” нашу лодку на глубину её действующей осадки. А это очень важно для всех остальных параметров лодки. И не только для остойчивости.

А теперь переходим к самому важному, с чего мы начали. Так же как и все веса на лодке, мы считаем, сосредоточились и действуют в одной точке, так и все силы плавучести суммарно действуют на корпус лодки тоже в одной точке. Она называется центром величины погруженного объема корпуса судна или просто – центр величины – ЦВ. И вот тут наступает самое главное: остойчивость лодки прямо и непосредственно зависит от взаимного расположения этих точек и величин действующих в них сил.

Рисунок 3. Возник крен. ЦВ лодки переместился в новый центр подводного объёма. ЦТ остался на месте, но вес по-прежнему действует отвесно вниз. Как и сила плавучести – вертикально вверх. Пара “вес-сила плавучести” создают момент, противодействующий моменту кренящему.

Если этот момент пока не укладывается в голову, можно привести “сухопутную” и, я надеюсь, более простую аналогию. Это детская игрушка “Ванька-встанька”….. Сказал и в ужасе схватился за голову. Сейчас придётся пол часа объяснять людям компьютерной эры и ИИ что такое “Ванька-встанька” из “каменного ХХ века”.

Короче говоря, была такая игрушка – спросите у родителей…. О, ужас! Нет! У бабушек и дедушек, а лучше у прабабушек. Игрушка состояла из двух сфер, как снеговик и изображала куклу. И при этом отличалась тем, что её центр тяжести был практически в самом низу нижней сферы. То есть, ребёночек толкал её ручкой, игрушка наклонялась почти в горизонт, а потом, после нескольких раскачиваний туда-сюда, принимала исходное вертикальное положение.

Так и с нашей лодкой. Если ЦТ находится ниже или чуть выше ЦВ, то лодка, как Ванька-встанька, всегда вернётся в исходное ровное положение. Однако, на лодке такое положение ЦТ добиться не всегда возможно или даже нежелательно, поскольку резкая качка при этом будет изматывать экипаж до полного одурения. Обычный вариант – это когда ЦТ находится на определённой высоте над ЦВ, обеспечивая при этом плавное и достаточно уверенное возвращение лодки в нормальное положение.

А если центр тяжести ушёл наверх слишком далеко, то лодка может приобрести склонность к опрокидыванию. Экипаж малой лодки может не успеть откренить её и тогда – палундра! Спасайся, кто может! Такова принципиальная картина. Однако, в случае с нашей лодкой, есть ещё один момент, влияющий на остойчивость.

Рисунок 4. Крен увеличился. ЦВ и ЦТ лодки переместились так, что момент этой пары стал минимальным. Дальнейшее его уменьшение и последующее превращение из восстанавливающего в кренящий момент, когда ЦТ будет дальше от ДП лодки, чем ЦВ, обычно не происходит потому, что лодка начинает черпать воду бортом, который при таких больших углах крена входит в воду. И ещё, представьте, что человек в лодке в этот момент стоит. ЦТ уйдёт вверх примерно на место “головы” сидящего человека. В этом случае, опрокидывание лодки будет неизбежно.

Мы с вами рассмотрели остойчивость веса, а есть ещё остойчивость формы. То есть, остойчивость формы корпуса лодки. Простая аналогия. Если вы стоите со сведёнными вместе стопами, то вас легко опрокинуть или уронить, приложив небольшое усилие. Например – лёгкий толчок в плечо. А если вы расставите ноги на ширину плеч и шире, то тогда вас будет практически невозможно опрокинуть.

Так и с лодкой. Её остойчивость зависит, скажу очень упрощённо, от ширины площади действующей ватерлинии или ВЛ. Если разрезать лодку по ватерлинии в горизонтальной плоскости, то на срезе мы увидим контур ватерлинии, который очерчивает определённую площадь. Вот ширина этой площади и влияет на поперечную остойчивость лодки прямо пропорционально. Или почти – прямо. Чем больше ширина лодки по ватерлинии, тем большую остойчивость она имеет. Поэтому ширину судна по ватерлинии вы всегда обнаружите в перечне важнейших характеристик корпуса любого плавсредства. Можно привести ещё одну аналогию – снегоступы. Когда вы их надеваете, то площадь опоры возрастает и вы в снег не проваливаетесь. Так и с площадью ватерлинии: чем она остаётся больше при крене, тем остойчивее лодка за счёт второй части остойчивости – остойчивости формы.

Рисунок 5. Плоскости теоретического чертежа (ТЧ) судна и ватерлиния (ВЛ).

И тут надо отметить ещё один важный качественный момент. Остойчивость веса после определённого угла крена начинает “топить” лодку, то есть способствовать её опрокидыванию. Это когда линия ЦТ выходит за линию ЦВ, если считать от ДП. То есть сила тяжести оказывается дальше силы плавучести от ДП. В отличие от неё, остойчивость формы всегда действует против кренящего или опрокидывающего момента и стремится уменьшить крен или противостоять ему.

Вот такая механика. Из чего для малой лодки следует важный вывод. В силу значительной доли в нагрузке лодки, приходящейся на вес экипажа, лодку надо во-первых проектировать с учётом этого обстоятельства, а во-вторых, осторожно вести себя на борту лодки, и в том числе соблюдать Правила Хорошей Морской Практики. Не стоит геройствовать и выходить на малой лодке на воду, если условия для этого неподходящие. То есть, волна выше полуметра и ветер больше 6 м/с.

Что в результате получается? Если мы встанем в малой лодке во весь рост, то на волне лодка может легко опрокинуться из-за критического повышения ЦТ. Я уверен, вы неоднократно слышали призывы лодочников, которые вас катали на небольшой лодке, не вставать. Именно поэтому.

Рисунок 6. Что происходит, когда человек в малой лодке встаёт. ЦТ критически повышается и, вместо восстанавливающего момента, появляется момент опрокидывающий.

И второй момент, который следует отметить в числе первых – это нельзя проектировать малую лодку, как большую. А именно, я часто вижу совершенно неграмотную вещь, когда на сверхмалой яхточке-шветрботе, длиной до 3,5 м делают кокпит с высокими банками и палубой, чтобы обеспечить достаточное внутренне пространство для людей внутри лодки чтобы можно было, как на большой лодке лечь в полный рост, а ноги убрать в так называемые “гробы” – пространства под банками кокпита. Так же делают высокую палубу кокпита, чтобы вода с неё стекала через транец за борт. То есть самоотливной кокпит. Вещи безусловно весьма полезные и комфортные, но…. Это можно делать, если для компенсации повышения ЦТ применять балласт, который соответственно понижает ЦТ.

Когда человек садится на такую высокую банку, то он критически поднимает ЦТ всей лодки вверх, снижая её остойчивость, которая очень чувствительна к таким перемещениям, тем более, что на такого рода швертботах стоит мачта с парусами и есть надстройка. То есть ЦТ лодки уже повышен по сравнению с обычным открытым тузиком. В данном случае, конструктор такой лодки пытается совместить несовместимое.

А дальше он и вовсе попадает в западню. Чувствуя, что проблема остойчивости начинает вставать в полный рост, такой конструктор пытается добавить остойчивости путём повышения надводного борта. И если обычному тузику, который плавает в разрешённых ему условиях, имеет высоту форштевня менее 50 см, а в корме надводный борт и вовсе около 30 см, то здесь конструктор наращивает надводный борт до полуметра практически на всём его протяжении, а форштевень и вовсе уходит выше 60 см от ВЛ.

Казалось бы да! Вот теперь можно идти “борбацца со стихиями и сам чёрт нам не брат!”. Однако, с повышением надводного борта мы ещё больше повышаем ЦТ. Далее, лодку с таким высоким бортом не загрузить толком по безопасную ватерлинию. Места внутри лодки очень мало, сами знаете, у кого есть тузики. Вот и получается, что мы видим счастливых строителей на воде в лодках, которые практически не имеют остойчивости формы.

То есть, лодка сидит в воде очень не глубоко. Обводы, как правило плоскодонные. А это значит, что при малейшем крене наветренная скула выходит из воды, поскольку надводный борт слишком велик и лодка даже при крене сидит в воде слишком высоко. А если скула вышла из воды, то ширина действующей ватерлинии начинает катастрофически уменьшаться. Соответственно , катастрофически снижается остойчивость формы. Лодке не на что “опереться”, она как в случае сведённых вместе стоп у человека, становится крайне неустойчивой. Добавьте сюда ещё повышенную парусность высокого надводного борта и рубки….

Теперь сложим два фактора вместе. ЦТ слишком высоко – остойчивость веса минимальная. Лодка недогружена, скула при крене вышла из воды – остойчивость формы минимальная. И знаете что в таких случаях случается, “как назло”? Правильно, плюс к этому совпадают по действию небольшая волна и порыв ветра. “Кто бы мог подумать! Как не повезло!” Это будут заламывать руки друзья-знакомые по стоянке. А остальные скажут, что так и должно было произойти и даже странно, что ты не опрокинулся раньше.

Вот если кратко, такая весьма “упрощённая гидростатика судового корпуса тузика”, тэскэть. Поэтому, в любом деле есть нюансы. И если в коллекционировании редких тараканов угрозы для жизни, как правило не существует, то к проектированию корпуса лодки, а тем более, к безопасности на воде, следует относиться очень внимательно. Не стоит делать поспешных выводов, уповая на компьютерные программы. Лучше посоветоваться со специалистами и разобраться в вопросе самому, лично. И всё проверить на воде в тихой гавани.

О том, что необходимо для того, чтобы сделать лодку остойчивой в широком диапазоне углов крена и какие сложности надо преодолеть при этом и, вообще, как нам построить малую и максимально безопасную лодку мы продолжим говорить в следующий раз.