ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ. Одним из основных технических средств, обеспечивающих работу спасательных станций, являются моторные суда. Это преимущественно малые суда — катера со стационарным двигателем и моторные лодки с подвесным мотором, которые называют маломерными.
Отечественная промышленность выпускает разнообразные маломерные суда, каждое из них имеет свои особенности, определяемые эксплуатационными признаками. Одним из этих признаков является назначение судна. По этому признаку отдельным типом выделяют спасательные суда, предназначенные для несения службы по охране жизни людей, работающих и отдыхающих на воде, и суда для оказания помощи населению при паводках и наводнениях.
Малые суда, несмотря на сравнительно простое устройство, подчиняются, как и большие, всем законам науки, изучающей свойства судна и все элементы, связанные с его движением при различных условиях плавания.
Малые моторные суда могут быть классифицированы по району плавания, характеру движения, типу обводов, материалу корпуса и некоторым другим признакам.
Район плавания каждого судна в зависимости от принадлежности организации, осуществляющей контроль за его техническим состоянием и безопасностью эксплуатации, устанавливают Государственные инспекции по маломерным судам.
Суда, допускаемые к плаванию в море, подразделяют в зависимости от района плавания на суда неограниченного (океанского) плавания, морские, прибрежного морского плавания, рейдовые и портовые.
ПО ХАРАКТЕРУ ДВИЖЕНИЯ катера и мотолодки бывают: водоизмещающими, плавающими с относительно небольшой скоростью, когда судно удерживается на поверхности воды благодаря статической силе поддержания; глиссирующими, поддерживаемыми при движении гидродинамической силой, поднимающей носовую часть, вследствие чего происходит значительное всплытие судна, обеспечивающее как бы скольжение (глиссирование) его по поверхности воды; на подводных крыльях (СПК), гидродинамические силы на которых, воздействуя на крылья, установленные поперек потока воды, поднимают судно над водой на воздушной подушке (СВП).
По типу обводов (геометрических форм корпуса), катера и мотолодки можно подразделить на круглоскулые и остроскулые.
В первом случае переход днища в борта выполняют по плавной кривой, во втором — имеется скула, ясно выраженная острая кромка. Круглоскулые обводы получили наибольшее распространение для водоизмещающих катеров. Остроскулые обводы в большей степени свойственны глиссирующим судам и отличаются большим разнообразием типов: изогнуто-килеватые, моногедрон «глубокое V», тримараны, реданные. Реданные обводы отличаются наличием поперечного уступа-редана, делящего днище на два глиссирующих участка. Их используют для судов, у которых первостепенное значение имеет скорость хода.
Обводы корпуса определяются режимом движения судна и строго ему соответствуют. Различают три режима движения: плавание, переходный режим, глиссирование. Плаванием называется режим движения судна, при котором его вес полностью уравновешивается гидростатической силой поддержания. Режим характерен тем, что поток воды омывает всю подводную часть корпуса.
Переходным режимом (от плавания к глиссированию) называется движение судна, при котором вследствие повышения скорости хода возникает гидродинамическая сила поддержания, составляющая значительную часть (не менее 10—25%) суммарной силы поддержания.
Глиссированием называется режим движения судна, при котором оно полностью скользит по поверхности воды при значительно уменьшенной осадке по сравнению с первоначальной. При этом судно при движении поддерживается на воде преимущественно гидродинамической силой, значение же силы поддержания незначительно.
Полное представление о форме корпуса дает ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ ЧЕРТЕЖ, характеризующий геометрические обводы судна и изображающий его проекции в трех взаимно перпендикулярных плоскостях.
В большинстве случаев корпус судна имеет сложную форму. Кривизна наружной поверхности изменяется по длине, ширине и высоте, поэтому на плоском листе чертежа форму корпуса можно изобразить только в виде линий пересечения его наружной поверхности с секущими плоскостями. Положение этих секущих плоскостей выбирают в соответствии с установившимися в судостроении правилами.
Три из этих плоскостей — диаметральная, основная и плоскость мидель-шпангоута — являются базовыми плоскостями для построения теоретического чертежа и последующего выполнения всех расчетов (рис. 1).
Диаметральная плоскость (ДП) — вертикальная продольная плоскость симметрии теоретической поверхности корпуса судна.
Основная плоскость (ОП) — горизонтальная плоскость, проходящая через нижнюю точку теоретической поверхности корпуса судна в плоскости мидель-шпангоута.
Основная линия (ОЛ) — линия пересечения основной и диаметральной плоскостей судна.
Ватерлиния (ВЛ) — линия пересечения теоретической поверхности корпуса судна горизонтальной плоскостью.
Конструктивная ватерлиния (КВЛ) — ватерлиния, принятая за основу построения теоретического чертежа и соответствующая полученному предварительным расчетом полному водоизмещению судна.
Плоскость мидель-шпангоута — вертикальная поперечная плоскость, проходящая по середине длины судна, на базе которой построен теоретический чертеж. Ее обозначают специальным знаком показанном на рис. 1.
Каждая из обозначенных секущих плоскостей, пересекаясь с корпусом, образует некоторую линию. В результате пересечения корпуса судна плоскостями, параллельными ДП, образуется боковая проекция, или «бок». Показанные на ней линии сечения называются батоксами. Аналогичным образом получаются две другие проекции: «полуширота» и «корпус». Первая образуется сечением корпуса плоскостями, параллельными ОП, и представляет собой ватерлинии, вторая — сечением корпуса плоскостями, параллельными миделю, и представляет собой шпангоуты.
Теоретический чертеж дополняется таблицами плазовых ординат, зная которые, всегда можно вычертить его, а также детали набора корпуса в натуральную величину для их изготовления.
ГЛАВНЫЕ РАЗМЕРЕНИЯ. Основными и простейшими геометрическими характеристиками корпуса судна являются его наружные размеры — главные размерения (рис. 2). К ним относятся длина, ширина, высота борта и осадка. Различают несколько главных размерений судна: Lнб—длина наибольшая — расстояние по горизонтали, измеренное между крайними точками по обшивке судна; L—длина по КВЛ — расстояние между носовым и кормовым перпендикулярами КВЛ-, Внб— ширина наибольшая — расстояние между крайними точками в самой широкой части судна; В — ширина по КВЛ — расстояние по КВЛ в самой широкой части судна; Н — высота борта на миделе, измеряемая от нижней точки обшивки при киле до верхней кромки палубы при борте; Т — осадка средняя, измеряемая в средней части корпуса — на миделе (от ватерлинии до нижней кромки киля). Различают осадку носом, замеренную на носовом перпендикуляре, и осадку кормой, замеренную на кормовом перпендикуляре; Вгaб, Lгaб — габаритные размерения с учетом внешних наиболее выступающих частей, не относящихся непосредственно к корпусу (винты, кронштейны и пр.).
Форму корпуса характеризуют также соотношения главных размерений судна. Например, отношением L/B определяется ходкость. Чем больше эта величина у водоизмещающего судна, тем оно быстроходнее. Для быстроходных катеров отношение L/B находится в пределах 2,3—3,2, для катеров с умеренными скоростями 3,6—5,0, для тихоходных открытых 3,3—4,2. Отношение L/T характеризует управляемость судна. Отношение В/Н показывает остойчивость судна.
Чем больше это отношение, тем остойчивее судно. С увеличением отношения Н/Т повышается остойчивость и запас плавучести судна. Чем больше это отношение, тем большую нагрузку способно принять судно без опасности заливания волной.
Важной характеристикой судна является массовое водоизмещение, определяемое как масса вытесненной им воды, которая в соответствии с законом Архимеда равна массе судна со всеми его грузами, выраженной в тоннах. Очевидно, что водоизмещение не постоянно, а изменяется в зависимости от нагрузки судна — порожнем или в полном грузу.
Различают также объемное водоизмещение, представляющее собой объем подводной части судна, выраженный в кубических метрах. При плавании в пресной воде массовое водоизмещение численно равняется объемному. Объемное водоизмещение вместе с главными размерениями судна позволяет судить о его размерах, вместимости и потенциальных мореходных качествах.
МОРЕХОДНЫЕ КАЧЕСТВА. Все суда характеризуются не только главными размерениями, но также и обобщенными специфическими качествами, названными мореходными, которыми определяется поведение их в плавании.
К мореходным качествам относятся плавучесть, остойчивость, непотопляемость, ходкость, управляемость, мореходность и прочность. Совокупность этих качеств характеризует безопасность плавания и нормальные условия эксплуатации любого судна.
Чтобы грамотно управлять катером, необходимо иметь представление об основных теоретических положениях и характере воздействия сил на корпус судна, знать присущие ему мореходные качества и уметь правильно применять на практике рекомендации, выработанные опытом мореплавания.
ПЛАВУЧЕСТЬЮ называется способность судна плавать при заданной осадке, имея на борту все назначенные по роду службы грузы.
Чтобы катер плавал, должно быть соблюдено условие взаимного равновесия действующих на него сил: силы тяжести и гидростатической силы давления на подводную часть (силы поддержания).
При равновесном положении катера равнодействующие сил тяжести Р и сил поддержания D лежат на одной вертикали и равны между собой, но действуют в противоположных направлениях (рис. 3).
Точка приложения равнодействующей сил тяжести G называется центром тяжести (ЦТ), положение которого определяется расчетным путем или методом опытного кренования.
Равнодействующая сил поддержания D приложена в центре тяжести объема подводной части судна Со, называемом центром величины (ЦВ), положение которого находится в зависимости от наклонений судна и изменения в связи с этим формы нагруженной части корпуса. При равновесном положении судна ЦТ и ЦВ расположены на одной вертикали в диаметральной плоскости.
Если сила поддержания больше силы тяжести, катер всплывает, если меньше — катер погружается. Если эти силы равны, но ЦТ находится не на одной вертикали с ЦВ, в одной продольной или поперечной плоскости, то катер плавает в положении равновесия, но имеет постоянный соответственно крен или дифферент.
Катер должен иметь достаточный запас плавучести (ЗП), который определяется объемом водонепроницаемой части корпуса, заключенной между действительной ватерлинией WL и верхней водонепроницаемой палубой и составляет 80—100% полного водоизмещения. На беспалубных катерах запас плавучести определяется практически объемом воды, которую катер может принять внутрь корпуса, оставаясь на плаву и сохраняя свои мореходные качества.
ОСТОЙЧИВОСТЬЮ называется способность судна противостоять действию внешних сил, стремящихся наклонить его в поперечном или продольном направлении, и возвращаться в прямое положение равновесия после прекращения их действия.
Различают поперечную остойчивость, связанную с наклонением судна около продольной оси (крен), и продольную — с наклонением около поперечной оси (дифферент). Продольная остойчивость на малых судах примерно в 30—40 раз больше поперечной, поэтому считают, что при хорошей поперечной остойчивости судно всегда остойчиво и при наклонениях в продольной плоскости.
Имея это в виду, рассмотрим условия поперечной остойчивости. При крене катера на угол θ (рис. 4) равнодействующая сил тяжести Р, приложенная к центру тяжести G, оказывается перпендикулярной к новой ватерлинии W1L1. Центр величины Со вследствие изменения формы подводной части катера, описав дугу, перемещается в сторону накренения и занимает положение С1. Равнодействующая сил поддержания D, сохранив свое значение, оказывается приложенной в новом центре величины C1 и направленной перпендикулярно к новой ватерлинии. Таким образом, противоположно направленные и отстоящие на некотором расстоянии Ɩ силы Р и D образуют восстанавливающий момент Мв, который стремится вернуть катер в исходное положение. На пересечении направления силы поддержания D с диаметральной плоскостью катера находится точка М, называемая метацентром. Расстояние между метацентром М и центром тяжести катера G обозначается через h и называется начальной (поперечной) метацентрической высотой.
Начальная метацентрическая высота h при малых углах крена характеризует остойчивость катера, на практике ее принимают за меру остойчивости. Обычная начальная поперечная (или малая) метацентрическая высота на современных катерах (с хорошей остойчивостью) имеет значение 0.5—0,8 м.
Если метацентр М возвышается над центром тяжести G (см. рис. 4, а), то h считается положительной, в этом случае катер имеет положительную остойчивость и безопасен для плавания. Если метацентр совпадает с центром тяжести, т. е. h= 0, то катер имеет нулевую остойчивость, восстанавливающий момент у такого катера отсутствует и он может под действием незначительных внешних сил опрокинуться. Если метацентр расположен ниже центра тяжести (см. рис. 4, б), то остойчивость катера отрицательна, т. е. момент Мо действует в сторону крена как опрокидывающий, и катер практически плавать не может.
Внешними признаками нулевой или отрицательной остойчивости катера могут быть: наличие постоянного крена более 10°; тенденция переваливаться на другой борт при спрямлении или циркуляции на ходу.
Для сохранения остойчивости все грузы и предметы снабжения на катерах обычно располагают ближе к килю, так как это увеличивает метацентрическую высоту, а следовательно, и остойчивость. При эксплуатации катера моторист должен помнить об этом и строго соблюдать установленные нормы пассажировместимости и грузоподъемности, располагать людей и принимаемые грузы равномерно относительно диаметральной плоскости, не допускать перемещения их в сторону крена. Большой, даже кратковременный крен опасен для всякого судна.
НЕПОТОПЛЯЕМОСТЬЮ называется способность судна сохранять плавучесть и остойчивость при повреждениях корпуса и поступлении в него воды. Она обеспечивается разделением корпуса на водонепроницаемые отсеки. Наиболее распространенные современные типы катеров имеют от двух до шести водонепроницаемых переборок, обеспечивающих непотопляемость при затоплении одновременно двух концевых или одного центрального отсека.
На беспалубных катерах непотопляемость обеспечивается герметичными воздушными или заполненными пенопластом ящиками (по бортам, в носу и корме), что дает им возможность оставаться на плаву при затоплении всей внутренней части корпуса. Непотопляемость в первую очередь определяется запасом плавучести судна.
ХОДКОСТЬЮ называется способность судна развивать заданную скорость при минимальной мощности главного двигателя. Ходкость зависит от формы обводов корпуса, соотношений главных размерений, типа судового движителя и частоты его вращения. После постройки судна элементы ходкости определяют в процессе его ходовых испытаний.
УПРАВЛЯЕМОСТЬЮ называют способность судна двигаться по заданному курсу и быстро реагировать на изменение положения руля. Это одно из важных качеств, характеризующее свойства судна сохранять устойчивость на курсе и быть поворотливым.
Под УСТОЙЧИВОСТЬЮ на курсе понимают способность судна удерживать прямолинейное направление движения, а его способность изменять под действием руля направление движения по криволинейной траектории возможно меньшего радиуса называют ПОВОРОТЛИВОСТЬЮ.
Эти свойства в известной степени противоречивы: чем поворотливее судно, тем труднее удерживать его на курсе, и наоборот, чем легче судно удерживается на прямом курсе, тем труднее управлять им при маневрировании.
Поворотливость оценивается диаметром окружности, называемой ЦИРКУЛЯЦИЕЙ, которую описывает центр тяжести движущегося судна при перекладке руля на борт.
Диаметр циркуляции катера зависит от скорости и водоизмещения: чем больше скорость и водоизмещение, тем больше радиус циркуляции. Обычно он выражается в длинах корпуса судна. Судно обладает хорошей поворотливостью, если диаметр циркуляции его менее трех длин корпуса, удовлетворительной — не более 5 длин. Следует помнить, что на циркуляции скорость катера снижается.
МАНЕВРЕННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ. Помимо мореходных качеств, при управлении катером учитываются и такие его особенности, как маневренные элементы. Это свойства судна, характеризующие его движение: скорость хода, инерция, циркуляция. Они зависят от обводов корпуса, а также внешних факторов (ветер, течение, глубина) и определяются на заводских испытаниях после постройки судна. Эти элементы не остаются, однако, постоянными и изменяются в процессе эксплуатации катера. Учитывая важность маневренных элементов при выполнении спасательных операций, их ежегодно уточняют, обычно в начале навигации.
Скоростью судна называется расстояние, проходимое им за единицу времени (км/ч или в уз). Моторист должен знать по крайней мере три скорости катера: наибольшую, которую он может развить, среднюю, как самую экономичную при сравнительно больших переходах, и наименьшую, при которой катер слушается руля. Скорость катера может быть определена на мерной линии, ограниченной одним ведущим и двумя секущими створами.
На мерной линии катер должен к началу измерений развить назначенную скорость, соответствующую малому, среднему или полному ходу, и выдержать ее в течение всего пробега. Движение катера должно быть прямолинейным и осуществляться по ведущему створу или курсу, перпендикулярному секущим створам. При этом нужно следить по тахометру, чтобы заданная частота вращения коленчатого вала двигателя выдерживалась точно.
В момент пересечения границы первого створа запускают секундомер, при прохождении концевого створа его останавливают. Таким образом определяют время прохождения дистанции, по которому рассчитывают скорость катера при назначенном режиме. Для большей точности делают три пробега — два в одном направлении и один в обратном, чем исключается влияние течения и других факторов. По полученным данным определяют среднюю скорость, соответствующую каждому режиму движения катера на мерной линии, и составляют таблицу зависимости скорости хода от частоты вращения коленчатого вала двигателя.
ИНЕРЦИЕЙ судна называется его способность сохранять поступательное движение после прекращения работы гребного винта или после перевода работы двигателя с одного режима на другой.
Инерция характеризуется временем и расстоянием, проходимым судном с момента прекращения работы двигателя или реверсирования до момента его остановки. Это расстояние, которое выражается в длинах корпуса или метрах, с достаточной точностью можно определить с помощью буйков или вешек, сбрасываемых с носа (кормы) катера в моменты начала и конца маневра.
Для моториста имеет большое практическое значение знание маневренных элементов своего катера. Для успешного выполнения маневра при спасательных операциях весьма полезно опытным путем установить расстояние, которое пройдет катер, прежде чем остановится, и куда отклонится нос катера, если:
- при положении руля прямо и полном ходу вперед дать полный назад;
- на полном переднем ходу дать задний ход с одновременной перекладкой руля право на борт и, при тех же условиях, лево на борт;
- при полном ходу назад дать полный ход вперед при положении руля прямо, право и лево на борт;
- при полном, среднем и малом ходах остановить работу винта.
Инерция зависит от целого ряда причин и условий как постоянного, так и переменного характера. Суда на подводных крыльях имеют большую инерцию, чем водоизмещающие.
Литература
Спасательный катер. Устройство и эксплуатация. Печатин А. [1988]
