Николай Григорьев - Школа яхтенного рулевого
Рис. 78. Остойчивость швертбота
Если рассматривать случай, когда все грузы размещены на судне симметрично относительно диаметральной плоскости, то центр тяжести (ЦТ) будет расположен также в диаметральной плоскости судна. Сила плавучести равна весу; они лежат в одной плоскости, и швертбот находится в равновесии (рис. 78, а).
Если швертбот накренится, то центр величины переместится в сторону крена вследствие изменения формы надводной части. Сила тяжести и сила плавучести уже не будут расположены в одной плоскости и образуют пару сил, стремящуюся возвратить швертбот в нормальное положение. Такая остойчивость называется положительной (рис. 78, б).
Мерой остойчивости является произведение весового водоизмещения на расстояние между силами веса и плавучести (плечо остойчивости) — так называемый момент статической остойчивости. Он измеряется в тонно-метрах. При данном крене момент остойчивости швертбота может быть увеличен, если экипаж переместится на борт, противоположный крену (рис. 78, в). Тогда центр тяжести судна переместится в точку ЦТ и плечо остойчивости l, а следовательно, и момент остойчивости также увеличатся. Это обстоятельство широко используют спортсмены, плавающие на швертботах, где для уменьшения крена (увеличения остойчивости) экипаж «вывешивается» за борт, или, как говорят, откренивает судно.
С дальнейшим увеличением крена форма подводной части продолжает меняться, остойчивость сначала достигает наибольшего значения (при угле крена 20–35°), затем постепенно уменьшается, и наконец наступает такое положение, когда сила веса приходит в одну плоскость с силой плавучести и снова наступает положение равновесия (рис. 78, г).
Если придать швертботу больший крен, то действие пары сил будет уже стремиться опрокинуть его (рис. 78, д). Такая остойчивость называется отрицательной. Для большинства швертботов отрицательная остойчивость начинается при углах крена порядка 60–70°.
Посмотрим, как будет меняться остойчивость при действии на судно волны (рис. 79). Набегающая волна вызовет перемещение ЦВ, а значит, и отрицательную остойчивость (рис. 79 справа), и судно начнет крениться в обратную сторону. При проходе следующих волн картина повторится, и судно все время будет раскачиваться на волне. На крупной волне эти качания могут приводить к опрокидыванию швертботов, так как действие бортовой качки в отдельные моменты может совпадать с действием ветра на паруса.
У килевой яхты, где благодаря тяжелому фальшкилю центр тяжести расположен очень низко, зачастую ниже ЦВ. картина остойчивости иная (рис. 80). Как видно из рисунка, килевая яхта с глухой палубой всегда имеет положительную остойчивость, причем с увеличением угла крена она увеличивается и достигает наибольшей величины при крене 90°, когда паруса лежат на воде. Конечно, на практике яхту с открытым кокпитом или плохо задраенными люками при этом зальет водой и она может затонуть, не успев выпрямиться.
Очень своеобразно с точки зрения остойчивости ведут себя катамараны. На рис. 81 показаны силы и моменты, действующие на катамаран при крене. При малых углах крена, когда подветренный корпус погружается в воду, а наветренный выходит из нее, ЦВ энергично перемещается под ветер (рис. 81, б). Наконец, когда наветренный корпус выйдет из воды, плечо остойчивости достигнет максимальной величины (рис. 81,в).
В этот момент плечо остойчивости примерно равно половине расстояния между корпусами, а крен относительно невелик-около 10–12°. В дальнейшем остойчивость уменьшается, и катамаран ведет себя как швертбот, вплоть до переворачивания; при этом он становится вниз мачтой. Начальная остойчивость катамарана очень велика, однако, достигнув максимума, она интенсивно падает. Отрицательная остойчивость у него начинается несколько раньше, чем у швертбота, — при крене примерно 50–60°.
Рис. 81. Остойчивость катамарана
Следует отметить, что для катамарана имеет значение и продольная остойчивость. У килевых яхт и швертботов обычно продольная остойчивость достаточна велика, чтобы не считаться с возможностью сколько-нибудь серьезного дифферента под действием ветра на паруса (даже под спинакером). Узкие корпуса катамарана не имеют столь большой продольной остойчивости, и при свежем ветре он может получить дифферент на нос. В результате нос подветренного корпуса зароется в воду и катамаран опрокинется, как говорят, через скулу.
Мы рассматривали остойчивость яхты под действием какого-либо момента, который вызывает определенный крен. Очевидно, что если кренящий момент, приложенный к яхте, больше момента остойчивости, то судно начнет крениться. С этим сталкиваются, например, когда на яхте, идущей без крена курсом бейдевинд с почти обезветренными парусами, начинают подбирать шкоты, увеличивая силу дрейфа, а значит, и кренящий момент. Так как с увеличением крена кренящий момент от давления ветра на паруса уменьшается, а восстанавливающий момент остойчивости растет, то оба момента придут в равновесие при некотором угле крена и, если ничего не изменится, крен этот будет сохраняться. На рис. 82 показана сравнительная диаграмма остойчивости швертбота и катамарана с одинаковыми парусами; следовательно, при равной силе ветра кренящие моменты у них одинаковы. Кривая А соответствует кренящему моменту при скорости ветра 5–6 м/сек. При этом у швертбота крен будет около 19°, у катамарана — 4°. При усилении ветра кренящий момент возрастает, и наступит положение, при котором для катамарана он будет равен моменту остойчивости в точке 1, соответствующей максимуму остойчивости и кренящему моменту по кривой Б. Из рисунка видно, что в такой ситуации малейшее увеличение крана (или усиление ветра) приведет к опрокидыванию катамарана, так как при большем крене кренящий момент все время больше момента остойчивости. Швертбот же при этом накренится больше (до точки 2). Но при увеличении угла крена момент остойчивости больше кренящего момента. Поэтому он перевернется лишь при силе ветра, соответствующей кривой В, которая проходит тоже вблизи максимума остойчивости (точка 3).
Рис. 82. Остойчивость швертбота и катамарана при действии ветра на паруса
Указанное обстоятельство свидетельствует о том, что хотя швертбот или катамаран сами по себе сохраняют положительную остойчивость до точек 4 и 5 соответственно, но опасность перевернуться возникает значительно раньше, при углах крена несколько больших, чем углы, соответствующие максимуму остойчивости, а вовсе не критическим углам крена (в точках 4 и 5), как иногда думают. Это следует иметь в виду при управлении швертботом, а в особенности катамараном, который в положении / переворачивается весьма стремительно.
Остановимся вкратце на наиболее существенных моментах рассмотренного материала (их надо знать, чтобы грамотно управлять яхтой):
— швертбот и катамаран могут опрокинуться, причем опрокидывание происходит при крене, близком к тому, при котором достигается максимальная остойчивость;
— килевая яхта опрокинуться не может, но если она имеет открытый кокпит, то при большом крене или волне ее может залить, и она затонет;
— бортовая волна раскачивает яхту и уменьшает ее остойчивость; швертбот на большой волне может перевернуться совершенно неожиданно;
— вода, находящаяся внутри судна, существенно уменьшает его остойчивость; при большом количестве ее в трюме швертбота достаточно совсем небольшого крена, чтобы он перевернулся;
— широкое судно остойчивее узкого;
— чем ниже центр тяжести, тем остойчивее судно, и наоборот;
— чем больше площадь парусности и чем выше расположен центр парусности, тем меньше, при прочих равных условиях, остойчивость судна.
Некоторые из этих выводов не объяснены, их придется принять на веру или самостоятельно познакомиться с литературой по теории яхты.
Управляемость судна — это его способность изменять направление движения (поворачивать) под действием руля и парусов. Схема действия руля показана на рис. 83. При движении судна давление воды на руль направлено примерно перпендикулярно плоскости руля. Силу R давления воды на руль можно разложить на две силы: N и Q.
Сила N толкает корму в сторону, противоположную той, в которую положен руль, поэтому судно начинает двигаться не по прямой, а по кривой. Сила Q вызывает добавочное сопротивление движению судна.
Если закрепить руль в одном положении, то судно пойдет примерно по окружности, которая называется циркуляцией. Диаметр или радиус циркуляции является мерой поворотливости судна: чем меньше радиус циркуляции, тем лучше поворотливость, и наоборот.
