Чтобы судно находилось в равновесии, силы тяжести и поддержания должны быть равны по величине, и направлены в противоположные стороны по одной вертикали, проходящей посередине вдоль судна – диаметральной плоскости (ДП). Если в какойлибо момент эти точки расположатся иначе, то судно будет получать крен и дифферент до тех пор, пока обе точки не расположатся на одной отвесной линии.

Изменяя расположение грузов на судне и перемещая людей, можно изменить положение центра тяжести, что очень существенно для маломерного судна. Несимметричное случайное перемещение центра тяжести создает крен и дифферент, которые плохо отражаются на управлении судном. Но иногда специально создаваемый дифферент улучшает маневренные качества судна, например, его поворотливость, ходкость. В случае течи в корпусе или пробоины, а также попадания воды во время штормовой погоды внутрь судна, увеличивается его масса.

Поэтому судно должно иметь запас плавучести – непроницаемый (для воды) объем корпуса судна, находящийся выше действующей ватерлинии. При отсутствии запаса плавучести судно затонет.

Необходимый для безопасного плавания судна запас плавучести обеспечивается приданием судну в процессе проектирования достаточной высоты надводного борта, а также наличия водонепроницаемых закрытий и переборок между отсеками. При отсутствии таких переборок любая пробоина подводной части корпуса (если нет возможности ее заделать) приводит к полной потере запаса плавучести и гибели судна.

Запас плавучести зависит от высоты надводного борта – чем выше надводный борт, тем больше запас плавучести. Этот запас нормируется минимальной высотой надводного борта, в зависимости от величины которой, для конкретного маломерного судна устанавливаются район плавания и допустимое удаление от берега. Однако следует знать, что чрезмерное произвольное) увеличение высоты надводного борта отрицательно влияет на не менее важное другое качество судна – остойчивость.

Остойчивость

остойчивостью называется способность судна, выведенного из положения нормального равновесия какимилибо внешними силами, возвращаться в свое первоначальное положение после прекращения действия этих сил. К внешним силам, способным вывести судно из положения нормального равновесия, относятся ветер, волны, перемещение грузов и людей, а также центробежные силы и моменты, возникающие при поворотах судна. Судоводитель обязан знать особенности своего судна и правильно их оценивать. Если силы, вызывающие наклонение судна, действуют медленно, то остойчивость называют статической, а если быстро, то динамической.

Рис. 9

Как судно реагирует на нарушение равновесия, вызванное ветром и волнами, зависит от положения метацентра по отношению к центру тяжести. Подводная часть судна изменяет при наклонении вокруг продольной оси свою форму. Вследствие этого точка приложения силы поддержания (центр водоизмещения или величины) из своего начального положения перемещается к погруженной стороне в новое положение, соответствующее углу наклона (крена). При этом новое и первоначальное направления действия выталкивающей силы пересекаются в так называемом «воображаемом метацентре». Истинным метацентром является точка пересечения двух соседних направлений выталкивающей силы. Эта точка при малых углах крена (примерно до 10°) лежит в диаметральной плоскости жания вертикально плавающего судна; при большем угле наклона она находится вне диаметральной плоскости судна на так называемой эволюте. Метацентр это точка, вокруг которой свободно плавающее тело совершает маятниковые колебания. Момент остойчивости спрямляет судно до тех пор, пока центр тяжести при малых углах наклона лежит ниже истинного метацентра и при больших углах наклона ниже воображаемого метацентра, т. е. пока имеется устойчивое равновесие. Если метацентр лежит ниже, то равновесие неустойчиво, т. е. создается момент, который предотвращает возвращение судна в положение равновесия. При совпадении метацентра и центра тяжести равновесие безразличное; не возникает никаких моментов, которые прекращают или поддерживают наклонения.Таким образом, поперечная остойчивость зависит от положения центра тяжести по отношению к истинному или воображаемому метацентру. Расстояние между метацентром и центром тяжести (метацентрическая высота) является, следовательно, мерой способности судна к выпрямлению при нарушающих равновесие воздействиях ветра, волн и несимметричной загрузки.

Момент остойчивости при наклонении судна вокруг продольной оси определяется весом судна, положением центра тяжести и метацентра, а также углом крена. Если у судна в грузу и у судна порожнем метацентрические высоты равны, то сначала, до входа кромки палубы в воду или оголения скулы, нагруженное судно будет более устойчиво против внешних влияний, чем порожнее и, следовательно, более легкое судно. Кроме того, естественно, что судно с тяжелым палубным грузом, у которого общий центр тяжести лежит выше, менее остойчиво, чем судно, у которого тяжелый груз лежит на дне и центр тяжести смещен вниз.

Положение метацентра в большой мере зависит от формы судна, а также от угла крена. Решающую роль играют при этом ширина, высота борта и осадка судна. Если представить себе два судна с различной шириной при крене в 10°, ясно, что для наклонения более широкого судна требуются большие кренящие силы, чем для наклонения узкого; это видно также по входящему в воду и выходящему из воды клинообразному объему. У широкого судна входящий в воду и выходящий из воды объемы, а также путь их перемещения (плечо) больше, чем у более узкого судна. Соответственно различны и перемещения точки приложения выталкивающей силы. Понятно, что у широкого судна метацентр расположен над ватерлинией выше, чем у узкого. Широкое судно, таким образом, более остойчиво, чем узкое.

С другой стороны, если при большем крене кромка палубы входит в воду, а скула оголяется, то путь перемещения вошедшего в воду и вышедшего из нее объемов меньше; следовательно, линия действия подъемной силы проходит через точку приложения выталкивающей силы и пересекает диаметральную плоскость первоначальное направление действия выталкивающей силы в более низкой точке, так что воображаемый метацентр смещается вниз, т. е. ближе к центру тяжести судна. Таким образом, остойчивость при погружении кромки палубы и при выходе скулы уменьшается. Но так как погружение кромки палубы зависит от высоты борта судна над ватерлинией (надводного борта), а выход скулы от осадки судна, то оба эти размеренна в значительной мере определяют поперечную остойчивость судна при больших углах наклонения. Улучшает остойчивость низкое расположение двигателя, топливного бака, сидений и соответствующее размещение грузов и людей.