Шрифт:
КАК ЛОДКА ИДЁТ ПОД ПАРУСОМ
Для многих людей плывущая лодка представляет собой загадочное зрелище. Действительно, если бросить в море кусок металла, он сразу утонет, между тем большие корабли, сделанные из многих тысяч тонн стали, благополучно в том же море плавают. Почему ?Первым на этот вопрос ответил греческий математик Архимед. Погружаясь в ванну, он обратил внимание на то, что вода, наполнявшая ее, выливается через край.
Продолжив наблюдения, Архимед обнаружил, что объем вытесненной воды совпадает с массой тела, а также то, что при погружении тела в воду на него действует выталкивающая сила, и если эта сила (вес вытесненной воды) равна весу тела, оно не тонет. Так была описана природа плавучести.
Лучше всего яхта идет в положении оптимального плавания (вверху в центре); скорость и ходовые качества лодки снижаются, если ее корпус находится выше или ниже этого положения. То же относится и к грузовому судну: груз заставляет его опускаться глубже в воду
Плавучесть
Большой корабль плавает потому, что его корпус имеет огромный объем и вытесняет большое количество воды. С другой стороны, маленький кусочек металла вытесняет очень мало воды, поэтому фактически нет выталкивающей силы, которая могла бы удержать его на поверхности, и он тонет. Это элементарное объяснение можно проиллюстрировать на примере грузового судна: когда в трюме нет груза, оно немного поднимается на воде и опускается, если в трюм поместить груз (см. рис. вверху). Форма корпуса остается прежней, поэтому выталкивающая сила остается такой же, но вес груза увеличивает вес судна, заставляя его погружаться глубже в воду.
Если груз добавлять и добавлять, то наступит момент, когда судно исчезнет под водой, но, прежде чем это случится, оно достигнет точки, которую судостроители называют положением оптимального плавания. В этой точке судно наиболее устойчиво, его общий вес равен весу вытесненной воды.
Все эти рассуждения применимы к яхтам – они проектируются для погружения на уровень, который дает возможность достичь максимальной скорости и продемонстрировать ходовые качества при соответствующей форме корпуса, с учетом назначения судна. Легкие, быстрые гоночные яхты более плавучи, чем тяжелые крейсеры.
Форма корпуса
С точки зрения плавучести важным фактором является вес лодки, а при решении вопроса об эксплуатационных качествах судна конструктор должен принимать во внимание всю подводную часть корпуса. Ее форма и размер определяют скорость движения яхты, ее гоночные качества, а также размер внутренних помещений.
Форма корпуса самым непосредственным образом влияет на скорость судна. Чем более обтекаемую форму имеет его корпус, тем быстрее оно движется
Вес также влияет на остойчивость судна; тип и форма киля, количество балласта определяют, насколько оно устойчиво на воде. Глубокий балластный киль обеспечивает максимальную остойчивость, а выдвижной киль (шверт), прикрепляемый к бортам или днищу, уменьшает остойчивость.
Форма корпуса и вес судна – это те факторы, которые конструктор должен учитывать при разработке проекта, в соответствии с типом будущего судна.
Проект маленького круизера (лодки для путешествий, прогулочного судна) будет, разумеется, достаточно простым, а современные океанские гоночные яхты конструируются по очень сложным схемам.
Помимо плана размещения парусов, такелажа и общей компоновки внутренних помещений, чертежи корпуса обычно выполняются в трех видах: бок, полуширота и корпус, вместе они дают представление о форме корпуса судна и позволяют строителю в точности следовать указаниям проектировщика.
Бок показывает корпус яхты го стороны правого борта с контурными линиями (известными как батоксы), обозначающими форму корпуса, точно гак же как контурные линии на карте обозначают форму холмов и долин; вид со стороны левого борта будет, естественно, идентичным.
Полуширота похожа на бок, но эта проекция выполняется со стороны днища. На чертеже изображается только половина яхты ради экономии места (отсюда и название), наружный контур соответствует линии палубы.
Наконец, третья проекция показывает поперечное сечение корпуса, одна половина – со стороны носа к центру, а другая – от кормы к центру яхты.
Остойчивость
Одна из самых важных задач, решаемых при проектировании парусного судна, – обеспечение его остойчивости. Стоит ступить в маленький круизер, он тут же наклонится в ту сторону, куда вы наступили, поскольку центр тяжести переместится.
Выталкивающая сила приложена в середине яхты, в точке, называемой центром плавучести (В), а сила тяжести (вес) действует в центре тяжести (G) и направлена вниз. Когда точка G находится прямо над точкой В, лодка пребывает в устойчивом положении, она не опрокидывается. Когда лодка наклоняется (кренится), например когда вы в нее ступаете, точки В и G уже не находятся на одной линии. Центр плавучести смещается вправо или влево относительно центра тяжести, и тогда лодка наклоняется в этом направлении. Однако, поскольку выталкивающая сила направлена вверх, а сила тяжести – вниз, вместе они создают поворачивающий рычаг, который стремится вернуть лодку в прежнее положение.
В – центр плавучести
G – центр тяжести
Эта сила известна как восстанавливающий момент, она противодействует крену и придает яхте остойчивость.
Хороший пример – яхта, идущая под парусом. Под давлением ветра на парус яхта кренится, точка В смещается в сторону от точки G, поэтому естественным стремлением для В и G является создание восстанавливающего момента, чтобы привести судно в исходное положение; это реакция остойчивой яхты.
На остойчивость лодки одновременно влияют несколько сил: боковая сила ветра, оказывающая давление на паруса, и противостоящая ей сила давления воды на киль. На швертботе (как показано на рисунке) вес членов команды помогает справиться с креном; на килевых лодках используется вес балласта
Однако у восстанавливающего момента есть предел, и, когда точка G оказывается по другую сторону от точки В, восстанавливающий момент оказывается направленным в другую сторону и превращается в опрокидывающий момент, что заставляет лодку переворачиваться, так как она теряет свою первоначальную остойчивость. Чтобы этого избежать, нужно восстановить положение, при котором яхта находится в нормальном состоянии, – когда точка G находится прямо над точкой В. Для достижения этого есть два способа: