Различие между двумя определениями: начальной остойчивостью катера и запасом остойчивости можно показать на следующем примере. Киностудия получила в свое распоряжение от водной полиции катер с каютой для съемок сцен на реке. Киноработники не имели понятия о плавучих доках, а рулевой выполнял их требования. Подойдя к цели, оператор вместе с ассистентом и аппаратурой поднялись на крышу каюты 10-метрового катера. За ними последовали другие члены съемочной группы. Когда появилась медленная бортовая качка, на крышу каюты поднялся пятый человек. Этого оказалось достаточно, чтобы исчез последний остаток начальной остойчивости. Катер стал медленно крениться, и это продолжалось до тех пор, пока оператор вместе со своей аппаратурой и двумя помощниками не свалились в воду. В результате разгрузки снова появилась необходимая остойчивость и катер быстро выровнялся.
Вообще переоценивают встречающийся на море угол крена. Бортовая качка под углом крена 10° является нормальной. Угол крена, равный 15°, при плавании летом на моторных катерах бывает редко. Чтобы угол крена достиг 20° или более, требуется совпадение целого ряда неблагоприятных обстоятельств. Когда упомянутые киноработники свалились в воду, угол крена составил 20°.
Более сильный крен бывает у рыболовных судов в плохую погоду. При бортовой качке угол крена нередко достигает 30° и даже более.
Если сравнить характер остойчивости торговых судов и обычных моторных катеров, то получаются следующие результаты:
1. Почти все большие торговые суда являются опрокидываемыми! Они достигают своей максимальной поперечной остойчивости при угле крена 40—45°. Далее восстанавливающий момент уменьшается. Обычно он равняется нулю при угле крена между 60 и 75°, причем судно достигает точки опрокидывания.
2. Все моторные катера неопрокидываемы! Они часто достигают наибольшего восстанавливающего момента при угле крена, равном 60°, а иногда даже при 80 или 90°. Вряд ли будет достигнута нулевая точка, т. е. переворачивание при угле крена, равном 90°, если катер не будет залит через палубу водой.
Для сравнения на рис. 1 изображены обычное торговое судно «Санта Урсула» (146×18,6 т) и моторный катер «Ариелл» (13×3,4 т). Моторный катер имеет втрое больший надводный борт и двойную ширину. Это увеличивает как начальную остойчивость, так и запас остойчивости. Преимущество торгового судна — в абсолютных размерах. Большое судно испытывает меньше помех от волн, чем малое.
Существует широко распространенное заблуждение относительно нескольких важных условий остойчивости. Слишком часто считают, что центр тяжести системы всех масс необходимо располагать настолько низко, чтобы он находился ниже центра объема вытесненной воды, и общая масса судна была подвешена подобно маятнику к центру объема подводной части катера. Из-за поверхностного понимания условий плавания на парусных яхтах, нагруженных тяжелым балластом, расположенным глубоко под днищем судна, такая точка отстаивается.
Сравнение моторного катера с парусной яхтой неправомерно, так как он не имеет паруса. Парусная яхта должна иметь запас большой остойчивости, чтобы выдерживать сильное кренящее действие ветра и даже шторма. В противопеложность этому на катер действуют ограниченные кренящие силы. Глубоко расположенный балласт на катерах является излишним. Остойчивость парусной яхты в значительной степени зависит от размеров и положения балластного киля. Она обладает преимущественно остойчивостью массы. У моторного катера остойчивость определяется главным образом шириной и формой корпуса. При этом преобладает остойчивость формы.
Не все знают, что центр тяжести катера иногда находится не ниже ватерлинии, а над ней. Несмотря на это, катер располагает очень большим запасом остойчивости, что кажется при поверхностном рассмотрении невероятным.
Здесь нет возможности более близко познакомиться с обширной областью вопросов остойчивости катеров. Критерием для нормального поведения моторного катера на волнении служит начальная остойчивость. Для оценки начальной остойчивости применяют понятие метацентрической высоты. Величина метацентрической высоты показывает, насколько центр тяжести полностью загруженного судна, включая людей, расположен ниже так называемого метацентра. Он расположен в точке пересечения направления силы поддержания с вертикальной диаметральной плоскостью катера при небольшом крене. Существует очень просто определяемая величина, на основании которой можно судить о начальной остойчивости. Это — период качки катера.
Рис. 2. Сравнение хорошо зарекомендовавшего себя морского катера «Ариелл» (а) с грузовым судном «Санта Урсула» (б). Если сопоставить соотношения главных размерений, то окажется, что моторный катер имеет значительно большую ширину, а также весьма большую высоту надводного борта.
Каждый катер в соответствующем состоянии загрузки имеет свой собственный период качки. Бортовая качка хотя и вызывается волнами, однако катер может качаться и на тихой воде с собственным периодом качки. Период качки — это время в секундах между двумя последовательными наклонениями на один борт. Для его определения запускают секундомер точно в момент, когда наступил наибольший крен, например, на левый борт. Секундомер останавливают, когда последующее наклонение, снова на левый борт, достигает наибольшего значения. Правда, для получения повышенной точности рекомендуется всякий раз последовательно проследить за несколькими периодами качки, чтобы потом при помощи простого деления записать период двойного колебания.
Период бортовой качки и метацентрическая высота взаимосвязаны. Зная размер метацентрической высоты, можно приближенно определить соответствующий период качки и наоборот. Ниже для катеров различной длины приведены метацентрические высоты {ВС), которые хорошо оправдали себя на практике.
Рис. 2. Оценка остойчивости катера по взаимному расположению трех точек А, В и С. Расстояние ВС называется метацентрической высотой и равно в данном случае 0,86 м. Положение точек А к С определяют по теоретическому чертежу, точку В лучше всего определить путем опытного кренования.
А — центр величины подводной части катера; В — центр тяжести катера; С — положение метацентра.
Рис. 3. Перемещение центра величины в сторону крена и образование восстанавливающего момента при начинающемся крене. Сила поддержания при крене 15° работает на плече 210 мм. Пока центр тяжести располагается слева от линии силы поддержания, катер обладает положительной остойчивостью. Она сохраняется здесь даже при крене 90°. При таком запасе остойчивости катер считается неопрокидываемым.
Если период бортовой качки окажется очень малым, то катер обладает чрезмерно высокой начальной остойчивостью. На тихой воде это не имеет значения, а также не особенно мешает при коротких переходах на умеренном волнении.
Если катер имеет большой период бортовой качки, то его начальная остойчивость слишком мала, даже может быть опасно малой. Такие сомнительные данные об остойчивости необходимо лучше всего проверить у специалиста. Даже на обычных внутренних водных путях имеются катера, обладающие опасно низкой остойчивостью, а именно узкие катера, оборудованные слишком высокими надстройками.
Вышеуказанная упрощенная формула для определения периода бортовой качки дает лишь приближенные данные. Ее ни в коем случае нельзя использовать для точного определения метацентрической высоты, так как не учтено, например, влияние увлекаемой при бортовой качке массы воды, зависящей от формы подводной части судна, дейдвуда и выступающих частей корпуса. Однако при опытном креновании метацентрическая высота, а также положение центра тяжести определяются с высокой точностью. Определяя опытным кренованием метацентрическую высоту и положение центра тяжести у больших катеров, одновременно замеряли и период бортовой качки. Оказалось, что поправочный коэффициент для формулы периода бортовой качки настолько близок к единице, что им можно пренебречь. В результате стало возможным предложить читателю упрощенный расчет периода бортовой качки.