Когда говорят об остойчивости, то подразумевают соотношение двух моментов Сил: кренящего и восстанавливающего. Восстанавливающий момент появляется вследствие перемещения при крене центра подводного объема (центра величины — ЦВ) корпуса в сторону накрененного борта.
В этом положении сила плавучести и сила тяжести оказываются действующими на плече, которое называется плечом остойчивости и обуславливает способность судна при прекращении действия сил, вызвавших крен, возвращаться в прямое положение. Нетрудно заметить, что чем шире корпус лодки, тем на большую величину смещается к борту центр величины и тем больше получается плечо. И наоборот, чем выше расположен центр тяжести судна, тем меньшая величина плеча остойчивости получается при данном крене и, следовательно, тем при меньших кренящих силах лодка получит этот крен.
На малых судах большую часть водоизмещения составляет экипаж, перемещения которого в лодке существенно сказываются как на изменении положения центра тяжести, так и на величине кренящего момента. Достаточно, например, всем четырем пассажирам мотолодки встать, чтобы’центр тяжести стал выше на 250—300 мм, а один человек, севший на борт, вызывает крен более 10°. Еще более существенную роль играет экипаж на легких гребных лодках и байдарках, где масса корпуса оказывается значительно меньше массы человека, а ширина корпуса невелика. Поэтому первой заботой конструктора, да и лица, ответственного за эксплуатацию судна, является возможно более низкое расположение центра тяжести экипажа. Низкие, не всегда комфортабельные сиденья на лодках, невысокие рубки — это преследует цель пониже расположить людей. Считается вполне достаточной высота гребной банки от пайола 150 мм, а сиденья на глиссирующей мотолодке — 250 мм. На одно-, двухместных гребных и разборных лодках, например байдарках, сиденье имеет высоту не более 70 мм над днищем лодки. На тузиках облегченной конструкции пайолы часто заменяют деревянными планками, наклеенными изнутри на днище.
При модернизации серийных лодок или постройке самодельных большие запасы горючего (40—150 л) желательно сконцентрировать под пайолами в виде цистерны с поперечным сечением, соответствующим килеватости днища.
Рис. 1. Действие сил плавучести и веса при крене лодки под действием кренящего момента Л4Кр.
Об остойчивости лодки необходимо помнить, укладывая в ней снаряжение для дальнего похода; необходимо наиболее тяжелые вещи располагать возможно ниже и компактнее. В случаях, когда требуется обеспечить особенно высокую остойчивость, необходимую для плавания под парусами, либо для компенсации влияния громоздких надстроек, приходится загружать судно балластом. Наиболее оптимальное его расположение — снаружи корпуса в виде фальшкиля —свинцовой или чугунной отливки, прикрепленной к килю и усиленным флорам на болтах. Чем глубже под ватерлинией закреплен фальшкиль, тем в большей степени понижается общий центр тяжести судна.
Менее эффективен внутренний балласт из металлических отливор, укладываемый в трюме судна. Он должен быть надежно закреплен, чтобы исключить перемещение в сторону накрененного борта, ибо в этом случае балласт будет способствовать опрокидыванию судна. Кроме того, нужно позаботиться о том, чтобы чушки не пробили тонкую обшивку днища при плавании на волнении.
При разработке проекта нового судна конструктор имеет возможность влиять на величину остойчивости, задавая ту Например, большое значение имеет или иную форму корпусу, лодки по ватерлинии и коэффициент ее полноты, развал бортов наружу. Если нужна особенно хорошая статическая остойчивость, можно применить обводы типа «морские сани», катамаран или тримаран. Чем большая доля объема подводной части корпуса сосредоточена вблизи бортов, тем больше при крене смещается к борту центр величины и больше плечо восстанавливающего момента. Крайними полюсами являются двухкорпусное судно — катамаран и лодка с обводом миделя, близким к окружности, у которой плечо остойчивости при крене изменяется весьма незначительно. Чем более ясно выражена скула в поперечных сечениях корпуса, тем остойчивее лодка. Для небольших лодок оптимален корпус с выпуклостями близ скул и очертанием корпуса в плане, близким к прямоугольнику.
Важно, чтобы лодка сохраняла остойчивость до возможно большего угла крена. Здесь важную роль играет высота надводного борта и угол крена, при котором возможно заливание лодки водой.
Рис. 2. Поперечные сечения малых судов, расположенные в порядке – уменьшения начальной остойчивости (сверху—вниз).
При внезапном крене палуба входит в воду, на что следует быстрая реакция экипажа, который своей массой откренивает лодку еще до попадания в нее воды.
Иногда требуется повысить остойчивость судна, уже находящегося в эксплуатации. Сделать это можно с помощью бортовых наделок — булей (см. рис. 96), надувной камеры или пенопластового привального бруса, опоясывающего борта лодки близ их верхней кромки, поплавков достаточно большого объема, закрепленных на кронштейнах к бортам, или посредством соединения двух лодок в катамаран.
Опасный крен лодки может быть вызван не только перемещением пассажиров к одному борту. На морском мелководье и на водохранилищах, где обычно эксплуатируются малые суда, волна отличается опасной крутизной и ломающимся гребнем. В положении бортом к волне размахи качки лодки могут попасть в нежелательный резонанс с периодом волны и, при недостаточной остойчивости, судно опрокинется. Малым судам приходится противостоять и таким опасным для поперечной остойчивости нагрузкам, как рывки буксирного троса при буксировке катера другим судном, динамическому действию упора гребного винта подвесного мотора при резкой перекладке руля, подъему в лодку через борт человека, шквалу при плавании под парусом и т. п. Все это заставляет предъявлять весьма жесткие требования к остойчивости малых судов.
Минимальным значением поперечной метацентрической высоты, обеспечивающей безопасное плавание лодки или катера в самых легких условиях — на внутренней закрытой акватории, считается h — =4 0,25 м, Однако и эта цифра становится критической, когда речь идет о совсем легких гребных лодках. Ведь всегда возможен случай, когда один или два пассажира встанут во весь рост и центр тяжести лодки повысится на 0,2—0,3 м. Для судов же, выходящих на открытую воду, рекомендуется обеспечить метацентрическую высоту не ниже h — 0,5 м, а при оговариваемой проектом мореходности катера в 3 балла — не менее h = 0,7 м.
Точные замеры метацентрической высоты связаны с достаточно трудоемким опытом кренования судна, который для лодок длиной 4— 5 м не всегда дает точные результаты и не может достаточно полно характеризовать остойчивость данного судна. В практике контроля и испытаний малых судов проводят более наглядный и простой эксперимент, предусмотренный ГОСТ 19356—74 Для испытаний на лодку устанавливают подвесной мотор и заполненный горючим бензобак, на сиденья грузят балласт, равный по массе паспортной грузоподъемности, таким образом, чтобы 60% ее располагались у борта с центром тяжести на расстоянии 0,2 м от планширя по ширине и 0,3 м над сиденьем по высоте. Остальные 40% полезной грузоподъемности должны быть размещены в диаметральной плоскости судна. При такой загрузке планширь со стороны накрененного борта не должен входить в воду.
Выше речь шла о поперечной остойчивости, поскольку она во многом определяет безопасность плавания судна. В меньшей степени владелец лодки обращает внимание на продольную остойчивость, то есть способность судна сопротивляться силам, стремящимся наклонить лодку в продольной плоскости — придать ей дифферент. Угол дифферента, который получает лодка при том или ином распределении грузов, существенно влияет на ходовые качества и поведение на волне. Дифферент на нос всегда нежелателен, так как лодка становится неустойчивой на курсе, сильно зарыскивает и плохо принимает встречную волну. Кроме того, на лодках некоторых типов при сильном дифференте на нос из воды выходит более широкая кормовая часть корпуса, площадь ватерлинии и ее ширина уменьшаются, вследствие чего судно становится валким (легко получает крен при незначительных кренящих силах).
Чрезмерный дифферент на корму на тихоходной лодке может стать причиной погружения в воду широкого транца и вследствие этого — повышенного сопротивления воды. Кроме того, создается опасность заливания лодки через транец попутной волной или при случайном перемещении в корму пассажира. Об этом нужно помнить и на глиссирующей мотолодке, если необходимо заняться ремонтом подвесного мотора на плаву: чтобы избежать заливания мотора, лучше всего попросить пассажиров переместиться ближе к носу лодки.