Форма и конструкция рабочих шлюпок

Форма и конструкция рабочих шлюпок


Почему рабочие шлюпки и хозяйственные лодки должны быть именно такими и не могут быть другими

Лодки могут быть самыми разными. Мы будем говорить о безопасных, относительно
недорогих, многоцелевых лодках, которые могут использоваться для работы.


Да, лодки могут быть разными, а вот безопасные рабочие шлюпки
и хозяйственные лодки только такими, как
представляемые нами на страницах нашей книги. Почему? Вот об этом и
поговорим.


Поэтому мы должны чётко уяснить следующее - почему:


  • лодки должны быть именно той ширины, какая указана для каждого типа;
  • должны использоваться именно эти, а не другие обводы, размерения и их
    соотношения;
  • носовая оконечность всех лодок, короче 5-ти метров должна быть «полной», а
    сам нос выше ватерлинии транцевым;
  • высота борта не может быть меньше или больше рекомендованной;
  • высота надводного борта в районе кормового транца должна быть понижена;
  • нельзя сделать «палубную» лодку, но в то же время, лодка вдоль бортов
    должна быть запалублена, а сами запалубленные участки целесообразно выполнять
    ровными без погиби и седловатости;
  • бортовые отсеки плавучести в нижней своей части могут быть негерметичны;
  • не нужно заглублять кормовой транец ниже ватерлинии;
  • форма кокпита должна быть в плане обязательно прямоугольной или
    трапециевидной.

Итак, разговор идёт об удобных, безопасных, относительно дешёвых лодках для
работы. Для самой разной работы на воде. Можно было бы назвать такие лодки
универсальными. Но правильнее сказать, что лодки, которые мы предлагаем
многоцелевые. В чём разница? Разница в самих понятиях «универсальное» и
«многоцелевое» судно.


Под универсальным принято понимать то, которое способно выполнять самые
разные работы, без специального приспособления к условиям выполнения какой-то
одной или нескольких задач. При этом для выполнения любой конкретной задачи
универсальное судно оказывается приспособленным хуже специализированного. А вот
многоцелевым называют судно, характеристики и конструкция которого
ориентированы, «заточены» на выполнение нескольких, возможно, многих, но
всё-таки, ограниченных числом задач. А при выполнении этих задач оно не уступает
судам «специализированным», т.е. спроектированным только для какой-то одной
цели.


Соответственно речь идёт о пяти типоразмерных группах лодок, в рамках каждой
из которых, на базе трёх-четырёх теоретических чертежей, могут быть созданы от
12 до 20 вариантов проектов лодок, каждая из которых специализирована на
выполнение 2-3 задач. Причём, конструкция лодки с помощью дополнительно
установленного оборудования (если хотите, проведенного «тюнинга»), может быть
доведена до уровня узкоспециализированного судна.


Начнём с того, что облик рабочей шлюпки или хозяйственной
лодки, в значительной мере определяется требованиями непотопляемости и
возможностью адаптации к различным вариантам применения, технологичностью
постройки и ремонта.


Под непотопляемостью принято подразумевать - способность
судна сохранять плавучесть и остойчивость после затопления одного или нескольких
отсеков. Т.е. по сути, речь идёт об остойчивости и плавучести, но к том смысле,
что, сохраняя остойчивость судно не должно тонуть, а, сохраняя плавучесть - не
должно опрокидываться. В свою очередь остойчивость -
способность судна, отклонённого от положения равновесия действием внешних сил,
возвращаться в первоначальное положение, после прекращения действия этих сил. А
плавучесть - это способность судна плавать с заданной нагрузкой
по заданную ватерлинию.


Говоря о важности непотопляемости, именно для рабочих шлюпок и хозяйственных
лодок, обратим внимание на то, что ни один другой класс судов не работает в
таких сложных условиях.


Если рассматривать относительную высоту волн, на которых преимущественно
эксплуатируются эти плавсредства в сравнении с «большими» палубными судами, то
можно сделать вывод о том, что их работа осуществляется в условиях, которые
можно охарактеризовать, как «штормовые».


Считается нормальным явлением, когда рабочая шлюпка с высотой надводного
борта 0,2-0,5 м эксплуатируется при высоте волны 0,2-0,7 м, т.е. отношение
высоты волны к высоте надводного борта Нв/Нб составляет от 1 до 3. Для любого
крупного речного или морского судна подобные условия рассматривались бы как
тяжёлые штормовые (например, волны высотой 4 м при высоте борта 1,5-2 м).
Соответственно выход судна может быть отложен до более благоприятных погодных
условий, либо рейс будет осуществляться с соблюдением целого ряда ограничений и
предосторожностей (например: ограничение грузоподъёмности и
пассажировместимости, принятие балласта, раскрепление груза с целью исключить
его перемещения, закрытие люков, дверей, ограничение скорости, выдерживание
строго определённого курса относительно волны и т.п.).


В то же время на рабочей шлюпке присутствуют перемещающиеся «группы» (люди)
масса которого может быть вполне сопоставима с водоизмещением от 0,5D до 0,8D (D
- водоизмещение). Это, в общем-то, вполне нормально: раз шлюпка рабочая то и
люди в ней должны работать, а значит и перемещаться (что, кстати, не всегда
понимается создателями различных «рабочих» лодок).


Сравним эти величины с подобными характеристиками «больших» судов так на
крупном морском танкера весовая доля экипажа от водоизмещени составляет примерно
0,00015D, на крупном морском сухогрузе — 0,00025D. На большом круизном судне
относительная доля нагрузки пассажиров экипажа от водоизмещения составляет всего
0,01D, а на речном пассажирском судне - 0,04D.


Высота перемещения «груза» (на банку, на запалубленные участки борц та, носа
или кормы, на площадку вышки-«тауэра» или крышу рубки) также может быть весьма
значительной и составляет от 0,5 до 4,0 высоты борта. Это ведёт к повышению
центра тяжести системы судно-груз, что негативно сказывается на
остойчивости.


Горизонтальные (продольные и поперечные) перемещения такого груза
способствует возникновению значительных углов крена и дифферента (крена до 30°,
дифферента до 10 °), что также может существенно ухудшить характеристики
остойчивости и плавучести, вызвать уменьшение высоты борта, изменение момента
инерции площади ватерлинии. Момент инерции площади, относительно какой либо оси
- это сумма произведений всех элементов этой площади на квадраты расстояний
центров тяжестей их от этой оси.


При проектировании «большого» флота с подобной задачей сталкиваются только
при создании судов для перевозки тяжеловесных грузов и плавучих кранов. Причем,
грузовые операции на них проводятся исключительно в акватории порта и при
благоприятных гидрометеорологических условиях.


Принято различать остойчивость на малых (до 10°-15°) и больших углах крена.
Остойчивость на малых углах также называют начальной. При наклонениях на углы
крена до 10°-15° центр величины (центр тяжести подводного объема, в котором
приложена Архимедова сил поддержания) перемещается в сторону крена по траектории
близкой к дуге окружности. А у каждой окружности есть центр. Если продлить
направление действия силы поддержания накренённого судна до пересечения с
диаметральной плоскостью (плоскостью проходящей по середине судна, рассекающей
его вдоль киля от носа до кормы), то получим точку пересечения называемую
метацентром (обозначается m) (Рис. 62).


Расстояние от центра величины до метацентра называют метацентрическим
радиусом и обозначают r (м). Вычислить его можно, поделив момент инерции площади
ватерлинии относительно продольной оси Iх(м4) на объемное водоизмещение V(m3):
r=Iх/V (1)


Форма и конструкция рабочих шлюпок

Рис.62
Остойчивость
судна на малых углах крена


Расстояние от метацентра до центра тяжести называют метацентрической высотой
(h0). Если метацентр выше центра тяжести, то метацентрической высота
положительна. В этом случае сила поддержания приложена дальше в сторону борта,
чем сила веса судна. Эти две силы, соответственно образуют восстанавливающий
момент стремящийся вернуть судно в нормальное (исходное) положение. Если же
центр тяжести окажется выше метацентра, то ближе к борту, переместится сила веса
и образованный парой этих сил момент, будет стремиться опрокинуть судно. В
случае совпадения метацентра с центром тяжести сила веса и сила поддержания
действуют вдоль одной линии, момент не образуется, судно находится в состоянии
безразличного равновесия, то есть, будучи наклоненным, оно не опрокинется, но и
не вернется в исходное положение.


Остойчивость на малых углах крена может быть описана метацентрической
формулой:


Мв = Мкр = Ph0 sin?, где


Мв - восстанавливающий момент, Тм; Мкр - кренящий
момент, Тм; Р - вес судна, т; h0 - начальная метацентрическая высота,
м; ?- угол крена.


При этом расстояние между осями действия силы веса и силой поддержания
называемое плечом статической остойчивости lст меняется в линейной
зависимости, пропорционально росту угла крена.


На углах крена больше 15°-16°, когда скула начинает выходить их воды, а борт
и палуба (на «больших» палубных судах) входят в воду, метацентрическая
зависимость нарушается. Метацентрическая высота перестаёт быть постоянной
величиной, а зависимость плеча статической остойчивости от угла крена
описывается диаграммой Рида (диаграммой статической остойчивости), характер
которой индивидуален не только для каждого судна, но и для каждого варианта
нагрузки и посадки (наличие крена и дифферента) (Рис 63). Безусловно,
можно рассчитать и построить для всех возможных вариантов загрузки рабочей
шлюпки соответствующие диаграммы остойчивости. Однако опыт и теория показывают,
что в этом нет необходимости. Специфика рассматриваемого вопроса такова, что,
как правило, необходимым и достаточным условием является для рабочих шлюпок и
хозяйственных лодок обеспечение статической остойчивости при малых углах
крена.



Рис. 63. Диаграмма
статической остойчивости.


Остойчивость судна может быть обусловлена т.н. остойчивостью «веса» или
остойчивостью «формы», либо их комбинацией. Остойчивость «формы» обеспечивается
увеличением ширины судна и высоты борта (т.е. формой корпуса) и определяет
положение метацентра (одного «конца» метацентрической высоты).


Остойчивость «веса» обеспечивается низким расположением центра тяжести -
второго «конца» метацентрической высоты.
Очевидно, что для рабочей шлюпки или
хозяйственной лодки обеспечить остойчивость, возможно, прежде всего, за счет
остойчивости формы, в основном за счет ширины корпуса, поскольку все основные
нагрузки (их центры тяжести): люди, оборудование, спасательные средства, весла,
подвесные моторы, расположены выше ватерлинии.


Центр тяжести перевозимого груза также лежит на уровне действующей
ватерлинии, либо выше нее. Действующей называется ватерлиния соответствующая
реальной линии поверхности пересечения воды с корпусом судна, а не та, которая
нанесена на борту.


Улучшить остойчивость, смещая вниз центр тяжести, в таких условиях не
представляется возможным.


Кстати, учесть влияние вертикального перемещения груза, например, при
вставании людей в лодке, можно по формуле:


?h = Pr?z/P, где


?h - поправка к метацентрической высоте, м; Рr-вес груза, т; ?z -
величина, на которую груз перемещен (поднят или опущен вдоль вертикальной оси),
м; Р - вес судна, т.


Если груз перемещается вверх, то полученная поправка вычитается из значения
начальной метацентрической высоты, если же груз опускается вниз, то поправка -
прибавляется, увеличивая метацентрическую высоту, а соответственно и улучшая
остойчивость.


Если на лодку извне принимается какой-либо груз (в лодку садится человек),
либо груз снимается с лодки, то поправка к метацентрической высоте
рассчитывается по формуле:


?h = ±Pr (Т ± ?T/2 - h0 -
zq)/(P ± Рr), где


Знак «+» соответствует приему груза, знак «-» - снятию груза; ?h - поправка к
метацентрической высоте, м; h0 - начальная метацентрическая высота,
м; Т - осадка до принятия груза, м; Рr - вес груза, т; Р - весовое
водоизмещение (вес судна), т; zq - аппликата центра тяжести принятого
груза, измеренная от основ ной плоскости (касательной к днищу и перпендикулярной
к диаметральной плоскости), м; ?T - приращение осадки от приема (снятия) груза,
м.


Приращение осадки от приема (снятия груза) рассчитывается п формуле:


?Т= ±Pr/pBS,rAe (5)


?T - приращение осадки, м; Рr - вес груза, т; ?в -
плотность воды, т/м3; S - площадь действующей ватерлинии, м2.


Любой прием груза выше «нейтральной» плоскости (почти всегда совпадающей с
действующей ватерлинией, либо лежащей параллельно ей и вблизи нее) приводит к
уменьшению метацентрической высоты, а значит и к ухудшению остойчивости. Приём
же груза ниже «нейтральной» плоскости увеличивает метацентрическую высоту, а
значит и улучшает остойчивость.


В нашем же случае, большая часть грузов в лодку принимается, как уже было
сказано, выше ватерлинии, т.е. выше «нейтральной» плоскости. Соответственно
обеспечить остойчивость за счет остойчивости «веса», как это делается на больших
судах, размещением груза в трюме, или на килевых яхтах, размещением балласта на
плавниковом киле, невозможно.


Остается только наращивать остойчивость «формы». Это можно сделать, в
принципе, увеличивая ширину и высоту борта. Однако, фактически, мы можем
наращивать только ширину. А вот величина высоты борта не может наращиваться по
следующим причинам.


Катастрофическое заливание (т.е. то, которое приводит к быстрому, а чаще
моментальному затоплению или опрокидыванию) судов рассматриваемого класса,
происходит в отличие от «больших» судов, как правило, не через повреждённую
обшивку (подобная течь на лодках или быстро ликвидируется или просачивающаяся
вода отчерпывается черпаком), а чаще через борт при накренении или захлёстывании
волной. Отметим, что волна может быть как ветровая, так и «корабельная» от
проходящего судна.


Защититься на лодке от такого заливания высоким бортом сложно. Надводный борт
не может быть выше 0,5 м потому, что иначе невозможно работать с предметами на
воде,хотя бы поднять из воды человека. Но самое главное в другом - всегда
найдётся волна, несколько большая, чем другие. Да и само понятие высоты
надводного борта для маломерного беспалубного судна весьма условно. Судно
постоянно кренится от воздействия волн на 2°-3°. Если же человек (люди в лодке)
совершает (совершают) перемещения, то крен достигает 9°-10°. Угол крена от
поперечного перемещения людей можно определить по формуле:


?° = 57,3Рr?у/Рh0, где


Рr - вес перемещающегося груза, т; ?у - расстояние, на которое
груз перемещается от диаметральной плоскости в сторону борта, м; Р - весовое
водоизмещение судна, т; h0 - начальная (метацентрическая высота, м;
?° - угол крена.


Таким образом, даже у лодки с номинальной высотой надводного борта 0,5-0,8 м
(а это значит, что общая высота борта у такой лодки будет от 0,8 м до 1,2 м),
фактически в результате накренения будет составлять 0,3-0,5 м, а то и меньше. А
при встрече с волной (ветровой или корабельной), либо при приёме на лодку груза,
который осуществляется обычно динамически и в пределах действия метацентрической
формулы остойчивости, приводит к удвоению угла кревд, приведёт к заливанию лодки
через борт.


А принятая внутрь вода это груз, причём груз жидкий, а значит перемещающийся,
т.е. наиболее опасный. Для того чтобы учесть «вредное» влияние жидкого груза со
свободной поверхностью, в дополнение к поправке к метацентрической высоте от
приёма груза должна рассчитываться поправка по формуле:


?hж=?жix/Р, где (7)


?hж- поправка к метацентрической высоте, учитывающая влияние
жидкого груза со свободной поверхностью, м; ?ж - плотность жидкости
(в данном случае воды), т/м3; ix - момент инерции площади
затопленного отсека относительно продольной оси, м4; Р - весовое водоизмещение
судна, т.


Запомним эту формулу, мы вернёмся к ней несколько раз в дальнейшем. Сейчас же
для нас важно то, что чем выше высота борта, тем больше вод может быть принято
внутрь лодки при её заливании и тем выше буде её центр тяжести и меньше
метацентрическая высота, а значит и боль ше вероятность опрокидывания. Это
утверждение справедливо исключи тельно для открытых беспалубных судов.


Следовательно, для повышения остойчивости надо увеличить ширину понизить
высоту борта, а чтобы лодка, залитая водой, при этом не утонула, необходим
«запас плавучести». Запасом плавучести принято называт суммарный непроницаемый
объём, расположенный выше ватерлинии.





V G F T O
Форма конструкция рабочих шлюпок
Добавлено: 20-09-2017, 02:57
0
414

Добавить отзыв/комментарий

Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив

Наверх