Блоком плавучести назвать можно любой герметичный сосуд с воздухом внутри или вместо воздуха используется материал с наименьшей плотностью, к примеру, пенопласт.
Отсек - это пространство внутри корпуса огороженное (ограниченное) со всех сторон переборками, обшивкой корпуса и палубой.
Отсеки в свою очередь подразделяются на непроницаемые и просто отсеки.
Непроницаемые отсеки - это отсеки, которые не имеют отверстий, позволяющих проникнуть воде во внутрь отсека.
В практике проектирования непотопляемости судов рассматривают 5 категорий отсеков в зависимости от характера затопления (Рис. 64):
- I категория - отделения, затопленные полностью (отделения 1, 5 и 6);
- II категория - частично затопленные отделения, не имеющие сообщения с забортной водой (отделения 2 и 3);
- III категория - частично затопленные отделения, сообщающиеся с забортной водой и атмосферой (открытые сверху), например отделения 7 и 8 (ЦГБ);
- IV категория - частично затопленные отделения, сообщающиеся с забортной водой, но не имеющие сообщения с атмосферой (с воздушными подушками), например отделение 9 (отсек прочного корпуса) и 10 цистерны главного балласта (ЦГБ);
- V категория - отделения, затопленные (частично) по кромку пробоины или открытого забортного отверстия (отделение 4).
Рис. 64. Схема
классификации затопленных отделений: а - на надводном корабле; 6 - на подводной
лодке.
Следует отметить, что в гражданском судостроении при проектировании рассматривают только отсеки до 3-ей категории в военном же рассматривают все 5 категорий.
При проектировании судна учитывают, что носовая часть судна чаще всего подвергается ударам, отсюда высока вероятность образования трещины или пробоины. Поэтому на моторных судах, на расстоянии одной-двух шпаций (шпация - расстояние между шпангоутами) от форштевня, но не менее 0,5В необходимо устанавливать поперечную водонепроницаемую переборку. Места установки стационарных - моторные отсеки также рекомендуется ограждать водонепроницаемыми переборками. Помимо обеспечения непотопляемости, эти переборки предотвратят распространение загрязненной топливом и маслом воды из моторного отсека по всему судну и за борт.
Также непотопляемость обеспечивается путем установки в корпусе блоков плавучести из пенопласта (стойкого к воздействию масла и бензина, не впитывающего воду и не разрушающегося от вибрации, тряски или колебаний температуры) либо герметичных воздушных ящиков, изготавливаемых из некорродирующего материала. Необходимый объём блоков или ящиков подсчитывается с учетом того, что корпус лодки, двигатель и оборудование сами вытесняют определенный объём воды. Массу погруженной в воду лодки с мотором G3 можно определить по формуле:
G3=GkK1+Gпk2+0,69Go+GдKд, где
Gk - масса корпуса, т; Gп - масса палубы и рубки, т; Gо - масса закрепленного к корпусу оборудования и снабжения, т; Gд - масса двигателя с трансмиссией и обслуживающими его системами, т; k1, k2 и kд - коэффициенты плотности материалов корпуса, рубки и двигателя. Коэффициент кд для подвесных моторов принимается равным 0,55; для стационарных двигателей - 0,75. Значения коэффициентов k1 и k2 для различных материалов приведены в таблице 1; знак минус означает, что материал обладает избыточной плавучестью.
Таблица 1. Коэффициенты плотности различных материалов
|
Материал |
Плотность, т/м3 |
Коэффициенты плотности k1 и k2 |
|
Сталь |
7,85 |
0,88 |
|
Алюминий |
2,73 |
0,63 |
|
Стеклопластик |
1,70 |
0,41 |
|
Бакелизированная фанера |
1,10 |
0,10 |
|
Дуб |
0,63 |
-0,56 |
|
Сосна, ель |
0,56 |
-0,78 |
|
Авиационная фанера |
0,55 |
-0,81 |
|
Кедр |
0,33 |
-1,95 |
|
Пенопласт |
От 0,10 до 0,35 |
|
|
Воздух |
1,293-Ю"3 |
Плавучесть блоков пенопласта (в кг) определяется по следующей формуле:
W=G3+0,25Gл, где
Gл - масса всех пассажиров, допускаемых к посадке в лодку; в расчетах масса одного человека принимается равной 75 кг.
Если для создания запаса плавучести используют надувные камеры или воздушные ящики, то их объём V ( в дм3) должен быть равен W, если пенопласт, то необходимо учесть его собственную массу по формуле:
V=W/1-ρ, где
ρ — плотность пенопласта, т/м3.
Объём воздушных ящиков, пенопласта и т.п. Рекомендуется принимать в пределах:
[1/8 / 1/12] LBH м3
в зависимости от назначения и района плавания судна.
Приведенные формулы пригодны для первого случая обеспечения непотопляемости, когда пассажиры находятся за бортом.
Во втором случае обеспечения непотопляемости масса лодки с мотором в аварийном состоянии (погруженной примерно по линию борта) будет равна:
G3=k1Gk+Gп+Go+k'дGд, где (11)
k'д=1 - для подвесного мотора; k'д =0,75 - для стационарной установки.
Необходимый объём пенопласта определяется по тем же формулам, что и в первом случае. Если требуется особо высокая надежность судна, рекомендуется выполнять воздушные отсеки плавучести в виде вкладных герметичных ящиков или бачков. Отсеки, являющиеся частью конструкции корпуса, по некоторым правилам (например, по американским стандартам BIA) в аварийном запасе плавучести не учитывается. Объем воздушных ящиков должен быть подсчитан с учетом обеспечения плавучести лодки при нарушении герметичности двух самых больших по объему ящиков.
Для обеспечения безопасности важно еще распределить запас плавучести таким образом, что бы в аварийном состоянии лодка держалась на воде в положении на ровный киль и сохраняла положительную остойчивость. Иногда весь запас плавучести располагают в носовой части. При этом лодка, залитая водой, принимает почти вертикальное положение - тяжелый мотор разворачивает её транцем вниз (Рис. 65).
Рис. 65. Положение заполненной водой лодки при недостаточном объёме блоков плавучести в корме (а) и при правильном распределении блоков плавучести (б).
Лодку в таком положении весьма затруднительно отбуксировать на мелкое место: мотор может зацепиться за дно и оторваться от транца; пассажирам трудно удерживаться около лодки.
Если весь пенопласт размещается под пайолами лодки и ее заливает водой, центр тяжести оказывается расположенным слишком высоко, и она переворачивается вверх килем. Теперь весь плавучий объём оказывается вверху и лодка имеет устойчивое положение, вывести из которого ее довольно трудно. Что бы судно не оказалось в подобной ситуации, запас плавучести необходимо распределить по бортам и по возможности ближе к палубе.
Американские правила постройки прогулочных лодок BIA рекомендуют при расположении пенопласта под пайолами оставлять среднюю часть корпуса вдоль киля свободной. При такой конструкции образуется своеобразная балластная цистерна, которая во время аварии лодки заполняется водой и не дает ей опрокинуться при дальнейшем погружении. Такое расположение плавучего материала показано на Рис. 66. Для того, что бы обеспечить аварийному судну положение на плаву без большого деферента, 50% минимального запаса плавучего материала следует размещать в корме лодки - в пределах 1/3 длины корпуса от транца, 25% - в передней части кокпита (треть длины), и еще 25% этого запаса могут находиться под пайолами и в других местах, не используемых для хранения снаряжения.
Благодаря использованию легких пенопластов - пенополиуретанов, масса кубометра которых 40-80 кг, появились новые возможности в создании непотопляемых лодок. Необходимый запас плавучести можно распределить равномерно по всей внутренней поверхности обшивки и палубы слоем толщиной 30-100 мм, защитив его тонким слоем стеклопластика. Таким путем удается обеспечить непотопляемость не только мотолодок, но даже килевых яхт, на которых масса балластного фальшкиля достигает 40-50% общей массы.
Рис. 66. Рекомендуемая схема расположения блоков плавучести на
мотолодке. 1 - кормовые блоки - 50% общего запаса плавучести W; 2 - блоки в
передней трети кокпита - 25% W; 3 - плита под палубой; 4 - свободная от
пенопласта средняя часть корпуса под пайолами; 5 - пенопласт под пайолами (не
более 25% W).
На металлических катерах L≥7 м непотопляемость обеспечивается, как и на больших морских судах, делением корпуса водопроницаемыми переборками на ряд отсеков. Поскольку эти катера имеют сплошные палубы, прочные рубки и герметичные люки, заливание волной им не страшно - опасность представляют лишь пробоины в подводной части. Переборки должны ограничивать количество попадающей воды через пробоины и предотвращать ее распространение по корпусу. Это способствует уменьшению аварийного дифферента и сохранению остойчивости.
Практика показала, что переборки только в тех случаях бывают надежны, когда они действительно водонепроницаемы, т.е. не имеют отверстий и дверей, а выполнение этого требования создает неудобства для экипажа и пассажиров. В прогулочном катере могут быть только две-три такие «глухие» переборки: форпиковая и моторного отсека (последних может быть две, если двигатель расположен в средней части катера).
Для крупных судов справедливо высказывание о том, что, чем больше высота надводного борта, тем в большей мере обеспечена непотопляемость.
Это так, потому, что у больших судов есть водонепроницаемая палуба, и вода не может попасть внутрь судна. А вода, попавшая на палубу, скатывается с неё благодаря «погиби» (покатости палубы в поперечной плоскости). Да и го произойти подобное может только в шторм, если высота волны окажется больше расчётной. Важную роль играет относительная высота волны.
Применительно же к лодкам, проведенные расчеты и изучение аварийной статистики показывают, что у открытых беспалубных судов, В≤1,5 м при L=3-4 м, значение метацентрической высоты лежит в пределах 0,2-0,4 м.
Если люди находящиеся в лодке (3-5 человек) встают, их средний центр тяжести поднимется на 0,28-0,32 м. Суммарная поправка к метацентрической высоте, рассчитанная по формуле (4) может составить от 0,15 до 0,25 м. Т.е. исправленная метацентрическая высота будет порядка от 0,1 до 0,07 м, а в некоторых случаях уменьшится до нуля, либо станет отрицательной и лодка может перевернуться.
Когда же В≤1 м, то в результате вставания людей в лодке (а это неизбежно, при высадке из лодки, посадке в лодку, приёме грузов и их выгрузке, подъёме в лодку пострадавшего из воды) метацентрическая высота становится однозначно отрицательной, т.е. лодка опрокинется.
Если же лодка залита водой, из значения метацентрической высоты надо вычесть ещё и поправку на жидкий груз со свободной поверхностью рассчитанную по формуле (7). А ведь в залитой водой лодке перемещаться и двигаться всё равно придётся, хотя бы для того, что бы отчерпывать воду.
Итак, важный вывод: лодка должна быть достаточно широкой. Ширина в любом случае не должна быть менее 1,5-1,6 м.
Теперь снова о высоте борта. Мы выяснили, что рано или поздно малое беспалубное судно, каким является наша лодка, будет залито. А раз так, то пусть заливает
Лишь бы влившейся воды было меньше, и её центр тяжести был расположен как можно ниже. Но нам возразят, что раз вода вольётся внутрь лодки - она утонет! Поэтому поговорим подробнее о второй составляющей непотопляемости о плавучести, но не просто о плавучести, а в тесной взаимосвязи с остойчивостью.
Поскольку плавучесть открытой лодки, как было сказано выше, не может быть обеспечена непроницаемой палубой и высотой борта, это можно сделать только за счёт блоков плавучести - объёмов, обладающих положительной плавучестью. При этом объём блоков плавучести должен быть таким, чтобы залитая водой шлюпка сохраняла плавучесть, неся на борту полную нагрузку. Запас плавучести должен быть распределён так, что бы в затопленном состоянии лодка не получила существенного крена и дифферента.
Для обеспечения аварийной остойчивости, предпочтительным оказывается не поперечное, а продольное расположение блоков плавучести, которое даёт большее значение момента инерции площади блоков плавучести, относительно продольной оси на уровне действующей ватерлинии при затоплении лодки.
Важнейшим фактором является размещение блоков плавучести в вер хней части борта, поскольку в противных случаях, когда они расположены под банками или вдоль скулы лодка, будучи залита водой, оказывается в положении неустойчивого равновесия. Блоки плавучести стремятся всплыть, т.е. лодка опрокидывается от малейшего воздействия, например, при попытке экипажа освободить её от влившихся масс воды.
