Плавучість корабля (судна)

Плавучість корабля називається його здатність плавати із заданою посадкою, несучи на собі всі вантажі, необхідні для виконання бойових чи інших завдань, властивих даному класу корабля.

Плавучість є найнеобхідніше морехідне якість корабля, з втратою якого він тоне. Коли корабель плаває на поверхні спокійної води, на нього діють дві рівні і протилежно спрямовані сили, що врівноважують один одного.
Перша сила - вага корабля Р, яка складається з ваг корпусу, озброєння, боєприпасів, бронювання, механізмів, палива, масла, води, харчів, екіпажу і запасних частин. Сила ваги спрямована завжди вниз (до центру Землі), і під її впливом корабель прагне завжди зануритися. Ця сила прикладена в точці G, званої центром тяжіння корабля. При проектуванні, будівництві і експлуатації корабля, щоб виключити постійний крен, прагнуть розмістити вантажі таким чином, щоб центр ваги знаходився в діаметральної площині. Зазвичай центр ваги корабля знаходиться поблизу площини мидель-шпангоута і дещо зміщений в корму, а по висоті приблизно на половині висоти надводного борту або, як правило, трохи нижче.
Другою силою, що діє на корабель, є рівнодіюча всіх сил тиску води на занурений обсяг корпусу. Ця сила, що позначається буквою D, прикладена в центрі ваги зануреного об'єму корабля і спрямована вертикально вгору. Під її впливом корабель прагне спливти, тому її називають силою підтримки або силою плавучості корабля. Точка прикладання сили підтримки позначається літерою С і називається центром величини; вона є не географічним центром тяжіння навантаженого обсягу корпусу корабля.

При проектуванні і будівництві корабля обводи корпусу роблять такими, щоб центр величини при прямому положенні корабля перебував в діаметральної площині і на одній вертикалі з центром тяжкості корабля. По висоті, рахуючи від основної площини, центр величини знаходиться трохи вище половини опади корабля.

Для забезпечення рівноважного положення корабля необхідно і достатньо, щоб вага корабля дорівнював силі підтримки, т. Е. Р = уv = D і центр ваги і центр величини корабля лежали на одній вертикалі.
Якщо сила підтримки більше ваги корабля, корабель спливе, якщо менше - занурюється. Якщо центр ваги і центр величини по довжині корабля не збігаються, то корабель буде нахилятися в поздовжній площині (діфферентоваться) до тих пір, поки ці точки не опиняться на одній вертикалі, після чого корабель буде плавати в положенні рівноваги, але з дифферентом. Якщо центр ваги і центр величини не збігаються по ширині корабля, то корабель буде нахилятися в поперечній площині (кренитися) до тих пір, поки ці точки не співпадуть по вертикалі, після чого корабель буде плавати в положенні рівноваги, але з креном. Треба завжди мати на увазі, що будь-яке переміщення вантажів, а також прийом або витрата їх викликає переміщення центру ваги і центру величини.
Видатний давньогрецький математик і механік Архімед довів, що сила підтримки дорівнює вазі води, витісненої зануреним в неї тілом (тому силу підтримки іноді називають архимедовой силою). Вага води, витісненої плаваючим кораблем, називається його ваговим водотоннажністю, вимірюється в тоннах і позначається буквою D (цієї ж буквою іноді позначається сила підтримки). Обсяг води, витісненої плаваючим кораблем, називається об'ємним водотоннажністю, позначається буквою V і вимірюється в кубічних метрах. Знаючи обсяг зануреної частини корпуса корабля, можна визначити обсяг витісненої води, або об'ємне водотоннажність. Якби корпус корабля був зроблений у вигляді прямокутного ящика завдовжки L і шириною В і плавав би з осадкою T, то обсяг зануреної частини такого корабля легко було б знайти за формулою

Так як корпус корабля значно відрізняється від прямокутного ящика і має в носі і кормі звуження, т. Е. Має меншу повноту, то вводять спеціальний коефіцієнт, що враховує відміну обводів корпусу корабля від форми ящика. Цей коефіцієнт, званий коефіцієнтом повноти водотоннажності, позначається буквою дельта і лежить в межах від 0,45 до 0,65. Знаючи довжину, ширину, осадку корабля і коефіцієнт повноти водотоннажності, можна наближено визначити об'ємне водотоннажність за формулою

V = дельта х В х Т куб.м

Знаючи об'ємне водотоннажність корабля, легко отримати вагове водотоннажність, для чого необхідно знати вагу одного кубічного метра води.
Вага одного кубічного метра води називається її об'ємним або питомою вагою і позначається буквою гамма.
Таким чином, вагове водотоннажність корабля можна обчислити за формулою

D = гамма х V (тонн).

Водотоннажність служить мірою плавучості корабля. Якщо говорять, що авіаносець має водотоннажність D = 80 000 т, то це означає, що він має плавучість в 80 000 т, яка врівноважує вагу авіаносця Р = 80 000 років Якщо питома вага води, в якій плаває цей авіаносець, гамма = 1 т / куб. м, то він витісняє обсяг води V = 80000 куб. м.
Залежно від кількості прийнятих на корабель вантажів буде змінюватися і водотоннажність корабля. Для військових кораблів нашого флоту прийняті наступні водотоннажності: порожньому, стандартне, нормальне, повне і найбільше.
Водотоннажність порожньому - водотоннажність повністю побудованого корабля з усім озброєнням і механізмами, але без особового складу, боєприпасів, постачання, продовольства, палива, масла і води.
Стандартна водотоннажність - водотоннажність повністю побудованого корабля, укомплектованого всім необхідним для військового часу, за винятком запасів палива, масла і котельні води, але з прісною і забортної водою і маслом в системах механізмів, котлах, теплих ящиках та стічних масляних цистернах, т. Е. включаючи вагу механічної установки, приготовленої до дії.
Нормальне водотоннажність (водотоннажність при офіційних випробуваннях) - водотоннажність, рівне стандартному плюс половина запасів палива, масла і поживні води, обумовлених повним водотоннажністю.
Повна водотоннажність - водотоннажність, рівне стандартному плюс запаси палива, масла, живильної води, в розмірах, що забезпечують задану дальність плавання повним і економічним ходами.

Найбільше водотоннажність - водотоннажність, рівне стандартному плюс додатковий боєприпас, який корабель може прийняти на обладнані для цього місця понад нормальний боєприпасу, передбаченого стандартним водотоннажністю, а також плюс запаси палива, мастильних матеріалів та котельні води в повному обсязі спеціально обладнаних для цього цистерн.

Таким чином, на величину водотоннажності впливає кількість вантажів, що знаходяться на кораблі. На посадку впливає кількість вантажів і розташування їх по довжині і ширині корабля. На остійність корабля (як ми побачимо далі) впливає кількість вантажів на кораблі і їх розташування по висоті. Тому дуже важливо знати, які вантажі знаходяться на кораблі, їх вага і як вони розташовані по довжині, ширині і висоті корабля. Відомості з перерахуванням найменувань всіх складових частин корабля, із зазначенням їх ваг і положення центра ваги їх по довжині, ширині і висоті корабля, що дають при підсумовуванні повний вага корабля і положення його центра ваги по довжині, ширині і висоті, називаються навантаженням корабля.

Для точного обліку всіх складових вага корабля, навантаження корабля, розбивається на розділи, групи, підгрупи і статті.

Основними розділами навантаження є: 1) корпус, 2) бронювання, 3) озброєння, 4) боєприпас, 5) механізми, 6) паливо, 7) постачання і команда, 8) запас водотоннажності.

Обчислення навантаження корабля вже в процесі проектування приділяють виняткову увагу. Особливий контроль за навантаженням повинен здійснюватися під час служби корабля. При стоянці корабля навантаження повинна перевірятися щодня, під час ходу - через кожні 4 години. На кораблях повинна проводитися найсуворіша вагова дисципліна. Такий точний облік стану змінних вантажів на кораблях (кількість і розташування) необхідний не тільки для того щоб знати про їх наявності, скільки для готовності корабля до боротьби за непотоплюваність.
Під час плавання часто виникають питання, пов'язані з визначенням водотоннажності корабля або середньої опади, наприклад: наскільки зміниться осаду після прийому або витрачання деякого заданого вантажу, який вантаж необхідно прийняти або видалити, щоб осаду збільшилася або, відповідно, зменшилася на певну величину і т. п.
Всі ці питання легко вирішуються за допомогою так званої кривої об'ємного водотоннажності, або «вантажного розміру», що виражає залежність водотоннажності від опади. Так, наприклад, на корабель потрібно прийняти вантаж вагою р і визначити, як зміниться його середнє осідання. За кривою об'ємного водотоннажності це легко вирішити, для чого по горизонтальній осі до водотоннажності корабля D до прийому вантажу потрібно додати вагу вантажу р і в точці А відновити перпендикуляр до перетину з кривою вантажного розміру. Потім через точку Б треба провести горизонтальну лінію, яка на осі осад відсіче нову осадку Т1.
Зміна осідання буде:

дельта Т = Т1-Т м.

У практиці часто потрібно вирішувати питання, пов'язані зі зміною опади, не вдаючись до розрахунків і довідкових матеріалів. Для цієї мети користуються спеціальної величиною - числом тонн на сантиметр опади, т. Е. Величиною вантажу в тоннах, що змінює осадку корабля на один сантиметр. Це число позначається буквою q і для кожного корабля є цілком визначеним. Так, для ескадреного міноносця q = 10-12 тонн / см, для базового тральщика й = 2,5-3,0 т / см.
Число тонн на сантиметр опади легко підрахувати, знаючи площу ватерлінії S, за формулою

q = 0,01 x гамма х S (т / см),

де гамма -об'ємних вага води, т / куб. м.

Припустимо, що на есмінець приймається вантаж р = 100 тонн; визначити, на скільки зміниться середня осаду есмінця, якщо
q = 10 т / см.

дельта Т = p / q = 100/10 = 10 см.

Необхідно мати на увазі, що користуватися числом тонн на сантиметр опади можна тільки до тих пір, поки що знімається або приймається вантаж за вагою не перевищує 10% водотоннажності корабля. У нормальних умовах на кораблі приймаються або знімаються з них зазвичай так звані малі вантажі, т. Е. Вантажі, що мають вагу менше 10% водотоннажності корабля.

Ми вже встановили, що величина зануреного в воду обсягу корпусу корабля є мірою плавучості. Чим більше цей обсяг, тим плавучість більше. У цьому сенсі весь водонепроникний обсяг корабля, розташований вище діючої ватерлінії, називається запасом плавучості корабля. В запас плавучості не включається обсяг надбудов і всіх виступаючих частин на верхній водонепроникною палубі.

На пошкодженій кораблі із запасу плавучості виключаються обсяги, розташовані вище ватерлінії, але належать пошкодженим відсіках, сполучених з забортної водою, а також надводні обсяги приміщень, в яких є надводні пробоїни.

Запас плавучості вимірюється в тоннах або кубічних метрах, а також у відсотках від нормального водотоннажності корабля.
Надводні кораблі мають запас плавучості приблизно 90 - 100% від водотоннажності корабля, підводні човни - 25-30%.
У броньованих кораблів розрізняють ще бойовий запас плавучості. Бойовим запасом плавучості називається водонепроникний обсяг корпусу корабля, розташований вище діючої ватерлінії і захищений бронею.
При пошкодженні корпусу корабель залишається на плаву в першу чергу завдяки запасу плавучості, який витрачається при затопленні приміщень в кількості, що дорівнює їх обсягу. Чим більше запас плавучості, тим більше води може прийняти корабель, залишаючись на плаву.

Запас плавучості є запас життєвої сили корабля і витрачати його потрібно вкрай розумно. Для більш раціонального використання запасу плавучості корабель розділяється перегородками і палубами на ряд водонепроникних відділень.
Необхідно пам'ятати, що запас плавучості зменшується при прийомі на корабель вантажів понад штатної навантаження і головним чином під час вступу на корабель забортної води через пробоїни і незадраенние забортні отвори.

Збереження запасу плавучості в першу чергу забезпечується міцністю і водонепроникністю борту, палуб н головних водонепроникних перегородок. Тому з метою постійного збереження запасу плавучості особовий склад корабля зобов'язаний завжди підтримувати в справному стані всі конструкції корпусу, водонепроникні двері, ілюмінатори, люки і горловини, трюми завжди тримати сухими, а також видаляти за борт лід при обмерзання палуб, рангоуту і такелажу. Необхідно суворо дотримуватися правил задраювання водонепроникних закриттів. Нехтування цим може закінчитися катастрофою.