Непотопляемость
Способность судна оставаться на плаву и сохранять свои мореходные качества в случае пробоины в обшивке или затопления через палубные отверстия называется непотопляемостью. Это свойство в первую очередь определяется запасом плавучести судна — его водонепроницаемым надводным объемом от КВЛ до верхней палубы. Чем выше надводный борт, тем большее количество воды может влиться внутрь корпуса, прежде чем судно затонет.
Непотопляемость небольших легких прогулочно-туристских судов обеспечить сравнительно несложно. Необходимо ограничить количество воды, заполняющей трюм, благодаря устройству бортовых отсеков плавучести, второго дна, герметичных отсеков в носу и корме — в местах, которые не могут быть эффективно использованы для других целей. Роль подобных отсеков могут выполнять блоки пенопласта с закрытыми порами, не впитывающего воду, воздушные ящики из металла. Отсеки и пенопласт, как и детали конструкции корпуса и его оборудования, образуют незатапливаемый объем судна или аварийный запас плавучести. Его величина обычно рассчитывается так, чтобы при заполнении корпуса водой судно сохраняло надводный борт около 10 см и положительную поперечную и продольную остойчивость.
В частности, по ГОСТ 19105—79 все прогулочно-туристские суда, выпускаемые промышленностью для продажи населению, должны иметь аварийный запас плавучести, позволяющий при их заливании водой оставаться на плаву со всем штатным снабжением, но без людей, а также иметь избыточный запас плавучести, равный 10 % полезной грузоподъемности. При этом подразумевается, что в аварийном случае пассажиры смогут придерживаться за корпус лодки, плавая около нее в воде. Кроме того, заполненное водой судно не должно переворачиваться при приложении к одному борту в районе миделя силы, равной 5 % полезной грузоподъемности.
Аналогичные требования содержатся и в правилах «Дет Норске Веритас», согласно которым все прогулочные суда длиной до 5,5 м, не имеющие сплошной палубы, должны быть снабжены запасом плавучести, и в американских стандартах BIA, по которым непотопляемыми должны быть лодки и катера длиной до 6 м.
В последние годы стало правилом, чтобы аварийный запас плавучести создавался путем установки в корпусе блоков из пенопласта, стойкого к воздействию масла и бензина, не впитывающего воду и не разрушающегося от вибрации, тряски или колебаний температуры. В зарубежной практике герметичные отсеки, встроенные в корпус, не рассматриваются в качестве средства обеспечения непотопляемости по причине низкой надежности; если воздушные ящики применяются, то расчет непотопляемости ведется при условии исключения объема двух самых больших ящиков.
Другой тенденцией является обеспечение плавучести и аварийной остойчивости заполненной водой лодки с людьми, находящимися внутри, а не плавающими около нее. Дело в том, что для поддержания на плаву человека, находящегося в воде, необходимо всего около 8 кг дополнительной плавучести, а для его поддержания полностью над водой — 75—100 кг (в зависимости от массы). Если человек сидит в лодке в воде по грудь, то необходимо около 30 кг плавучести для того, чтобы уравновесить массу части тела, находящуюся над водой. Таким образом, чтобы в случае заполнения лодки водой люди смогли оставаться в ее кокпите, следует предусмотреть дополнительный аварийный запас плавучести.
В качестве примера рассмотрим приближенный расчет количества пенопласта, необходимого для обеспечения непотопляемости дюралюминиевой мотолодки «Днепр» с четырьмя пассажирами, находящимися в кокпите. При этом учитывается незатапливаемый объем конструкции корпуса, двигателя и закрепленного в лодке оборудования.
1. Объем пенопласта, необходимый для поддержания на плаву корпуса с учетом того, что палуба и ветровое стекло располагаются выше ватерлинии:
| w1 = | Gк·k + Gп | м³, |
| p |
где Gк — масса корпуса лодки в воздухе, т (для «Днепра» — 0,14 т); Gп — масса конструкции палубы и стекла, т (0,02 т); k — коэффициент плотности материала корпуса, т/м³ — см. табл. 3; p — удельная плавучесть пенопласта, т/м³. При плотности пенопласта γ
p = 1 − γ.
Таблица 3
| Материал | Плотность, т/м³ |
Коэффициент плотности k |
| 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 |
Если в данном случае использовать пенопласт с плотностью 0,1 т/м³, то для обеспечения плавучести корпуса необходимо
| w1 = | 0,14 · 0,63 + 0,02 | = 0,12 м³. |
| 0,9 |
Этот пенопласт должен быть расположен симметрично по бортам в районе мидель-шпангоута лодки.
2. Объем пенопласта, необходимого для поддержания подвесного мотора:
| w2 = | Gм | = | 0,029 | = 0,03 м³, |
| p | 0,9 |
где Gм — масса погруженного в воду мотора и бензобака, т. Для расчетов можно принять Gм равным 0,55 сухой массы мотора с баком.
Этот объем пенопласта необходимо разместить в пределах расстояния 0,75—0,9 м от транца симметрично по обоим бортам для того, чтобы не было чрезмерного дифферента на корму при заполнении лодки водой.
3. Объем пенопласта, необходимый для поддержания людей в лодке, их багажа и снаряжения:
| w3 = | 0,5 · 75 · n + Gс · 0,125 | , м³, |
| 1000 |
где 75 · n — масса собственно пассажиров (кг) при их числе n; Gс — масса багажа и снаряжения, равная паспортной грузоподъемности минус масса пассажиров (для «Днепра» Gс = 400 − 75 · 4 = 100 кг).
| w3 = | 0,5 · 75 · 4 + 100 · 0,125 | = 0,19 м³. |
| 1000 |
Этот пенопласт располагается по бортам симметрично в нос и корму от середины кокпита в пределах обычного размещения пассажиров, причем запас плавучести стараются поместить возможно выше, под бортовой опалубкой.
Таким образом, общий объем пенопласта, необходимый для выполнения поставленного выше условия должен быть равен
w = w1 + w2 + w3 = 0,12 + 0,03 + 0,19 = 0,34 м³.
Если расчет выполняется для катера со стационарным двигателем, то Gм принимается равным массе 75 % массы двигателя с редуктором плюс масса стартерной батареи.
Аналогичным образом можно определить минимальный запас плавучести для удовлетворения требованиям ГОСТ 19105—79; только составляющая w3 принимается равной 10 % грузоподъемности лодки. Для лодки «Днепр» получим соответствующую цифру
w = 0,12 + 0,03 + 0,04 = 0,19 м³.
Недостаточно лишь рассчитать по приведенным выше формулам объем блоков пенопласта или воздушных ящиков. Важно еще распределить запас плавучести таким образом, чтобы в аварийном состоянии судно держалось на воде в положении на ровный киль и сохраняло положительную остойчивость. Иногда весь запас плавучести располагают в носовой части. При этом лодка, залитая водой, принимает почти вертикальное положение — тяжелый мотор разворачивает ее транцем вниз. Лодку в таком положении почти невозможно отбуксировать на мелкое место: мотор может зацепиться за дно и оторваться от транца; пассажирам трудно удерживаться около лодки.
Другая ошибка — весь пенопласт размещается под пайолами лодки. В случае заливания водой центр тяжести лодки оказывается расположенным слишком высоко и она переворачивается вверх килем. Теперь судно будет иметь устойчивое положение, вывести из которого его довольно трудно.
Рис. 11. Расположение пенопласта, рекомендуемое стандартом BIA-305‑77.
w1 — объем пенопласта, необходимый для поддержания на плаву корпуса лодки; располагается по всей длине корпуса симметрично относительно миделя; w2 — объем пенопласта для поддержания мотора; располагается в пределах длины корпуса 900 мм транца; w3 — объем пенопласта для поддержания людей; располагается в пределах длины кокпита.
В качестве отправных пунктов при распределении запаса плавучести можно воспользоваться приведенными выше рекомендациями и рис. 11. Пенопласт необходимо располагать возможно выше (под палубой или планширем) и достаточно широко разнести его по бортам и в оконечности судна. Хорошей практикой является создание вдоль киля под пайолами свободного от пенопласта пространства по всей длине лодки. В случае заливания водой это пространство заполняется первым и служит своеобразной балластной цистерной, препятствующей опрокидыванию лодки при ее дальнейшем заполнении.
В ряде случаев для обеспечения непотопляемости применяется пенополиуретан, который равномерно распределяется методом напыления по всей внутренней поверхности обшивки и палубы слоем толщиной 20—80 мм и защищается оклейкой стеклопластиком.
Следует заметить, что требования «Дет Норске Веритас» к объему аварийного запаса плавучести оказываются значительно более жесткими, чем ГОСТ 19105—79. При испытаниях заполненная водой лодка должна оставаться на плаву с двигателем и прочим постоянным оборудованием и не тонуть при загрузке ее дополнительным грузом из расчета 25 кг на каждого члена экипажа или определяемым по формуле
T = 50 · (L − 1,5·n) кг,
где L — наибольшая длина лодки. Для того же «Днепра» соответствующий дополнительный груз составляет 145 кг против 40 кг, требуемых при испытаниях по ГОСТ 19356—74. При этом проверяется остойчивость лодки путем установки на ее планшире кренящего груза массой (10 + 5·n) кг. Лодка не должна опрокидываться при крене вплоть до 60°.