Как найти площадь ватерлинии судна

Так как объем подводной части корпуса судна можно выразить через главные размерения и коэффициент общей полноты, т. е.

V=δLBT,

то водоизмещение (массу) судна можно представить в виде

D=ρδLBT

Водоизмещение D (нагрузка масс) и координаты центра тяжести (центра масс) определяются расчетом, учитывающим массу и местоположение отдельных составляющих.

Расчет водоизмещения и его геометрических характеристик подводной части корпуса производится по теоретическому чертежу судна при его проектировании , а для практических расчетов в период эксплуатации судна – по судовой технической документации, состоящей из гидростатических кривых , масштаба Бонжана, строевых, грузовой шкалы, таблиц и др.
Эти документы позволяют находить численные значения величин

при любой осадке

.

Объемное водоизмещение, а также координаты центра величины С определяют по теоретическому чертежу методом трапеций в табличной форме.

Кривые элементов теоретического чертежа (гидростатические кривые) представляют собой графическую зависимость более десяти геометрических величин подводной части судна(D, V, S, X_C, Z_C, X_f, r, R, Z_m, Z_M, I_x и тд.)
в функции от осадки Т (рис.4).

При вычислении значении величин по кривым элементов необходимо четко определить начало координат и масштаб

Рис.4.Кривые элементов теоретического чертежа

Эти же величины в судовой документации могут быть представлены в виде таблице гидростатических данных, структура которой показана в таблице

Таблица 38.3.1. Гидростатические данные

Осадка	Водоизмещение	Объемное водоизмещение	Абсцисса ЦВ	Аппликата ЦВ	Площадь ватерлинии	Абсцисса ЦТ ватерлинии
T, м	D, т	V, м3	Xc, м	Zc, м	S, м2	Xf , м
0,50	235	229	1,23	0,250	685,5	1,05
1,00	478	466	1.37	0.506	713,9	1,16
1,50	×××	×××	×××	×××	×××	×××
2,00	×××	×××	×××	×××	×××	×××
2,50	×××	×××	×××	×××	×××	×××
3,00	2197	2144	1,00	1,540	885,6	0,80

Расчеты водоизмещения и груза (драфт-сюрвей) позволяет провести грузовая шкала(рис.5),которая показывает зависимость от углубления T_y:
– водоизмещения D,
– дедвейта DW,
– числа тонн на 1см,
– осадки q и дифферентующего момента на 1см.

На некоторых грузовых шкалах приводится для D и DW несколько шкал при различной плотности воды от ρ = 1,000 т/м³ до ρ = 1,025 т/м³.

Рис.5. Грузовая шкала

Строевая по шпангоутам представляет зависимость погруженной площади шпангоута от его положения по длине судна (рис. 6).

Вычисления начинают с определения площади шпангоутов.
С этой целью площадь каждого шпангоута разбивают следами ватерлиний на n-е число участков, и криволинейные кромки заменяют прямыми (рис.6).
Расчеты будут тем точнее, чем большее число ватерлинии проведено.
Площадь шпангоута определяется как удвоенная сумма площадей трапеций, вписанных в этот шпангоут.
Далее на прямой в определенном масштабе отмечают теоретические шпангоуты, восстанавливают перпендикуляры и на них также в масштабе отмечают соответствующие площади шпангоутов.

Полученные точки соединяют плавной линией, которая характеризует изменение площади поперечного сечения судна по длине и называется строевой по шпангоутам (рис.6).
Если найти площадь фигуры, ограниченной строевой по шпангоутам, то она с учетом масштаба будет равна объемному водоизмещению судна.

Площадь строевой по шпангоутам определяется так же, как и площадь шпангоутов.

По горизонтали отложена длина судна L, а по вертикали – площади шпангоутов “ω_i“, обычно до КВЛ.
Площадь ее в масштабе равна объемному водоизмещению V .

Рис.6. Строевая по шпангоутам

Строевая по ватерлиниям изображает зависимость площади ВЛ от осадки Т , т. е. дает распределение водоизмещения по вертикали (рис.7).

Площадь строевой в масштабе равна объемному водоизмещению судна V.

Рис.7. Строевая по ватерлиниям

Объемное водоизмещение можно определить, пользуясь строевой по ватерлиниям, представляющей собой кривую, абсциссы которой в принятом масштабе дают площади ватерлиний в зависимости от осадки.

Площадь фигуры, ограниченной строевой по ватерлиниям, в соответствующем масштабе равна объемному водоизмещению по заданную осадку.

Площадь ватерлиний, а также площади фигуры, ограниченной строевой по ватерлиниям, находят так же, как и площади шпангоутов, методом трапеций.
Для этой же цели можно использовать специальный прибор, называемый планиметром.

Масштаб Бонжана — представляет собой диаграмму зависимости погруженных площадей теоретических шпангоутов от осадки.

Масштаб Бонжана позволяет вычислить весовое водоизмещение D и координаты ЦВ (ХC и ZC) при посадке судна с любым дифферентом (рис.8) и используется при расчетах непотопляемости судна.

Рис.8. Масштаб Бонжана

Для практических расчетов посадки судна и навигационных качеств обычно при расчете водоизмещения судна «D» используют грузовой размер и гидростатические кривые или таблицы и диаграммы осадок носом и кормой (рис.9).

Существуют и другие формы диаграммы осадок носом и кормой

Рис.9. Диаграмма осадок носом и кормой

Чтобы правильно определить при приеме – сдаче вес груза на борту методом драфт-сюрвея необходимо с максимальной точностью провести расчет весового водоизмещения судна «D».
Такой расчет проводится с помощью грузовой шкалы.

Грузовая шкала (рис.5) построена для посадки судна прямо и на ровный киль без учета изгиба корпуса, поэтому при расчете водоизмещения D по грузовой шкале необходимо ввести поправки.

Расчет водоизмещения судна по грузовой шкале ведется в такой последовательности:
1. По маркам углубления Т_н и Т_к рассчитываются средняя осадка Т_ср и дифферент ΔT.

2. По грузовой шкале определяется водоизмещение D₀ при средней осадке Т_ср.

3. Определяется поправка на дифферент и обводы к водоизмещению D_о, найденному по грузовой шкале для средней осадки Т_ср :

где М_н и М_k – моменты, дифферентующие судно на 1 см, снимаемые с грузовой шкалы при осадках носом и кормой соответственно;

ΔT – дифферент, определенный по маркам углубления;
x_f – абсцисса ЦТ ватерлинии с гидростатических кривых (рис.4).

Дополнительная поправка на изгиб корпуса приближенно определяется выражением:

ΔD_изг = 0,74*qf ,

где f – стрелка прогиба корпуса в сантиметрах:

f = (Т_м – Т_ср)*100,

Т_м – средняя осадка по отсчетам правого и левого борта по миделевым маркам углубления,

Т_м = (Т_{м пр}+ Т_{м лев})/2

На некоторых грузовых шкалах дается шкала водоизмещения только для стандартной плотности

ρ = 1,025 т/м3.

В этом случае вводится еще поправка на фактическую плотность забортной воды ρ_ф :

ΔD_плотн.=D*(ρ_ф– ρ)/ ρ

Окончательное значение водоизмещения найдется как сумма:

D = D_шк + ΔD_диф + ΔD_изг + ΔD_пл,

где D_шк – водоизмещение, определенное по грузовой шкале.

Все поправки суммируются со своими знаками и последняя из них учитывается, только если D_шк определено не для фактической, а для стандартной плотности или для пресной воды.

Массовое водоизмещение и координаты центра массы подсчитывают для различных случаев загрузки судна.

В эксплуатационной практике исходные данные по перевозимым грузам, которые необходимы для расчета нагрузки масс, можно определить по грузовому плану (рис. 10).

Рис.10. Грузовой план сухогрузного судна

Если для разных осадок определить объем погруженной части корпуса и соответствующее этим осадкам водоизмещение, то можно построить график, называемый грузовым размером (рис.11).

– мореходности судна,
– сохранности грузов и обеспечения возможности принимать и выдавать грузы в портах по коносаментам (попартионно).

Пользуясь грузовым размером, можно^
– определить изменение средней осадки от приема или расходования груза;
– по заданному водоизмещению определить осадку судна.

Рис.11.Грузовой размер

Для обеспечения безопасности плавания каждое судно должно обладать запасом плавучести.

Запас плавучести – это масса грузов, которое судно может принять сверх находящихся на нем до полного погружения.

Мерой запаса плавучести служит объем надводной непроницаемой части судна от действующей ватерлинии до верхней палубы, имеющей водонепроницаемые закрытия.

В этот объем могут входить и надстройки, если они также имеют водонепроницаемые закрытия.

В случае попадания воды внутрь корпуса осадка судна увеличивается, но оно остается на плаву.
Запас плавучести зависит от величины надводного борта: чем он больше, тем больше запас плавучести.

Исходя из этого, Регистр назначает каждому судну в зависимости от его размеров, назначения и района плавания минимальный надводный борт, который фиксируют в «Свидетельстве о грузовой марке», выдаваемом каждому судну.

Обычно запас плавучести составляет 30-50 % водоизмещения, на танкерах 15 – 25%, на пассажирских судах до 100%.

2.7. Элементы площади ватерлинии

Чтобы
определить V,
х_с
,
z_с
,
необходимо
знать площади ватер­линий S
и
абсциссы х_f

центров
тяжести этих площадей. Для расчета
остойчивости следует вычислить моменты
инерции площадей ватерлиний относи­тельно
координатных осей Ох,
Оу и
оси ff,
проходящей
через центр тяжести пло­щади ватерлинии.

Вначале
найдем элементы площади ватерлинии для
судна, сидя­щего прямо и на ровный
киль. Выделим элементарную площадь,
(рис. 1) длиной dx
и
шириной 2у:

dS
= 2ydx,
тогда

.
(1)

Рис.
1. К определению элементов площади
симметричной ватерлинии

Абсцисса
центра тяжести площади ватерлинии равна

х_f
=M_y
/
S
,
(2)

где
M_y
— статический
момент площади ватерлинии относительно
оси Оу.
Для
определения М_у
выпишем
сначала выражение для ста­тического
момента элементарной площади dS:
dM_y
= xdS
= x2ydx,
откуда

.
(3)

Теперь
получим формулы для определения осевых
моментов инерции площади ватерлинии
относительно главных центральных осей

Найдем
момент инерции dI_x
элементарной
площади dS,
для
чего воспользуемся известной из
теоретической механики формулой для
момента инерции площади прямоугольника
относительно главной
центральной
оси:

,
где b
= dx,
h
= 2y,
т. e.

,

тогда

.

(4)

Момент
инерции площади ватерлинии S
относительно оси
ff
равен

,
(5)

где
I_у
– момент
инерции площади ватерлинии относительно
оси Оу,
определенный по формуле

,
(6)
так
как элементарный момент инерции
площади dS
равен

;
Sx²_f
— переносный
момент инерции.

В
процессе эксплуатации судно может
плавать с начальным кре­ном, когда
ватерлиния несимметрична относительно
ДП.
Чтобы рас­считать для данного случая
площадь, статические моменты, моменты
инерции и другие элементы введем правые
у_п
и
левые у_л
ординаты
(рис. 2).

Рис.
2 К определению элементов площади
несимметричной ватерлинии

Согласно
рис. 2 выражение для площади элемента
с учетом того, что у_п

отрицательна,
можно записать в виде dS
=
y_n
dx—
у_л
dx
=(у_п
– у_л)
dx
, а площадь ватерлинии как

.

(7)

Аналогично
для статического момента площади S
относительно оси Оу
получим

(8)

Тогда

(9)

Для
несимметричной ватерлинии статический
момент площади относительно оси Ох
не
равен нулю. Статический момент для
правой элементарной площадки равен

,

для
левой –

,

суммарный
–

.

Тогда
формула для полного статического момента
запишется в виде

(10)

Центр
тяжести F
площади
ватерлинии будет находиться от ДП на
расстоянии

(11)

Для
моментов инерции элементарной площадки
можно записать следующие выражения

;

.

Следовательно,
моменты инерции относительно осей
координат бу­дут равны

;
(12)

.
(13)

Но
в дальнейшем в расчетах нам потребуются
моменты инерции относительно осей,
проходящих через центр тяжести F
площади
ватерлинии. Они определяются по формулам

;

.
(14)

Формула
(10) позволяет вычислить также статический
момент погруженного объема М_xz
несимметричного
судна относительно ДП,
а затем и ординату ЦВ

у_с.
Статический
момент может быть представлен как
интеграль-ная сумма статических моментов
элементарных объемов

,

или
с учетом (10)

.

Ордината
ЦВ

.
(15)

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Расчёт плавучести лодки или катера при затоплении

Чтобы лодка не тонула, она должна обладать гарантированным запасом плавучести, способным поддерживать ее на плаву. По закону Архимеда объем этого запаса плавучести (обычно в виде блоков пенопласта или полых «воздушных» герметичных бачков) должен быть численно равен весу корпуса лодки, мотора и людей; естественно, при погружении в воду они и сами вытесняют определенный объем, что следует учесть при расчете.

Вес заполненной водой лодки G3 можно определить по формуле

где Gк — вес корпуса, кгс; Gп — вес палубы, рубки и всего закрепленного оборудования, кгс; Gд — вес двигателя, кгс; K1, K2, Kд — коэффициенты плотности материалов корпуса, надстройки и двигателя (см. табл. «Коэффициенты плотности различных материалов»; знак минус означает, что материал обладает избыточной плавучестью). Для подвесных моторов Kд обычно равен 0,55; для установок со стационарными двигателями —0,75.

Таблица. Коэффициенты плотности различных материалов

Определим, например, «погруженный вес» лодки, построенной из легких сплавов, с мотором «Suzuki 30». Вес корпуса лодки Gк = 130 кгс; вес палубы (дерево) Gk = 20 кгс; вес двигателя Gд = 60 кгс.

G3 = 0,63*130 + (—0,78)*30 + 0,55*60 = 91,5 кгс.

Следовательно, чтобы эта лодка с мотором оставалась на плаву при полном затоплении водой, нужно в ее корпусе закрепить герметичные емкости или пенопласт общим объемом 91,5 дм 3 . А для того, чтобы лодка в случае аварии могла надежно поддерживать плавающих рядом и держащихся за нее пассажиров, на каждого из них нужно предусмотреть еще по 8 дм 3 пенопласта — такова норма Регистра СССР для любых спасательных приборов.

Источник

Как рассчитать ватерлинию лодки

Расчеты и чертежи в любительском судостроении.

Определение объемного водоизмещения и посадки судна. Часть 1

Чтобы определить положение неподвижного судна на воде, надо уметь определять объем подводной части корпуса и положение ЦТ этого объема по длине судна.

Если бы корпус судна имел форму параллелепипеда или другого простого геометрического тела, то было бы нетрудно найти на нем ватерлинию, отсекающую объем заданной величины и положение его ЦТ . При действительных же судовых криволинейных обводах найти нужную ватерлинию сложнее. Для этого поступают следующим образом: прочерчивают несколько параллельных ватерлиний (например, ватерлиний теоретического чертежа) и вычисляют отсекаемый каждой из них объем корпуса, а затем среди них находят ватерлинию, отсекающую объем заданной величины если положение ЦТ этого объема окажется не на той же вертикали, что ж ЦТ судна, то проводят на глаз наклонную ватерлинию, близкую к найденной, и вычисляют Для нее объем и положение ЦТ . Произведя такую операцию несколько раз, можно очень близко подойти к нужной ватерлинии.

Для вычисления объема корпуса, отсекаемого каждой ватерлинией, вычисляют объемы отсеков, заключенных между каждой парой соседних теоретических шпангоутов, а затем складывают их. Объем каждого отсека можно достаточно точно вычислить как полусумму отсекаемых площадей шпангоутов, умноженную на расстояние между ними т. е. на величину шпации:

S₁ S₂ — площади двух соседних шпангоутов, отсекаемые данной ватерлинией;

L₁ — шпация — расстояние между теоретическими шпангоутами.

Чтобы вычислить отсекаемые ватерлинией площади шпангоутов, можно применить способ трапеций. Поясним этот способ на примере. Пусть требуется вычислить площадь половины шпангоута, изображенной на рисунке.

Разбивка площади шпангоута на трапеции.

Разделим вычисляемую площадь равно отстоящими горизонталями (ватерлиниями) на ряд трапеций. Отрезки этих горизонталей между ДП и очертанием шпангоута называются ординатами. Все ординаты перенумеруем, как это показано на рисунке. Площадь каждой трапеции, заключенная между двумя соседними ординатами, равна по рисунку. Разбивка полусумме ординат, умноженной на расстояние между ними. Так, на пример, площадь трапеции между ординатами 1 и 2 равна:

h — расстояние между ординатами.

Площадь же половины шпангоута, отсекаемая самой верхней ватерлинией, равна сумме всех трапеций или же, иначе, сумме всех ординат без полусуммы крайних, умноженной на расстояние между ординатами. Для половины шпангоута, изображенной на рисунке, площадь равна:

Вычисление по этой формуле площади шпангоута рисунке приведено в таблице.

Таблица. Вычисление площади шпангоута.

Расстояние между ординатами	h=4 мм
№ ординаты	Ординаты мм
1	8,5
2	15,0
3	19,0
4	22.0
5	24,0
6	26,0
7	28,0
8	29,5
Сумма ординат	172,0
Исправленная сумма	172 — 15 =157 мм
1/2 площади шпангоута = 1h	157×4=628 мм 2 = 6,3 см 2
Площадь S1 шпангоута	6.3X2=12,6 см 2

Так как на рисунке показана лишь половина шпангоута, результат вычисления надо умножить на 2; следовательно, полная площадь шпангоута, вычерченного на рисунке, равна

S₁=630X2=1260 мм 2 = 12,6 см 2

Чтобы вычислить по формуле объем отсека, надо вычислить также по формуле площадь S₂ соседнего шпангоута. Допустим, что она равна 16,60 см 2 , а расстояние между шпангоутами на теоретическом чертеже равно 5 см. Тогда по формуле объем отсека на теоретическом чертеже будет равен:

Если, пользуясь формулой 1, вычислим объемы всех отсеков, то, сложив эти объемы, получим объем корпуса по данную ватерлинию. Вычисление объема корпуса можно несколько сократить: не вычислять объем каждого отсека в отдельности, а вычислить объем корпуса посредством формулы 2, подставив в нее вместо значений ординат значения площадей шпангоутов; тогда формула для вычисления объемного водоизмещения будет выглядеть так:

V — объем корпуса, отсекаемый ватерлинией I;

S S₁ S_3. S_n — площади шпангоутов, отсекаемые данной ватерлинией.

L — расстояние между шпангоутами.

Как видно, объем корпуса равен сумме площадей шпангоутов без полусуммы крайних, умноженной на расстояние между шпангоутами. Вычисления по формуле удобно производить в виде таблицы.

Таблица. Вычисление площади шпангоута по данную ВЛ. (пример)

Расстояние между шпангоутами	l=5 cм
№ шпангоута	1/2 площади шпангоута, см
1	6,30
2	8,32
3	10,80
4	11,85
5	12,50
6	12,57
7	10,93
8	8,37
9	3,50
0,40
Сумма половины площадей шпангоутов	85,54 см 2
Исправленная сумма	85,3 см 2
1/2 водоизмещения	85,3Х5,0=426 см 3
Объемное водоизмещение V	426Х2=852 см 3

Таким образом, вычисление водоизмещения по данную ватерлинию будет заключаться в заполнении 11 или 21 (по числу шпангоутов) таблиц, аналогичных таблице «вычисление площади шпангоута», и одной таблицы, аналогичной таблице «вычисление площади шпангоута по данную ВЛ». Все вычисления производим по теоретическому чертежу, выполненному в определенном масштабе, поэтому результат вычисления объема для его перевода на натуру следует соответственно увеличить на масштабное число в кубе. Так, если в нашем примере масштаб чертежа, по которому производились вычисления, равен 1 : 10, то вычисленный объем для натуры составит:

V _нат = 852 см 3 Х 10 3 = 852 000 см 3 = 0,852 м 3

Читать далее: Определение объемного водоизмещения и посадки судна. Часть 2.

Источник

Справочник по катерам, лодкам и моторам

Плавучесть, пассажировместимость и грузоподъемность

Плавучесть — это способность судна держаться на плаву, имея заданную осадку при определенной нагрузке. Однако элементом, ограничивающим грузоподъемность и пассажировместимость малых судов, чаще является не осадка, а высота надводного борта (и остойчивость). При посадке большого числа людей в открытую шлюпку можно заметить, как с очередным пассажиром уменьшается высота надводного борта. Следовательно, высота надводного борта является первым ограничителем грузоподъемности.

Минимальной высотой надводного борта для открытых (беспалубных) судов можно считать норму Регистра СССР, предъявляемую к спасательным шлюпкам: надводный борт в полном грузу должен составлять не менее 6 % длины судна. Однако чтобы шлюпка могла плавать по взволнованной поверхности моря, борт в носу должен составлять более 10 % длины. Примерно такие же пределы указаны в ГОСТ 19105—79 ¹, где в зависимости от высоты надводного борта оговаривается расчетная высота волны, при которой допускается эксплуатация судна (см. табл. 1; при высоте надводного борта 0,20 м лодка может быть допущена к плаванию при волне, не превышающей 0,25 м).

¹ ГОСТ 19105—79 «Суда прогулочные гребные и моторные. Типы, основные параметры и общие технические требования».

Рис. 5. Схема определения высоты борта: а — в корме мотолодки при наличии подмоторной ниши; б — в корме катера (F_к — до нижней кромки воздухозаборного отверстия); в — на миделе; г — у форштевня.

B и L — точки замера наибольшей ширины и длины судна.

Минимальная высота надводного борта принята в качестве критерия и в других правилах постройки малых прогулочных и туристских судов. В частности, в правилах «Дет Норске Веритас», принятых в странах Скандинавии, минимальный надводный борт при полной нагрузке должен быть не менее 0,20 B, где B — ширина судна, а на самых маленьких лодках — не менее 0,2 м.

Несколько слов о замерах высоты надводного борта. Для открытой гребной шлюпки ее определить несложно, однако все чаще в проектах моторных лодок и катеров, особенно строящихся из стеклопластика, конструкторы стараются разбить высокий надводный борт на две узкие части, помещая привальный брус где-то посередине его высоты. В этих случаях принято измерять высоту надводного борта на миделе от ватерлинии до верхней кромки водонепроницаемой конструкции, например, комингса кокпита (рис. 5). В корме высота борта замеряется до верхней кромки переборки подмоторной ниши или до выреза в транце под мотор, если ниши нет. В носу высота борта замеряется до привального бруса или до точки касания линейки, приложенной к брусу и к палубе, как показано на рис. 5, г.

Вполне понятно, что грузоподъемность и пассажировместимость малого судна зависят от его размерений и объема корпуса. Несложно определить массу груза, при котором осадка лодки увеличится на 1 см. Она будет равна произведению площади ватерлинии, умноженной на 1 см (0,01 м) и плотность воды γ:

Здесь α — коэффициент полноты площади ватерлинии, L и B — длина и ширина судна по ватерлинии, м. Для прикидочных расчетов коэффициент α можно принимать равным 0,75—0,80 для мотолодок и катеров и 0,62—0,70 для гребных круглоскулых лодок с традиционными обводами.

Зная минимально допустимую высоту надводного борта F_мин, можно вычислить предельную грузоподъемность данного судна, умножив полученное значение Δ на разность между фактическим надводным бортом при осадке судна порожнем, но со снабжением и запасом горючего на борту, и F_мин. Разделив же грузоподъемность на 75 кг (масса одного человека; с багажом — 100 кг), получим предельную пассажировместимость.

Подобные расчеты будут иметь силу лишь в том случае, если не нарушаются два основных эксплуатационных качества судна — его остойчивость и непотопляемость. Поэтому в практике работы органов надзора за безопасностью плавания на малых судах используются другие методы, включая полные испытания построенных головных образцов в различных условиях.

Инспекторы Береговой охраны США для быстрой прикидки максимального числа людей, допустимого к посадке в лодку, пользуются простой приближенной формулой:

n =	Lнб · Bнб	= 0,7Lнб · Bнб чел.
1,4

Если получится дробное число, оно округляется до целого меньшего числа.

Максимальная вместимость спасательных шлюпок определяется в зависимости от валового — полного — внутреннего объема шлюпки посредством деления величины этого объема на 0,283 м³ — условный объем, который занимает в шлюпке сидящий человек. Эта норма, однако, для оценки вместимости прогулочных лодок не пригодна, ибо она должна применяться в сочетании с целым рядом других ограничений, касающихся остойчивости и непотопляемости судна, оговоренных специально для спасательных шлюпок и проверяющихся Регистром СССР при их испытаниях.

Рис. 6. Положение «плоскости статического плавания» при наличии самоотливной ниши (SFP₁) и без нее (SFP₂).

В практике ассоциации лодочной промышленности США BIA принят стандарт BIA-303‑77 «Грузоподъемность лодки». Расчет основан на определении объема корпуса лодки от киля до условной плоскости «статического плавания» SFP (рис. 6). Эта условная ватерлиния проходит через самую носовую точку форштевня и ниже каких-либо отверстий в корпусе, через которые в него может попадать вода. В случае, если транец имеет вырез под мотор, плоскость «статического плавания» SFP₂ проходит через верхнюю кромку транца. Если подмоторная ниша отделена от кокпита водонепроницаемой переборкой, то плоскость SFP₁ касается верхнего края этой переборки.

Таким образом, в расчет принимается полный водонепроницаемый объем корпуса лодки. Если умножить его величину на плотность вытесняемой воды, то получится максимальное водоизмещение судна, которое плавает при погружении корпуса по плоскость SFP. Из этой величины водоизмещения вычитают массу корпуса с закрепленным на нем оборудованием и массу топлива в стационарных баках. Одна пятая (20 %) оставшегося водоизмещения и является допустимой нагрузкой для данного судна (если оно рассчитано на подвесной мотор) по стандарту BIA:

где γ — плотность воды, т/м³; V — объем корпуса до плоскости SFP, м³; G₁ — масса лодки, включая корпус и оборудование, постоянно в ней закрепленное, т.

Если на лодке используется подвесной мотор мощностью менее 2 л. с. или лодка гребная, то рассчитанная таким образом грузоподъемность может быть увеличена на 50 %.

При стационарной механической установке из максимального водоизмещения кроме массы корпуса и закрепленного оборудования вычитается масса двигателя, аккумуляторных батарей, цистерн с топливом (все вместе — G₂), и грузоподъемность Q₂ определяется по формуле:

Q₂ в данном случае является допустимой полезной нагрузкой, которую составляют на прогулочном судне пассажиры и багаж. В отечественной практике для определения пассажировместимости масса одного человека с багажом принимается за 100 кг; за рубежом в расчетах используется средняя масса человека, равная 75 кг (без багажа).

Для определения полезной нагрузки лодки с подвесным мотором необходимо из допустимой нагрузки Q₁ вычесть массу подвесного мотора, стартерной батареи и дистанционного управления.

Например, объем корпуса мотолодки «Прогресс-2» по ватерлинию «статического плавания» равен 3,27 м³; масса корпуса — 170 кг; масса подвесного мотора «Вихрь-30» — 48 кг; масса бензобака — 22 кг; стартерной батареи — 10 кг.

Таким образом, по правилам BIA максимально допустимая нагрузка должна была бы составить

Q1 =	1	· (3270 − 170) = 620 кг,
5

а масса пассажиров, допускаемых к посадке в лодку:

Q_п = 620 − (48 + 22 + 10) = 540 кг

540 : 100 = 5 чел.

При оценке грузоподъемности по описанному выше методу важно, чтобы водонепроницаемый объем корпуса соответствовал в действительности принятому положению плоскости «статического плавания». Ниже этой плоскости недопустимы какие-либо отверстия в бортах или в переборках подмоторной ниши. Отверстия для прохода тросов дистанционного управления, если они делаются ниже SPF, должны быть снабжены уплотнениями (сальниками).

Для того чтобы судно плавало по конструктивную ватерлинию, имея заданную осадку и высоту надводного борта, кроме соблюдения равенства весовой нагрузки судна его объемному водоизмещению, умноженному на плотность воды, необходимо выполнение второго условия; центр тяжести судна (ЦТ), определенный с учетом положения массы пассажиров, подвесного мотора, запаса топлива и прочих грузов, должен располагаться на одной вертикали с точкой приложения равнодействующих сил плавучести. Такой точкой является центр тяжести воды в объеме подводной части корпуса, называемый центром величины (ЦВ). Поскольку подводная часть корпуса симметрична относительно ДП, то ЦТ должен располагаться, как и ЦВ, точно в ДП судна. В случае смещения ЦТ в сторону какого-либо борта судно получает начальный угол крена на тот же борт. Следовательно, высота надводного борта с этой стороны уменьшится и потребуется меньшее кренящее усилие, чтобы наклонить судно до его заливания или опрокидывания, чем это требовалось бы при симметричном расположении нагрузки.

Если из-за неточностей, допущенных при проектировании или постройке судна, ЦТ окажется смещенным в нос или корму от ЦВ, то оно получит наклон — начальный дифферент соответственно на нос или на корму. Дифферент существенно влияет на ходовые качества малого судна и поведение его на волне. Дифферент на нос всегда нежелателен, так как лодка становится неустойчивой на курсе, сильно зарыскивает и плохо всходит на встречную волну. Кроме того, на судах некоторых типов при сильном носовом дифференте 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: чтобы избежать заливания мотора при его ремонте на плаву, лучше всего попросить пассажиров переместиться ближе к носу лодки.

В подавляющем большинстве случаев ЦТ и соответственно ЦВ судна располагаются немного в корму от мидель-шпангоута, поскольку носовая часть корпуса более острая, чем кормовая. На водоизмещающих лодках и катерах это смещение невелико — не превышает 10 % L. Однако для более быстроходных судов, особенно для глиссирующих, желательна более кормовая центровка, при которой ЦТ располагается от транца на расстоянии 36—41 % L. На расчетном режиме движения эти катера поддерживаются гидродинамическими подъемными силами, результирующая которых приложена в кормовой трети днища. Смещение ЦТ к транцу позволяет получить оптимальный угол атаки днища и смоченную длину. Начальный дифферент на нос на глиссирующем судне хотя и облегчает в ряде случаев выход на глиссирование, становится причиной продольной неустойчивости движения на полном ходу — дельфинирования.

Чтобы судно после постройки и спуска на воду село точно по заданную ватерлинию, конструктор еще при разработке чертежей должен выполнить предварительный расчет весовой нагрузки и координат центра тяжести судна по основным разделам: корпус; фундамент под двигатель; дельные вещи и палубное оборудование; рубка или надстройка; оборудование внутренних помещений; двигатель с трубопроводами и гребным валом; рангоут, такелаж и паруса; электрооборудование; системы с трубопроводами и цистернами; полезная нагрузка: экипаж, запасы пресной воды и провизии, горючее для двигателя; снабжение; балластный фальшкиль (на парусных яхтах). Некоторые из элементов весовой нагрузки известны заранее, например, масса двигателя, экипажа, запасов горючего, воды и провизии, якорей и других предметов снабжения. Другие разделы — масса корпуса, оборудование помещений и т. п., сначала рассчитываются приближенно, по данным уже построенных судов аналогичного типа и близких размерений.

Для пересчета массы корпуса P_к, например, используют такую характеристику, как кубический модуль — условный объем корпуса, равный произведению L_нб·B_нб·H. Для корпусов, имеющих идентичную конструкцию и изготовленных из одного и того же материала, величина

кг/м³ — масса корпуса, отнесенная к единице кубического модуля, — сравнительно стабильна. Например, масса корпуса каютного катера длиной 7—10 м с остроскулыми обводами, построенного из легкого сплава (сварной конструкции), может быть определена как (50÷60) L_нб·B_нб·H кг. Корпус такого же катера из стеклопластика весит (55÷70) L_нб·B_нб·H кг. Воспользовавшись данными различных мотолодок и катеров, приведенных в последующих главах, нетрудно получить удельные массы корпусов и для судов других типов.

В дальнейшем, разрабатывая рабочие чертежи для постройки судна, конструктор рассчитывает массу каждой детали корпуса, устройств и оборудования, определяет координаты их центров тяжести по длине (от миделя), высоте (от ОП) и ширине (от ДП) и вносит эти данные в сводную таблицу весовой нагрузки. Сумма моментов масс всех деталей относительно базовых плоскостей (они равны произведению массы детали на соответствующую координату ее центра тяжести), поделенная на весовое водоизмещение, дает соответствующую координату общего ЦТ судна.

Существенное влияние на дифферент судна оказывают переменные грузы — топливо и вода в цистернах, которые расходуются в течение плавания, а также перемещения экипажа вдоль судна. Поэтому цистерны для расходуемых жидкостей стараются разместить вблизи общего ЦТ, а для экипажа предусматривают штатные места на время хода.

Источник