Плавучесть малотоннажных судов

Плотность стеклопластика больше чем воды, а потому лодка может потонуть. Противники применения стеклопластика считают это основным недостатком. Когда-то многие утверждали, что и стальные суда плавать явно не смогут. Но ведь и любая деревянная лодка крупнее шлюпки потонет, оказавшись за­хлестнутой волной, поскольку плавучесть древесины совершенно недостаточна для поддержания балластного киля или двигателей. Даже обладающая плавучестью деревянная лодка вряд ли удержит при этом одного человека.

Все суда нуждаются в запасе плавучести независимо от того, из какого материала они изготовлены. Правило безопас­ности гласит: «Оставайся при судне, не стремись плыть к берегу». Но оно справедливо, если судно, захлестнутое волной, продолжает оставаться на плаву (и команда тоже).

ПлавучестьПлавучесть судна обеспечивается во имя спасения людей, а не судна.

Воздушные ящики

Пустотелые воздушные ящики имеют небольшую стоимость, но наименее надежны. Вследствие этого применять их не рекомен­дуется. Заполнение пространств плавучести пенопластом обходится дороже, но обеспечивает максимальную надежность.

В случае серьезной аварии пустотелые ящики могут получить столь значительную пробоину, что большая часть воздуха окажется вытесненной, особенно при опрокидывании, которое в таких ситуациях наиболее вероятно. Шлюпки, имеющие двухслойную обшивку, особенно уязвимы в подобных случаях, поскольку весь их запас плавучести заключен в едином пространстве между наружной и внутренней оболочками. Достаточно одной значительной пробоины, и вся плавучесть будет утрачена. В то же время маловероятно, чтобы три или более изо­лированных ящика получили пробоины одновременно.

Однако определенный объем воздуха обычно остается внутри поврежденного отсека (особенно у шлюпки с двойной обшивкой), сохраняя его некоторую плавучесть, но в силу очевидных причин на это не следует полагаться. Воздушные ящики должны обеспечивать оптимальный коэффициент безопасности, т. е. сохранение плавучести при затоплении более чем одного из них.

Не лишне напомнить, что величественный «ТитаникТоп 10 затонувших кораблей, ставших местами паломничества дайверов» считался непотопляемым.

Пространства, заполненные пенопластом, всегда остаются на плаву. В случае большой теоретической плавучести может оказаться достаточным частичное заполнение. При незначи­тельном увеличении массы объем заполняемого пенопластом пространства меньше объема воздушной полости, требуемой для обеспечения плавучести.

Использование пустотелых элементов плавучести оправдано лишь в случае применения мешков из поливинилхлорида или резины. Они имеют самые различные размеры и формы и настолько эластичны, что их можно размещать внутри гоночных шлюпок, заполняя, таким образом, пространство любой прием­лемой формы.

Общим недостатком воздушных ящиков является просачи­вание в них воды, способное привести к потере большей части плавучести. В этом отношении заполнение пространств пено- материалами обеспечивает еще одно преимущество. Просачи­вание воды в момент захлестывания судна волной происходит медленно. Ее количество обычно пополняется за счет воды, скапливающейся в трюме, и дождевой воды. Однако трещина в верхней части ящика приводит к утечке воздуха, результатом чего является ускоренная и, возможно, чреватая послед­ствиями потеря плавучести, особенно в сочетании с поврежде­нием или иными дефектами, позволяющими воде проникнуть внутрь ящика при одновременном вытеснении воздуха наружу.

Часто повреждение происходит не в днищевой части, а где-то посредине борта. В подобном случае бывает трудно удалить попавшую внутрь воду. Для полного удаления воды, попавшей внутрь воздушных ящиков, а также в пространство между оболочками шлюпок с двойной обшивкой, требуется устанавливать сливные резьбовые пробки или заглушки. Это особенно необходимо для шлюпок, поскольку течь может обра­зоваться в результате малейшего повреждения или наличия внутренних дефектов.

Основными дефектами являются трещины в приформовочных угольниках в местах соединения воздушного ящика с корпусом или отрыв приформовок от корпуса вследствие изгибов последнего в процессе эксплуатации. Приформовочные угольники должны быть тщательно отформованы. Очень важно обеспечить качественное соединение. Дефекты в соединениях воз­никают обычно вследствие плохой подготовки поверхности (см. статьи Крепление арматуры и соединение отформованных конструкцийМалотоннажные суда из стеклопластика и Увеличение жесткостиУвеличение жесткости судовых конструкций). Следует браковать приформовочные угольники, которые выглядят покоробленными и ворсистыми. Они могут привести к появлению множества течей, каждую из которых в отдельности невозможно обнаружить и устранить. К тому же при этом нелегко обеспечить отверждение стеклопластика при заформовке дефектов.

Заполнение пеноматериалами не может предотвратить про­сачивания, если материал не занимает всего пространства пла­вучести и не исключает водопоглощения.

При использовании для заполнения обычных плит или блоков остаются значительные воздушные пространства по кром­кам и между блоками. Тем не менее при этом обеспечивается достаточно надежная плавучесть (рис. 1), поскольку пеноматериал заполняет большую часть пространства и в случае появления течи при повреждении для воды остается не слишком много места.

К тому же ни один из пеноматериалов не подвержен быстрому разрушению водой. Однако впитывание воды пенозаполнителем в течение длительного промежутка времени приведет к набуханию стеклопластика. Вода при этом не будет высыхать и может проникать сквозь пеноматериал или по внутренним каналам, что приведет к его разрушению. Ячейки у пенопластов либо открытые, внутри связанные как у губки, либо замкнутые как у мыльной пены, при этом тот или иной тип ячеек составляет не более 90% общего их числа. Обычно используемые на практике пеноматериалы с открытыми ячейками жестки, а не эластичны подобно губке и, таким образом, не способны быстро впитывать воду. В результате этого обес­печивается сохранение необходимого запаса плавучести.

Теоре­тически возможно сквозное заполнение ячеек водой, но на это потребуется длительное время, поскольку в промежутках между ячейками содержится значительный объем воздуха. Пенополистирол, получаемый посредством вспенивания отдельных гра­нул, имеет большое количество замкнутых ячеек.

Из пенопластов применяют:

• обычный полистирол, легкий изоляционный материал белого цвета;
• полиуретан, эластичный обивочный или в виде жестких листов;
• вспененный полихлорви­нил как жесткий, так и эластичный и «Оназот», представляю­щий собой губчатую резину, похожую на пенопласт.

Исполь­зуют также пробку и бальзовую древесину.

С целью получения прочного соединения материала со стен­ками смесь двух компонентов заливают или напыляют в жид­ком состоянии, после чего происходит быстрое вспенивание и заполнение пространства. Для напыления или инжекции не­которых из таких смесей требуется применять дорогостоящее оборудование.

Предлагается к прочтению: Ремонт гребных лодок, шлюпок и катеров

Наиболее широкое распространение получили полиуретано­вые пенопласты плотностью от 30 до 160 кг/м³. Они создают значительное усилие при вспенивании, достаточное, чтобы под­нять человека.

Во избежание коробления, особенно корпуса со сложными обводами, необходимо предпринимать меры пред­осторожности.

Воздушные ящики плавучести зачастую можно изготовить непосредственной обформовкой поверхностей пеноблоков с обе­спечением формы, соответствующей заполняемому пространству. Это позволяет избежать трудностей, связанных с изготовлением отдельной матрицы. Грубая отделка внутри корпуса — неболь­шой недостаток.

Непосредственную обформовку полистирола осуществить не­возможно, так как полиэфирная смола быстро растворяет его. Полистирол должен быть защищен. Один из удовлетворитель­ных методов защиты — это покрытие его полиэтиленовой плен­кой или битумной краской. Преимуществом полистирола яв­ляется его дешевизна и доступность.

Другие пенопласты в значительно меньшей степени подвер­жены воздействию смолы при условии достаточно быстрой ее полимеризации. Однако пористость приводит к повышенному расходу смолы, что исключается при нанесении любого покры­тия. Пористость наиболее вероятна на срезах кромок, однако автору пришлось однажды испытать неудачу при использо­вании пробки вместо пенопласта. Крупные полости впитали так много смолы, воспрепятствовав при этом равномерной пропитке, что в итоге ящик получился с явно выраженными по­рами.

Подобный метод применим для изготовления ящиков, имею­щих основу из фанеры или досок, с последующей их оконча­тельной наружной обформовкой (рис. 2).

Фанерная основа обладает небольшой прочностью, достаточной лишь для под­держания слоев поверх нее в процессе наформовки. Она ис­пользуется только как оформитель, поэтому целесообразно применять дешевые сорта ее. При этом нет необходимости ус­ложнять конструкцию, выполняя тщательную пригонку и обес­печивая жесткое ее соединение с корпусом. Совместное соединение основы с корпусом посредством липкой ленты вполне приемлемо, оно в конечном счете обеспечивает присоединение к формованной конструкции. Формование лучше всего выпол­нять в два этапа, отверждая первый слой перед наложением второго. Это позволит избежать возможных неприятностей, обусловленных гибкостью неровной и тонкой основы.

Таким образом получают ящик достаточно прочной формо­ванной конструкции. При необходимости фанерную основу можно изготовить прочной, а затем покрыть снаружи тонким слоем стеклопластика в целях обеспечения износостойкости. Ящики плавучести можно сделать целиком из фанеры (рис. 3). Рекомендуется заполнить полость пенопластом. Можно исполь­зовать также:

• пробку;
• вермикулит;
• или другие легковесные за¬полнители.

Материал, предназначенный в качестве заполни­теля, не должен быть слишком плотным или способным к водопоглощению. Создающие плавучестьПлавучесть судна материалы требуется надежно за­креплять. Пространства плавучести должны иметь достаточную прочность, чтобы противостоять выталкивающим нагрузкам.

Например, отсек, имеющий габариты 0,65х0,65х0,65 м и нор­мальный для обеспечения плавучести объем 0,23 м³, создает запас плавучести 228 кг. При затоплении судна подъемная сила такого отсека равна четверти тонны. Необходимо предотвра­тить ослабление или поломку судна от действия этого усилия, так как судно должно оставаться на плаву. Легкие найтовы и винты могут оторваться. Подобное усилие может возникнуть, естественно, в том исключительном случае, когда судно за­топлено до полного погружения ящика. Обычно усилие не превышает значения, необходимого для поддержания судна на плаву, т.е. равно массе, вытесненной суд­ном воды; при этом ящик распола­гается выше уровня затопления.

Расчет плавучести

Один кубический метр объема воз­душного ящика создает положи­тельную плавучесть, равную 1000 кгс в пресной воде и 1040 кгс в соленой. При расчетах следует руководство­ваться первым значением.

Пенополистирол обладает поло­жительной плавучестью в пресной воде около 900—950 кгс на 1 м³ объема, что не составляет сущест­венной разницы по сравнению с плавучестью, создаваемой объемом воздушного ящика. Ниже приведены значения удельной плавучести материалов в пресной воде.

Согласно Международной конвенции 1960 г. по спасению на море положительная плавучесть, необходимая для поддержа­ния человека на воде, составляет 65 кгс.

Как уже отмечалось, плотность стеклопластикаСоздание защищенных от износа конструкций судна ниже, чем стали, а, следовательно, для обеспечения безопасности судна из стеклопластика требуется меньший запас плавучести. Плот­ность стеклопластика составляет около 1,5, так что его масса в погруженном состоянии равна лишь одной трети его массы вне погружения, т. е. суда из стеклопластика являются легко­весными. Например, для поддержания небольшой формованной шлюпки массой 20 кг требуется усилие, равное 5,7 кгс, что со­ответствует объему около 0,01 м³. Благодаря значительному ко­личеству деревянных деталей внутренней отделки объем может быть еще меньше.

В противоположность этому для поддержания энергетиче­ской установки и оборудования или балластного киля, имеющих значительную массу, требуется плавучесть, равная 90% массы этих конструкций. В то же время объем, равный 0,01 м³, кото­рый поддерживает шлюпку массой 20 кг, достаточен лишь для поддержания массы 7,5 кг, что составляет примерно половину массы небольшого подвесного мотора.

Трехслойная конструкция имеет обычно легкий заполнитель и обладает соответствующей плавучестью, значение которой за­висит от толщины и материала заполнителя. Она гарантирует поддержание по крайней мере самого корпуса и тем самым обеспечивает непотопляемость (табл. 1).

Условные обозначения:

• V_в — объем воздушного пространства, необхо­димого для поддержания плавучести болванки массой 40 кг при погружении ее в воду (знак минус означает добавляемую плавучесть);
• V_x — объем материала массой 40 кг;
• Объем других материалов, необходимый для создания той же плавучести, можно получить методом пересчета.

Для правильной оценки данных, представленных в табл. 1, следует помнить, что свинец массой 40 кг представляет собой небольшой кусок, но 40 кг стеклопластика — это уже масса, вполне достаточная для изготовления судна. Для поддержания свинца требуется в десять раз больший объем плавучести по сравнению с собственным объемом, для поддержания стекло­пластика— только половина от собственного объема, а чело­века— одна десятая.

Из табл. 2—4 видно, как пользоваться данными, приведен­ными в табл. 1, при определении плавучести судна любого типа. Представленные в табл. 2—4 значения являются приближен­ными, хотя и типичными.

Примечания.

1. При удельной плавучести 960 кг/м³ объем 0,065 м³ обеспечивает плавучесть, эквивалентную усилию 62 кгс. Это в свою очередь эквивалентно трем блокам пенополистирола габаритами 0,9х0,15х0,2 м каждый. При наличии деревянной оснастки дополнительная плавучесть составляет около 6-8 кгс.
2. С 1975 г. различными государственными органами для обеспечения постоянной плавучести на судах (воздушные ящики, классифицируемые как постоянные) введено требование, согласно которому запас плавучести должен составлять 17-20 кгс из расчета на одного пассажира.

Примечание.

• При удельной плавучести 960 кг/м³ объем 0,182 м³ обеспечивает плавучесть, эквивалентную усилию 175 кгс. Это в свою очередь эквивалентно суммар­ному объему носового отсека плавучести габаритом 1,15×0,3×0,3 м и кормового отсе­ка габаритом 1,2X0,3×0,3 м.

Примечание.

• При удельной плавучести 960 кгс/м³ объем 0,764 м³ обеспечивает плавучесть, эквивалентную усилию 732 кгс. Такой объем составляет значительную часть пространства небольшого судна, равную, например, пространству, занимаемому одним спальным местом. В то же время плавучесть, необходимая для поддержания команды, не превышает 5%.

Следует рассматривать каждый от­дельный случай в соответствии с действительными массовыми нагрузками. Необходимо исходить всегда из наихудших условий при мак­симальной нагрузке, поскольку именно при таких обстоятель­ствах авария наиболее вероятна. Разумно рассматривать такое решение как едва достаточный минимум и ориентироваться на обеспечение максимально возможного запаса плавучести. Это особенно важно применительно к судну, оснащенному пустоте­лыми ящиками, плавучесть которых может быть утрачена в ре­зультате течи при повреждении. Следует исходить при расчетах из предположения, что по меньшей мере один воздушный ящик может быть выведен из строя. В случае использования ящиков с пенозаполнителем необходимости в таком допущении не воз­никает.

Плавучесть малых прогулочных судов

Отсеки плавучести небольших прогулочных катеров занимают значительную часть полезного пространства. А чем меньше судно, тем большую ценность приобретает каждый клочок жи­лого или складского места. На судне можно оборудовать че­тыре спальных места, но при этом трудно в самом благоприят­ном случае обеспечить оптимальные удобства для четырех чело­век и разместить принадлежащее им личное имущество, а также судовое оборудование Конструкция и оборудование судов. Так же обстоит дело даже на судах бо­лее крупных.

Для небольшого судна требуется существенный запас пла­вучести, и оно не может в достаточной мере считаться пригод­ным для морских плаваний. Это может положить начало но­вому направлению, и однажды яхты начнут оснащать запасом плавучести. Ведь большие суда строят с водонепроницаемыми переборками, так почему же это неприемлемо для яхт? Однако решение этой проблемы осложняется в связи с ограниченностью их водоизмещения.

В настоящее время плавучесть малых катеров обеспечива­ется обычно за счет изолированного пространства под стацио­нарными рундуками, являющегося наиболее подходящим склад­ским помещением. Если установить водонепроницаемые крышки, то это полезное пространство можно будет использовать в ка­честве кладовой. Разумеется, теоретически содержимое этого пространства уменьшит запас плавучести. На практике же кла­довая никогда не будет заполнена более чем на 50% объема. К тому же большая часть хранимых в ней предметов (одежда, канат и др.) имеет почти нейтральную плавучесть. Потребность в дополнительной плавучести диктуется, главным образом, на­личием на борту тяжелых предметов, в частности судового обо­рудования. Намного целесообразнее создать значительный из­быток полезного объема плавучести, чем пожертвовать ценным складским помещением, подвергнув его герметизации и сделав тем самым заведомо бесполезным. Бесполезные объемы на судне необходимо сводить к минимуму.

Восполнить преимущества, теряемые в результате отказа от пенозаполнения, можно, разделив рундуки на множество отдельных пространств. Это уменьшит опасность их затопления при случайном открытии или утере крышек. Плавучесть лодки – плотность стеклопластика больше чем воды, а потому плавучесть лодки снижается и она может потонуть. Противники стеклопластика счи­тают это основным недостатком.