Если говорить применительно к нашей теме, то здесь g — ускорение свободного падения; FА — архимедова сила; m — масса судна в килограммах (кг); ρв — плотность воды, кг/м3; V — объем подводной части судна, то есть его объемное водоизмещение, м3.
Способность судна плавать в определенном положении относительно поверхности воды (или в воде) называют его плавучестью.
Известно, что масса т плавающего судна численно равна его весовому водоизмещению, деленному на g, D/g, а объем подводной части выражается произведением его длины L на ширину В, осадку Т и коэффициент общей полноты δ. Тогда уравнение плавучести будет иметь такой вид:
Сумма масс корпуса, механизмов, груза, экипажа составляет массу судна m.
Равнодействующая сила тяжести приложена в центре тяжести судна и направлена вертикально вниз. Равнодействующая сил давления воды (сил поддержания) на погруженную поверхность судна равна его весовому водоизмещению D. Эта сила приложена в центре тяжести погруженного объема корпуса, называемом центром величины (ЦВ), и направлена вертикально вверх (рис. 9).
Для чего это необходимо знать?
Если центр тяжести (ЦТ) и центр величины (ЦВ) находятся на одной вертикали, то судно плавает без крена и дифферента.
А вот в тех случаях, когда ЦТ и ЦВ расположены в диаметральной плоскости, ко не на одной вертикали, судно плавает с дифферентом на корму (если ЦТ расположен в корму от ЦВ) или на нос (если ЦТ расположен в нос от ЦВ). Если же ЦТ расположен не в диаметральной плоскости, судно будет плавать с креном на тот борт, в сторону которого смещен ЦТ.
Безусловно, что тому, кто решит сконструировать плавающую модель, надо знать приведенные выше сведения о плавучести судна.
Теперь остановимся на остойчивости. Известно, что при воздействии тех или иных сил — давление ветра, волн, перемещение грузов и т. п. — судно может терять равновесие. Способность возвращаться в первоначальное положение или равновесие и является остойчивостью судна.
Нетрудно догадаться, что лучшей остойчивостью обладают более широкие суда, и те из них, которые имеют более низкое расположение центра тяжести. Вполне понятно, что при понижении ЦТ, то есть тогда, когда удается расположить более тяжелые грузы, механизмы и оборудование возможно ниже, а высоко находящиеся конструкции (надстройки, мачты, трубы) облегчить,— остойчивость судна увеличивается.
Вряд ли стоит говорить о том, что каждое судно должно «уметь» плавать или, другими словами, держаться на воде. Бывают же ситуации, когда часть судна затоплена, но, тем не менее, оно находится на плаву и не тонет. Это значит, что судно обладает хорошей непотопляемостью.
Теперь определим эту важнейшую характеристику. Непотопляемость — способность судна после затопления части его помещений (отсеков) оставаться на воде и при этом сохранять остойчивость и некоторый запас плавучести.
Ясно, что для обеспечения непотопляемости судна нужно увеличить запас его плавучести и принять меры для ограничения поступающей в корпус воды при его повреждении. Именно с этой целью увеличивают высоту надводного борта до верхней водонепроницаемой палубы. Для этого же весь корпус судна разделяют на отсеки, переборки (стенки) которых, разумеется, не пропускают воду.
Нетрудно догадаться, что затопление одного или даже нескольких отсеков не повлечет за собой катастрофу. Больше того, судно не только останется на воде, но и не потеряет своего хода и маневренности. Чтобы в подобной ситуации сохранить остойчивость, производят контрзатопление. Например, судно от пробоины получило крен на левый борт и дифферент на нос. Тогда для его спрямления затопляют кормовой отсек по правому борту. Конечно, при этом появится дополнительная осадка, тем не менее судно с восстановленной остойчивостью сохранит свои мореходные качества. Если же подобное произойдет с кораблем, то он не потеряет боеспособности, то есть сможет и маневрировать, и вести стрельбу из орудий, и запускать ракеты. Много подобных случаев было во время Великой Отечественной войны. Происходят они и в мирной жизни как военного, так и гражданского флотов. Отметим, что способ контрзатопления отсеков судна был предложен еще в 1870 году выдающимся русским ученым и мореплавателем С. О. Макаровым. А в 1901 году эта идея была практически внедрена на боевых кораблях молодым офицером А. Н. Крыловым, который впоследствии стал выдающимся советским кораблестроителем.
Последнее, о чем мы будем говорить в этом разделе, — это о ходкости судна — способности перемещаться по воде с заданной скоростью. Обеспечивается она определенной движущей силой, которая затрачивается на преодоление сопротивлений воды и воздуха.
Основное сопротивление движению судна оказывает, конечно же, вода. Складывается оно из сопротивлений: трения Rт, формы Rф, волнового Rв и выступающих частей Rв.ч. Эти составляющие части зависят от скорости хода, вязкости воды, площади погруженной части корпуса и ее шероховатости. Влияет на силу сопротивления и качество окраски и сварки корпуса, степень обрастания подводной части водорослями и морскими организмами. Бывали случаи, когда по причине такого обрастания скорость судна уменьшалась в 4—5 раз.
Воздушное сопротивление (Rвз) зависит от величины проекций надводной части судна на плоскость миделя, а также скорости и направления движения и скорости ветра. Определяется оно в аэродинамической трубе и достигает на больших скоростях значительной величины, доходящей порой до 10% полного сопротивления.
А полное сопротивление определяется суммой всех отдельных сопротивлений. Эти данные помогают подобрать необходимую силовую установку для судна.