Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Веса, используемые в парусных лодках для создания восстанавливающего момента, противодействующего силе крена от паруса.
Weights used in sailboats to provide righting moment to resist the heeling forces on the sail
Балласт используется на судах для создания момента, противодействующего поперечным силам, действующим на корпус. Недостаточно забалластированные суда имеют тенденцию чрезмерно крениться или опрокидываться при сильном ветре. Слишком большой крен может привести к опрокидыванию судна. Если паруснику необходимо совершить рейс без груза, то загружается балласт, не имеющий ценности или малоценный, для поддержания судна в вертикальном положении. Часть или весь этот балласт затем удаляется при погрузке груза. Если грузовое судно (например, танкер, сухогруз или контейнеровоз) хочет следовать пустым или частично пустым для загрузки груза, оно должно следовать "под балластом". Это обеспечивает правильную осадку судна и погружение гребного винта и руля. Обычно следование "под балластом" означает заполнение балластных цистерн морской водой. Серьезные проблемы возникают при сбросе балластной воды, так как переносимые водой организмы могут нанести вред при попадании в новые среды обитания.
Ballast is used in ships to provide moment to resist the lateral forces on the hull. Insufficiently ballasted boats tend to tip or heel excessively in high winds. Too much heel may result in the vessel capsizing. If a sailing vessel needs to voyage without cargo, then ballast of little or no value will be loaded to keep the vessel upright. Some or all of this ballast will then be discarded when cargo is loaded. If a cargo vessel (such as a tanker, bulk carrier or container ship) wishes to travel empty or partially empty to collect a cargo, it must travel "in ballast". This keeps the vessel in trim and keeps the propeller and rudder submerged. Typically, being "in ballast" will mean flooding the ballast tanks with sea water. Serious problems arise when the ballast water is discharged, as water borne organisms may create havoc when deposited in new environments.
Применение
Балласт может быть разных видов. Самая простая форма балласта, используемая на небольших яхтах для дневных прогулок, – так называемый "живой балласт", то есть вес экипажа. Садясь на наветренную сторону корпуса, экипаж создает момент опрокидывания, который необходимо преодолеть. На более продвинутых гоночных яхтах используется страховочная система, называемая трапецией, позволяющая членам экипажа полностью вывешиваться за борт, не выпадая; это обеспечивает значительно больший момент восстановления за счет большего плеча веса экипажа, но может быть опасно, если ветер внезапно стихнет, поскольку внезапная потеря момента опрокидывания может сбросить экипаж в воду. На больших современных судах киль изготавливается из или заполняется материалом с высокой плотностью, таким как бетон, железо или свинец. Размещая вес как можно ниже (часто в большом бульбе в нижней части киля), можно получить максимальный момент восстановления от заданной массы. Традиционными видами балласта, перевозимого внутри корпуса, были камни или песок.
Ballast takes many forms. The simplest form of ballast used in small day sailers is so called "live ballast", or the weight of the crew. By sitting on the windward side of the hull, the heeling moment must lift the weight of the crew. On more advanced racing boats, a wire harness called a trapeze is used to allow the crew to hang completely over the side of the hull without falling out; this provides much larger amounts of righting moment due to the larger leverage of the crew's weight, but can be dangerous if the wind suddenly dies, as the sudden loss of heeling moment can dump the crew in the water. On larger modern vessels, the keel is made of or filled with a high density material, such as concrete, iron, or lead. By placing the weight as low as possible (often in a large bulb at the bottom of the keel) the maximum righting moment can be extracted from the given mass. Traditional forms of ballast carried inside the hull were stones or sand.
Баляст высокой плотности
Есть недостатки использования балласта высокой плотности. Первый – увеличение массы лодки; более тяжелая лодка сидит ниже в воде, увеличивая сопротивление при движении и, как правило, менее отзывчива к рулевому управлению. Более тяжелую лодку также сложнее установить на прицеп и буксировать за автомобилем. Второй недостаток заключается в том, что поскольку балласт должен располагаться как можно ниже, его часто размещают в шверте или убирающемся киле, что требует мощной лебедки для подъема массивной пластины. Самым простым решением является использование фиксированного балластного киля, но это делает лодку практически непригодной для плавания на очень мелкой воде и более сложной в обращении на суше. Хотя это запрещено правилами большинства гоночных классов, некоторые передовые лодки используют балластную грушу на длинном тонком киле, который может наклоняться в стороны, создавая киль с наклоном. Это позволяет разместить балласт на наветренной стороне, обеспечивая значительно больший восстанавливающий момент при меньшем угле крена. Однако наклон киля значительно снижает его подъемную силу, поэтому кили с наклоном обычно сочетаются с выдвижным швертом или килем-ножом, который опускается, когда киль наклонен, и убирается (для уменьшения сопротивления), когда киль возвращается в вертикальное положение. Некоторые кили с наклоном сконструированы таким образом, что при полном отклонении в любую сторону имеют угол атаки около 5°, что позволяет гидродинамической силе пластины приподнимать лодку и уменьшать площадь ватерлинии для увеличения скорости.
There are disadvantages to using high density ballast. The first is the increased mass of the boat; a heavier boat sits lower in the water, increasing drag when it moves, and is generally less responsive to steering. A heavier boat is also more difficult to put on a trailer and tow behind an automobile. Secondly, since the ballast needs to be as low as possible, it is often placed into a centerboard or retracting keel, requiring a heavy duty crank to lift the massive foil. The simplest solution is to use a fixed ballasted keel, but that makes the boat nearly incapable of sailing in very shallow water, and more difficult to handle when out of the water. While prohibited by most class racing rules, some cutting edge boats use a bulb of ballast on a long, thin keel that can tilt from side to side to create a canting keel. This lets the ballast be placed on the windward side, providing a far greater righting moment with a lower angle of heel. Tilting the keel, however, greatly reduces its lift, so canting keels are usually combined with a retractable centerboard or daggerboard that is deployed when the keel is tilted, and retracted (to reduce drag) when the keel is returned to the vertical. Some canting keels are designed so that when fully extended to either side they have an angle of attack of about 5° allowing the hydrofoil effect of the blade to lift the boat up and reduce wetted surface area for an increase in boat speed.
Водный баласт
Общим типом балласта для небольших судов, позволяющим избежать многих проблем, связанных с балластом высокой плотности, является водяной балласт. Хотя может показаться нелогичным, что заполнение корпуса водой (которая, в сущности, имеет плотность, близкую к плотности воды снаружи корпуса – пресной или соленой) может повысить остойчивость, вода вытесняет воздух из нижней части корпуса; добавление водяного балласта ниже вертикального центра тяжести увеличивает остойчивость. Водяной балласт не нужно поднимать над ватерлинией для обеспечения остойчивости, поскольку любой материал, имеющий большую объемную плотность, чем воздух, влияет на центр тяжести. Именно соотношение между центром тяжести и центром плавучести определяет восстанавливающий момент. Преимущество водяного балласта заключается в том, что резервуары можно опорожнить, уменьшив осадку или вес лодки (например, для транспортировки по суше), и затем снова заполнить их водой (на небольших лодках это можно сделать, просто открыв клапаны и позволив воде поступать внутрь) после спуска лодки на воду или разгрузки груза. Насосы также можно использовать для опорожнения балластного танка с подветренной стороны и заполнения танка с наветренной стороны при повороте лодки бакштагами, а количество балласта можно изменять, чтобы поддерживать оптимальный угол крена. На пустых грузовых судах воду добавляют в балластные танки для увеличения погружения гребного винта, улучшения управляемости и контроля дифферента и осадки. Недостатком водяного балласта является относительно низкая плотность воды, из-за чего требуются более крупные резервуары, чем для других видов балласта. Некоторые производители предлагают гибкие балластные мешки, которые крепятся к внешней стороне корпуса с обеих сторон, и насосы, использующие скорость лодки в воде в качестве источника энергии. Во время движения насос может заполнять танк с наветренной стороны, а танк с подветренной стороны может сливаться. Эта система, хотя и не очень эстетична, позволяет значительно увеличить силу восстановления без каких-либо модификаций корпуса. Распространенный прием на лодках с водяным балластом – соединить левый и правый танки клапанной трубой. При подготовке к повороту бакштагами открывается клапан, и вода из танка с наветренной стороны, расположенного выше, перетекает в танк с подветренной стороны, а шкот ослабляется, чтобы лодка не наклонялась слишком сильно. После того как максимально возможное количество воды перекачано в танк с подветренной стороны, лодку поворачивают и натягивают шкот, поднимая заполненный танк с наветренной стороны. Затем простой ручной насос можно использовать для перекачки оставшейся воды из танка с подветренной стороны в танк с наветренной стороны.
A common type of ballast for small boats that avoids many of the problems of high density ballast is water ballast. While it may seem counter intuitive that placing water in the hull (which is, after all, close to the same density as the water outside the hullfresh vs salt water) would add any stability, the water serves to displace air from the bottom of the hull; adding water ballast below the vertical center of gravity increases stability. The water ballast does not need to be lifted above the waterline to affect stability, as any material having greater bulk density than air will have an effect on the centre of gravity. It is the relationship between centre of gravity and centre of buoyancy that dictates the righting moment. The advantage of water ballast is that the tanks can be emptied, reducing draft or the weight of the boat (e. g. for transport on ground) and water added back in (in small boats, simply by opening up the valves and letting the water flow in) after the boat is launched or cargo unloaded. Pumps can also be used to empty the leeward ballast tank and fill the windward tank as the boat tacks, and the quantity of ballast can be varied to keep the boat at the optimum angle of heel. On empty cargo vessels water is added to ballast tanks to increase propeller immersion, to improve steering, and to control trim and draft. A disadvantage of water ballast is that water is not very dense and therefore the tanks required take up more space than other forms of ballast. Some manufacturers offer flexible ballast bags that are mounted outboard of the hull on both sides, and pumps that use the boat's speed through the water for power. When under way, the pump can be used to fill the windward side, while the lee side is allowed to drain. This system, while not very attractive, does allow significant gains in righting force with no modifications to the hull. A trick commonly used on boats with water ballast is to link port and starboard tanks with a valved pipe. When preparing to tack, the valve is opened, and water in the windward tank, which is higher, is allowed to flow to the lee side, and the sheet is let off to keep the boat from heeling too far. Once as much water as possible has been transferred to the lee side, the boat is brought about and the sail sheeted in, lifting the newly full windward tank. A simple hand pump can then be used to move any remaining water from the lee to the windward tank.