Парусный балласт - Sailing ballast

Балласт используется на кораблях для обеспечения момента, чтобы противостоять боковым силам корпуса. Лодки с недостаточным балластом имеют тенденцию к чрезмерному опрокидыванию или крену при сильном ветре. Слишком большой каблук может привести к опрокидыванию сосуда . Если парусному судну необходимо отправиться в рейс без груза, тогда будет загружен малоценный или нулевой балласт, чтобы судно оставалось в вертикальном положении. Затем часть или весь этот балласт будет выброшен при загрузке груза.

Использует

Одна из функций киля яхты - обеспечение балласта.

Балласт принимает разные формы. Самая простая форма балласта, используемого в небольших парусных судах, - это так называемый «живой балласт», или вес экипажа. Сидя с наветренной стороны корпуса , кренящий момент должен поднимать вес экипажа. На более продвинутых гоночных лодках используется жгут проводов, называемый трапецией, чтобы экипаж мог полностью свисать с борта корпуса, не выпадая; это обеспечивает гораздо больший восстанавливающий момент из-за большего рычага веса экипажа, но может быть опасным, если ветер внезапно стихнет, поскольку внезапная потеря кренящего момента может сбросить экипаж в воду. На более крупных современных судах киль изготовлен из материала высокой плотности , такого как бетон , железо или свинец, или заполнен им . Поместив груз как можно ниже (часто в большую луковицу в нижней части киля), можно извлечь максимальный восстанавливающий момент из данной массы. Традиционными формами балласта внутри корпуса были камни или песок.

Балласт высокой плотности

У использования балласта высокой плотности есть недостатки. Во-первых, это увеличенная масса лодки; более тяжелая лодка сидит ниже в воде, увеличивая сопротивление при движении и, как правило, менее чувствительна к рулевому управлению. Более тяжелую лодку также сложнее поставить на прицеп и буксировать за автомобилем. Во-вторых, поскольку балласт должен быть как можно ниже, его часто помещают в шверт или убирающийся киль, что требует использования мощного кривошипа для подъема массивной фольги . Самым простым решением является использование киля с фиксированным балластом, но это делает лодку почти неспособной к плаванию на очень мелководье и труднее управлять ею, когда она находится вне воды. Хотя это запрещено большинством правил гонок класса, некоторые современные лодки используют балласт на длинном тонком киле, который может наклоняться из стороны в сторону, образуя наклонный киль . Это позволяет разместить балласт с наветренной стороны, обеспечивая гораздо больший восстанавливающий момент с меньшим углом крена. Однако наклон киля значительно снижает его подъемную силу, поэтому наклонные кили обычно комбинируются с выдвижным швертом или кинжалом, который раскрывается , когда киль наклоняется, и убирается (для уменьшения сопротивления), когда киль возвращается в вертикальное положение. Некоторые наклонные кили сконструированы таким образом, что при полном выдвижении в любую сторону они имеют угол атаки около 5 °, что позволяет лопасти на подводных крыльях поднимать лодку и уменьшать площадь смоченной поверхности для увеличения скорости лодки.

Водяной балласт

Tugboat Boss, сбрасывающий балластные воды перед отправлением

Обычным типом балласта для малых судов, который позволяет избежать многих проблем, связанных с балластом высокой плотности, является водяной балласт. Хотя кажется нелогичным, что размещение воды в корпусе (которая, в конце концов, имеет ту же плотность, что и вода за пределами корпуса - пресная или соленая вода) добавит стабильности, добавив водяной балласт ниже вертикального центра тяжести. увеличивает стабильность. Водяной балласт не нужно поднимать над ватерлинией, чтобы повлиять на устойчивость, поскольку любой материал, имеющий большую объемную плотность, чем воздух, будет влиять на центр тяжести. Именно соотношение между центром тяжести и центром плавучести определяет восстанавливающий момент.

Преимущество водяного балласта заключается в том, что цистерны можно опорожнять, уменьшая осадку или вес лодки (например, для транспортировки по земле), а воду можно добавить обратно (в небольших лодках, просто открыв клапаны и позволив воде течь внутрь). ) после спуска лодки на воду или разгрузки груза. Насосы также могут использоваться для опорожнения балластной цистерны с подветренной стороны и заполнения наветренной цистерны при повороте лодки, а количество балласта можно изменять, чтобы поддерживать лодку под оптимальным углом крена. На порожних грузовых судах вода добавляется в балластные цистерны для увеличения глубины погружения гребного винта, улучшения рулевого управления и контроля дифферента и осадки.

Недостатком водяного балласта является то, что вода не очень плотная, и поэтому требуемые танки занимают больше места, чем другие формы балласта. Некоторые производители предлагают гибкие балластные мешки, которые устанавливаются снаружи корпуса с обеих сторон, и насосы, которые используют скорость лодки в воде в качестве энергии. На ходу насос можно использовать для заполнения наветренной стороны, в то время как подветренная сторона может стекать. Эта система, хотя и не очень привлекательна, все же позволяет значительно увеличить восстанавливающую силу без каких-либо модификаций корпуса.

Уловка, обычно используемая на лодках с водяным балластом, заключается в соединении танков левого и правого борта с помощью трубы с клапаном. При подготовке к лавированию клапан открывается, и вода в наветренном баке, который находится выше, может течь на подветренную сторону, а шкатулка отпускается, чтобы лодка не кренилась слишком сильно. После того, как на подветренную сторону переместится как можно больше воды, лодку поднимают и обшивают парус, поднимая только что полный наветренный бак. Затем можно использовать простой ручной насос, чтобы переместить оставшуюся воду с подветренной стороны в наветренный резервуар.

Воздействие на окружающую среду и нормы

Диаграмма, показывающая загрязнение вод морей сбросами неочищенных балластных вод.

Круизные суда, большие танкеры и балкеры используют огромное количество балластной воды, которая часто принимается в прибрежных водах в одном регионе после того, как суда сбрасывают сточные воды или выгружают груз, и выгружается в следующем порту захода, везде, где больше груза загружен. Сброс балластных вод обычно содержит различные биологические материалы, включая растения , животных , вирусы и другие микроорганизмы . Эти материалы часто включают неместные, неприятные, экзотические виды, которые могут нанести значительный экологический и экономический ущерб водным экосистемам. Сбросы балластных вод считаются основным источником инвазивных видов в морских водах США, что создает риски для здоровья населения и окружающей среды, а также значительные экономические издержки для таких отраслей, как водоснабжение и электроэнергетика, коммерческое и рекреационное рыболовство, сельское хозяйство и туризм. . Недавнее исследование показывает, что если не предпринять никаких действий по управлению балластными водами, вторжение видов может распространиться в любой порт мира через глобальную сеть судоходства с в среднем двумя промежуточными остановками.

Между тем, исследования показывают, что экономические издержки от интродукции моллюсков-вредителей ( мидии-зебры , азиатские моллюски и др.) В водные экосистемы США составляют более 6 миллиардов долларов в год.

В случае судна наливных грузов балластная вода оказывает еще одно воздействие на окружающую среду. После разгрузки полезного груза балкер не может просто вернуться в исходную точку, но он должен загрузить балласт, чтобы винт погрузился ниже поверхности воды. Вес балласта увеличивает расход топлива по сравнению с гипотетической ситуацией, когда судно не нуждалось в балласте.

Исследование Национального исследовательского совета (США), проведенное в июне 2011 года, предоставило рекомендации по процессу установления нормативных ограничений. Исследование показало, что определение точного количества организмов, которые, как можно ожидать, запустят новую популяцию, сложно. Он предложил начальный шаг по установлению эталона для концентраций организмов в водяном балласте ниже текущих уровней, а затем использовать модели для анализа экспериментальных и полевых данных, чтобы помочь обосновать будущие решения о стандартах сброса балластных вод.

Чтобы свести к минимуму распространение инвазивных видов в водных путях США, Агентство по охране окружающей среды и береговая охрана США регулируют концентрацию живых организмов, сбрасываемых в балластную воду судов.

Смотрите также

Рекомендации

Эта статья включает в себя текст из общедоступного отчета Исследовательской службы Конгресса : Copeland, Claudia. «Загрязнение круизных судов: история вопроса, законы и правила, а также ключевые вопросы» (код заказа RL32450). Исследовательская служба Конгресса США (обновлено 6 февраля 2008 г.).

Внешние ссылки