Курс → Урок 4

Урок 4. Теорія керування судном

Моторний човен поводиться зовсім не як автомобіль: у нього немає гальм, «дорога» під ним сама рухається, а кермо працює лише тоді, коли по ньому тече вода. Цей урок — про фізику маневру: чому корма завжди йде вбік, куди правообертовий гвинт «тягне» судно, що таке циркуляція і глісування, і як вітер та течія змінюють поведінку корпусу. Це фундамент наступного уроку, де ті самі принципи застосуємо до конкретних маневрів швартування. На іспиті тема Teoria manewrowania дає кілька гарантованих питань, а без розуміння цієї теорії не скласти жодного елемента практичної частини.

Стерно працює лише в потоці води

Класичне стерно — це перо стерна, підвішене за кормою. Само по собі воно нічого не «повертає»: перо лише відхиляє потік води, що на нього набігає, а сила реакції штовхає корму вбік. Звідси головний закон керованості: без потоку води на стерні судно некероване. Потік дають дві речі — хід самого судна відносно води або струмінь гвинта, який гребний гвинт кидає на перо, коли двигун працює на передачі. Судно, що дрейфує з вимкненою передачею, стерна не слухається, скільки б ви ним не крутили.

У більшості моторних човнів окремого пера немає: підвісний двигун або поворотна колонка (привід Z) повертаються цілком — разом зі струменем гвинта. Тому з увімкненою передачею і газом такий човен чудово слухається керма навіть без швидкості: ви буквально спрямовуєте тягу в потрібний бік. Але на нейтралі ефект зникає миттєво — потоку немає, і човен пливе, куди несе інерція.

Друга ключова властивість: судно не повертає «як по рейках». Корпус обертається навколо центру обертання, який лежить ближче до носа (приблизно на третині довжини від форштевня на передньому ходу). Тому при перекладці стерна праворуч ніс котиться праворуч по плавній дузі, а корма різко «замітає» ліворуч, назовні повороту.

Бічний ефект гвинта

Гвинт не лише штовхає судно вперед чи назад — він ще й зносить корму вбік. Це бічний ефект гвинта: лопаті працюють у воді як колесо, що «крокує» по ґрунту, і корма зміщується в бік обертання. Напрям ефекту залежить від напрямку обертання гвинта. Правообертовий гвинт (дивлячись з корми, на передньому ходу крутиться за годинниковою стрілкою) — найпоширеніший, і саме про нього питає іспит:

Головний практичний висновок для швартування: з правообертовим гвинтом до причалу (набережної) підходьте лівим бортом. Коли наприкінці підходу ви дасте задній хід, щоб погасити швидкість, бічний ефект сам підтягне корму ліворуч — тобто акуратно «прикладе» судно бортом до стінки. Підходячи правим бортом, отримаєте протилежне: реверс відкине корму від причалу, і ніс покотиться на стінку.

Циркуляція

Циркуляція — це крива, близька до кола, яку описує судно, що йде з постійно перекладеним стерном. Її головна характеристика — діаметр циркуляції: відстань між протилежними точками усталеного кола. Діаметр залежить від двох речей: кута перекладки стерна (більший кут — крутіший поворот, менший діаметр) і швидкості (на більшій швидкості судно «виносить» — дуга ширшає, до того ж росте крен назовні повороту). Отже, найтісніший розворот виконують на малому ходу зі стерном, покладеним на борт.

Пам'ятайте й про геометрію корпусу на циркуляції: центр обертання лежить ближче до носа, тому корма описує ширшу дугу, ніж ніс. У тісній акваторії це означає, що дивитися треба не лише туди, куди йде ніс, а й на те, що «замете» корма назовні повороту — буй, сусідній човен або палю.

Задній хід: наче інше судно

На задньому ходу моторний човен поводиться так, ніби це зовсім інша яхта. Причин три, і всі три треба розуміти, бо на задньому ходу виконують половину швартових маневрів.

Стерно майже не працює. Гвинт, що обертається назад, жене воду вперед, повз перо стерна, а не на нього. Перо отримує лише слабкий потік від руху корпусу, тож реакція на перекладку млява й запізніла. Натомість бічний ефект гвинта стає найсильнішим чинником: правообертовий гвинт уперто тягне корму ліворуч, і щоб іти назад прямо, поправку беруть заздалегідь.

Центр обертання зміщується назад. На передньому ходу він лежить ближче до носа, на задньому — ближче до корми. Тепер уже ніс замітає ширшу дугу, а корма веде. Тому заднім ходом судно ведуть «по кормі»: дивляться туди, куди йде корма, і памʼятають, що ніс піде в протилежний бік — саме ним найлегше зачепити сусідній човен у марині.

Вітер бере ніс. Легкий високий ніс і на задньому ходу валить під вітер, тож судно природно прагне стати кормою до вітру. Це не вада, а інструмент: заднім ходом проти вітру човен іде помітно рівніше, ніж за вітром.

Два двигуни: розворот на місці

Яхта з двома двигунами керується не так, як з одним: головним органом керування на малому ходу стають не штурвал, а дві ручки газу. Гвинти рознесені по бортах, тому різна тяга на них створює момент, який розвертає корпус навіть без ходу.

• Розворот на місці (obrót w miejscu): штурвал прямо, лівий двигун — малий хід уперед, правий — малий хід назад. Судно обертається праворуч практично навколо власного центру, майже не зміщуючись. Дзеркально — розворот ліворуч.
• Бічне «підсування» до причалу: чергування коротких імпульсів (один двигун уперед, другий назад, потім навпаки) дозволяє підводити судно до стінки майже лагом.
• Прямий курс: на більшості двомоторних яхт ставлять гвинти протилежного обертання — правообертовий і лівообертовий. Їхні бічні ефекти взаємно гасяться, тому судно йде рівно і не має «улюбленого» боку циркуляції.
• Відмова одного двигуна: тяга стає несиметричною і судно тягне вбік. Компенсують перекладкою стерна і зменшенням обертів робочого двигуна — на повному газі одним бортом яхта просто не піде прямо.

Інерція: у судна немає гальм

Вода не тримає корпус так, як асфальт тримає колеса. Судно має велику інерцію (безвладність): після переведення ручки газу на нейтраль воно ще довго пливе вперед. Єдине «гальмо» — це задній хід: реверсом гасять швидкість, і відстань, потрібна для повної зупинки, називається гальмівним шляхом. Він росте зі швидкістю та масою судна, тож підхід до будь-якої перешкоди плануйте заздалегідь — так, щоб вистачило місця зупинитися навіть без реверсу.

Зворотний бік інерції — поведінка на мінімальному ходу. Що менша швидкість, то слабший потік на стерні й гірша керованість: човен пізно і мляво відповідає на перекладку. А саме на малому ходу виконуються всі точні маневри біля причалу. Вихід — «працювати гвинтом»: короткий імпульс переднього ходу з перекладеним стерном кидає струмінь на перо (або сам поворотний привід спрямовує тягу вбік) і розвертає судно майже без набору швидкості.

Вітер

Вітер діє на все, що над водою: на надбудову, тент і високий надводний борт. Що більша парусність і менша осадка — то сильніший знос. Типовий моторний човен має легкий, високо задертий ніс і завантажену корму (двигун, стерновий), тому на малому ходу ніс валить під вітер — судно саме розвертається носом у підвітряний бік. Одночасно весь корпус зносить убік — це дрейф. На повному ходу потік на стерні сильний і вітер майже непомітний; на швартовій швидкості він часто виявляється сильнішим за стерно.

Практичний висновок той самий, що й для течії: усі точні маневри — підхід до причалу, до буя, до людини за бортом — виконують носом проти вітру, з навітряного боку перешкоди тримаючись подалі. Вітер тоді працює як природне гальмо, а знос легко дозується газом. Підхід за вітром — це підхід із «попутним штовхачем», який неможливо вимкнути.

Наскільки сильно вітер зіпсує вам маневр, залежить від того, який у вас корпус. Порівняння варто тримати в голові, бо чартерні човни бувають дуже різні:

Загальне правило: що більша надводна частина відносно підводної, то більше судном керує вітер, а не стерновий. Тому на хаусботі чи човні з високою рубкою маневр планують так, щоб вітер працював на вас, а не проти — і завжди залишають запас простору з підвітряного боку.

Течія

Течія переносить судно разом з усією водою, в якій воно пливе. Швидкості додаються як вектори: човен, що йде 3 км/год відносно води за течією у 3 км/год, рухається відносно берега на 6 км/год; той самий човен проти течії стоїть відносно берега на місці — але вода обтікає корпус і стерно на повних 3 км/год, тож керованість повна. У цьому вся суть: проти течії судно повільне відносно берега, але слухняне; за течією — швидке і неслухняне.

Тому правило звучить коротко: маневри виконуємо проти течії, а якщо течії немає — проти вітру. Якщо діють обидва чинники, обирають сильніший. Це саме правило пояснює і норму права дороги на річці: судно, що йде за течією, гірше керується й не може легко зупинитися, тому судно, що йде проти течії, поступається йому дорогою.

Мілководний ефект

Вода під кілем — не порожнеча. Коли судно йде, воно проштовхує воду під собою і вздовж бортів; якщо дно близько, цій воді нікуди подітися. Вона розганяється у вузькій щілині між корпусом і ґрунтом, тиск під днищем падає — і корпус присідає. Це мілководний ефект, а саме просідання називають осіданням.

Практичні орієнтири прості. Вплив мілини починає відчуватися, коли глибина менша за чотири осадки судна, і стає виразним при глибині близько двох–двох з половиною осадок. Осідання тим більше, чим менша глибина, чим вужча акваторія і чим більша швидкість; найгірше воно в каналах, де вода затиснута ще й берегами. А оскільки осідання росте зі швидкістю, єдиний надійний спосіб його зменшити — збавити хід.

Мілина змінює не лише осадку, а й поведінку судна:

• Керованість падає. Обтікання корпусу порушується, судно мляво входить у поворот і мляво з нього виходить — циркуляція виходить ширшою, ніж на глибокій воді.
• Власна хвиля росте. Той самий газ на мілині дає вищу хвилю й сильніше розмиває береги — саме тому обмеження швидкості майже завжди діють на мілководних ділянках і в каналах.
• Присмоктування до берега. У вузькому каналі вода між бортом і ближчим берегом розганяється, тиск падає, і судно «тягне» до цього берега, а ніс при цьому відвертає на середину. Тримайтеся осі каналу і йдіть повільно.
• Гвинт піднімає ґрунт. Струмінь на малій глибині зриває пісок і мул; вони потрапляють у систему охолодження та б’ють по лопатях. На мілині газ дають мінімальний.

Опір корпусу і «горб опору»

Опір, який вода чинить корпусу, складається з двох головних частин. Опір тертя залежить від змоченої поверхні: чим більша площа днища у воді, тим більше тертя. Хвильовий опір — це енергія, яку судно віддає власним хвилям; він мізерний на малому ходу, але зі швидкістю росте лавиноподібно.

Саме хвильовий опір ставить водотоннажному корпусу стелю. Судно, що «сидить» у воді, утворює носову й кормову хвилі; коли швидкість дорівнює швидкості цих хвиль, корпус опиняється у власній ямі між гребенями і більше розігнатися не може. Це гранична водотоннажна швидкість, і залежить вона майже виключно від довжини по ватерлінії: орієнтовно v [км/год] ≈ 4,5 · √(L_wl [м]). Для човна з ватерлінією 6 м це близько 11 км/год — і хоч поставте туди 200 к.с., водотоннажним ходом швидше він не піде.

Тут і криється відповідь на найпоширеніше запитання новачка: «чому човен не йде на середньому газі?» Бо саме на цих обертах він упирається в «горб опору» — локальний максимум кривої опору перед виходом на глісування. Ніс задертий, корма провалилася у власну хвилю, витрата палива максимальна, а швидкість майже не росте. Єдиний вихід — рішуче додати газу і пробити горб: щойно корпус вийде на глісування, опір різко впаде, ніс сам опуститься, і газ можна буде прибрати назад.

Глісування і трим

Корпус може йти по воді у двох режимах. У водотоннажному режимі човен «сидить» у воді і його тримає сила Архімеда — швидкість обмежена власною хвилею. Якщо потужності вистачає, глісуючий корпус виштовхується на поверхню і далі його несе гідродинамічна сила — це глісування. Опір різко падає, швидкість і економічність ростуть. Перехід між режимами — найнеприємніша фаза: ніс задирається, стерновий майже не бачить води перед собою, витрата палива максимальна.

Виходити на глісування допомагають два інструменти. Перший — трим двигуна: зміна кута нахилу підвісного двигуна чи колонки відносно транця. Для розгону трим «притискають» до транця (trym у мінус): гвинт штовхає корму вгору, ніс опускається, човен швидше «вилазить» на воду. На глісуванні трим потроху відкидають від транця — ніс трохи піднімається, змочена поверхня зменшується, швидкість росте. Другий інструмент — розподіл ваги: пасажири, пересаджені ближче до носа, помітно скорочують перехідну фазу; вага на кормі, навпаки, може взагалі не дати вийти на глісування.

Завантаження і трим корпусу

Моторний човен — легке судно, тож кілька пасажирів, пересаджених на два метри, змінюють його поведінку сильніше, ніж будь-яке налаштування двигуна. Трим корпусу — це поздовжній нахил судна: носовий трим (ніс притоплений) або кормовий трим (притоплена корма).

Скільки людей і вантажу можна взяти, визначає не «на око», а заводська табличка виробника (для суден із маркуванням CE вона містить щонайменше назву виробника, знак CE, категорію проєкту, максимальне навантаження в кг і максимальну кількість осіб; максимальну потужність двигуна виробник подає в інструкції та зазвичай дублює окремою наліпкою біля транця). Перевищувати ці числа не можна: саме перевантаження разом із пасажирами, що стоять на борту чи носі, — найчастіша причина перекидання малих моторних човнів.

Поведінка на хвилі

Хвиля перевіряє стерника краще за будь-який причал. Головне, що вирішує все, — це курс відносно хвилі і швидкість. Обидва параметри в руках стернового, і обидва треба міняти заздалегідь, а не тоді, коли гребінь уже під носом.

• Проти хвилі (pod falę) — найбезпечніший курс. Ідуть не строго перпендикулярно, а під кутом близько 10–20° до гребеня: корпус тоді не б’є плазом, а м’яко «перекочується» з хвилі на хвилю. Швидкість — така, щоб човен не вилітав із води: удар днищем об воду після стрибка ламає і транець, і спини екіпажу.
• Лагом до хвилі (fala boczna) — найнеприємніший курс: максимальна хитавиця, ризик заливання і перекидання малого човна. Якщо треба йти в цьому напрямку, ідуть «зигзагом»: по черзі відрізками під кутом до хвилі, з поворотами на гребені.
• За хвилею (z falą) — оманливо спокійний і найпідступніший курс. Тут чатують дві небезпеки, і обидві трапляються за секунди.

Перша — зарив носа: човен скочується зі схилу хвилі, наздоганяє попередній гребінь і встромляє в нього ніс. Вода накриває палубу, ніс різко гальмує, а корма за інерцією йде вгору й уперед — у крайньому випадку човен перекидається через ніс. Друга — брочинг: хвиля підхоплює корму, розвертає її вбік, і судно раптово стає лагом до хвилі з великим креном. Обидва сценарії мають спільну причину: швидкість, близька до швидкості хвилі.

Окремий випадок — перетин чужої хвилі (кільватерного сліду великого судна). Коротку й круту хвилю перетинають на зменшеному ходу майже під прямим кутом до гребеня; довгу пологу — під кутом близько 45°, теж збавивши газ. Ніколи не проскакуйте слід великого судна на повній швидкості: за гребенем часто йде глибока западина, у яку човен провалюється носом.

Швидкість і власна хвиля

Кожне судно на ходу створює власну хвилю — і за неї відповідає керівник судна. Хвиля моторного човна розгойдує і може залити чи перекинути малі судна — човники, каяки, вітрильні «оптимісти», — руйнує береги, зриває судна зі швартовів і небезпечна для тих, хто купається. Тому швидкість збавляють завчасно: біля берегів і причалів, у портах і марінах, поблизу купалень (їх позначають жовтими буями), біля веслових і вітрильних човнів, риболовних сіток, а також під час обгону — щоб не накрити хвилею того, кого обганяєте, і не втягнути його у потік присмоктування рушія.

На водних шляхах трапляється і формальна заборона — знак «заборона створення хвилі». Він не вимагає зупинитися, але зобов'язує пройти ділянку так, щоб хвилі за кормою практично не було: для глісера це означає повністю зійти з глісування на малий водотоннажний хід. Пам'ятайте: найбільшу хвилю човен жене саме в перехідному режимі — «напівглісуванні», тож повзти «трохи повільніше, ніж глісер» — найгірший варіант.

Підсумок

• Стерно працює лише в потоці води: від ходу судна або від струменя гвинта. Нейтраль = некерований човен.
• Судно обертається навколо точки біля носа: ніс іде по дузі, корма замітає назовні повороту.
• Правообертовий гвинт: передній хід — корма праворуч, задній — ліворуч; до причалу підходимо лівим бортом.
• Діаметр циркуляції менший при більшій перекладці стерна й меншій швидкості; корма описує ширшу дугу, ніж ніс.
• На задньому ходу стерно майже не працює, центр обертання зміщується до корми, а корма йде туди, куди повернуто штурвал.
• Два двигуни: розворот на місці — один уперед, другий назад; гвинти протилежного обертання гасять бічний ефект.
• Гальм немає — зупиняє лише задній хід; з «повний вперед» на «повний назад» напряму перемикати заборонено.
• На малому ходу вітер валить ніс під вітер і зносить корпус у дрейф; що більша надводна частина, то більше судном керує вітер.
• Проти течії — мала швидкість відносно берега і повна керованість, тому всі підходи виконуємо проти течії.
• Мілководний ефект: судно просідає й гірше слухається, коли під кілем менше ніж 2–2,5 осадки; лікується зменшенням швидкості.
• Гранична водотоннажна швидкість залежить від довжини ватерлінії (≈ 4,5·√L); перед глісуванням лежить «горб опору», який пробивають газом.
• Вихід на глісування: трим до транця, вага вперед, газ плавно; на глісуванні — обережний трим від транця.
• Завантаження вирішує все: вага на кормі не пускає на глісування, вага на носі призводить до рискання й зариву; ліміти — на заводській табличці.
• Хвилю приймають носом під кутом 10–20° на зменшеному ходу; лагом — найгірше; за хвилею загрожують брочинг і зарив носа.
• Власна хвиля — ваша відповідальність: збавляйте хід біля берегів, купалень (жовті буї), малих суден і там, де діє zakaz wytwarzania fali.