Размеры современных кораблей, будь то круизный лайнер или боевой крейсер, производят впечатление даже на специалистов, не говоря уже про обычных людей. Они по-настоящему огромные, а их высота доходит до 76 метров. Поневоле возникает вопрос – почему настолько большой корабль не заваливается на бок? Ведь надводная его часть намного превышает по высоте подводную, и он просто обязан был упасть. Впрочем, всё не настолько просто.
Эффект куклы-неваляшки
Первое впечатление об океанском лайнере не обманывает: он действительно весит очень много, но его надводная часть не настолько тяжёлая, как можно было бы подумать. То, что воспринимается как многоэтажный плавучий дом, на самом деле является лишь лёгким каркасом. Верхние палубы современных океанских лайнеров строятся из материалов гораздо легче стали: из облегчённых сплавов и высокотехнологичных композитов. Поэтому надстройка над палубой по большей части состоит из воздуха: здесь размещаются каюты, открытые атриумы, рестораны и прогулочные зоны, а конструкция вокруг них сделана максимально лёгкой и прочной.
Основная масса корабля спрятана в самой нижней части корпуса и находится глубоко под водой. Именно здесь расположены огромная двигательная установка, массивные топливные баки, генераторы и балластные цистерны, которые заполнены сотнями тонн воды. Конструкторы специально разместили их таким образом, чтобы занизить центр тяжести и создать эффект куклы-неваляшки. Если судно даёт крен, оно само быстро возвращается к вертикальному положению. Самый близкий пример из обычной жизни среднестатистического водителя – это тяжёлый мотор, опущенный почти к самому асфальту, чтобы автомобиль лучше вписывался в повороты.
Немного физики
Для защиты корабля от опрокидывания используется не только низкий центр тяжести, но и законы обычной физики, например, закон Архимеда. Корпус корабля намеренно делают очень широким – его ширина часто превышает сорок, а то и пятьдесят метров. Это чем-то похоже на увеличенную ширину колеи у автомобиля, что делает его движение более стабильным и не даёт перевернуться.
Если корабль находится в покое, в вертикальном положении его поддерживает выталкивающая сила воды, но эта же сила и возвращает его обратно во время крена. Чем шире корабль, тем больше нужно приложить силы, чтобы его накренить, и тем быстрее он будет возвращаться к своему вертикальному положению после наклона. Интересно, что в случае с круизным лайнером в комплексе работают его ширина, большая длина, огромная масса и просто неимоверная инерция. Он не только физически не может завалиться на бок в обычных условиях, но и компенсирует волнение на море. По этой причине пассажиры на борту практически не ощущают качку, и на круизном лайнере им гораздо комфортнее находиться, чем на небольшом судне, которое болтается по волнам как поплавок.
«Активная подвеска» для корабля
Впрочем, это не единственная проблема, которую были вынуждены решать инженеры во время создания круизных судов. Одна из особенностей высоких лайнеров – их огромная парусность. Их корпус работает как огромное полотно, а постоянно дующий ветер создаёт крен, который сохраняется на протяжении всего плавания. Для пассажиров это создаёт огромный дискомфорт, и ради компенсации уклона разработчики были вынуждены установить гироскопические датчики. Они постоянно мониторят положение корпуса и реагируют на его малейшие изменения. Как только компьютерная система регистрирует даже небольшой крен, автоматика тут же начинает перекачивать тонны воды между балластными цистернами с одного борта на другой.
Ещё один способ поддерживать корабль в вертикальном положении – это гидродинамические подводные крылья. Они чем-то похожи на крыло самолёта или антикрыло гоночного болида. Они управляются компьютером и работают на основе данных, полученных с бортовых датчиков. Регулируя наклон крыльев, компьютерная система может создавать подъёмную силу, которая компенсирует до девяноста процентов крена.
Стабилизация для военных
В военном флоте всё работает по-другому, а приоритет отдаётся совершенно другим вещам. Главным здесь считаются отнюдь не комфортабельные условия для экипажа, а остойчивость, то есть сохранение вертикального положения и способность быстро к нему вернуться, если корабль всё-таки ушёл в крен. Интересно, что последнему качеству конструкторы уделили особое внимание, поэтому боевой корабль похож на Ваньку с военной выправкой: он быстро возвращается к вертикали, а качка получается резкой и очень жесткой. Ко всему прочему, на палубе установлено огромное количество оборудования и вооружений, что делает центр тяжести выше, и конструкторам пришлось экстремально утяжелять подводную часть корабля.
Во время реального боя ситуация ещё больше осложняется. Получение пробоин в корпусе – скорее правило, а не исключение, поэтому боевой корабль делится на многочисленные отсеки, изолированные друг от друга. Как только корабль получает пробоину, его отсеки начинают заполняться водой, и он даёт крен. Интересно, что для поддержания его на плаву экипаж может намеренно затопить отсеки, которые находятся по другому борту. При помощи контрзатопления можно до некоторой степени компенсировать крен, но всему есть предел: хоть корабль и выравнивается, но его осадка может намного увеличиться.
Даже на маленьких лодках
Современные технологии дошли до того уровня, что даже небольшой катер длиной 6-10 метров можно стабилизировать до состояния асфальтовой дороги под ногами. Если такую лодку попробовать раскачать руками или же подпрыгнуть на борту, она останется практически неподвижной. Такого эффекта добиваются при помощи активных гироскопических стабилизаторов качки. С их помощью инженеры заменили массивные подводные крылья и огромные балластные цистерны, которые не подходят для лодки небольшого размера. Зато эта система не занимает слишком много места, она очень эффективна и основана на работе гироскопа.
Основа этой системы – большой и тяжёлый маховик, который помещается в сферу и устанавливается в трюме или в моторном отсеке. Сам маховик раскручивается до больших скоростей – от 5 тысяч до 10 тысяч оборотов в минуту, а чтобы он не разогревался от трения об воздух, внутри сферы создаётся вакуум. При этом маховик обладает огромной энергией, и если его попробовать сдвинуть с места, он во что бы то ни стало пытается вернуться в изначальное положение. То есть при ударе волны в корпус лодки или во время качки маховик просто смещает лодку в противоположную сторону. Стороннему наблюдателю при этом кажется, будто катер стоит совершенно неподвижно.
Современные океанические лайнеры – это настоящее технологическое чудо, вот только служат они недолго. Круизные лайнеры быстро устаревают, их списывают и продают для разборки.
