Крен це нахил судна на лівий або правий борт, а дифферент - на ніс або корму.
Рівноваги вплив, що викликає крен яхти, це вітер, хвилі, переміщення маси - наприклад екіпажу на парусній яхті або вантажу на комерційному судні.
Остійність судна буває поздовжня і поперечна. На яхті нам важлива в першу чергу поперечна, так як відношення довжини яхти до її ширині зазвичай велике. Тобто ми будемо розглядати в першу чергу здатність яхти протидіяти крену.
На яхті дію сили, які прагнуть відновити початкове положення яхти при нахилі. Відновлюючі положення сили це сили тяжіння і сили плавучості, взаємодіючи вони складають плече остійності.
Важливо - буває статична і динамічна остійність. Статична остійність, коли сила, прикладена до судна не змінюється за величиною.
Однак, під час сильного пориву вітру або сильного удару хвилі відбувається різке виведення яхти з положення рівноваги, судно починає кренитися з дедалі більшою швидкістю, а відновлює момент зростає повільніше. Судно досягає якогось максимального положення - це кут динамічного крену і повертається назад. В цьому випадку динамічної остойчивостью судна є здатність витримувати динамічний вплив крениться моменту, який ще називають перекидаючим.
Як оцінити остійність судна
Для оцінки остійності судна використовують коефіцієнт остійності. Коефіцієнт остійності дає чітку оцінку остійності яхти, так як показує опір, який чинить судно на крениться впливу. Коефіцієнт остійності це перша похідна відновлює моменту по куту нахилу.
Для того, щоб оцінити початкову остійність судна при малих кутах крену використовується так звана метацентрическая висота. Метацентр це точка в поперечній площині, де сходяться лінії дії сил плавучості. Ця точка при різних кутах займає різне положення, але при малих можна вважати, що вона нерухома. Метацентріческая висота це відношення коефіцієнта остійності на тонну водотоннажності.
Нас буде цікавити в першу чергу запас остійності яхти, так як основне питання полягає в тому - а перевернеться яхта, чи зможе вона повернуться назад після перевороту?
Відновлює момент в даному випадку не протидіє крену, а поглиблює її. Плече остійності має негативні значення.
діаграма остійності
Наочною є діаграма статичної та динамічної остійності, за яким можна відразу оцінити мореплавство судна.
Діаграми показують залежність відновлюючого моменту від кута нахилу. Цю наочну діаграму ввів в ужиток інженер Рід, тому іноді її називають ще діаграмою Ріда. Так як на діаграмі на координатах по осі Х відкладені кути крену і по осі Y відновлює момент, можна відразу сказати, при якому куті відновлює момент найбільший, а при якому відбувається перекидання. Також можна з'ясувати, чи повернеться яхта в початкове положення чи ні.
Дивлячись на діаграму можна скзаать, що дана судно не перевернеться, навіть якщо її щогла буде вже під водою
Подивимося на діаграму. У початковій точці крен відсутній, немає і відновлює моменту. Далі ми бачимо лінію, яка піднімається плавно вгору. Її кривизна характеризує швидкість наростання відновлює моменту. Дуже крутий графік у катамаранів, це говорить про те, що накренити катамаран складно. При рівних умовах, коли яхт буде йти під вітрилами з кутом градусів 30-40, то на самому катамарані крен буде взагалі не помітний, і може скласти всього 5 градусів. Крива йде вгору і досягає точки максимуму. Ця точка показує, що при збільшенні кута нахилу відновлює момент буде падати, аж до точки заходу, коли спрямляющій (відновлює) момент впаде до нуля. Саме в цей момент яхта і перевернеться. Цікаво розглянути діаграму і нижче нуля. Ця частина графіка показує, скільки сил треба докласти, щоб повернути яхту на рівний кіль. Видно, що у випадку з катамараном, для цього буде потрібно докласти майже стільки ж сил, скільки і для його перевороту. Частина графіка для кільових яхт дуже мала. Це говорить про те, що досить невеликого поштовху, щоб повернути яхти в початкове положення.
Графік динамічної та статичної остійності. Видно, що крива динамічної остійності нижче.
Як підвищити остійність
Для того, щоб підвищити поперечну остійність судна потрібно збільшити плече остійності. Цього можна досягти кількома способами. Наприклад збільшити ширину. Чим ширше судно, тим воно остійності і може нести велику парусність, виявляється більш енергоозброєність. Це рішення знайшло своє втілення в катамаранах і трімаранах. Це швидкохідні і легкі судна, що несуть велику кількість вітрил. Також сучасні гоночні яхти, особливо відкритого моря, також мають велику ширину. Наступне рішення для того, щоб домогтися збільшення відновлює моменту - знизити центр ваги. Для цього в сучасних яхтах використовуються глибокі кили, де маса зосереджена в потовщенні на самому низу - Бульбі. У деяких яхтах застосовуються хитні кили і водяний баласт по бортах. Переміщення екіпажу на борту яхти переслідує ту ж саму мету, протидії крену, так як швидкість яхти більше, коли вона йде на рівному кілі. У загальному випадку йде боротьба між збільшенням остійності парусної яхти, її енергоозброєності і швидкісними якостями. Велика бульба збільшує вагу, велика ширина дає велике значення змоченою поверхні і зменшує швидкість. Також треба враховувати і комфорт для екіпажу. Занадто вузьке судно може бути хитким, постійно кренитися, а на занадто широкою парусній яхті може бути незатишно на хвилях у відкритому морі.
Унікальний корабель 17 століття - "Ваза", через неправильно розрахованої остійності пройшов менш милі, потім затонув
Є і ще одна небезпека - сили, що впливають на кіль з бульбою великі, і невелика помилка в проектуванні або при будівництві веде до того, що кіль просто відвалюється в море в місці кріплення до корпусу, при цьому яхта миттєво перевертається. У випадку з катамаранами цього не відбувається, але на них діють величезні сили в місцях кріплення поплавців до балок, також слід враховувати і диферент яхти. Були випадки, коли на величезній швидкості катамарани перевертаються через вилицю.
Це непросте завдання для конструкторів і ми постійно бачимо експерименти з формою корпусу вітрильних яхт.