Балласт — это груз, размещаемый низко на судах для понижения их центра тяжести , что повышает устойчивость (более технически, для обеспечения восстанавливающего момента для сопротивления любому кренящему моменту на корпусе ). Недостаточно балластированные суда имеют тенденцию к чрезмерному наклону или крену при сильном ветре. Слишком большой крен может привести к заполнению судна водой и/или его опрокидыванию . Если парусному судну необходимо отправиться в плавание без груза, то для удержания судна в вертикальном положении будет загружен балласт малой или нулевой ценности. Часть или весь этот балласт затем будет сброшен при погрузке груза.
Если грузовое судно (такое как танкер, балкер или контейнеровоз) хочет плыть пустым или частично пустым, чтобы забрать груз, оно должно плыть «в балласте». Это поддерживает судно в тонусе и удерживает винт и руль погруженными. Обычно нахождение «в балласте» означает затопление балластных цистерн морской водой. Серьезные проблемы могут возникнуть при сбросе балластной воды, поскольку водные организмы могут создавать хаос, попадая в новые среды.
Балласт принимает различные формы.
Простейшая форма балласта, используемая в небольших дневных парусниках, — это так называемый «живой балласт», или вес экипажа. При размещении на наветренной стороне корпуса кренящий момент должен поднимать вес экипажа.
На более продвинутых гоночных лодках используется тросовая система, называемая трапецией , которая позволяет экипажу 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 изготавливается или заполняется материалом высокой плотности , таким как бетон , железо или свинец . Размещая груз как можно ниже (часто в большой колбе в нижней части киля), можно извлечь максимальный восстанавливающий момент из данной массы. Традиционными формами балласта, перевозимого внутри корпуса, были камни или песок.
Использование балласта высокой плотности имеет свои недостатки. Во-первых, это увеличение массы 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 поместить на прицеп и буксировать за автомобилем. Во-вторых, поскольку балласт должен быть как можно ниже, его часто помещают в шверт или втягивающийся киль, требуя сверхмощного механизма для подъема массивного крыла . Самое простое решение — использовать фиксированный балластированный киль, но это делает лодку практически неспособной плавать на очень мелководье и более сложной в управлении вне воды.
Хотя это запрещено большинством правил гонок класса, некоторые передовые лодки используют баллон балласта на длинном тонком киле, который может наклоняться из стороны в сторону, чтобы создать наклонный киль . Это позволяет разместить балласт на наветренной стороне, обеспечивая гораздо больший восстанавливающий момент при меньшем угле крена. Однако наклон киля значительно снижает его подъемную силу, поэтому наклонные кили обычно сочетаются с выдвижным швертом или швертом , который выдвигается, когда киль наклоняется, и убирается (для уменьшения сопротивления), когда киль возвращается в вертикальное положение. Некоторые наклонные кили спроектированы таким образом, что при полном выдвижении в любую сторону они имеют угол атаки около 5°, что позволяет эффекту подводного крыла лопасти поднимать лодку и уменьшать площадь смоченной поверхности для увеличения скорости лодки.
Распространенным типом балласта для небольших судов, который позволяет избежать многих проблем, связанных с балластом высокой плотности, является водяной балласт. Хотя может показаться нелогичным, что размещение воды в корпусе (которая, в конце концов, близка к той же плотности, что и вода снаружи корпуса — пресная вода против соленой) добавит устойчивости, вода служит для вытеснения воздуха из нижней части корпуса; добавление водяного балласта ниже вертикального центра тяжести увеличивает устойчивость. Водяной балласт не нужно поднимать выше ватерлинии, чтобы повлиять на устойчивость, поскольку любой материал, имеющий большую объемную плотность, чем воздух, будет оказывать влияние на центр тяжести. Именно соотношение между центром тяжести и центром плавучести определяет восстанавливающий момент.
Преимущество водяного балласта заключается в том, что баки можно опорожнить, уменьшив осадку или вес лодки (например, для транспортировки по земле), и добавить воду обратно (в небольших лодках, просто открыв клапаны и дав воде поступить) после спуска лодки на воду или выгрузки груза. Насосы также можно использовать для опорожнения подветренной балластной цистерны и заполнения наветренной цистерны по мере поворота лодки, а количество балласта можно изменять, чтобы поддерживать оптимальный угол крена лодки.
Недостатком водяного балласта является то, что вода не очень плотная, и поэтому требуемые баки 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 по воде для питания. Во время движения насос можно использовать для заполнения наветренной стороны, в то время как подветренная сторона может осушаться. Эта система, хотя и не очень привлекательна, позволяет значительно увеличить силу восстанавливающего усилия без каких-либо изменений в корпусе.
Хитрость, обычно используемая на лодках с водяным балластом, заключается в соединении левого и правого бортовых баков с помощью клапанной трубы. При подготовке к повороту клапан открывается, и вода из наветренного бака, который находится выше, перетекает на подветренную сторону, а шкот спускается, чтобы не дать лодке слишком сильно накрениться. После того, как как можно больше воды перекачано на подветренную сторону, лодка разворачивается и парус убирается, поднимая новый полный наветренный бак. Затем можно использовать простой ручной насос, чтобы перекачать всю оставшуюся воду из подветренного в наветренный бак.
На пустых грузовых судах вода добавляется в балластные цистерны для увеличения погружения гребного винта, улучшения рулевого управления, а также для контроля дифферента и осадки.
Сброс балластных вод с судов может оказывать негативное воздействие на морскую среду . Сброс балластных вод и осадков с судов регулируется во всем мире Конвенцией об управлении балластными водами с момента ее вступления в силу в сентябре 2017 года. Он также контролируется национальными правилами, которые могут быть отдельными от Конвенции, например, в Соединенных Штатах .
Круизные суда, крупные танкеры и суда для перевозки навалочных грузов 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 сбрасывается в следующем порту захода, где загружается больше груза. Сброс балластной воды обычно содержит различные биологические материалы, включая растения , животных , вирусы и бактерии . Эти материалы часто включают неместные, нежелательные и экзотические виды, которые могут нанести значительный экологический и экономический ущерб водным экосистемам, а также серьезные проблемы со здоровьем человека, включая смерть. Хотя сброс балластной воды также вреден для окружающей среды, он отличается от загрязнения трюмом , которое происходит, когда загрязняющие вещества из тяжелого оборудования судна просачиваются в океан.
В этой статье использован текст из общедоступного отчета Исследовательской службы Конгресса : Copeland, Claudia. "Cruise Ship Pollution: Background, Laws and Regulations, and Key Issues" (Код заказа RL32450). Исследовательская служба Конгресса (обновлено 6 февраля 2008 г.).
