Какими свойствами должны обладать корпуса судов

Обновлено: 14.04.2024

Каждому типу судна соответствует особая форма корпуса, зависящая от многих факторов: назначения судна, условий его эксплуатации, скорости хода, качества судна и т. п. Корпуса движущихся судов представляют собой удлиненное тело, ограниченное кривыми поверхностями, создающими обтекаемую форму, уменьшающую сопротивление воды и воздуха его движению. Корпуса таких судов имеют заостренные оконечности и плавные переходы боковых поверхностей в днищевые плоскости. Корпуса стояночных судов пли судов, скорость транспортировки которых не имеет большого значения, наоборот, делают для упрощения технологии постройки, прямоугольными или плоскостной формы с резко выраженными гранями.

Передняя, по направлению движения, оконечность корпуса называется носовой, и по принятым правилам судостроительного черчения на чертежах всегда изображается справа; противоположная оконечность, называемая кормовой, изображается на чертежах слева.

Корма судна имеет более сложную конфигурацию, чем носовая оконечность, так как в кормовой оконечности размещаются различные устройства, обеспечивающие маневренность судна (гребные винты, рули и т. п.), которым необходимо обеспечить наилучшие условия работы.

Для того, чтобы судно, идущее по сильно взволнованной водной поверхности, не зарывалось оконечностями в волну, борта корпуса в носовой оконечности по высоте расширяют (разваливают). Формы обводов современных судовых корпусов созданы в результате долголетней отработки.

Появление опытовых бассейнов позволило обеспечить выбор оптимальной формы корпуса судна на научной основе при использовании метода моделирования.

Форма корпуса всех движущихся судов в поперечном сечении делается симметричной для того, чтобы оказываемые его движению сопротивления на каждую сторону корпуса взаимно уравновешивались и действия руля на каждый борт были бы одинаковы.

Поверхности, ограничивающие корпус судна сверху, с боков и снизу, соответственно называются верхней палубой, бортами и днищем.

Общее представление о геометрической характеристике формы корпуса судна дает метод сечения корпуса тремя взаимно перпендикулярными плоскостями: вертикальной плоскостью симметрии, проходящей вдоль корпуса посередине его ширины; горизонтальной плоскостью, проходящей вдоль корпуса и делящей его на две несимметричные части: на надводную и подводную, и вертикальной плоскостью, перпендикулярной первым двум и проходящей посередине расчетной длины судна (рис. 1).

Вертикальная плоскость, проходящая вдоль корпуса судна и делящая его теоретическую поверхность на две симметричные части, называется диаметральной плоскостью (ДП).

Основной плоскостью (ОП) называется горизонтальная плоскость, проходящая через нижнюю точку килевой линии корпуса.

Основной линией (ОЛ) называется линия пересечения основной и диаметральной плоскостей.

Поскольку корпус судна имеет очень сложную форму, то при его изготовлении, а также при монтаже на нем всех деталей насыщения судна (механизмы, аппараты, оборудование и прочее), установочные размеры этих деталей можно определять по высоте и ширине судна только от этих двух плоскостей.

Линия, образующаяся при пересечении верхней палубы с диаметральной плоскостью, называется палубной линией. Палубная линия морских судов имеет изогнутую форму с подъемом от середины длины судна к оконечностям. Такой продольный изгиб палубной линии называется седловатостью палубы . Палубная линия речных судов, к мореходным качествам которых не предъявляют повышенных требований, делается прямой, без седловатости.



Рис. 1. Сечение корпуса судна тремя взаимно перпендикулярными плоскостями. I-диаметральна я плоскость; II-плоскост ь мидель-шпангоута; III — плоскость конструктивной ватерлинии. 1-верхня я палуба; 2 - борт; 3- днище; 4 - форштевень; 5 - килевая линия 6ахтерштевень; 7-палубна я линия; 8 - бортовая линия; 9 -нос ; 10— корма; h— стрелка погиби.

Бортовая линия палубы — линия пересечения теоретической поверхности борта и палубы или их продолжений при закругленном соединении палубы с бортом.

Килевая линия (КЛ) — линия пересечения днищевой части теоретической поверхности корпуса с диаметральной плоскостью. Килевая линия имеет разнообразные формы в зависимости от назначения и типа судна (рис. 2).

Килевая линия большинства современных судов горизонтальна. Наклонная килевая линия встречается у судов с так называемым конструктивным дифферентом, который делается для заглубления винта и руля и для их защиты при малой осадке судна. Килевая линия с уступом — реданом встречается у быстроходных легких судов (катеров). В этом случае на ходу судна носовая часть корпуса выходит из воды, а кормовая часть скользит (глиссирует) на водной поверхности. Килевая линия судов специальных типов (подводные лодки, яхты и т. п.) часто бывает криволинейной, что объясняется специфическими особенностями их эксплуатации.



Рис. 2. Палубная и килевая линии различных судов: а — морских; б — речных; в — с конструктивным дифферентом; г — с реданом (с уступом); д — криволинейная (специальные суда — яхты и т. п.).

Кромки, образующиеся при пересечении бортовых поверхностей корпуса с диаметральной плоскостью в носовой и кормовой оконечностях, по которым сопрягаются поверхности правого и левого борта, называются штевнями. Носовой штевень, расположенный по ходу судна впереди, называется форштевнем, кормовой штевень — ахтерштевнем.

Форма обводов штевней вырабатывалась на практике обычно в соответствии с назначением судна.

Характерные формы форштевней показаны на рис. 3:

а) наклонный форштевень, характеризующийся прямой наклонной линией, в подводной части плавно или под углом переходит в килевую линию. Такой форштевень придает судну как бы устремленность вперед, но делается он таким не только ради эстетического впечатления, а также исходя из практических соображений: наклонный форштевень в сочетании с развалом бортов в носовой оконечности увеличивает полезную площадь верхней палубы и улучшает всхожесть судна на волну;



Рис. 3. Характерные формы судовых форштевней: а — наклонный; б—клиперский; в — бульбообразный; г — ледокольный; д — прямой.

б) клиперский форштевень характеризуется плавной образующей линией, направленной верхним концом вперед. Такой форштевень делается по тем же соображениям, что и предыдущий, его форма заимствована у парусных судов;

в) бульбообразный форштевень имеет над водой наклонную прямую или вогнутую линию, его подводная часть имеет каплеобразную форму и опущена несколько ниже килевой линии. Такой форштевень предусматривается на судах с относительно большой шириной корпуса для уменьшения сопротивления воды движению и увеличения скорости хода судна;

г) ледокольный форштевень в надводной части характеризуется наклонной прямой, которая, не доходя немного до уровня воды, приобретает плавный наклон до 30° (выработанный на практике), наклон продолжается в подводной части до плавного перехода в килевую линию. Такой форштевень имеют ледоколы и суда, плавающие во льдах, для того, чтобы судно могло с хода вылезать на ледяное поле и своей тяжестью продавливать его;

д) прямой форштевень имеет вертикальную линию образования в подводной части, плавно переходящую в килевую линию. Такой форштевень встречается преимущественно у речных судов, имеющих свободное место на палубе, не плавающих на относительно взволнованной поверхности, он удобен для обзора пространства перед носом судна при частом плавании в узкостях и при подходах к причалам.

Кормовые оконечности судов, несмотря на их разнообразие, разделяются в основном на три типа (рис. 4). Рассмотрим их:

а) обыкновенная корма имеет свес верхней части корпуса высоко над водой, который называется подзором . Такая корма в большинстве случаев встречается у грузовых одновинтовых судов, имеющих небольшую скорость хода;

б) крейсерская корма с подзором (со свесом), утопленным в воду, и плавными обводами. Такая форма кормы увеличивает площадь палубы и уменьшает вихреобразование за корпусом и предусматривается на быстроходных судах или на судах с несколькими гребными винтами;



Рис. 4. Форма судовых кормовых оконечностей: а — обыкновенная с подзором; б — крейсерская; в— транцевая.

в) транцевая корма имеет над водой усеченный вид, образованный вертикальной или наклонной в корму поперечной плоскостью, носящей название транца. Такая корма бывает на тех судах, где с кормы выполняются специальные операции; она необходима, например, при работе с сетями на промысловых судах, при постановке мин или тралов военными кораблями и т. п.

Вторым сечением, характеризующим форму корпуса судна, является горизонтальное сечение или, как говорят, сечение по конструктивной ватерлинии.

Ватерлинией (ВЛ) называется след от пересечения теоретической поверхности корпуса горизонтальной плоскостью.

Конструктивной ватерлинией (КВЛ) называется ватерлиния, соответствующая полученному предварительным расчетом полному водоизмещению судов или нормальному водоизмещению (с половинным запасом топлива).

Конструктивная ватерлиния у транспортных судов является одновременно и грузовой ватерлинией (ГВЛ), соответствующей проектной осадке судна.

Характерные формы конструктивных ватерлиний современных судов показаны на рис. 5:

а) грузовое судно имеет ватерлинию, заостренную в оконечностях и так называемую цилиндрическу вставку в средней части, на протяжении которой обводы ватерлинии параллельны ДП. Цилиндрическая вставка увеличивает вместимость корпуса судна, упрощает технологию и удешевляет его постройку. Однако с увеличением скорости хода таких судов значительно возрастает сопротивление воды их движению, что вызывает затраты дополнительных мощностей. Суда со средней скоростью (14—16 узл) имеют цилиндрическую вставку, равную 10—40% длины корпуса;

б) быстроходное судно, скорость которого является важным эксплуатационным качеством, имеет ватерлинию хорошо обтекаемой формы с очень незначительной цилиндрической вставкой или же вообще без нее;



Рис. 5. Ватерлинии судов различных типов: а — грузового; б — быстроходного; в — с транцевой кормой; г — тихоходного.

в) ватерлиния быстроходных судов с транцевой кормой получается усеченной, транец выполняет роль редана, способствующего отрыву струи воды от днища при скольжении судна по поверхности воды — глиссировании. Эти суда также не имеют цилиндрической вставки;

г) тихоходные и несамоходные речные суда с большим внутренним объемом корпуса имеют ватерлинию полного образования с цилиндрической вставкой на 70—90% длины судна.

Третьим сечением, дающим представление о форме корпуса, является сечение вертикальной плоскостью, проходящей посередине длины судна перпендикулярно диаметральной плоскости и плоскости конструктивной ватерлинии, называемое обводом мидель-шпангоута.

В поперечном сечении корпуса судов могут иметь вертикальные борта, развал или завал в верхней части борта. Палуба в поперечном сечении корпуса делается выпуклой, с кривизной по параболе, со стрелкой погиби равной 0,02 (1:50) от ширины па- лубы на миделе. Выпуклость палубы в поперечном направлении корпуса судна называется погибью палубы. Погибь палубы делается для стока воды, заливающей палубу, и придает ей большую продольную устойчивость.

Плавный переход линии днища в линию борта выполняется по дуге окружности или по лекальной кривой и называется скуловым закруглением или скулою.

Характерные формы миделевых обводов судов разных типов показаны на рис. 6, наиболее характерны:

а) морские транспортные суда — с вертикальным бортом и с подъемом днища;



Рис. 6. Обводы миделевых сечений судов различных типов: а — транспортного; б — быстроходного; в —ледокола; г — быстроходного катера; д — судна внутреннего плавания; е — речного.

б) морские быстроходные суда —с хорошо обтекаемыми обводами, большим углом подъема днища и большим скуловым закруглением;

в) ледокольные суда со скругленными бортами и развалом в подводной части и завалом в надводной части. Такая форма поперечного сечения увеличивает поперечную жесткость корпуса, и в случае сжатия судна в ледяных полях лед вдвигается по наклонным бортам или под судно, выжимая его из воды, или поднимается вверх;

г) быстроходные суда малого водоизмещения (катера), в большинстве случаев имеющие прямые с развалом борта, переходящие под углом в днище с большим подъемом слегка изогнутой формы;

д) быстроходные суда внутреннего плавания —с плоскодонным днищем, с циркульной скулой, переходящей в борта с развалом. Такие образования увеличивают площадь палубы и помещения в надводной части корпуса;

е) речные плоскодонные суда —с горизонтальным днищем, с вертикальными бортами и с малым радиусом закругления скулы. Такой профиль поперечного сечения обеспечивает максимальный объем корпуса и предусматривается на тихоходных судах с минимальной осадкой.


Важное

Ходовые испытания подлодки "Алроса" продолжились

Важное

На "Севмаше" внедряют еще один метод для ускорения производства подлодок

Важное

Источник рассказал о возможном увеличении количества атомных подлодок нового поколения

До начала XX в. в истории проектирования конструкций судового корпуса не существовало. Размеры же связей и толщина обшивки назначались “на глазок” по интуиции. общая прочность, например, определялась по весьма приблизительным зависимостям, прочности листов обшивки вообще не уделялось внимания. Поэтому, на сегодня конструкция корпуса судов и их прочность и выносливость имеет огромное значение.

При проектировании конструкций корпуса судна стремятся достичь наибольшей эффективности в постройке и эксплуатации за счет удовлетворения многочисленных противоречий требований путем поиска разумного компромисса.

При этом ведется поиска ответа на вопрос, какими должны быть наиболее рациональные конструкции корпуса судна при использовании разных материалов, находящихся под воздействием неравномерных нагрузок и работающих в разных странах. например, использование сталей повышенного сопротивления удорожает конструкцию, но делает ее более легкой. Степень совершенства компромиссных решений определяется главным образом уровнем развития науки, техники и технологии и возможностью их использования при проектировании и постройке, а также глубиной познания физики изучаемых явлений.

Упрощение оптимизации конструктивных решений способствуют компьютеризация и математическое моделирование. Эти методы позволяют в отличие от вариационных, дающих оптиум в конечном виде, получить, используя разные процедуры, последний с некоторыми приближениями.

Современная судостроительная промышленность России обладает высоким научно-техническим потенциалом и, имея специфику, оказывает прогрессивное, стимулирующее влияние на развитие других отраслей промышленного производства.

В числе приоритетных достижений отрасли – атомные ледоколы, судна на подводных крыльях и на воздушной подушке, экранопланы, а также уникальные по глубине погружения подводные лодки, корпуса которых впервые в мире были выполнены из титановых сплавов.

Современные технологии в судостроении позволяют разработать судно с проработанными корпусными элементами, собранными с помощью сварочного оборудования, которые способны выдержать большие внешние нагрузки, долгие годы эксплуатации и возможно многократного ремонта.

Из существующих эксплуатационных качеств к наиболее характерным для маломерного судна следует отнести водоизмещение, вместимость, грузоподъемность, пассажировместимость и скорость.

Водоизмещение

Различают два вида водоизмещения.

Массовое (весовое) водоизмещение - это масса находящегося на плаву судна, равная массе вытесненной судном воды. Единицей измерения служит тонна. Учитывая, что вес судна является величиной переменной, в практике используют два понятия:

  • водоизмещение в полном грузу D , равное суммарной массе корпуса, его механизмов, устройств, груза, судовых запасов, экипажа и пассажиров при наибольшей допустимой осадке;
  • водоизмещение порожнем Do , в этом случае не учитывается масса груза, экипажа и пассажиров, топлива и других запасов.

Объемное водоизмещение V - это объем подводной части судна в м.куб. Расчет производится через главные измерения:

где S - коэффициент полноты водоизмещения, равный для маломерных судов 0,35 - 0,6, причем меньшее значение коэффициента присуще для небольших судов с острыми обводами. Для водоиэмещающих катеров S = 0,4 - 0,55, глиссирующих S = 0,45 - 0,6, моторных лодок S = 0,35 - 0,5, для парусных судов этот коэффициент колеблется от 0,15 до 0,4.

Как известно по закону Архимеда любое плавающее тело вытесняет объем воды, масса которой равна массе этого тела. Применительно к судну, можно связать оба вида водоизмещения формулой:

где γ - плотность воды. Для пресной воды γ = 1,0 т/м3 для морской - 1,025 т/м3.

Вместимость

Под валовой вместимостью понимается полный объем всех помещений судна, кроме объемов рулевой рубки, камбуза и туалета. Вместимость измеряется в м.куб Чтобы получить валовую вместимость в регистровых тоннах необходимо полученную величину в м3 разделить на 2,83

Для приближенного расчета валового объема судна без надстроек можно использовать формулу:

V = S1LнбBнбН

где: S1 - коэффициент полноты валового объема; Lнб и Bнб - наибольшие длина и ширина, м.;Н - высота борта в середине судна, измеренная от внутренней поверхности обшивки у киля до уровня планширя, м.

Для водоизмещающих катеров S1 = 0,55 - 0,65 , глиссирующих S1 = 0,6 - 0.8 . мотолодок S1 = 0.45 - 0,55 , а для парусных судов 0.5 - 0,8 .

Грузоподъемность

Грузоподъемность - это масса перевозимых судном грузов. Различают дедвейт и чистую грузоподъемность.

Дедвейт - это разность между водоизмещениями в полном грузу и порожнем.

Чистая грузоподъемность - это масса только полезного груза, который может принять судно.

Для больших судов единицей изменения грузоподъемности служит тонна , для малых - кг . Грузоподъемность G можно рассчитать по формулам, а можно определить и опытным путем Для этого на судно при водоизмещении порожнем, но со снабжением и запасом горючего, последовательно помещают груз до достижения судном ватерлинии, соответствующей минимальной высоте надводного борта. Масса помещенного груза соответствует грузоподъемности судна.

Пассажировместимость

Под пассажировместимостью понимается количество людей, разрешенное к размещению на судне в данных условиях плавания.

Пассажировместимость зависит от грузоподъемности судна и наличия оборудованных мест для размещения людей. Для определения пассажировместимости величину грузоподьемности делят на среднюю массу человека и округляют до меньшего целого числа. Среднюю массу человека принимают равной 75 кг., а при наличии багажа- 100кг. На маломерном судне количество оборудованных сидячих мест должно соответствовать расчетному. Грузоподьемность и пассажировместимость для маломерных судов промышленного изготовления устанавливается заводом-изготовителем, а для судов самостоятельной постройки- по согласованию с ГИМС.

Скорость - это расстояние, проходимое судном за единицу времени. На мор­ских судах скорость измеряется в узлах (миля в час), а на судах внутреннего плавания - в километрах в час (км/ч). Судоводителю маломерного судна рекомендуется знать три скорости: наибольшую (макси­мальную), которую судно развивает при максимальной мощности двигателя; наименьшую (ми­нимальную), при которой судно слушается руля; среднюю - наиболее экономную при сравни­тельно больших переходах.

Скорость определяется на мерной линии (Рис. 1.3.1 )

Мерная линия состоит из трех створов, два из которых (АА1 и ББ1) - поперечные секущие, а один (ВВ1) - ведущий. При этом расстояние между секущими створами (S) должно быть измере­но как можно точнее, а сами эти створы были строго параллельны друг другу и перпендикулярны ведущему створу.

Рассмотрим пример определения скорости катера при максимальной мощности двигателя.

Судоводитель, начиная движение судна из точки "в" по ведущему створу ВВ1, развивает пре­дельное число оборотов до пересечения с секущим створом АА1. Когда катер на уровне судово­дителя пересечет створ АА1 в точке "а", включается секундомер. В точке "б" секундомер останав­ливается и его показания записываются.

По известному расстоянию S и времени его прохождения t рассчитывается скорость V.

Аналогичный маневр повторяется судоводителем и в обратном направлении. Это позволяет исключить влияние течения. Окончательная скорость катера при максимальной мощности полу­чается по среднему результату двух пробегов "туда" и "обратно". По этому же принципу определяются наименьшая и средняя скорости судна. Все три вида скоростей возможно определить как с одним водителем, так и с полной загрузкой судна.

При отсутствии стационарной мерной линии, судоводитель может ее оборудовать самостоя­тельно, используя в качестве створов фанерные щиты и вехи, тщательно измерив расстояние между секущими створами. Однако использовать для определения скоростей расстояния, сня­тые с карты между буями (вехами), являющимися судоходной обстановкой, не рекомендуется, т.к. они могут быть снесены течением, волной или проходящими судами.

Автономность и дальность плавания

Во время эксплуатации судна расходуются топливо, питьевая вода, продукты и другие судовые запасы. Способность судна находиться в течение определенного времени в плавании без пополнения запасов называется автономностью плавания. Автономность плавания измеряется, как правило, в сутках и зависит от типа судна и характера его эксплуатации. При этом для маломерных судов автономность плавания колеблется в значительных временных пределах, т.к. на моторной лодке или катере уже через несколько часов движения запасы топлива могут быть израсходованы и без их пополнения дальнейшее плавание невозможно. Под понятием дальность плавания для маломерного судна целесообразно считать расстояние, которое судно способно пройти, использовав полностью максимальный запас топлива.

Мореходные качества маломерного судна

Плавучесть – это способность судна держаться на плаву, имея заданную посадку (осадку, крен и дифферент) при определенной нагрузке.

Чтобы судно находилось в статическим равновесии на спокойной воде необходимо выполнение двух условий:

1. В соответствии с законом Архимеда массовая нагрузка судна (сила тяжести Р) должна быть равна массе вытесненной судном воды, т.е. величине, равной объемному водоизмещению, помноженному на плотность воды, в которой плавает судно (силе поддержания D): P = γV = D.

2. Центр тяжести судна (ЦТ) должен располагаться на одной вертикали с центром величины (ЦВ), т.е. точкой приложения равнодействующей всех сил поддержания, действующих со стороны воды на корпус судна, которая находится в центре объема погруженной части корпуса судна.

Если сила поддержания больше силы тяжести, судно всплывает, если меньше – судно погружается. Если эти силы равны, но ЦТ находится не на одной вертикали с ЦВ, то судно плавает в положении равновесия, но имеет постоянный соответственно крен или (и) дифферент.

Отсюда, для того, чтобы судно плавало по конструктивную ватерлинию без крена и дифферента его весовое полное водоизмещение должно быть равно полной нагрузке судна, центр тяжести и центр величины должны лежать на одной прямой, перпендикулярной к плоскости КВЛ и поверхности воды.

Поскольку подводная часть корпуса судна симметрична относительно ДП, то ЦВ всегда лежит в ДП, т.е. задача состоит в том, чтобы загрузка судна была симметрична ДП, тогда крена не будет.

Если из-за неточностей, допущенных при проектировании или постройке судна, ЦТ окажется смещенным в нос или корму от ЦВ, то оно получит наклон – начальный дифферент соответственно на нос или корму. Дифферент существенно влияет на ходовые качества маломерного судна и поведение его на волне. Дифферент на нос всегда нежелателен, а большой дифферент на нос даже опасен, так как судно становится неустойчивым на курсе, сильно зарывается носом во встречную волну. Кроме того, на судах некоторых типов при большом носовом дифференте из воды выходит более широкая кормовая часть корпуса, площадь ватерлинии и ее ширина уменьшаются, вследствие чего судно становится валким ( легко получает крен при незначительных кренящих силах).

Чрезмерный дифферент на корму на тихоходной лодке может стать причиной погружения в воду широкого транца и вследствие этого – повышенного сопротивления воды. Кроме того, создается опасность заливания лодки через транец попутной волной или при случайном перемещении в корму пассажира. Об этом нужно помнить и на глиссирующей мотолодке: чтобы избежать заливание мотора при его ремонте на плаву, лучше всего попросить пассажиров переместиться ближе к носу лодки.

В подавляющем большинстве случаев ЦТ и соответственно ЦВ судна располагаются немного в корму от мидель-шпангоута, поскольку носовая часть корпуса более острая, чем кормовая. На водоизмещающих лодках и катерах это смещение невелико – не превышает 10% L. Для более быстроходных, особенно для глиссирующих, желательна более кормовая центровка, при которой ЦТ располагается от транца на расстоянии (35-40)% L. На расчетном режиме движения эти катера поддерживаются гидродинамическими подъемными силами, результирующая которых приложена в кормовой трети днища. Смещение ЦТ к транцу позволяет получить на глиссирующем судне оптимальный угол атаки днища и смоченную длину.

Остойчивостью называется способность судна противостоять действию внешних сил, стремящихся наклонить его в поперечном или продольном направлении, и возвращаться в прямое положение равновесия после прекращения действия этих сил.

Различают поперечную остойчивость, связанную с наклонением судна около продольной оси (крен), и продольную – с наклонением судна около поперечной оси (дифферент). Продольная остойчивость в несколько раз больше поперечной, поэтому считают, что при хорошей поперечной остойчивости судно всегда остойчиво и при наклонениях в продольной плоскости.

Имея это в виду, рассмотрим условия и соотношения поперечной остойчивости.

При крене судна на угол θ равнодействующая сил тяжести Р, приложения к центру тяжести G, оказывается перпендикулярной к новой ватерлинии W1L1. Центр величины Со вследствие изменения формы подводной части судна, описав дугу, перемещается в сторону наклонения и занимает положение С1. Равнодействующая сил поддержания D, сохранив свое значение, оказывается приложенной в новом центре величины С1. Равнодействующая сил поддержания D, сохранив свое значение, оказывается приложенной в новом центре величины С1 и направленной перпендикулярно к новой ватерлинии. Таким образом, противоположно направленные и отстоящие друг от друга на некотором расстоянии ℓ силы Р и D образуют восстанавливающий момент М , который стремится вернуть судно в исходное положение. Расстояние ℓ называется плечом восстанавливающего момента или плечом остойчивости. На пересечении направления силы поддержания D с диаметральной плоскостью судна находится точка М, называемая метацентром. Расстояние от М до центра величины С1 (точнее до кривой СоС1, по которой перемещается центр величины при наклонении судна) называется метацентрическим радиусом r.

Расстояние между метацентром М и центром тяжести судна G обозначается h и называется начальной (поперечной) метацентрической высотой.

Начальная поперечная метацентрическая высота h при малых углах крена характеризует остойчивость судна. На практике ее принимают за меру остойчивости. Чем больше h, тем необходима большая кренящая сила, чтобы накренить судно на какой-либо определенный угол крена, тем остойчивее судно.

Обычная начальная поперечная (или малая) метацентрическая высота на современных катерах (с хорошей остойчивостью) имеет значение 0,5-0,8 м.

Если метацентр М возвышается над центром тяжести G, то h считается положительной, в этом случае судно имеет положительную начальную остойчивость и безопасно для плавания.

Главные размерения судна влияют на технические и эксплуатационные характеристики изделия. Строительство лодки всегда начинается с измерений, определения размеров и составления теоретического чертежа судна. Перечисленные характеристики дают более полное понимание об обводах и их характеристиках.

Ключевые измерения

Основные размерения судна подразумевают 4 основных размера: длина, ширина, бортовая высота и уровень осадки.

После достоверного определения перечисленных величин владелец или конструктор может принимать решения в отношении разнообразных эксплуатационных задач: метод выполнения швартовки на причале, способность к передвижению по мелководным местам, уровень грузоподъёмности. Сегодня выделяют несколько значений перечисленных величин:

  • наибольшие размеры длины в проектных документах обозначаются Lнб. Определяется как дистанция между крайними наружными точками конструкции при измерении вдоль корпуса;
  • длина в отношении конструктивной ватерлинии судна (КВЛ). Изначально рассмотрим, что такое ватерлиния судна – это линия касания воды и корпуса лодки. У начинающих конструкторов и многих владельцев возникает вопрос, что такое КВЛ? КВЛ – это расстояние между дальними точками корпуса, которое для измерений использует зеркало воды при максимальной нагрузке на судно (количество веса и процентное отношение к максимальной грузоподъёмности может отличаться);
  • наибольшая ширина отмечается с помощью Внб, её измеряют в области максимальной ширины судна. Измерения проводят по внешним граням;
  • ширина по КВЛ определяется как дистанция между конечными точками по ширине вдоль нахождения ватерлинии;
  • высота в области миделя. Предварительно следует определить, что такое мидель? Мидель судна – это плоскость, располагающаяся поперёк лодки и имеющая вертикальную направленность, которая проходит в центре длины лодки. Преимущественно на чертежах мидель – это значок H. Для её измерения применяется замер от килевой части (нижняя точка) до верхушки борта;
  • высота части борта, находящаяся над водой (F). Измеряется от ватерлинии до верхушки борта. Преимущественно надводная часть борта определяется на миделе, но дополняют информацию значениями на носу и корме;
  • средние показатели осадки (T) определяются, как значения углубления лодки в воду при увеличении давления. Чаще для этого используется мидель от КВЛ до нижней отметки киля.

Основные габариты

Помимо ключевых значений, теоретический чертеж корпуса судна часто содержит обозначения габаритов:

  • длина судна, включая выступающие элементы штевней;
  • габаритная осадка – это измерение от КВЛ до нижнего участка судна (до шпоры ПМ или других элементов);
  • ширина по габаритам, определяющаяся по выступам бортиков или по привальным брусьям;
  • габаритная высота – это размерение от самой нижней до верхней части судна.

Важные показатели соотношений

Существуют значения, заданные в точных цифрах, но корпус часто характеризуется дополнительными измерениями, которые выступают в виде соотношения величин. Частыми значениями являются отношения:

  • длины и ширины вдоль линии погружения лодки (L/B), позволяет определить ходкость конструкции, так как при увеличении L/B судно становится более быстроходным, при условии, что оно имеет водоизмещающий тип. Определяет также остойчивость, соответственно, при снижении L/B и сохранении длины судно становится более остойчиво;
  • ширины вдоль конструктивной ватерлинии к осадке (В/Т). Показатель обеспечивает данными о ходкости, уровне мореходности и остойчивости конструкции. По мере увеличения соотношения, судно становится более остойчивым, но снижается способность удерживать прежнюю скорость при появлении волн на воде. Узкие, глубокопогружённые корпуса легче переносят волны;
  • максимальной длины и бортовой высоты судна в области миделя (Lнб/H). Описывается жёсткость днища и его прочность. Чем меньше этот показатель, тем больше прочность корпуса;
  • абсолютной высоты борта к способности давать осадку (H/T). Показывает запас плавучести лодки. При увеличении этого показателя, запас становится больше, соответственно, судно способно выдержать большую нагрузку без риска попадания волн в кокпит.

Что такое теоретический чертёж?

Теоретический чертёж – это рисунок на бумажном листе, описывающий сложную конструкцию корпуса по поверхности. Для полного понимания строения используется 3 проекции при перпендикулярном пересечении. На чертеже видны места соединения обшивки снаружи пересекающимися плоскостями, в этом отношении существуют специальные правила. Для построения корабля обязательно 3 плоскости: основная, мидель-шпангоута, диаметральная. Основные сечения корпуса судна:

  • диаметральная плоскость (ДП) судна. ДП судна – это плоскость, идущая вертикально и делящая весь корпус на 2 равные части вдоль длины;
  • основная плоскость (ОП) судна – это вид корабля снизу, плоскость координат строго горизонтальная;
  • плоскость миделя. Последняя важная плоскость мидель-шпангоута проходит вертикально поперёк длины. Многие не знают, что такое строение чертежа позволяет увидеть тип бортов, разновидность шпангоутов и строение кокпита.

Для получения всех трех видов теоретического чертежа необходимо представить разрез судна по перечисленным траекториям, параллельным трем плоскостям. На проекции бокового вида отражаются следы разреза корпуса одной плоскостью точно по центру вдоль всей длинны. Подобные следы имеют название батоксы. Второе сечение выполняется равностоящими плоскостями по горизонтали снизу ватерлинии (полуширота). Следы от разреза днища позволяют получить информацию о корпусе.

Все линии чертежа на одной проекции имеют кривую форму, а на остальных представлены ровно. Шпангоуты при взгляде сбоку или полушироты будут представлены только в виде линий, но на самом деле их всегда выполняют криволинейно. Ватерлиния имеет прямой вид сбоку и на сечении «корпус», а батоксы – на корпусе и полушироте.

Чертежи выполняются с точки зрения симметричности ДП, соответственно, на полушироте отображают ватерлинию левого борта. С правой стороны корпус очерчивают обводами шпангоутов носа, а слева – кормы, чтобы не нагромождать каждый чертёж.

Что такое коэффициенты полноты?

Коэффициент полноты водоизмещения – это важнейший параметр чертежа, так как он отражает объём воды, которую корпус вытеснит при погружении до ватерлинии. Водоизмещение имеет объёмную характеристику и позволяет определить габариты судна, вместимость конструкции и мореходные свойства.

Водоизмещение не является статической величиной, ведь имеет зависимость от уровня нагрузки на судно, соответственно, выделяют некоторые разновидности:

  • полное. Подразумевается, что на борту присутствует полный бак горючего, необходимое количество воды для питья, экипаж и провиант;
  • порожнее – это способность выталкивания воды с установкой на борту двигателя, снабжения, но при отсутствии горючего, личных вещей, провизии и людей;
  • обмера. На борту присутствуют паруса, снабжение, но нет экипажа, горючего и других вещей. Используется только для парусных видов лодок.

Значение водоизмещения на чертежах описывается буквой V и измеряется в м3. Используется для определения характеристик коэффициентов полноты судна. Существует некоторое отличие от весового водоизмещения, так как последний показатель описывает груз судна и вычисляется в тоннах, а коэффициенты полноты судна учитывают плотность воды. Расчёты проводятся по формуле D = p*V, где p – справочная плотность воды.

Для сравнения нескольких чертежей судов используют коэффициенты полноты без использования размеров, среди них:

  • коэффициент полноты водоизмещения (б) судна – связывает габариты корпуса и уровень его погружения. Для его определения важно учитывать соотношение объёма выталкиваемой жидкости до КВЛ к параллелепипеду с равными сторонами [б=V/(L*B*T)]. По мере уменьшения показателя обводы, днища заостряются, с обратной стороны, снижается полезный объём днища под водой;
  • коэффициент полноты ватерлинии (а) – это соотношение площади ватерлинии к прямоугольной конструкции со сторонами L и B [a=S/(L*B)];
  • коэффициент полноты мидель шпангоута (b) рассчитывается на основании соотношения площади миделя и прямоугольного каркаса с параметрами сторон B и T [b=X/(B*T)].

Значение водоизмещения «а» описывает величину заострённости ватерлинии в области оконечностей и изменения в изначальном уровне остойчивости. По мере увеличения «а» улучшается качество остойчивости судна, но при рассмотрении лодки водоизмещающего класса, снижается качество обтекаемости всего корпуса и несколько ухудшается ходкость (заметнее всего при волнении или значительной нагрузке).

Коэффициент b только косвенно описывает качество распределения объёма и степень влияния обводов днища на ходкость конструкции. Чаще всего значению присущ призматический коэффициент «ф» (продольная полнота), он описывает отношение между объёмным водоизмещением к призме, при условии частичной погружённости миделя, и высотой – длина конструкции вдоль ватерлинии. Коэффициент имеет жёсткую привязку к б и b, что выражается формулой: ф=б/b.

Корпус корабля — основная часть корабля в виде водонепроницаемого и полого внутри тела обтекаемой коробчатой или цилиндрической формы. Обтекаемая коробчатая форма используется для надводных кораблей, цилиндрическая для подводных лодок.

Корпус корабля обеспечивает плавучесть, непотопляемость, прочность, размещение вооружения, механизмов и личного состава, обусловленных назначением корабля. Корпус снабжается рулевым, якорным, швартовным, буксирным и грузоподъёмным устройствами. Внутри корабельного корпуса размещаются главные и вспомогательные механизмы, погреба боезапасов, жилые и служебные помещения, хранилища для запасов топлива, масел, воды, цепные ящики, помещения для перевозимой техники и грузов, а также большинство корабельных устройств. Одним из главных элементов корпуса корабля является верхняя палуба. Она служит фундаментом для надстроек, сооружений и служебных механизмов; на неё выводятся мачты и трубы.

Корпус корабля характеризуется главными размерениями (длиной, шириной, осадкой). В зависимости от назначения корабля изготавливается из стали и (или) лёгких сплавов, пластмасс, композиционных материалов и дерева.

Содержание

Конструкция корпуса

Конструкция корпуса надводного корабля

Корпус надводного корабля состоит из следующих элементов:

  • набора (остова); ; ; ; ;
  • продольных и поперечных водонепроницаемых переборок.

Листы обшивки вместе с балками набора образуют соответствующие перекрытия: бортовые, палубные, переборочные, днищевые. Наличие и количество палуб, переборок зависит от назначения корабля. Обязательными элементами каждого корпуса являются остов и обшивка.

Набор корпуса

Под набором корпуса понимается система жёстко связанных между собой продольных, поперечных и вертикальных балок различной конструкции, которые соединены сваркой или клёпкой с листами наружной обшивки, настилами палуб и вторым дном. Основной продольной связью набора корпуса является киль — стальная балка или прочная коробка, проходящая вдоль корпуса по его диаметральной плоскости по всей длине корабля и соединяющаяся в носовой оконечности с форштевнем, а в кормовой - с ахтерштевнем.





Различают три системы набора корпуса (в зависимости от направления главных балок относительно корабля):

  • поперечная;
  • продольная;
  • продольно-поперечная, которая в свою очередь делится на:
    • смешанную — расстояния между продольными и поперечными балками примерно равны;
    • комбинированную — днище и палубы выполняются по продольной системе, а борта по поперечной.

    Поперечная система используется при строительстве небольших морских судов, вторая — при строительстве нефтеналивных судов, последняя — при строительстве военных кораблей и крупных морских судов.

    При использовании поперечной системы набора балки главного направления идут поперёк корабля. Они состоят из шпангоутов по бортам (2), флоров (6) по днищу и бимсов (1) под палубой. Шпация, или расстояние между осями двух соседних шпангоутов, при подобной системе набора составляет 45-60 см. Число продольных балок, используемых при поперечной системе набора и выступающих в роли перекрёстных связей, невелико и обычно не превышает 3-5 (вертикальный киль (12), стрингера).

    В продольной системе набора главные (неразрезные) балки проходят вдоль корабля и состоят из большого числа стрингеров, идущих непрерывно по днищу (3) и бортам (11), продольных бимсов под палубами, большого количества простых продольных балок, расположенных по днищу, бортам и верхней палубе (между стрингерами и продольными бимсами). При этой системе набора шпангоуты делаются из мощных рам со шпацией 1,5—2,5 м, разрезанных в местах пересечения с продольными связями.

    При смешанной системе набора днище и палуба изготовляются по продольной системе, а борта и оконечности по поперечной.

    Набор днища

    Смешанная система набора корпуса судна Набор днища состоит из взаимно пересекающихся продольных (киль, днищевые стрингеры) и поперечных связей (флоры). Основной продольной связью днищевого набора является киль, который проходит по всей длине корабля, совпадая с его диаметральной плоскостью. В оконечностях корабля киль соединяется со штевнями: с форштевнем — в носовой оконечности и с ахтерштевнем — в кормовой. Днищевые стрингера представляют собой продольные балки, идущие параллельно килю, и вместе с ним обеспечивающие продольную прочность корпуса. Флоры представляют собой поперечные балки, часть шпангоутной рамы. На кораблях с двойным дном флоры бывают непроницаемыми (выполненными из сплошных листов) и проницаемыми (имеющими вырезы для облегчения веса)

    Набор борта

    Набор борта состоит из бортовых стрингеров и шпангоутов. Для уменьшения размаха корабля при бортовой качке к бортам приделываются боковые кили различных конструкций. Они выполняют также роль продольных связей и, как правило, по ширине не выходят за габариты корпуса[3].

    В месте соединения борта и палубы проходит продольная внутренняя балка — ватервейс. Для защиты корпуса от касания причала, пала, другого судна или предмета снаружи вдоль борта может устанавливаться привальный брус (один или несколько параллельно). В зависимости от конструкции, привальные брусья могут придавать корпусу дополнительную жесткость.

    Набор палубы

    Наружная обшивка и переборки

    Наружная обшивка корпуса состоит из бортовой и днищевой секций. Она представляет собой водонепроницаемую оболочку, отделяющую внутренние помещения корпуса корабля от воды, а также обеспечивает продольную и поперечную прочность корабля. Непотопляемость и прочность корпуса обеспечивают продольные и поперечные (в зависимости от расположения) переборки. Переборки выполняются водонепроницаемыми (для обеспечения непотопляемости), или проницаемыми (для обеспечения прочности корпуса)

    Бульб

    Бульбом называют каплевидное образование в носовой подводной части обшивки корпуса корабля, предназначенное для снижения волнового сопротивления (до 5 %) при его движении. На боевых кораблях в полости бульба, как правило, размещается гидроакустическая станция.

    Шахты и корабельные системы

    Шахты представляют собой вертикальные трубы специальной конструкции, круглого или четырёхугольного сечения, которые проходят через междупалубные пространства. Обычно шахта, выходящая на верхнюю палубу, имеет горловину с водонепроницаемой крышкой на барашках или задрайках.

    Корабельные системы располагаются внутри корабельного корпуса и представляют собой совокупность трубопроводов с арматурой и механизмами, либо кабелей с электроарматурой, служащие для перемещения внутри корабля различных жидкостей и газов (паро́в) и/или энергии, обеспечивающих ход, живучесть корабля и другие виды деятельности. В состав корабельных систем входят:

    Автор статьи

    Куприянов Денис Юрьевич

    Куприянов Денис Юрьевич

    Юрист частного права

    Страница автора

    Читайте также: