Введение в кораблестроительные специальности

Промысловые суда подразделяются на добывающие (траулеры, сейнеры, китобойцы), перерабатывающие (рыбоконсервные заво­ды, плавучие базы) и обслуживающие (научно-по­исковые, поисковые).

К ремонтно-спасательным относятся плавмастерские, доки, противопожарные, спасательные суда. Ледоколы, буксиры, лоц­манские суда, плавмаяки используются для обслуживания портов и фарватеров, для проводки и буксировки судов.

1.5. Геометрия корпуса судна

Обводы корпуса судна представляет собой совокупность кри­волинейных поверхностей обтекаемой формы, обеспечивавших ми­нимум сопротивления движению судна со стороны встречного по­тока воды и воздуха (рис.2).

Степень обтекаемости обводов можно охарактеризовать в сравнении с параллелепипедом 1 имеющим размеры корпуса судна. При полных обводах форма корпуса ближе к форме параллелепипеда, при острых — ближе к форме обтекаемого тела.

Обычно носовая часть корпуса куда значительно острее кормовой, точно так же подводная часть острее надводной.

Для выполнения различных судостроительных расчетов необ­ходимо определить базисные плоскости, а также основные рас­четные размеры, называемые главными размерениями.

Горизонтальная плоскость 2, касательная к днищу судна, называется основной, от нее определятся вертикальные коор­динаты Z . Продольная вертикальная плоскость симметрии судна 3 носит название диаметральной, от нее определяются поперечные координаты и, при этом за положительное принимается направление на правый борт.

Конструктивная ватерлиния 4 - линия пересечения поверх­ности корпуса суя»* с поверхность» вода ври расчетных   усло­виях. Расстояние между точками пересечения конструктивной ватерлинии с форштевнем 5 и ахтерштавнем 6 называется   расчет­ной длиной судна L.

Вертикальная поперечная плоскость, проходящая по сере­дине расчетной дайны, называется мидель-шпангоутом 7. От миделя-шпангоута определяются продольные координаты X по­ложительным считается направление в нос судна.

Расчетная ширина судна В измеряется на конструктив­ной ватерлинии на мидель-шпангсутэ. Расстояние от основной плоскости до конструктивной ватерлинии, измеренное на мидель-шпангоуте, - это расчетная осадка Т.

Расстояние от конструктивной ватерлинии до нижней точки седловатости палубы, измеренное по борту, называется расчетным надводным бортом  F. Сумма осадки и надводного борта -это высота борта Н.

Cоотношения главных размерений  L , B  , Т  и  Н  дают представление о потенциальных возможностях корпуса судна.     в отношении обеспечения некоторых важных эксплуатационных ка­честв.

Например, соотношение L/Н характеризует параметры судна в качестве балки, испытывающей продольный изгиб.

По­этому у гудов с малыми значениями L/Н легче обеспечить прочность и добиться минимальной массы корпусных конструк­ций. Соответственно правила постройки судов могут ограничи­вать верхние допустимые значения L/Н.

Большие значения соотношения В/Т повышает остойчивость судна, но затруднит достижение плавной качки.

Соотношение L/B дает представление о степени вытянутости ватерлиний судна, поэтому при больших L/B ходкость более благоприятна. Однако это справедливо лишь для обычных судов в режиме плавания, а при переходе к использо­ванию принципа глиссирования и принципа воздушной подушки становятся выгодными малые величины L/B.

Соотношение  Н/Т влияет на непотопляемость и удель­ную грузовместимость судна, эти качества повышаются при рос­те Н/Т. Все соотношения главных размерений взаимосвязаны, и возможности их независимого изменения ограничены.

Так, при росте L/В одювремеяно повышается L/H , что не очень желательно. Рост H/Т затрудняет обеспечение началь­ной остойчивости.

1.6. Теоретический чертеж

Для отображения форм корпуса судна применяется совокуп­ность сечений поверхности корпуса плоскостями, параллельными базисным. Такая совокупность сечений называется теоретичес­ким чертежом (рис.3).

Сечения параллельно диаметральной плоскости 3 называют­ся батоксами 8, параллельно мидель-шпангоуту 7 - теоретичес­кими шпангоутам 9, параллельно основной плоскости 2 – ватерлиниями 10. Проекция теоретического чертежа, содержащая батоксы называется “бок” 11, теоретические шпангоуты – “теоретический корпус” 12, ватерлинии - "полуширота" 13. Нумерация батоксов идет от диаметральной плоскости к борту, шпан­гоутов - от носа к корме, ватерлиний - от днища вверх. На теоретическом корпусе справа показываются шпангоуты носовой части судна слева - кормовой части.

Кроме графического изображения, некоторое представление о характере обводов дает величина коэффициентов полноты фор­мы корпуса. Объем подводной части корпуса называется объем­ным водоизмещением, а его отношение к произведению  длины, ширины и осадки - коэффициентом общей полноты.

Коэффициентом полноты ватерлинии называется отношение ее площади к произведению длины на ширину.

Отношение площади погруженной в воду части мидель-шпан­гоута к произведению ширины на осадку называется коэффициен­том полноты мидель-шпангоута.

Обычно чем быстроходнее судно, тем меньшие численные значения имеет его коэффициенты полноты.

КОНСТРУКЦИЯ И ФОРМА СУДОВ

2.1. Развитие конструкции и архитектуры судов

В англоязычных странах инженера-кораблестроителя назы­вают "корабельным архитектором", а проектирование судов –

"ко­рабельным искусством". Эти термины сохранились с  далеких времен, когда судостроение действительно было искусством. Се­креты и навыки этого искусства передавались мастерами-корабелами по наследству. Одним из таких секретов были теоретичес­кие чертежи судов. Владение их лучшими образцами обеспечива­ло создание быстроходных и мореходных судов.

История судостроения насчитывает более 5000 лет, а главный судостроительный закон - закон Архимеда - был открыт в 3 веке до нашей эры. Практическое применение этого закона для судостроительных расчетов относится уже к 17 веку. Имен­но тогда судостроение стало превращаться из искусства в нау­ку. В развитие теории и практики судостроительной науки выдающийся вклад внесли отечественные ученые, в их числе: Л.Эй­лер, Д.Бернулли, А.А.попов, С.О. Маяаров, Д.И.Менделеев, Н.Е.Жуковский, А.Н.Крылов, И.Г.Бубнов, К.П. Боклевский, В.Л. Поздюнин.

В 17-19 вв. корабельное искусство включало в себя все разделы практики и теории судостроения. Позднее из него вы­делились теория мореходных качеств судов, проектирование су­дов, строительная механика, теория судовой энергетики и дру­гие современные судостроительные науки и соответствующие им учебные предметы. По традиции корабельной архитектурой даже 20-30 лет назад называли науку о конструктивном устройстве судна.

Сейчас термин "корабельная архитектура" следует считать собирательным по отношению к вопросам общей компоновки, формы и принципиального устройства судов, расположения их помещений и наиболее важных конструкций, размещения основного

об­орудования.  В более узком понимании существует термин "ар­хитектура судна", которому в учебном плане соответствует пре­дмет "художественное конструирование судов", посещенный уче­ту художественных и психофизиологических факторов при проек­тировании судна.

Архитектура судна в качестве научной дисциплины включа­ет в себя:

-теорию разработки внешнего вида и цветового  решения
-судна, главным образом, в отношении динамики и выразительно­сти силуэта

-теории рационального размещения (планировки,  компо­новки) помещений судна с позиций достижения стилевого и
функционального единства, удобства использования,  создания безопасных путей эвакуации при авариях, достижения общей оп­тимальности в организации потоков людей на внутренних комму­никациях;

-рекомендации по разработке внутреннего  оборудования(интерьера) отдельных помещений, их отделки, окраски, разме­щения светильников, вентиляционного оборудования к мебели.

Решение проблем архитектурного проектирования   судов опирается на методы и рекомендации художественной  компози­ции, технической эстетики, цветоведения, светотехники, а так­же эргономики. Эргономика занимается согласованием возможно­стей человека с параметрами технических объектов (судна в целом и составляющих его комплексов оборудования) и соответст­венно включает в себя антропометрию (изучение размерных пара­метров человека), инженерную физиологию (создание благопри­ятных для работоспособности человека параметров технической среды) и инженерную психологию (изучение и обеспечение опти­мального взаимодействия органов чувств человека - зрения, слуха, осязания, вестибулярного аппарата - с органами управ­ления и приборными комплексами технических объектов).

2.2. Основные части судна

Основой судна является корпус 1 (рис.4), выше него нахо­дятся надстройки 2, рубки 3, мачты 4. Надстройки  занимают всю ширину корпуса, а рубки - только часть ширины.

Передняя часть корпуса называется носом 5, противопо­ложная - кормой 6, нижняя - днищем 7, боковые части - болта­ми 8. Сверху корпус ограничивается палубами 9. Верхняя палу­ба имеет продольную и поперечную кривизну - седловатость 10 и погибь 11. Палубы, идущие не по всей длине внутри корпуса, называются платформами 12 (рис.5, его нумерация общая с рис.4). В носовой части борта соединяются форштевнем 13, в кормовой части - ахтерштевнем 14. Форштевень и ахтерштевень обеспечивают форму и прочность носа и кормы. Ахтерштевень служит также для размещения гребного винта 15 и для подвески руля 16.

Днище, борта и палубы судна состоят из обшивки 17 и на­бора 18. Обшивка обеспечивает формы обводов и водонепроница­емость корпуса. Набор подкрепляет обшивку и равномерно рас­пределяет действующие на судно силы и изгибающие моменты.

Набор состоит из продольных и поперечных балок. Средняя продольная балка днища называется килем 19, параллельно килю по днищу и бортам идет несколько стрингеров 20.

Поперечные балки днища и бортов - это флоры 21 и шпангоуты 22. Продоль­ные балки палуб называются карлингсами 23, а поперечные бимсами 24.

Район плавного перехода днища в борта называется ску­лой 25, а утолщенная часть борта - ширстреком 26.

В боль­шинстве случаев параллельно днищу идет второе дно 27. Между ним и днищем, в междудонном пространстве 28, размещаются цистерны для топлива и балласта. Цистерны для топлива расположенные выше второго дна, называется бункерами 29 ,а для балласта - диптанками 30.

Внутри корпус разделяется поперечными и продольными пе­реборками 31 на отдельные помещения-отсеки 32.

Крайний носо­вой отсек - это форпик 33, крайний кормовой отсек - ахтерпик 34. Они предназначены для балласта. Отсеки, в которых размещены главные и вспомогательные энергетические установки 35, называются машинными отделениями 36, над ними располага­ется дымовая труба 37.

Грузовые отсеки в нижней части назы­ваются трюмами 38, в междупалубных помещениях - твиндека­ми 39. Трюмы для жидких грузов называются танками. Помещения для экипажа и пассажиров, а также служебные помещения разме­щаются в надстройках и рубках.

Кроме терминов по перечисленным помещениям и конструк­циям, наиболее важным и общим для любого судна, можно пояс­нить ряд других, часто встречающихся терминов.

На танкерах устраиваются насосные отделения, чаще всего на границе с танковой (грузовой) частью судна. Между нефтя­ными танками и другими помещениями располагаются коффердамы, т.е. пустые предохранительные помещения, где скапливаются и с помощью вентиляции удаляются взрывоопасные газообразные нефтепродукты. Для связи с носовой частью танкера от основ­ной надстройки в нос идет переходной мостик либо подпалубный соединительный коридор.

Форпиковая переборка по традиции называется таранной, так как подразумевается, что при столкновении форпик легче всего может быть затоплен из-за получения пробоины, а таран­ная переборка воспрепятствует распространению воды. Таран же (преднамеренное столкновение) в старину был одним из упо­требительных тактических средств противоборствующих судов. Вблизи таранной переборки располагается цепной ящик (для хра­нения якорных цепей). С ахтерпиком обычно соседствует румпельное отделение, где размещается привод руля и рулевая машина, дистанционно связанные с ходовой рубкой.

2.3. Конструктивные перекрытия и системы набора

Конструктивные перекрытия состоят из обшивки и балок на­бора, работающих на изгиб и другие нагрузки в качестве еди- ного целого. Направление большинства подкрепляющих балок  в перекрытии зависит от системы набора корпуса судна.

При продольной системе (рис.6,а) в днищевом перекрытии, ограниченном поперечными переборками 1 и скуловым стрингером 2, кроме киля 3 и днищевых стрингеров 4, обшивка будет под­креплена также продольными ребрами жесткости 5. Расстояние между этими ребрами (продольная шпация) будет небольшим (от 0,5 до 0,8 м), а расстояние между усиленными флорами 6 в 3-4 раза больше. Такие редко расположенные флоры  должны иметь более жесткую конструкцию, они называются рамными.

При попереч­ной системе набо­ра корпуса судна (рис.6,б) вдоль днища идут киль и 2-3 стрингера, а часто расположен­ные поперек днища флоры 7, 8 имеют шпацию 0,6-0,8 м. Так как на каждый из флоров нагруз­ка относительно невелика, то часть флоров де­лается облегчен­ной конструкции. Такой флор назы­вается бракетным 8. Разница в конструкции уси­ленных (а), обыч­ных (б) и бракетных (в) флоров видна из рис.7.

Помимо обозначений, аналогичных рисунку о, дополнительно обозначено: 9 - обшивка днища; 10 - настил второго дна;

11 -стенка флора; 12 - отверстия во флорах для облегчения конст­рукции и для передвижения людей при работах в двойном дне; 13 - подкрепляющие ребра; 14 - бракеты (листы ограниченных размеров); 15 - поперечные ребра жесткости, объединяющие бракеты.

На  рис.7 из-эа малого мас­штаба не показа­ны отверстия во флорах для прото­ка воды, для про­хода ребер жест­кости, а  также стыки, сварные швы и   другие технологические детали.

Подобно дни­щевому перекры­тию, в бортовом перекрытии  при продольной  си­стеме   набора преобладают про­дольные  ребра жесткости, опи­рающиеся на уси­ленные  рамные шпангоуты тавро­вой конструкции при их шпации 2-3 м. 3 палубном перекрытии аналогичную  роль будут играть рамные бимсы и поперечные комингсы люков.

При поперечной системе набора в бортовом перекрытии час­то расположенные шпангоуты будут опираться на палубы и на 1-2 дополнительных бортовых стрингера. 3 палубном перекрытии час­то расположенные бимсы опираются на карлингсы и на продольные комингсы люков.