Введение в кораблестроительные специальности

Усиленные конструктивные перекрытия применяются в особых случаях эксплуатации. Так, для судов ледового плавания усили­ваются бортовые перекрытия, что достигается утолщением обшив­ки в районе ледовой ватерлинии и устройством между ближайшими к ней стрингерами дополнительных шпангоутов в каждой шпации.

Эта усиленная часть чборта образует ледовый пояс.

В машинных отделениях для восприятия повышенных вибра­ционных нагрузок бортовые перекрытия могут усиливаться до­полнительными шпангоутами либо более частой установкой рам­ных шпангоутов или полупереборок. Под фундаментами главных двигателей могут устанавливаться дополнительные стрингеры и флоры.

Конструкция внутренних палуб и платформ в носу и корме судна иногда предусматривает веерообразную установку бимсов, что обеспечивает лучшее распределение местных нагрузок. В днищевых и бортовых перекрытиях оконечностей судна часто тру­дно выделить признаки поперечной или продольной систем набо­ра, такие конструкции часто относят к клетчатой системе на­бора.

Если продольные балки идут по поперечным балкам без взаимной врезки, скрепляясь сваркой и кницами, то использу­ется термин "навесная система набора". Она применяется, на­пример, у судов на подводных крыльях.

2.4. Прочность судна

Общей продольной прочностью судна называется его спо­собность сопротивляться внешним нагрузкам, перерезывающим силам и изгибающим моментам. Отдельные составляющие нагрузки судна распределены по его длине неравномерно, эпюра этих составляющих примерно соответствует кривой 1 на рис.8.

В противоположном направлении действуют на судно  силы плавучести. Форма их эпюры 2 зависит от остроты подводной ча­сти корпуса судна. В соответствии с законом Архимеда площади эпюр I и 2 должны быть одинаковы. Однако на отдельных участ­ках длины корабля силы нагрузки и плавучести не уравновешены, вследствие чего в конструкциях возникают деформации и корпус судна изгибается подобно пустотелой балке. В конструкциях су­дна возникают внутренние усилия (напряжения). Перерезывающие силы вызывают напряжения в бортах судна, а изгибающие момен­ты, в основном, приводят к растяжению или сжатию палуб, дни­ща и настила второго дна.

На волнении форма эпюры сил плавучести периодически из­меняется, поэтому действующие напряжения меняются как по ве­личине, так и по знаку: по мере прохождения волны сжатие чередуется с растяжением. Это вызывает так называемую  уста­лость металла корпуса.

Если сочетание эпюр сил нагрузки и плавучести  таково, что в палубе действуют сжимающие напряжения, а в днище - рас­тягивающие, то этот вариант изгиба корпуса называется проги­бом (рис.9,а).

Противоположный случай называется перегибом (рис.9, б). Для палубы судна, ослабленной различными вырезами, наиболее опасен прогиб, так как при прогибе палубное перекрытие сжи­мается и теряет устойчивость. Палубным перекрытием называет­ся совокупность обшивки и набора на больших участках между основными поперечными переборками. При потере устойчивости перекрытие деформируется подобно гармошке, образуются полно­образные складки - гофры.

Для обеспечения устойчивости большинство балок набора стараются располагать вдоль судна. Такая система набора на­зывается продольной. В тех перекрытиях, где потеря устойчивости маловероятна, применяют поперечную систему набора, большинство балок набора идет поперек судна. Такая система набора выгодна, например, для обеспечения прочности  борта против воздействия льдин. Расстояние между основными балками набора называется шпацией. В носу и корне приходится делать большое количество как продольных, так и поперечных балок. Это - смешанная (или клетчатая) система набора.

Дня отдельных конструкций судна необходимо учитывать т местную прочность, т.е. способность противостоять силам дав­ления воды, ударам волн. Доя каждой конструкции надо рассчи­тать напряжение от всех вероятных внешних сил и моментов, а затем сумму рассчитанных напряжений сравнить с допускаемыми напряжениями, зависящими от марки материала. При подобных проверках используется понятие наиболее неблагоприятного рас­четного случая. Например, для судна, у которого распределе­ние собственной нагрузки приводит к прогибу (см.рис.9,а) да­же на тихой воде, условия прочности станут еще более небла­гоприятными при попадании судна на впадину больной волны, равной длине судна. Это и будет расчетным случаем для оценки прочности палубы на сжатие, а днища на растяжение.

Напротив, для судна с изгибом корпуса на тихой воде с виде перегиба (рис.9,б) следует считать в расчетном случае , что вершина волны будет находиться на миделе судна, при этом палуба будет работать на растяжение, а днище на сжатие.

Ак­туальной задачей является такое распределение материале корпуса судна по его высоте и по отдельным конструктивным перекрытиям, при котором использование прочностных свойств примененных материалов максимально, т.е. действующие нагруз­ки и напряжения приближаются к допустимым.

2.5. Архитектура судна

Архитектура судна должна быть такой, чтобы внутренние пространства соответствовали своему назначению, а внешние формы создавали выразительный облик, отвечающий требованиям технической эстетики и особенностям данной группы судов.

Помещения судна по вертикали соединяются трапами, по го­ризонтали - коридорами, проходами, переходными мостиками.

В палубах имеются грузовые леки 40 (см.рис.5), шахты 41, горловины 42. в переборках - двери. Крупные вырезы в бортах называются лацпортами 43.

Число палуб зависит от размеров и назначения судна. Раз­личают верхнюю, среднюю и нижнюю палубы. Иногда   вводится термин главная палуба для той, до которой доходят  основные водонепроницаемые переборки. При большом числе палуб и плат­форм они нумеруются сверху вниз.

Выше палубы надстройки обычно размещаются рубки, их крыши по традиции называются прогулочная и шлюпочные палубы, верхний и нижний мостики. Верхняя из рубок называется часто ходовой губкой. Над шахтами машинных отделений располагаются дымовые трубы и световые люки. Для несения сигнальных лучей 44 антенн радиосвязи 45 служат мачты. Они используются  в качестве опер грузовых устройств 46. Рубки, трубы и мачты иг­рают большую роль и во внешней архитектуре судна .

Носовая надстройка называется баком 47, кормовая - ютом 48 (рис.4 и 5). Если бак объединяется со средней надстройкой в единое целое, то используется термин полубак. Часть верх­ней палубы ограждается выше ширстрека сплошной конструкцией - фальшбортом 49, в остальных местах устраивается дверное ог­раждение 50. Корма линии палубы, фальшборта, лееров, уступы надстроек также заметно влияют на внешний облик судна.

Различия в количестве, размерах и формах надстроек, ру­бок, мачт, труб создают своеобразный силуэт судов разных ти­пов. У грузовых судов (см.рис.1,а) относительно небольшие по длине надстройки почти всегда смещены в корму, архитектурный облик сравнительно статичен, характерный акцент создается грузовыми устройствами. Развитые антенные устройства и при­борные комплексы имеют научно-исследовательские суда косми­ческой службы, что придает их силуэту характерный вид.

Пассажирские суда имеют крупные многоярусные надстройки. Варьирование общей формы этих надстроек, их конструктивной детализации, акцентов в расположении труб, мачт, спасатель­ных устройств позволяют формировать разнообразные силуэты пассажирских лайнеров. Надстройки играют также большую роль в архитектуре ледоколов, крупных плавучих рыбозаводов, экс­педиционных научно-исследовательских судов. Своеобразный об­лик имеют промысловые суда и многие буксиры, у которых над­стройки смещены в носовую часть судна, создавая напряженный динамичный силуэт, созвучный высоким тяговым возможностям этих судов.

Ответственной задачей является архитектурное проектиро­вание скоростных судов - глиссирующих, судов на подводных крыльях и на воздушной подушке. 5 их силуэте дополнительными элементами часто выступают воздушные стабилизаторы и рули, а также выводящие из воды части корпуса, стоек, крыльев, гиб­ких ограждений. Нередко применяются воздушные винты или тур­бореактивные двигатели. Характерным акцентом при зрительном восприятии этих судов является заметный подъем носа и брызговая пелена за кормой. Гармоничное сочетание всех этих осо­бенностей позволяет дать динамичное архитектурное решение.

2.6. Формы носа и кормы

Наиболее простую форму носа (рис.10) - прямой форште­вень 1 - имеют тихоходные суда. Большинство среднескоростных судов имеют наклонный форштевень 2. Это уменьшает заливаемость на штормовом волнении, а при возможном столкновении судов пробоина оказывается в надводной части, Еще больший наклон имеет форштевень ледокола 3, что позволяет ему на­ползать носом па лёд и продавливать его тяжестью корпуса.

Чтобы ледокол не выползал на лед слишком далеко, в  нижней части форштевня имеется уступ 4.

У наиболее быст­роходных пассажир­ских лайнеров наклон носа переходит в плавный изгиб 5,что диктуется эстетикой судовой архитектуры. Подобный же нос па­русных судов 6 назы­вается клиперским , он благоприятен для размещения бушприта 7, на котором кре­пится такелаж выне­сенных вперед пару­сов.

Некоторые суда имеют форштевень  с каплевидным утолщени­ем в подводной час­ти - бульбом 8. Та­кая форма носа спо­собствует снижению сопротивления от вол­нообразования.

Полностью обтекаемый сферический нос 9 имеют погруженные понтоны плавучих буровых установок.

Большинство судов имеет в надводной части кормы (рис.11) выпуклые обводы, такая форма кормы называется крей­серской 10. В подводной части перед ахтерштевнем обычно име­ется плавник, обеспечивающий благоприятное подтекание воды И гребному винту.

Более устаревшей является корма с подзором - наклонным в надводной части свесом 11, конструктивно продолжающим

ахтерштевень. У паромов и ролкеров подзор 12 срезается вертикальной ели слегка наклонной поперечной плоскостью - транцем 13. У туристских катеров 14 нижняя часть транца 13 обычно погружена в воду.

Корма промысловых судов 15 часто имеет прямоугольный вы­рез 16, к нему идет наклонный участок палубы - слип 17, пред­назначенный для вытаскивания трала с рыбой.

В  целом восприятие ар­хитектурных особенностей носовой  око­нечности судов зависит   не только от фор­мы  надводной части носа, но также от харак­тера седловатости, от разме­ров бака, общей крутизны  или ступенчатости палубной линии, от протяженно­сти незанято­го  надстройками носового участка палу­бы. Для  обе­спечения незаливаемости требуется высо-

кий бак, большая седловатость способствует более благоприят­ным условиям непотопляемости, поэтому носовая оконечность, до­статочно развитая вверх, а также вперед по отношению к носо­вому перпендикуляру, символизирует по ассоциации идею море­ходного судна.

Кормовая оконечность играет в архитектуре судна  более скромную роль, что и должно подчеркиваться при правильном ар­хитектурном проектировании меньшими размерами и   простотой форм надводной части кормы. У большинства грузовых судов  в кормовой части находится жилая надстройка, нежелательно  излишнее развитие ее верхних ярусов в сторону юта. В тоже время полная высота кормовой надстройки тем больше, чем длиннее судно. Это связано с необходимостью обеспечения хо­рошего обзора из рулевой рубки при условии, чтобы зона неви­димости перед форштевнем по курсу судна была возможно мень­ше. Рекомендуется, чтобы эта "мертвая зона" не превышала по протяженности длину судна.

Упоминавшийся выше "носовой перпендикуляр" представля­ет собой условную вертикаль, проходящую через точку пересе­чения форштевня с расчетной ватерлинией. От носового перпен­дикуляра идет отсчет теоретической шпации (обычно 1/20 длины судна), используемой при построении теоретического чертежа и так называемой практической конструктивной шпации попереч­ного набора, (обычно от 0,6 до 0,9 м).

2.7. Форма поперечного сечения корпуса

Борта (рис.12) обычно вертикальны I, иногда имеют на­клон. Вели от ватерлинии вверх наклон плавно нарастает, то это называется развалом борта 2. Развал способствует повыше­нию мореходности, особенно часто он применяется а носовой части судна.

Днище тихоходных судов горизонтально, более быстроход­ные имеют подъем днища, называемый килеватоетью 3.

Угол килеватости в оконечностях больше, чем в районе мидель-шпангоу­та.

В наибольшей степени характер обводов судна отражается в форме мидель-шпангоута. Большинство транспортных  судов имеет прямобортный и плоскодонный корпус 1, скула 4  имеет малый радиус закругления. У промысловых судов чаще встреча­ется мидель-шпангоут криволинейной выпухлой формы 5,  таким обводы называются круглоскулыми.

Скулы туристских катеров 6 не имеют закругления, образующие скулу 7 борт и днище притыкаются под острым углом. Остроскулые обводы имеют и некоторые тихоходные суда для уп­рощения технологии постройки.

Своеобразную форму мидель-шпангсута имеют двух - трехкорпусные суда - катамараны 8 и тримараны 9. Конструкции, соединяющие их корпуса, называются мостами 10. Катамараны и тримараны имеют улучшенную остойчивость и грузовместимость , иногда выбором фирмы и взаимного расположения корпусов можно улучшить условия ходкости.

Широкая палуба II (рис.13) необходима некоторым промыс­ловым и исследовательским судам, ее боковые части поддержи­ваются выступами борта - спонсонами 12. У речных пассажир­ских судов надстройка 13 часто шире корпуса, выступающие за борт части поддерживаются кринолинами 14.

Поперечное сечение ледоколов 15 имеет выпуклую яйцевид­ную форму, это повышает прочность шпангоутов при сдавливании корпуса льдами. Если же сжатие будет очень сильным то яйце­видная форма способствует подъему корпуса над льдами.

Уширения корпусе, в подводной части называются булями 16. На пассажирских лайнерах були обеспечивают повышение остойчи­вости при уменьшенной осадке.

У парусных яхт 17 под днищем находится плавник 18, а еще ниже - балластный киль 19 для обеспечения остойчивос­ти под парусами. Суда на подводных крыльях 20 имеют несколь­ко стоек 21, поддерживающих крылья 22. Стойки иногда делаются подъемными или поворотными, на них крепятся рули и движи­тели.

Корпус судов на воздушной подушке без учета гибких ограждений имеют простую прямоугольную (понтонную) форму , близкую к I на рис.12. У судов на воздушной подушке с непол­ным отрывом от поверхности воды подднищевое пространство с бортов ограничено скегами 23 и поперечное сечение несколько напоминает катамаран (8 на рие.12).