Параметры, описывающие объемы и площади корпуса

Кроме рассмотренных линейных и безразмерных характеристик формы корпуса, судно (а точнее подсистема «Корпус и надстройки») характеризуется объемами и площадями.

Водоизмещение объемное V, м³ — объем подводной части судна связан с главными размерениями и коэффициентом общей полноты соотношением

Объемное водоизмещение определяет водоизмещение D, т — массу судна. Водоизмещение равно объемному водоизмещению V, умноженному на плот­ность воды ρ, в которой плавает судно:

D = ρ ∙ V (6)

Соотношение (6) определяет также баланс сил веса и сил поддержания, если умножить его левую и правую части на ускорение свободного падения g.

Грузовой размер — график, показывающий зависимость водоизмещения D от осадки T. На начальных стадиях проектирования при малых изменениях осадки можно считать:

Строевая по ватерлиниям — кривая, показывающая распределение площадей ватерлиний корабля по его высоте. На рис. 12 показана строевая по ватерлиниям, построенная в относительных координатах и доведенная до конструктивной ватерлинии.

Строевая по шпангоутам — кривая, показывающая распределение площадей шпангоутов корпуса корабля по его длине. На рис. 13 показана строевая по шпангоутам для корабля, имеющего цилиндрическую вставку, бульбовые образования носовых обводов и транцевую корму (строевая построена в относительных координатах).

На рис. 13. обозначены: — площадь шпангоута наибольшего сечения; — относительная площадь погруженной части транца;
L_ЦВН , L_ЦВК — длина цилиндрической вставки в носовой и кормовой частях корабля соответственно.

Абсцисса центра величины х_С является косвенной характеристикой распределения подводного объема корпуса корабля по длине.

Аппликата центра величины z_C — косвенно характеризует распределение объемов в подводной части корпуса по высоте и тесно связана с остойчивостью судна.

Площадь смоченной поверхности Ω — характеристика, используемая в расчетах ходкости корабля.

Форма корпуса судна

Основные сечения корпуса

Корпус судна представляет собой удлинённое тело, ограниченное сверху, снизу и с бортов кривыми поверхностями — верхней палубой, днищем и бортами, — которым придаётся удобообтекаемая форма, обеспечивающая наименьшее сопротивление воды и воздуха движению судна.

Эти поверхности представляют собой поверхности сложной кривизны, которые невозможно развернуть, т. е. совместить с плоскостью, и трудно выразить математически.

На тихоходных речных судах, а в последнее время и на некоторых крупных морских судах, применяют упрощённые обводы корпуса, образуемые плоскими поверхностями, что существенно уменьшает трудоёмкость изготовления судна. Общее представление о характере обводов можно получить по сечениям корпуса тремя взаимно перпендикулярными плоскостями (рис. 14):

1) вертикальной продольной плоскостью, проходящей посре­дине ширины судна, называемой диаметральной плоскостью (сокращённо ДП);

2) вертикальной поперечной плоскостью, проходящей посре­дине расчётной длины судна, называемой плоскостью мидель-шпангоута;

3) горизонтальной плоскостью, совпадающей, с поверхностью воды и называемой плоскостью ватерлинии.

Рис. 14. Сечение корпуса судна тремя взаимно перпендикулярными плоскостями

Корпус судна симметричен относительно диаметральной пло­скости и, как правило, несимметричен относительно плоскости ватерлинии и плоскости мидель-шпангоута.

Сечение корпуса плоскостью м и д е л ь - шпангоута (рис. 15) характеризует полноту обводов в средней части, показывает форму поперечного сечения судна — наклон бортов, килеватость днища, размер и форму скулы и погибь палубы.

Рис. 15 Основные сечения корпуса

Килеватость днища образуется наклоном днища от ДП к бор­там. Суда с большим наклоном называются острокильными.

Скула — закругление в месте перехода борта в днище — может иметь больший или меньший радиус, благодаря чему она будет соответственно менее или более выражена,

Погибь — это уклон палубы от ДП к бортам. Обычно погибь имеют открытые палубы (верхняя и палубы надстроек). Вода, попадающая на палубы, благодаря наличию погиби, стекает к бортам и оттуда отводится за борт. Стрелку погиби (максималь­ное возвышение палубы в ДП по отношению к бортовой кромке) обычно принимают равной 1/50 ширины судна. В поперечном сече­нии погибь представляет собой параболу, иногда, для упрощения технологии изготовления корпуса, её образуют в виде ломаной линии. Платформы и палубы, лежащие ниже верхней палубы, по­гиби не имеют. Плоскость мидель-шпангоута делит корпус судна на две части — носовую и кормовую. Оконечности корпуса выпол­няются в виде штевней (литых, кованых или сварных). Носовой штевень называется форштевнем, кормовой — ахтерштевнем.

Сечение корпуса диаметральной п л о ­скостью даёт представление о форме штевней, а также палуб­ной и килевой линий. Форма штевней бывает весьма разнообразной и зависит от типа и назначения судна. Палубная линия у мор­ских судов имеет обычно вид плавной кривой с подъёмом от сред­ней части в направлении носа и кормы и образует седловатость палубы. Основное назначение седловатости — уменьшить заливаемость палубы при плавании судна на волнении и обеспечить непотопляемость при затоплении его оконечностей. Речные и морские суда с большой высотой надводного борта седловатости, как правило, не имеют. Подъём палубы в корме устанавливают, исходя, прежде всего, из условия незаливаемости и непотопляемости.

Килевая линия может быть горизонтальной (у большинства морских и речных транспортных судов), наклонной в корму или в нос (суда с конструктивным дифферентом на корму или на нос — многие промысловые и буксирные суда) и криволинейной (некоторые малые спортивные и специальные суда).

Диаметральная плоскость делит корпус судна на две симмет­ричные части — правого и левого борта (если встать в ДП лицом к носу, то справа будет правый борт (ПрБ), а слева — левый (ЛБ).

Сечение корпуса плоскостью ватер л и н и и даёт представление о форме бортовых обводов судна в гори­зонтальной плоскости. Различают конструктивную, грузовую и расчётную ватерлинии.

Конструктивной ватерлинией (KBЛ) называют линию, поло­женную в основу построения теоретического чертежа и соответ­ствующую полученному предварительным расчётом полному водо­измещению.

Грузовой ватерлинией (ГВЛ) называют кривую пересечения поверхности судна горизонтальной плоскостью, совпадающей с поверхностью воды при плавании судна с полным грузом. У мор­ских транспортных судов КВЛ и ГВЛ, как правило, совпадают.

Расчётная ватерлиния — ватерлиния, соответствующая осадке судна, для которой определяют его характеристики.

Теоретический чертёж

Проектирование формы корпуса и надстроек является важнейшей задачей проектанта, поскольку геометрия корабля определяет абсолютно все его качества. Без особого преувеличения можно сказать, что проектирование корабля — это создание его геометрии.

Наиболее точное представление о форме корпуса корабля дает его теоретический чертеж (ТЧ) (рис. 16), составление которого является одной из важнейших задач проектанта.

Теоретическим его называют потому, что он изображает теоретическую поверхность корпуса: без учета наружной об­шивки— для металлических судов и с учетом наружной об­шивки— для деревянных и железобетонных судов.

Теоретический чертеж судна необходим для выполнения всех расчетов и экспериментов, связанных с определением мореход­ных качеств, для разработки чертежей общего расположения, конструктивных чертежей и для разбивки корпуса на плазе при постройке судна.

На теоретическом чертеже (рис. 16) корпус судна изобра­жается в проекциях на три взаимно перпендикулярные плоскости: диаметральную (ДП), конструктивной ватерлинии (КВЛ) и ми­дель-шпангоута, называемых соответственно «Бок», «Полу­широта» и «Корпус». На проекции «Бок» помимо следа ДП изо­бражают также кривые пересечения поверхности корпуса с пло­скостями, параллельными ДП, называемые батоксами (обычно проводят 2—3 батокса на каждый борт). Прямая линия, проведённая в ДП через точку пересечения мидель-шпангоута с ки­левой линией и параллельно грузовой ватерлинии, называется основной линией (ОЛ).

На проекции «Полуширота» кроме КВЛ изображают ватерлинии, представляющие собой кривые пересечения по­верхности корпуса с го­ризонтальными плоскостя­ми, параллельными плоскости КВЛ. Эти плоскости проводят на равных расстояниях одну от другой в количестве — 5-7 ниже КВЛи столько же — выше КВЛ. Кроме того, на «Полушироте» вычерчива­ют линии верхней палубы и бака.

Рис. 16. Изображение корпуса судна на теоретическом чертеже: a – бок; b – корпус; с – полуширота; 1 – корпус носовой оконечности; 2 – диаметральная плоскость; 3 – корпус кормовой оконечности

На проекции «Корпус» вычерчивают сечение по мидель-шпангоуту, а также кривые пересе­чения поверхности корпуса с плоскостями, параллельными плоскости мидель-шпангоута, назы­ваемые теоретическими шпангоутами. Эти плоскости проводят на одина­ковых расстояниях одну от другой, равных обычно 1/20 длины судна между перпендикулярами.

Следует иметь в виду, что следы секущих плос­костей изображаются на одной проекции в виде кривых, а на других — в виде прямых линий. Так, в виде прямых линий теоретические шпангоуты изображают на «Боку» и «Полушироте»; ватерлинии — на «Боку» и «Корпусе»; батоксы — на «Корпусе» и «Полушироте» (рис. 17).

Рис. 17. Теоретический чертёж судна

Благодаря симметрии корпуса судна относительно ДП на «Полушироте» обычно вычерчивают ва­терлинии только левого борта, а теоретические шпангоуты изо­бражают на «Корпусе» только на один борт; при этом обводы носовых шпангоутов вычерчивают справа от ДП, а обводы кормо­вых шпангоутов — слева от неё.

Кроме названных основных секущих плоскостей при вычер­чивании теоретического чертежа применяют иногда сечения по­верхности судна плоскостями, на­клонными к ДП и перпендику­лярными к плоскости мидель-шпангоута, называемыми рыбинами. Рыбины вычерчивают на «По­лушироте» или на «Боку» в их ис­тинном виде. Обычно «Бок» располагают в виде основной проекции в верхней левой части листа, под ним — «Полушироту» и справа от «Бока» на одном с ним уровне — «Корпус». Если судно имеет большую цилиндрическую вставку (несколько одинаковых по форме и размерам теоретических шпангоутов в средней части), то «Корпус» располагают в средней части проекции «Бока», бла­годаря чему сокращается длина чертежа (рис. 17).

Проектные теоретические чертежи крупных судов выполняют в масштабе 1: 100 (судов длиной более 250 м — 1: 200), малых судов — 1: 50 или 1: 25.

С помощью теоретического чертежа можно, несмотря на сложность формы корпуса суд­на, достаточно просто и точно определить его объем.