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;
LЦВН , LЦВК — длина цилиндрической вставки в носовой и кормовой частях корабля соответственно.
Абсцисса центра величины хС является косвенной характеристикой распределения подводного объема корпуса корабля по длине.
Аппликата центра величины zC — 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.
|
|
|
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).
|
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.