Военно-морская архитектура или военно-морская инженерия — это инженерная дисциплина, включающая в себя элементы механики, электроники, программного обеспечения и техники безопасности применительно к процессу инженерного проектирования , судостроению , техническому обслуживанию и эксплуатации морских судов и сооружений. [1] [2] Военно-морская архитектура включает в себя фундаментальные и прикладные исследования, проектирование, разработку, оценку конструкции (классификацию) и расчеты на всех этапах эксплуатации морского транспортного средства. Основными видами деятельности являются предварительное проектирование судна, его детальное проектирование, строительство , испытания , эксплуатация и техническое обслуживание, спуск на воду и докование . Расчеты конструкции корабля необходимы также для кораблей, подвергающихся модификации (путем переоборудования, перестройки, модернизации или ремонта ). Военно-морская архитектура также включает в себя разработку правил безопасности и правил борьбы с повреждениями, а также утверждение и сертификацию проектов кораблей на соответствие законодательным и незаконным требованиям.
Слово «судно» включает в себя все описания водных транспортных средств , в основном кораблей и лодок , но также включает суда неводоизмещающего типа, экранопланы и гидросамолеты , используемые или способные использоваться в качестве транспортных средств на воде . [3] Основные элементы военно-морской архитектуры подробно описаны в следующих разделах. [4]
Гидростатика касается условий, которым подвергается судно во время покоя в воде, и его способности оставаться на плаву. Это включает в себя расчет плавучести , водоизмещения и других гидростатических свойств, таких как дифферент (мера продольного наклона судна) и остойчивость (способность судна восстанавливаться в вертикальное положение после наклона под действием ветра, моря или нагрузки). условия). [5]
Хотя плавающее тело на поверхности жидкости имеет 6 степеней свободы в своих движениях, они подразделяются на поступательное движение или вращение.
Продольная устойчивость при продольных наклонах зависит от расстояния между центром тяжести и продольным метацентром. Другими словами, основой, на которой корабль сохраняет свой центр тяжести, является его расстояние, установленное на одинаковом расстоянии как от кормовой, так и от носовой части корабля.
Пока тело плавает на поверхности жидкости, оно все равно сталкивается с силой тяжести, давящей на него. Чтобы остаться на плаву и избежать затопления, на тело действует противодействующая сила, известная как гидростатическое давление. Для поддержания тела в равновесии силы, действующие на тело, должны быть одинаковой величины и одинаковой линии движения. Такое описание равновесия присутствует только тогда, когда свободно плавающее тело находится в стоячей воде, когда присутствуют другие условия, величина которых резко смещается, создавая раскачивающее движение тела. [6]
Сила плавучести равна весу тела, иначе говоря, масса тела равна массе вытесненной телом воды. Это добавляет к телу направленную вверх силу на величину площади поверхности, умноженную на смещенную площадь, чтобы создать равновесие между поверхностью тела и поверхностью воды.
Остойчивость корабля в большинстве условий способна преодолеть любую форму, ограничение или сопротивление, встречающееся в бурном море; однако корабли имеют нежелательные характеристики крена, когда баланс колебаний при крене в два раза превышает баланс колебаний при качке, что приводит к опрокидыванию корабля. [7]
Конструкции включают в себя выбор материала конструкции, структурный анализ общей и локальной прочности судна, вибрации конструктивных элементов и реакций конструкции судна при движении на волнении . В зависимости от типа корабля структура и дизайн будут различаться в зависимости от того, какой материал использовать, а также в каком количестве. Некоторые корабли сделаны из стеклопластика, но подавляющее большинство — из стали с небольшим количеством алюминия в надстройке. [6]
Вся конструкция корабля состоит из панелей прямоугольной формы, состоящих из стальных обшивок, опирающихся на четыре края. Объединившись на большой площади, ростверки образуют корпус корабля , палубу и переборки, обеспечивая при этом взаимную поддержку шпангоутов. Хотя конструкция корабля достаточно прочна, чтобы держаться вместе, основная сила, которую ему приходится преодолевать, — это продольный изгиб, создающий нагрузку на его корпус, его конструкция должна быть спроектирована так, чтобы материал располагался как можно дальше вперед и назад. [6]
Основными продольными элементами являются палуба, обшивка корпуса, внутреннее днище, все они выполнены в виде ростверков, и дополнительные продольные растяжки к ним. Размеры корабля рассчитаны на создание достаточного расстояния между ребрами жесткости для предотвращения коробления. На военных кораблях использовалась продольная система жесткости, принятая на многих современных коммерческих судах. Эта система широко использовалась на ранних торговых судах, таких как SS Great Eastern , но позже была перенесена на конструкцию с поперечным каркасом, еще одну концепцию конструкции корпуса корабля, которая оказалась более практичной. Эта система позже была внедрена на современных судах, таких как танкеры, из-за ее популярности и затем получила название « Система Ишервуда» . [6]
Конструкция системы Ишервуда состоит из придания жесткости настилам как сбоку, так и снизу с помощью лонжеронов, они достаточно разделены, чтобы между ними было такое же расстояние, как между шпангоутами и балками. Эта система работает за счет разнесения поперечных элементов, поддерживающих продольные балки, примерно на 3 или 4 метра, при этом большое расстояние обеспечивает необходимую поперечную силу за счет смещения той силы, которую создают переборки. [6]
Мероприятия включают в себя концептуальный дизайн , планировку и доступ, противопожарную защиту , распределение помещений, эргономику и вместимость .
.jpg/1280px-The_bow_of_'Naess_Crusader'_nears_completion_(24461836489).jpg)
Конструкция зависит от используемого материала. При использовании стали или алюминия это включает в себя сварку листов и профилей после прокатки , маркировку, резку и гибку в соответствии с конструктивными чертежами или моделями с последующим монтажом и спуском на воду . Для других материалов, таких как армированный волокном пластик и стеклопластик, используются другие методы соединения . Процесс строительства тщательно продуман с учетом всех факторов, таких как безопасность, прочность конструкции, гидродинамика и расположение корабля. Каждый рассматриваемый фактор представляет собой новый вариант материалов, которые следует учитывать, а также ориентацию корабля. При рассмотрении прочности конструкции акты столкновения судов учитываются с точки зрения изменения конструкции судна. Поэтому свойства материалов тщательно учитываются, поскольку материал, нанесенный на пораженный корабль, обладает упругими свойствами, энергия, поглощенная ударяемым кораблем, затем отклоняется в противоположном направлении, поэтому оба корабля проходят процесс отскока, чтобы предотвратить дальнейшее повреждение. [8]
Традиционно военно-морская архитектура была скорее ремеслом, чем наукой. О пригодности формы судна судили по полумодели судна или прототипу. Неуклюжие формы или резкие переходы осуждались как недостатки. Это включало такелаж, устройство палубы и даже приспособления. Субъективные дескрипторы, такие как «неуклюжий », «полный » и «хороший» , использовались вместо более точных терминов, используемых сегодня. Судно было и до сих пор описывается как имеющее «красивую» форму. Термин «справедливый» предназначен для обозначения не только плавного перехода от носа к корме, но и «правильной» формы. Определение того, что является «правильным» в конкретной ситуации при отсутствии окончательного поддерживающего анализа, по сей день составляет искусство военно-морской архитектуры.
Современные недорогие цифровые компьютеры и специальное программное обеспечение в сочетании с обширными исследованиями для сопоставления полномасштабных данных о буксирном танке и вычислительных данных позволили военно-морским архитекторам более точно прогнозировать характеристики морского транспортного средства. Эти инструменты используются для статической устойчивости (неповрежденной и поврежденной), динамической устойчивости, сопротивления, привода, разработки корпуса, структурного анализа , моделирования зеленой воды и анализа ударов. Данные регулярно публикуются на международных конференциях, спонсируемых RINA , Обществом военно-морских архитекторов и морских инженеров (SNAME) и другими. Вычислительная гидродинамика применяется для прогнозирования реакции плавающего тела в случайном море.
Из-за сложности, связанной с работой в морской среде, военно-морская архитектура представляет собой совместную работу групп технически квалифицированных людей, являющихся специалистами в определенных областях, часто координируемых ведущим военно-морским архитектором. [9] Эта присущая им сложность также означает, что доступные аналитические инструменты гораздо менее развиты, чем инструменты для проектирования самолетов, автомобилей и даже космических кораблей. Это связано, прежде всего, с недостаточностью данных о среде, в которой должен работать морской аппарат, и сложностью взаимодействия волн и ветра с морской конструкцией.
Морской архитектор — это инженер , который отвечает за проектирование, классификацию, обследование, строительство и/или ремонт кораблей, лодок, других морских судов и морских сооружений, как коммерческих, так и военных, в том числе:
Некоторые из этих судов относятся к числу самых крупных (например, супертанкеры ), самых сложных (например, авианосцы ) и высокоценных подвижных конструкций, созданных человечеством. Как правило, они являются наиболее эффективным методом транспортировки сырья и продуктов в мире. Современное проектирование такого масштаба — это, по сути, командная деятельность, проводимая специалистами в своих областях и дисциплинах. Морские архитекторы интегрируют эти виды деятельности. Эта требовательная руководящая роль требует управленческих качеств и способности объединить часто противоречивые требования различных конструктивных ограничений для производства продукта, подходящего для этой цели. [10]
В дополнение к этой руководящей роли, военно-морской архитектор также выполняет специализированную функцию по обеспечению безопасного, экономичного, экологически безопасного и мореходного проекта. Чтобы выполнить все эти задачи, военно-морской архитектор должен разбираться во многих отраслях техники и быть в авангарде областей высоких технологий. Он или она должны быть в состоянии эффективно использовать услуги, предоставляемые учеными, юристами, бухгалтерами и деловыми людьми многих видов.
Военно-морские архитекторы обычно работают на верфях , судовладельцах, проектных фирмах и консалтинговых компаниях, производителях оборудования, классификационных обществах , регулирующих органах ( закон Адмиралтейства ), военно-морских силах и правительствах.
