Корпус (водное судно)

Корпус — водонепроницаемое тело корабля , лодки , подводной лодки или летающей лодки . Корпус может открываться сверху (например, шлюпка ) или может быть полностью или частично покрыт палубой. На палубе может находиться рубка и другие надстройки , такие как дымовая труба, деррик или мачта . Линия, по которой корпус встречается с поверхностью воды, называется ватерлинией .

Общие характеристики

Существует широкий спектр типов корпусов, которые выбираются в зависимости от пригодности для различных целей, при этом форма корпуса зависит от потребностей конструкции. Формы варьируются от почти идеальной коробки в случае барж-плугов до острой как игла поверхности вращения в случае гоночного многокорпусного парусника. Форма выбирается для достижения баланса между стоимостью, гидростатическими соображениями (размещение, грузоподъемность и устойчивость), гидродинамикой (скорость, требования к мощности, движение и поведение на волнении) и особыми соображениями для роли судна, такими как закругленный нос ледокола или плоское дно десантного судна .

В типичном современном стальном судне корпус будет иметь водонепроницаемые палубы и основные поперечные элементы, называемые переборками . Также могут быть промежуточные элементы, такие как балки , стрингеры и стенки , и второстепенные элементы, называемые обычными поперечными шпангоутами, шпангоутами или продольными, в зависимости от структурной компоновки. Самая верхняя непрерывная палуба может называться «верхней палубой», «палубой наветренной стороны», «палубой лонжерона», « главной палубой » или просто «палубой». Конкретное название зависит от контекста — типа судна или лодки, компоновки или даже места, где она ходит.

В типичной деревянной парусной лодке корпус состоит из деревянных планок, поддерживаемых поперечными шпангоутами (часто называемыми ребрами) и переборками, которые дополнительно связаны между собой продольными стрингерами или потолком. Часто, но не всегда, имеется центральный продольный элемент, называемый килем . В стекловолоконных или композитных корпусах конструкция может в некоторой степени напоминать деревянные или стальные суда или иметь монококовую конструкцию. Во многих случаях композитные корпуса строятся путем наложения тонких армированных волокном обшивок поверх легкого, но достаточно жесткого сердечника из пены, бальзового дерева, пропитанных бумажных сот или другого материала.

Вероятно, самые ранние настоящие корпуса были построены древними египтянами , которые к 3000 году до н. э. знали, как собирать деревянные доски в корпус. ^[1]

Формы корпуса

Корпуса бывают разных видов и могут иметь сложную форму (например, с тонким входом спереди и перевернутой колоколообразной формой на корме), но в основном они группируются следующим образом:

Скулистый и жесткоскулый. Примерами являются корпус с плоским днищем (скулистый), V-образным днищем и многоскулый корпус (несколько более пологих жестких скул, но все равно не гладких). Эти типы имеют по крайней мере один выраженный выступ по всей или большей части своей длины.
Формованный, круглоскулый или с мягким скулом . Все эти формы корпуса имеют плавные изгибы. Примерами являются корпус с круглым скулом, полукруглоскулым и s-образным днищем.

Корпуса глиссирующих и водоизмещающих судов

Корпус водоизмещающего типа: в этом случае корпус поддерживается исключительно или преимущественно плавучестью . Суда с таким типом корпуса перемещаются по воде с ограниченной скоростью, которая определяется длиной ватерлинии, за исключением особо узких корпусов, таких как парусные многокорпусные суда , которые в этом отношении менее ограничены.
Глиссирующий корпус: здесь форма глиссирующего корпуса настроена на создание положительного динамического давления , так что его осадка уменьшается с увеличением скорости. Динамическая подъемная сила уменьшает смоченную поверхность и, следовательно, также сопротивление . Такие корпуса иногда имеют плоское днище, иногда V-образное днище и, реже, круглоскулые. Наиболее распространенная форма имеет по крайней мере одну скулу, что обеспечивает более эффективное глиссирование и может сбрасывать брызги вниз. Глиссирующие корпуса более эффективны на более высоких скоростях, хотя им все еще требуется больше энергии для достижения этих скоростей. Эффективный глиссирующий корпус должен быть максимально легким с плоскими поверхностями, которые соответствуют хорошей мореходности. Парусные лодки, которые глиссируют, также должны эффективно ходить в водоизмещающем режиме при слабом ветре.
Полуводоизмещающее или полуглиссирующее судно: в этом случае форма корпуса способна развивать умеренную динамическую подъемную силу; однако большая часть веса судна по-прежнему поддерживается за счет плавучести.

Формы корпуса

В настоящее время наиболее широко используемой формой является корпус с круглыми скулами. ^[2]

При малой полезной нагрузке у такого судна корпус меньше ниже ватерлинии , что обеспечивает меньшее сопротивление и большую скорость. При большей полезной нагрузке сопротивление больше, а скорость меньше, но внешний изгиб корпуса обеспечивает более плавное поведение на волнах. Таким образом, форма перевернутого колокола является популярной формой, используемой в глиссирующих корпусах. ^{[ требуется цитата ]}^{[ требуется разъяснение ]}

Корпуса с острыми и острыми скулами

Корпус с скулой не имеет плавного закругленного перехода между днищем и бортами. Вместо этого его контуры прерываются острыми углами, где сходятся преимущественно продольные панели корпуса. Чем острее пересечение (острее угол), тем «жестче» скулы. Возможно более одной скулы на борт.

Каджунская «пирога» — пример судна с острыми скулами.

Преимущества этого типа корпуса включают потенциально более низкую стоимость производства и (обычно) довольно плоское днище, что делает лодку более быстрой на глиссировании . Корпус с жестким скулом сопротивляется качке (на гладкой воде) больше, чем корпус с закругленными скулами (скула создает турбулентность и сопротивление качке, когда он движется по воде, закругленный скул обеспечивает меньшее сопротивление потоку вокруг поворота). В бурном море это может заставить лодку больше крениться, так как движение сначала тянет вниз, а затем вверх по скуле: в результате лодки с круглым скулом более мореходны на волнах.

Корпуса с острыми скулами могут иметь одну из трех форм:

Корпуса с плоским днищем и скулой
Корпуса с многоскулыми скулами
Корпуса с V-образным днищем. Иногда их называют жесткоскулыми.

Каждый из этих корпусов с скулами имеет свои уникальные характеристики и применение. Корпус с плоским дном имеет высокую начальную устойчивость, но высокое сопротивление. Чтобы противостоять высокому сопротивлению, формы корпуса узкие и иногда сильно сужаются к носу и корме. ^{[ требуется цитата ]} Это приводит к плохой устойчивости при крене парусной лодки. ^{[ требуется цитата ]} Это часто компенсируется использованием тяжелого внутреннего балласта на парусных версиях. Они лучше всего подходят для защищенных прибрежных вод. Ранние гоночные моторные лодки были тонкими спереди и плоскими сзади. Это обеспечивало максимальную подъемную силу и плавный, быстрый ход на спокойной воде, но эта форма корпуса легко выходит из строя на волнах. Корпус с несколькими скулами приближается к изогнутой форме корпуса. Он имеет меньшее сопротивление, чем лодка с плоским дном. Многоскулые корпуса сложнее в изготовлении, но обеспечивают более мореходную форму корпуса. Обычно это водоизмещающие корпуса. Лодки с V-образной или дугообразной скулой имеют V-образную форму между 6° и 23°. Это называется углом килеватости . Более плоская форма корпуса в 6 градусов будет глиссировать при меньшем ветре или с двигателем меньшей мощности, но будет сильнее биться о волны. Глубокая V-образная форма (между 18 и 23 градусами) подходит только для мощных глиссирующих судов. Им требуются более мощные двигатели, чтобы вывести судно на глиссирование, но они обеспечивают более быстрый и плавный ход на волнах. Корпуса с водоизмещающей скулой имеют большую площадь смачиваемой поверхности, а значит, и большее сопротивление, чем эквивалентная форма круглого корпуса для любого заданного водоизмещения.

Гладкие кривые корпуса

Корпуса с гладкими изгибами — это корпуса, которые, как и изогнутые корпуса, используют шверт или прикрепленный киль. ^{[ необходима цитата ]}

Корпуса с полукруглым скулом несколько менее круглые. Преимущество полукруглого корпуса в том, что он представляет собой золотую середину между корпусом с S-образным днищем ^{[ требуется разъяснение ]} и корпусом с скулой. Типичные примеры корпуса с полукруглым скулом можно найти в парусных швертботах Centaur и Laser .

Корпуса с S-образным днищем — это корпуса парусных лодок с поперечным полусечением в средней части судна в форме буквы S. [ ^{необходимо уточнение ]} В случае S-образного днища корпус имеет круглые скулы и плавно переходит в киль, а на бортах корпуса между осевой линией киля и линией борта нет острых углов. Лодки с такой формой корпуса могут иметь длинный фиксированный глубокий киль или длинный неглубокий фиксированный киль с поворотным килем внутри. Балласт может быть внутренним, внешним или комбинированным. Такая форма корпуса была наиболее популярна в конце 19-го и начале-середине 20-го веков. ^{[ необходимо цитирование ]} Примерами небольших парусных лодок, которые используют эту S-образную форму, являются Yngling и Randmeer .

Придатки

Могут быть установлены такие устройства управления, как руль направления , триммеры или стабилизирующие кили.
Киль может быть установлен на корпусе для увеличения поперечной устойчивости, курсовой устойчивости или для создания подъемной силы .
Выдвижные придатки включают в себя шверты и кильватерные доски . ^[3]
Выступ вперед ниже ватерлинии называется бульбообразным носом . Они устанавливаются на некоторых корпусах для уменьшения сопротивления волнению и, таким образом, повышения топливной экономичности .

Условия

Базовая линия — это ровная опорная линия, от которой измеряются вертикальные расстояния.
Носовая часть — передняя часть корпуса.
Мидель — средняя часть судна в направлении вперед и назад.
Порт — левая сторона судна, если смотреть на нос с борта.
Правый борт — это правая сторона судна, если смотреть на нос с борта.
Корма — задняя часть корпуса.
Ватерлиния — воображаемая линия, описывающая корпус судна и совпадающая с поверхностью воды, когда корпус судна неподвижен.

Метрики

Формы корпуса определяются следующим образом:

Меры блока , определяющие основные измерения. Они следующие:

Ширина ( B ) — ширина корпуса (например: BWL — максимальная ширина по ватерлинии).
Осадка ( d ) или ( T ) — это вертикальное расстояние от нижней части киля до ватерлинии .
Надводный борт ( FB ) — это высота плюс высота килевой конструкции за вычетом осадки .
Длина по ватерлинии ( ДВЛ ) — это длина от самой передней точки ватерлинии, измеренная в профиль, до самой кормовой точки ватерлинии.
Длина между перпендикулярами ( LBP или LPP ) — это длина летней грузовой ватерлинии от ахтерштевня до точки, где она пересекает форштевень . (см. также п/п )
Общая длина ( LOA ) — это максимальная длина от одного конца до другого.
Глубина борта ( D ) — это вертикальное расстояние, измеренное от верхней части киля до нижней поверхности верхней палубы у борта. ^[4]

Производные формы , которые вычисляются из формы и мер блока. Они следующие:

Водоизмещение ( Δ ) — это вес воды, эквивалентный погруженному объему корпуса.
Продольный центр плавучести ( LCB ) — это продольное положение центра тяжести вытесненного объема, часто задаваемое как расстояние от точки отсчета (часто миделя) до центра тяжести статического вытесненного объема. Обратите внимание, что продольный центр тяжести или центр веса судна должен совпадать с LCB, когда корпус находится в равновесии.
Продольный центр плавучести ( LCF ) — это продольное положение центра тяжести площади ватерлинии, обычно выражаемое как продольное расстояние от точки отсчета (часто миделя) до центра площади статической ватерлинии. Это можно визуализировать как область, определяемую поверхностью воды и корпусом.
Вертикальный центр плавучести ( ВЦП ) — это вертикальное положение центра тяжести вытесненного объема, обычно определяемое как расстояние от точки отсчета (например, базовой линии) до центра статического вытесненного объема.
Объем ( V или ∇ ) — объем воды, вытесненной корпусом.

Коэффициенты ^[5] также помогают сравнивать формы корпуса:

Коэффициент полноты ( C _b ) — это объем (V), деленный на L_WL × B_WL × T_WL . Если вы нарисуете рамку вокруг подводной части судна, это будет отношение объема рамки, занимаемого судном. Это дает представление о том, какая часть блока, определяемого L_WL , шириной (B) и осадкой (T), заполнена корпусом. Полные формы, такие как нефтяные танкеры, будут иметь высокий C_{b ,} тогда как тонкие формы, такие как парусники, будут иметь низкий C_b . $C_{b}={\frac {V}{L_{WL}\cdot B_{WL}\cdot T_{WL}}}$
Коэффициент миделя ( C _m или C _x ) — это площадь поперечного сечения (A _x ) среза на миделе (или в наибольшем сечении для C _x ), деленная на ширину x осадку. Он отображает отношение наибольшего подводного сечения корпуса к прямоугольнику той же общей ширины и глубины, что и подводное сечение корпуса. Это определяет полноту днища. Низкое значение C _m указывает на вырезанный средний разрез, а высокое значение C _m указывает на коробчатую форму сечения. Парусные суда имеют вырезанный средний разрез с низким значением C _x , тогда как грузовые суда имеют коробчатый разрез с высоким значением C _{x ,} чтобы помочь увеличить C _b . $C_{m}={\frac {A_{m}}{B_{WL}\cdot T_{WL}}}$
Призматический коэффициент ( C _p ) — это объем (V), деленный на L _WL x A _x . Он отображает отношение погруженного объема корпуса к объему призмы с длиной, равной длине судна, и площадью поперечного сечения, равной наибольшей подводной части корпуса (секции миделя). Это используется для оценки распределения объема днища. Низкий или тонкий C _p указывает на полную среднюю часть и тонкие оконечности, высокий или полный C _p указывает на лодку с более полными оконечностями. Глиссирующие корпуса и другие высокоскоростные корпуса имеют тенденцию к более высокому C _p . Эффективные водоизмещающие корпуса, движущиеся с низким числом Фруда, будут иметь тенденцию к низкому C _p . $C_{p}={\frac {V}{L_{WL}\cdot A_{m}}}$
Коэффициент ватерлинии ( C _w ) — это площадь ватерлинии, деленная на L _WL x B _WL . Коэффициент ватерлинии выражает полноту ватерлинии или отношение площади ватерлинии к прямоугольнику той же длины и ширины. Низкое значение C _w указывает на тонкие концы, а высокое значение C _w указывает на более полные концы. Высокое значение C _w улучшает устойчивость, а также управляемость в сложных условиях. $C_{w}={\frac {A_{w}}{L_{WL}\cdot B_{WL}}}$

Примечание: $C_{b}=C_{p}\cdot C_{m}$

Компьютерное проектирование

Использование автоматизированного проектирования вытеснило бумажные методы проектирования кораблей, которые полагались на ручные расчеты и чертежи линий. С начала 1990-х годов были разработаны различные коммерческие и бесплатные программные пакеты, специализированные для морской архитектуры, которые предоставляют возможности трехмерного черчения в сочетании с расчетными модулями для гидростатики и гидродинамики. Их можно назвать системами геометрического моделирования для морской архитектуры. ^[6]

Смотрите также

Противообрастающая краска – Специализированная краска для корпусов судов
Лодка – Судно для перевозки по воде
Корпус собора
Цепная пластина – фитинги на парусных судах
Медная обшивка – покрытие корпуса судна
Соотношение водоизмещения и длины – Измерение судна
Двойной корпус – Конструкция и метод строительства корпуса судна
Осадка — глубина судна ниже ватерлинии.
Число Фруда – безразмерное число; отношение инерции потока жидкости к внешнему полю
Символ классификации корпуса
Скорость корпуса – скорость, при которой длина носовой волны судна равна длине ватерлинии.
Подъемная сила (сила) – сила, перпендикулярная потоку окружающей жидкости.
Однокорпусное судно — тип судна или лодки, имеющий только один корпус.
Многокорпусное судно – судно или лодка с более чем одним корпусом.
Корабельная архитектура – Инженерная дисциплина морских судов
Nelson Chequer – Цветовая схема, принятая на кораблях британского Королевского флота
Измерения судна – Термин или определение, относящееся к измерению характеристик судна.
Судостроение – Строительство кораблей и плавучих средств
Подводная лодка – водное судно, способное к автономному подводному передвижению.
Корпус подводной лодки – структурный и гидродинамический компонент, охватывающий судно.

Примечания

^ Уорд, Шерил. «Самые старые доски в мире» в журнале «Археология » (том 54, номер 3, май/июнь 2001 г.). Археологический институт Америки . Archaeology.org
^ Zeilen: Van Beginner tot gevorderde Карела Хейнена
^ "Правила оборудования для парусного спорта на 2021–2024 годы" (PDF) . World Sailing (UK) Ltd . Получено 2022-10-14 ., Раздел E.1.2 Типы выступающих частей корпуса
^ "Международная конвенция по измерению тоннажа судов, 1969". Международные конвенции . Руководство по адмиралтейству и морскому праву. 1969-06-23 . Получено 2007-10-27 ., Приложение 1, Правила определения валовой и чистой вместимости судов , Положение 2(2)(а). На судах с закругленными планширями верхняя точка измерения принимается по точке пересечения плоскостей палубы и бортовой обшивки. Там же , Положение 2(2)(б). На судах со ступенчатыми палубами измерение производится до линии, параллельной верхней части. Там же , Положение 2(2)(в).
^ Rawson, EC; Tupper (1976). Basic Ship Theory . Vol. 1 (2nd ed.). Longman. pp. 12–14. ISBN 0-582-44523-X.
^ Вентура, Мануэль. "Геометрическое моделирование формы корпуса" (PDF) . Центр морских технологий и океанической инженерии . Архивировано из оригинала (PDF) 17 января 2024 г. . Получено 29 марта 2018 г. .

Ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме «Корабль (водное судно)» .

Хейлер, Уильям Б.; Кивер, Джон М. (2003). Американское руководство торгового моряка . Cornell Maritime Pr. ISBN 0-87033-549-9.
Turpin, Edward A.; McEwen, William A. (1980). Справочник офицеров торгового флота (4-е изд.). Centreville, MD: Cornell Maritime Press. ISBN 0-87033-056-X.