§ 4. Форма на корпуса на кораба

Всеки тип плавателен съд отговаря на специална форма на корпуса, в зависимост от много фактори: предназначение на кораба, условия на работа, скорост, качество на плавателния съд и др. Корпусите на движещите се плавателни съдове са удължено тяло, ограничено от извити повърхности, създаване на опростена форма, която намалява съпротивлението на водата и въздуха при движението му. Корпусите на такива съдове имат заострени краища и плавни преходи на страничните повърхности в дънните равнини. Напротив, корпусите на акостиралите плавателни съдове или плавателни съдове, чиято скорост на транспортиране не е от голямо значение, за опростяване на строителната технология се правят с правоъгълна или равнинна форма с рязко очертани ръбове.

Предният, по посока на движението, край на корпуса се нарича нос и според приетите правила на корабостроителния чертеж чертежите винаги се изобразяват отдясно; противоположният край, наречен кърма, е показан на чертежите вляво.

Кърмата на кораба има по-сложна конфигурация от края на носа, тъй като в кърмата има различни устройства, които осигуряват маневреността на кораба (витла, кормила и др.), Които трябва да осигурят най-добрите условия за работа.

За да се предотврати корабът, който се движи по много бурна водна повърхност, да зарови краищата си във вълната, страните на корпуса в края на носа се разширяват на височина (разпадат се). Контурните форми на съвременните корабни корпуси са създадени в резултат на дългогодишно развитие.

Появата на експериментални басейни позволи да се избере оптималната форма на корпуса на кораба на научна основа с помощта на метода на моделиране.

Формата на напречното сечение на корпуса на всички движещи се кораби е направена симетрична, така че съпротивлението на движението му от всяка страна на корпуса е взаимно балансирано и действията на руля от всяка страна са еднакви.

Повърхностите, които ограничават корпуса на кораба отгоре, отстрани и отдолу, се наричат ​​съответно горна палуба, страни и дъно.

Общата представа за геометричните характеристики на формата на корпуса на кораба се дава чрез метода на рязане на корпуса от три взаимно перпендикулярни равнини: вертикална равнина на симетрия, минаваща по дължината на корпуса в средата на неговата ширина; хоризонтална равнина, минаваща по дължината на корпуса и разделяща го на две асиметрични части: надводна и подводна, и вертикална равнина, перпендикулярна на първите две и минаваща през средата на предполагаемата дължина на плавателния съд (фиг. 1).

Вертикална равнина, минаваща покрай корпуса на кораба и разделяща неговата теоретична повърхност на две симетрични части, се нарича централна равнина(DP).

Основен самолет(OP) е хоризонталната равнина, минаваща през долната точка на линията на кила на корпуса.

Основна линия(OL) се нарича линията на пресичане на основната и диаметралната равнина.

Тъй като корпусът на кораба има много сложна форма, по време на производството му, както и по време на монтажа на всички части на насищането на кораба върху него (механизми, апарати, оборудване и др.), Монтажните размери на тези части могат да се определят от височина и ширина на кораба само от тези две равнини.

Линията, образувана, когато горната палуба се пресича с централната линия, се нарича линия на палубата. Линията на палубата на морските кораби има извита форма с издигане от средата на дължината на кораба до краищата. Тази надлъжна чупка на палубната линия се нарича прозрачността на палубата. Линията на палубата на речните кораби, чиято мореходност не е обект на повишени изисквания, е направена права, без откос.

Ориз. 1. Разрез на корпуса на кораба от три взаимно перпендикулярни равнини. I е диаметралната равнина; II-равнина на средната рамка; III - равнина на проектната водолиния. 1-горна палуба; 2 - дъска; 3- дъно; 4 - стъбло; 5 - линия на кила 6 кърмова стойка; 7-палубна линия; 8 - странична линия; 9 - нос; 10- захранване; h - стрела на смъртта.

Странична палубна линия- линията на пресичане на теоретичната повърхност на борда и палубата или техните разширения със заоблена връзка между палубата и борда.

Линия на кила(CL) - линията на пресичане на долната част на теоретичната повърхност на корпуса с централната равнина. Линията на кила има различни форми в зависимост от предназначението и вида на плавателния съд (фиг. 2).

Линията на кила на повечето съвременни кораби е хоризонтална. Наклонена линия на кила се среща на кораби с така наречения структурен трим, който се прави за задълбочаване на витлото и руля и за защитата им, когато корабът има плитко газене. Линия на кила с перваза - реданомнамерени в бързи леки плавателни съдове (лодки). В този случай, докато корабът се движи, носовата част на корпуса излиза от водата, а кърмата се плъзга (планира) по водната повърхност. Линията на кила на специални видове кораби (подводници, яхти и др.) често е извита, което се обяснява с особеностите на тяхната експлоатация.

Ориз. 2. Палубни и килови линии на различни плавателни съдове: а - море; b - река; c - със структурна облицовка; g - с редан (с перваза); г - извити (специални плавателни съдове - яхти и др.).

Ръбовете, образувани, когато страничните повърхности на корпуса се пресичат с централната равнина в краищата на носа и кърмата, по протежение на които се свързват повърхностите на десния и левия борд, наречени стъбла. Носовият ствол, разположен пред кораба, се нарича ствол, кърмовият ствол е кърмов стълб.

Формата на контурите на стъблото обикновено се развива на практика в съответствие с предназначението на съда.

Характерните форми на стъблата са показани на фиг. 3:

А) наклонен ствол, характеризиращ се с права наклонена линия, в подводната част плавно или под ъгъл преминава в линията на кила. Такова стебло придава на кораба нещо като тяга напред, но е направено по този начин не само за естетическо впечатление, но и от практически съображения: наклоненото стебло, в комбинация с извивката на бордовете на носа , увеличава използваемата площ на горната палуба и подобрява способността на кораба да кара вълни;

Ориз. 3. Характерни форми на корабните стебла: а - наклонени; б-клипер; в - луковичен; g - ледоразбивач; d - прав.

б) стеблото на машинката се характеризира с гладка линия на образуващата, насочена с горния край напред. Такова стъбло е направено по същите причини като предишното, неговата форма е заимствана от ветроходни кораби;

В) луковичното стебло има наклонена права или вдлъбната линия над водата, подводната му част има капковидна форма и е спусната малко под линията на кила. Такова стебло е предвидено на кораби със сравнително голяма ширина на корпуса, за да се намали съпротивлението на водата при движение и да се увеличи скоростта на кораба;

Г) стеблото на ледоразбивача в надводната част се характеризира с наклонена права линия, която, като не достига леко нивото на водата, придобива плавен наклон до 30° (развит на практика), наклонът продължава в подводната част до плавно преминава към линията на кила. Ледоразбивачите и корабите, плаващи в лед, имат такова стебло, така че корабът да може да се изкачи на леденото поле, докато се движи, и да го избута с тежестта си;

Г) правият ствол има вертикална линия на формиране в подводната част, плавно преминаваща в линията на кила. Такова стебло се среща предимно на речни кораби, които имат свободно пространство на палубата и не плават по сравнително неравна повърхност, удобно е за наблюдение на пространството пред носа на кораба при честа навигация в тесни места и при приближаване; котвени места.

Краищата на кърмата на корабите, въпреки разнообразието им, се делят главно на три вида (фиг. 4). Нека ги разгледаме:

А) обикновената кърма има надвес на горната част на корпуса високо над водата, който се нарича престилка. Такава кърма в повечето случаи се намира в едновинтови товарни кораби, които имат ниска скорост;

B) крейсерска кърма с преграда (с надвес), вдлъбната във водата и гладки контури. Тази форма на кърмата увеличава площта на палубата и намалява образуването на вихри зад корпуса и е предназначена за високоскоростни кораби или кораби с множество витла;

Ориз. 4. Формата на краищата на кърмата на кораба: а - обикновена с преграда; b - круиз; в- транец.

в) кърмата на транца има пресечен вид над водата, образувана от вертикална или наклонена напречна равнина, наречена транец. Такава кърма се намира на онези кораби, където специалните операции се извършват от кърмата; необходимо е например при работа с мрежи на риболовни кораби, при поставяне на мини или тралове на военни кораби и др.

Вторият участък, характеризиращ формата на корпуса на кораба, е хоризонталният участък или, както се казва, участъкът по структурната водолиния.

Водна линия(VL) се нарича следа от пресечната точка на теоретичната повърхност на тялото с хоризонтална равнина.

Водна линия на дизайна(KVL) е водолинията, съответстваща на пълната водоизместимост на съдовете или нормалната водоизместимост (с половината от резерва на гориво), получена чрез предварително изчисление.

Структурната водолиния на транспортните кораби също е товарна водолиния(GVL), съответстваща на проектното проектно плаване на кораба.

Характерните форми на структурните водолинии на съвременните кораби са показани на фиг. 5:

А) товарен кораб има водолиния, заострена в краищата и т.нар цилиндрична вложкав средната част, през която контурите на водолинията са успоредни на DP. Цилиндричната вложка увеличава капацитета на корпуса на кораба, опростява технологията и намалява цената на конструкцията му. Въпреки това, с увеличаване на скоростта на такива кораби, съпротивлението на водата към тяхното движение се увеличава значително, което води до разход на допълнителна мощност. Корабите със средна скорост (14-16 възела) имат цилиндрична вложка, равна на 10-40% от дължината на корпуса;

Б) високоскоростен кораб, чиято скорост е важно експлоатационно качество, има добре очертана водолиния с много лека цилиндрична вложка или изобщо без цилиндрична вложка;

Ориз. 5. Водни линии на кораби от различни видове: а - товарен; b - високоскоростен; c - с транцева кърма; g - нискоскоростен.

в) водолинията на високоскоростни кораби с транцева кърма е пресечена, транецът действа като стъпка, улеснявайки отделянето на поток вода от дъното, когато корабът се плъзга по повърхността на водата - планиране. Тези съдове също нямат цилиндрична вложка;

Г) нискоскоростни и несамоходни речни кораби с голям вътрешен обем на корпуса имат напълно оформена водолиния с цилиндрична вложка на 70-90% от дължината на кораба.

Третият участък, който дава представа за формата на корпуса, е участък с вертикална равнина, минаваща през средата на дължината на плавателния съд, перпендикулярна на равнината на централната линия и равнината на конструктивната ватерлиния, т.нар. контур на рамката на средната част на кораба.

В напречно сечение корабните корпуси могат да имат вертикални бордове, извивка или срутване в горната част на борда. Палубата в напречното сечение на корпуса е направена изпъкнала, с параболична кривина, с падаща стрелка, равна на 0,02 (1:50) от ширината на палубата в средата на кораба. Изпъкналостта на палубата в напречната посока на корпуса на кораба се нарича унищожаване на палубата. Огъването на палубата се прави, за да се отцеди водата, която наводнява палубата и да й придаде по-голяма надлъжна стабилност.

Плавният преход на долната линия към страничната линия се извършва по кръгова дъга или по крива на модела и се нарича зигоматична извивкаили скула.

Характерните форми на миделните линии на различните видове кораби са показани на фиг. 6, най-характерните:

А) морски транспортни съдове - с вертикален борд и с повдигнато дъно;

Ориз. 6. Контури на средни части на кораби от различни видове: а - транспорт; b - високоскоростен; в - ледоразбивач; g - моторна лодка; d - кораби за вътрешно плаване; д - река.

б) високоскоростни морски кораби - с добре очертани контури, голям ъгъл на издигане на дъното и голямо зигоматично заобляне;

В) кораби за ледоразбиване със заоблени бордове и наклон в подводната част и преграждане в надводната част. Тази форма на напречното сечение увеличава напречната твърдост на корпуса и ако корабът е компресиран в ледени полета, ледът се движи по наклонените страни или под кораба, изстисквайки го от водата или се издига;

Г) високоскоростни кораби с малка водоизместимост (лодки), в повечето случаи имащи прави страни с наклон, завиващи под ъгъл в дъно с голямо издигане на леко извита форма;

Г) високоскоростни плавателни съдове за вътрешно плаване - с плоско дъно, с кръгла шина, преминаваща в извити бордове. Такива образувания увеличават площта на палубата и пространството в надводната част на корпуса;

Д) речни плоскодънни съдове - с хоризонтално дъно, с вертикални стени и с малък радиус на закръгление на шината. Този профил на напречното сечение осигурява максимален обем на корпуса и е предназначен за нискоскоростни плавателни съдове с минимално газене.

Напред
Съдържание
обратно

Съвременните подходи към корабостроенето изискват непрекъснато търсене на оригинални технически решения за постигане на превъзходство над потенциалните противници в световния океан. И все повече дизайнерите се обръщат към проекти на многокорпусни плавателни съдове - катамарани и тримарани. Достатъчно е да си припомним крайбрежните кораби на ВМС на САЩ тип „Индипендънс“ или най-новата руска разработка „Русич-1“. Докторът на техническите науки Виктор Дубровски разказва как иначе можете да подобрите техническите характеристики на многокорпусните кораби чрез оригинално решение - намаляване на площта на водолинията.

Въведение

Обектите с малка площ на водната линия включват полупотопяеми (обикновено сондажни) платформи и малки кораби с водна равнина.

На фиг. Фигура 1 показва диаграма на външния вид на полупотопяема платформа. В работно положение водолинията е разположена приблизително в средата на височината на стелажите (колоните), свързващи понтоните с горната конструкция, в прибрано положение е малко под горните палуби на понтоните.

Полупотопяеми платформи се използват в света от 50-те години, оттогава са построени повече от 300 такива обекта с доста голяма водоизместимост. Практиката показва, че те могат постоянно да бъдат в най-суровите морета на планетата и да работят през по-голямата част от времето, включително и при много интензивни вълни. На фиг. Фигура 2 показва двукорпусен кораб с малка площ по водолинията (SMWA).

Изследванията, проектирането и строителството на SMPV започват през 60-те години, оттогава са построени повече от 70 такива кораба в света, предимно с малка водоизместимост, често използвани като експериментални.

Вече тези илюстрации разкриват основната разлика между обекти с малка площ на водолинията: намаляване на обемите на изместване близо до водолинията с компенсация за тези обеми, дължащи се на части от плавателния съд, които са по-потопени под повърхността.

Понастоящем обемите на изместване, пресичащи свободната повърхност, обикновено се наричат ​​„стълбове“ (за кораби) или „колони“ (за платформи). Подводните обеми днес нямат установено име: те говорят за „понтони“ за платформи и кораби, „подводни корпуси“, „подводни обеми“ и т.н. за кораби.

В публикациите на автора от 1978 г. за корабите се използва следната терминология: всеки корпус се състои от надводна платформа - стелаж (рафтове) - гондола (последният термин е заимстван от авиацията). Същата терминология се използва по-долу.

Освен това, за да се характеризира местоположението на корпусите един спрямо друг и спрямо водната повърхност, се използват следните термини: напречен просвет (обикновено разстоянието между диаметралните равнини на корпусите); вертикален просвет (разстояние на дъното на платформата от проектната водолиния); надлъжен просвет (разстоянието между средните части на корпусите, ако са изместени в надлъжна посока).

Отбелязаната особеност на контурите се отразява на всички технически и експлоатационни качества на съдовете. Освен това, както всички многокорпусни обекти, SMPV се отличават с увеличена площ на палубата спрямо обемното им изместване. Следователно, както всички многокорпусни, SMPV са ефективни за транспортиране на леки полезни товари, които изискват големи палубни площи или големи обеми за тяхното разполагане, т.е. "леки" товари. Те включват пътници в кабините, подвижно оборудване, леки контейнери, изследователски лаборатории, оръжейни системи, предимно авиационни. Следователно, по-специално, най-рационално е да се проектира SMPV въз основа на първоначално необходимата площ на палубата.

Съотношения на размери и видове SMPV

Специфичното разпределение на обемите на изместване определя и спецификата на съотношенията на размерите на SMPV.

За по-лесно използване на вътрешните обеми на гондолите и увеличаване на технологичността на тяхното сглобяване е препоръчително да се осигури непрекъснат поток около краищата: изберете полуелипсовидна форма за носа и конусовидна за кърмата. Останалата дължина е цилиндър. В резултат на това коефициентът на пълнота на гондолата и тялото като цяло става зависим от разширението на гондолата L/D, където L е дължината, D е диаметърът на гондолата.

Намалената площ на водолинията изисква увеличено разстояние между корпуса, за да се осигури необходимата първоначална странична стабилност. Тези и други характеристики на описания по-долу архитектурен и структурен тип определят съотношенията на основните размери, които не са типични за еднокорпусни кораби и многокорпусни кораби с традиционни линии. Най-вероятните стойности на тези съотношения са дадени по-долу, когато се вземат предвид характеристиките на зоната на палубата и първоначалната стабилност на различни SMPV.

Досега в една или друга степен са проучени няколко вида SMPV, въпреки че практическа употреба се използва само от двукорпусни (повечето от над 70 SMPV, построени през последните години, са дуплекси, според описаната по-горе терминология). На фиг. Фигура 3 показва изследваните видове SMPV.

Трябва да се отбележи, че показаната терминология, предложена от автора през 1978 г., не е общоприета. Например в Япония всички двукорпусни кораби се наричат ​​катамарани, независимо от формата на линиите. Изглежда, че разграничаването на два типа SMPV с двойно тяло прави класификацията по-точна. SMPV с по един дълъг пост във всеки корпус е построен за първи път в Холандия; името на този първи кораб е предложено от автора като общо за кораби с тази архитектура. Терминът "trisec" е предложен от авторите на първия двукорпусен SMPV с две къси подпори като част от всеки корпус, построен в САЩ: "ТРИ СЕКЦИИ", т.е. платформа и два подводни обема.

Освен това в англоезичната литература всички трикорпусни съдове се наричат ​​тримарани, независимо от съотношението на формата и размерите. Напротив, в руската практика от 70-те години на миналия век (изследване на характеристиките на високоскоростни речни кораби от А. Г. Ляховицки) името „тримаран“ се прилага за трикорпусни кораби с еднакви корпуси с конвенционални контури. Следователно, отделно име за трикорпусни SMPV с идентични корпуси изглежда подходящо.

SMPV имат както общи характеристики, които ги отличават от еднокорпусни кораби и многокорпусни кораби с конвенционални контури, така и специфични характеристики за всеки тип. По-долу тези функции са разгледани по-подробно. Трябва да се отбележи, че почти всяка характеристика на даден тип съд може да бъде благоприятна, неблагоприятна или неутрална за конкретно приложение. Всички тези въпроси са разгледани накратко по-долу.

Тук еднокорпусен обект с еднаква водоизместимост обикновено се използва като основа за сравнение, въпреки че на практика при избора на опции за кораб в самото начало на неговия дизайн е необходимо също да се вземат предвид сравними типове многокорпусни кораби с традиционните линии.

Трябва да се отбележи специално, че всеки SMPV може да бъде проектиран така, че при пълна водоизместимост корабът да има газене в горната част на гондолите, което разширява възможностите за използване на плитки водни зони и пристанища. В същото време, за да се подобри мореходността в бурно море, е необходимо да се предвиди прием на воден баласт. Ясно е, че обемът на този баласт съответства на обема на потопената част на стелажите, т.е. относително малък по отношение на общата водоизместимост на съда.

Въпреки това силното влияние на сравнително малки обеми баласт върху кацането на SMPV е значително неудобство при неговата работа. Ако не се предвиди предварително, обикновеният разход на гориво по време на навигация ще доведе до неприемливи промени в кацането, предимно в крен и диферент. Ето защо, например, един от първите SMPV в света, японски пътнически ферибот, имаше автоматична система за баластиране, за да поддържа необходимите ограничения за промяна на кацането по време на работа.

Как работи

1. Площ на палубата

Въпреки че преразпределението на обемите засяга най-много хидростатиката и хидродинамиката, от гледна точка на дизайна е по-удобно да се започне, като се вземе предвид относителната площ на палубите. Това разсъждение се основава на горепосочената система от най-вероятните размерни съотношения, които определят спецификата на този тип съдове.

Основните резултати от тези оценки са показани в таблица 1.

Тип съд	Относителна дължина на едно тяло	Вероятни дименсионални връзки	Относителна площ на палубата
Еднокорпусен		L/B=8; A D ~0,8
Trisec или duplus		L SW =0,64*L; B OA =(0.3÷0.5)*L SW ;	(0,19÷0,32)*L 2
Корпус с ниска водна линия и две аутригери		L M =0.8*L; L M /B M =8; L A =(0.3÷0.4)*L M ; B OA =(0.3÷0.4)*L M ;	(0,13÷0,16)*L 2
		L 1 =0.35*L; A D ~ 0.75; L OA =1.6*L1; B OA =(0.6÷0.8)*L 1 ;	(0,25÷0,35)*L 2

Маса 1.

Тук: L, V, B – дължина, водоизместимост, ширина на сравним еднокорпусен кораб, AD – коефициент на запълване на горната палуба; B1, BOA – ширина на едно тяло и обща ширина; LSW – дължина по водолинията; LO-дължина на аутригера; LM - дължина на основното тяло; lMON, l1 – относителна дължина на еднокорпусен кораб и един корпус на многокорпусни кораби.

Очевидно е, че при равен брой палуби SMPV ще има в една или друга степен увеличена площ на палубата и вътрешен обем на надводната част в сравнение с еднокорпусен високоскоростен кораб. Ето защо в повърхностната платформа, свързваща корпусите, винаги се поставя голям полезен товар.

2. Първоначална стабилност и аварийно кацане

Надлъжната стабилност на SMPV е значително по-ниска от тази на сравним традиционен кораб. Следователно, за разлика от настоящата ситуация, когато надлъжната стабилност не е стандартизирана за никакви видове съдове, при проектирането на SMPV е необходимо да се приемат някои приблизителни граници на надлъжната метацентрична височина. Като се вземе предвид съотношението на общите размери в план, изглежда удобно да се избере надлъжната височина на двукорпусните SMPV 2 пъти по-голяма от напречната височина и 3 пъти по-голяма за трикорпусните SMPV.

Напречната стабилност на SMPV определя съотношението на техните общи размери в план, вижте таблица 2, където се разглеждат примери за SMPV от различни типове със същото изместване. За да се обясни мястото на SMPV в общата гама от многокорпусни кораби, таблицата включва и плавателни съдове с традиционна форма на корпуса: катамаран (двукорпусен), тримаран (три еднакви корпуса) и плавателен съд с аутригери (голям централен и два малки странични корпуса). За простота, изискването за осигуряване на първоначалната напречна устойчивост на SMPV е същото като това на сравнения еднокорпусен кораб.

Основни размери и първоначална странична устойчивост на 1000-тонни плавателни съдове от различни типове (размерите на аутригерите са в скоби):

Тип съд	Еднокорпусен (високоскоростен)	Катамаран			Тримаран		Традиционно централно тяло + 2 конзоли	Център. Корпус с MPV + 2 аутригера
Дължина на едно тяло, m		65, 80					95 (30)	65 (35)
Обща дължина, m		65, 80
Ширина на едно тяло, m		6, 4					7 (1)	7 (1.5)
Обща ширина, m		18, 16
Площ на водната линия, kW m		2 х 310, 2 х 250
Проектен проект, м
Височина на центъра на величината, m
Височина на страната, m
Височина на центъра на масата, m
Напречен метацентър. .радиус, m
Напречен метацентър. височина, m
Надлъжен метацентър. радиус, m
Надлъжен метацентър. височина, m

* - до горната палуба.
Таблица 2.
Анализът на представените данни показва, че напречният размер на SMPV е избран по напълно различен принцип от същите размери на многокорпусни кораби с традиционни линии. Общата ширина на SMPV се определя от изискването за определена първоначална стабилност. Напротив, разстоянието между телата с традиционна форма е избрано минимално приемливо, за да се намали тяхното хидродинамично взаимодействие, което обикновено е неблагоприятно, т.е. според изискванията за изпълнение. В същото време страничната стабилност на всички кораби с традиционни корпуси, с изключение на аутригерите, е много по-голяма от тази на сравнения еднокорпусен кораб. Освен това първоначалната странична стабилност на катамарана, ако е необходимо, може да бъде равна на надлъжната и дори леко да я надвишава. Стабилността на кораб с аутригер е сравнима със същата характеристика на еднокорпусен или малко повече, ако е необходимо.

Надлъжната стабилност на SMPV е значително по-малка от тази на всички други видове кораби, както еднокорпусни, така и многокорпусни. Това обстоятелство значително влияе върху много характеристики на SMPV.

На първо място, отбелязваме, че намаляването на стабилността води до трудности при ограничаването на ъгъла на аварийно накланяне (диферент): наводняването на същия обем води до значително по-голямо кренване или диферент на SMPV, отколкото това на еднокорпусен кораб на сравнимо изместване. В този случай обикновено осигуряването на минимален надводен борд не създава затруднения, ако преградната палуба е горната палуба, свързваща корпусите на надстройката.

Липсата на странична стабилност на SMPV може да бъде частично компенсирана от наклона на подпорите близо до повърхностната платформа, което осигурява увеличаване на площта на диаграмата на стабилност. Но основното е, че всички многокорпусни имат непробиваема платформа, свързваща корпусите. Този обем рязко намалява ъглите на крен и трим, веднага щом страните или краищата му започнат да навлизат във водата. Вероятността от наводнение в случай на авария също е значително намалена, тъй като обикновено изрезите в платформата са разположени доста далеч от страните и краищата.

Осигуряването на аварийна стабилност на SMPV обикновено също не създава проблеми веднага щом водоустойчивата повърхностна платформа започне да навлиза във водата.

Като важна конструктивна мярка за осигуряване на аварийно кацане на SMPV е възможно да се препоръча запълване на отделенията (обикновено в краищата) с незапалими плаващи блокове (или големи гранули в мрежи за опростяване на движенията по време на ремонт).

Обикновено размерите на аутригерите са малки и сравними с размерите на статистически възможни дупки при злополуки. Това означава, че в случай на авария има вероятност аутгрегерът да бъде напълно наводнен, тоест значителна загуба на площ и стабилност на водолинията. На свой ред това означава, че обикновено страничната стабилност трябва да бъде осигурена от един аутриггер. Въпреки това, запълването на конзолите с плаващи материали прави възможно намаляването на размера, самосъпротивлението и теглото на конзолите.

По този начин аварийното кацане и стабилността на SMPV, подобно на повечето многокорпусни кораби, не съответства много на концепциите, залегнали в основата на правилата, създадени преди това за еднокорпусни кораби. В резултат на липсата на специфични правила за стабилност всеки SMPV се оказва експериментален обект, т.е. всички негови характеристики се определят чрез изчисления и се съгласуват със съответния регистър за всеки проект поотделно.

3. Мореходни качества

Високата мореходност на SMPV е тяхната основна разлика и най-голямо предимство. Разликите в геометрията и стабилността на SMPV, описани по-горе, също определят характеристиките на мореходността.

Известно е, че естествените периоди на търкаляне значително влияят върху мореходността. Тези периоди се определят от съотношенията на възстановителните и инерционните сили и моменти. За накланяне това е съотношението на надлъжната стабилност и инерционния момент на масите (включително добавената маса вода) спрямо напречната ос.

При преминаване от еднокорпусен традиционен обект към двукорпусен SMPV стабилността пада повече от инерционния момент на масите. В резултат на това периодът на накланяне на двукорпусен SMPV се увеличава приблизително 2 пъти.

По отношение на търкалянето картината е обратната: при приблизително еднаква първоначална устойчивост, инерционният момент на масите (включително прикрепената) спрямо надлъжната ос рязко се увеличава. В резултат на това периодът на самонавиване на SMPV също е приблизително 2 пъти по-голям от този на сравним еднокорпусен обект. Тези връзки са показани на фиг. 4.

Ясно е, че такива значителни разлики значително променят поведението на SMPV във вълни. Така че, ако еднокорпусните кораби обикновено резонират с килане в челните вълни, тогава SMPV - в опашните морета и ъглите на курса близки до него. Достатъчно големи SMPV рядко резонират, когато се движат от лаг към вълна. Амплитудите на накланяне на SMPV без стабилизатори в резонансни режими са по-големи от тези на сравними съдове от други типове, но ускоренията в този режим са много малки.

На фиг. Фигура 5 показва амплитудите на килане на две 100-тонни лодки в челно море. Тези данни са получени при тестване на модели дуплекс и катамаран, но амплитудите на втория могат да се считат доста точно за равни на амплитудите на еднокорпусен кораб със същата дължина и водоизместимост.

Зависимостта на ролката от скоростта на дуплекса в настъпващото море, което е напълно необичайно за обекти с традиционни контури, е очевидна: амплитудите спадат с нарастваща скорост.

За съжаление, амплитудите на вертикалните ускорения на накланянето зависят от скоростта по различен начин, вижте фиг. 6.

Очевидно е, че при обичайното ограничение на скоростта при настъпващи вълни чрез стойности на ускорение, дупликът има значително предимство по отношение на постижимата скорост.

Още първите пълномащабни тестове на SMPV показаха, че по отношение на мореходните качества такъв кораб е сравним с традиционния еднокорпусен кораб с водоизместимост 5-15 пъти по-голяма (в зависимост от съотношението на относителните площи на водолинията). На фиг. Фигура 7 показва амплитудите на повдигане на полу-естествения SMPV модел при естествени вълни с работещи и неработещи амортисьори на издигане.

През 1978 г. авторът публикува, а през 2000 г. подробно описва метод за „свиване“ на цялата информация за мореходността, позволявайки тя да се характеризира с едно число. Този „коефициент на мореходност“ представлява средната годишна вероятност за постигане на определени стандарти за мореходност от въпросния кораб в дадена водна зона.

Тези изчисления показват, че SMPV става практически „всесезонен“ с водоизместимост около 5 – 6 хиляди тона.

4. Скорост в спокойна вода

Отделно тяло на SMPV обикновено се различава от същото традиционно с увеличена намокрена повърхност и намален коефициент на остатъчно съпротивление. Трябва да се помни, че тези величини са взаимозависими в обичайната система за прогнозиране на съпротивлението на теглене на обект в пълен мащаб: ако мократа повърхност е изкуствено увеличена, тогава коефициентът на остатъчно съпротивление, като относителна стойност, намалява - с постоянна абсолютната стойност на този компонент на съпротивлението.

Ориз. 8 съдържа сравнение на относителните стойности на мократа повърхност на два вида корпуси: традиционни и с малка площ на водолинията.

На фиг. 9 показва коефициентите на остатъчно съпротивление на корпуси с конвенционална и малка водолиния.

По същество е възможно да се сравнят характеристиките на различни видове корпуси само на ниво проектирани плавателни съдове за същата цел. В този случай ще бъде забележима друга страна на потока около два или три корпуса, който съставлява многокорпусен кораб, включително SMPV: хидродинамичното взаимодействие на корпусите, предимно вълновите системи, генерирани от тях. Характеристиките на взаимодействие са разнообразни и зависят от броя, взаимното разположение, размерите и формата на кутиите.

Може да се приеме, че максимумът на горната крива съответства на число на Froude от около 0,5 по дължината на подпората, от които има две на тялото на SMPV от този тип.

Интересен пример за „надлъжно взаимодействие“ е възможността за замяна на всяко двойно тяло с две по-къси тела от същия тип. В този случай числото на Фруд по дължината на една част от такъв тандем ще бъде 1,5 – 1,7 пъти по-голямо от И ако първоначалното тяло се е движило с относителна скорост от около 0,5, т.е в мократа повърхност с намаляване на удължението, такъв преход може да бъде ефективен за намаляване на съпротивлението при теглене.

В допълнение към „надлъжното“ взаимодействие има и взаимодействие на две тела, разположени на определено (стабилно) разстояние едно от друго.

В този случай се наблюдава благоприятно взаимодействие в доста тесни диапазони на относителна скорост (от 0,33 до 0,43 и 0,2 до 0,25); целият останал изследван диапазон на относителните скорости се характеризира с неблагоприятно – в една или друга степен – взаимодействие на вълновите системи. При високи скорости взаимодействието клони към нула.

Вариант на „надлъжното“ взаимодействие е влиянието на надлъжното изместване на централното тяло на обект от три тела върху общата стойност на неговия коефициент на остатъчно съпротивление.

Наличните резултати от тестовете на голяма вътрешна серия от модели SMPV позволяват да се оценят всички възможни опции за размери и относителни позиции на корпусите на ранните етапи на проектиране.

Най-голямо влияние върху остатъчното съпротивление на съд с аутригер се оказва от надлъжното положение на аутригерите.

Що се отнася до пропулсорите, същите типове могат да се използват за SMPV, както за традиционните кораби и кораби, най-често поставени по един на всеки от двата корпуса или един на задните корпуси на трикорпусни обекти, или един или два на кърмата на кораби с централен корпус с аутригери. Тъй като SMPV могат да имат увеличен проектен проект, поне когато се движат на достатъчна дълбочина, витлата на тези обекти обикновено имат увеличени диаметри, което има положителен ефект върху коефициента на задвижване. Друга характеристика на SMPV е по-високият вискозен свързан поток и намаленият коефициент на засмукване, което също означава увеличение на коефициента на задвижване.

Уникална серия от модели SMPV, тествани в Централния изследователски институт на А. Н. Крилов през 70-те години, дава възможност да се предвиди устойчивостта на теглене на различни видове кораби на ранните етапи на проектиране (без допълнителни тестове преди етапа на технически дизайн).

5. Издръжливост

Пълната схема на силите и моментите, действащи върху многокорпусни кораби, включително SMPV, е доста сложна. Въпреки това, в ранните етапи на проектиране, основното външно натоварване е напречната хоризонтална сила и напречният огъващ момент, определен от нея, фиг. 10.

Най-големите странични натоварвания действат при паркиране с дънер, обърнат към вълните, което е проектният случай за странична якост.

Напречните прегради, разположени по цялата височина на страната на SMPV, най-ефективно противодействат на общите странични натоварвания, фиг. 11, и свързаните с тях прикрепени кожни ленти.

Подреждането на преградите, осигуряващи напречна якост, всяка от които трябва да бъде отстрани до страната и от дъното до горната палуба, трябва да започне в първите етапи на проектиране на общото разположение. Ако такава преграда трябва да бъде пропусклива, тогава загубата на нейната здравина поради изрезите трябва да бъде компенсирана от армировки.

За двукорпусни SMPV, надлъжната якост е по-малко важна, отколкото за традиционните плавателни съдове, главно защото корпусите са по-къси за същата водоизместимост. Надлъжната якост на SMPV с три корпуса и аутригери играе важна роля и трябва да се проверява, както при традиционните корпуси. Обща разлика е намаляването на надлъжния огъващ момент на SMPV с увеличаване на скоростта - при традиционните кораби надлъжният огъващ момент се увеличава с увеличаване на скоростта при настъпващи вълни. Най-натовареният участък на SMPV обикновено е хоризонталният участък на всяка стойка в точката, където започва нейният вертикален наклон. Конструкцията на стелажа трябва да е гладка - за да се предотврати концентрацията на напрежение в най-натоварената секция.

Ако оцените необходимата дебелина на кожата на стелажа в най-натоварения участък и вземете тази дебелина като средна и след това определите общите размери на всички части на конструкцията, можете да оцените масата на корпусните конструкции на SMPV, вижте фиг. 12.

Обикновено масата на корпусните конструкции на SMPV по отношение на водоизместимостта е по-голяма от тази на сравнимите традиционни кораби, но по-малка по отношение на площта на палубата.

SMPV с аутригери имат най-малка относителна маса.

7. Дизайн

За да се вземат предвид характеристиките на SMPV, авторът предложи специален алгоритъм за тяхното проектиране. Една от основните входни данни в този алгоритъм е площта на палубата, необходима за изпълнение на задачите на кораба.

По правило проектираният SMPV няма прототипи или достъпът до съответната информация е невъзможен. Следователно размерите се избират по вариантен метод при изчисляване на основните технически и експлоатационни качества чрез директни изчисления. Диаграмата на съответния алгоритъм е показана на фиг. 13.

Резултатът от вътрешните изследвания на характеристиките на SMPV от края на 60-те години се превърна в възможността за разработване на ранните етапи на проекти за плавателни съдове за всякакви цели. През това време авторът предложи много опции за SMPV и други многокорпусни кораби, вижте фиг. 14.

1. Основното предимство на корабите с малка водолиния е високата им мореходност, сравнима с мореходността на традиционните кораби с 5-15 пъти по-голяма водоизместимост.

2. Наличните вътрешни материали за изпитване, изчисления и методически разработки позволяват да се изпълнят ранните етапи на проектите на такива кораби без допълнителни тестове и изчисления.

Широкото използване на плавателни съдове с малка водолиния се препоръчва във всички случаи, когато високата мореходност повишава ефективността на използването на флота. За да се демонстрира ефективността на използването на такива кораби, се препоръчва да се използва метод за сравняване на мореходността, който „свива“ цялата информация в една цифра, „коефициент на мореходност“.

Виктор Дубровски

Литература

1. „Многокорпусни кораби”, сборник, съст. и изд. Дубровски V.A. изд. "Корабостроене", 1978 г., 297 с.

Водолинията, отбелязана върху корпуса на кораб (в черно)

Водна линия(английска водна линия) - линията на контакт между спокойната повърхност на водата и корпуса на плаващ кораб. Също така в теорията на кораба има елемент на теоретичен чертеж: разрез на корпуса от хоризонтална равнина.

Разграничават се следните водни линии:

Ефективната водолиния се определя от формата на съда, средната му плътност, както и степента на грапавост на водата в даден басейн. Площта на водолинията се използва за изчисляване на коефициента на пълнота на корпуса. Формата на зоната на водолинията, по-точно нейният инерционен момент, е фактор, който определя устойчивостта на формата. Очевидно, в зависимост от условията на натоварване, петата и тапицерията, формата на зоната на водната линия, а с това и стабилността, могат да се променят.

Дължината по водолинията служи като характерен линеен размер при определяне на числото на Фруд за водоизместителните кораби и съответно на тяхната теоретична скорост.

Товарна линия

Натоварваща линия (Plimsoll линия)

Всички търговски кораби трябва да имат знак на борда със заглавие товарна линия(известна също като английска товарна линия, Plimsoll line).

Преди тази маркировка да стане задължителна (първият прецедент в съвременната история е британският Закон за товарните водолинии от 1890 г., според който минимално допустимият надводен борд се определя не от собственика на кораба, а от правителствена агенция), много кораби са били изгубени. Основната причина е претоварването поради желанието за получаване на допълнителна печалба от транспортирането, което се утежнява от разликата в плътността на водата - в зависимост от нейната температура и соленост, газенето на кораба може да варира значително.

Товарна линия- това е маркировка, специално поставена на средната част на кораба, чрез която суперкаргото (лицето, отговорно за товаренето, доставянето и разтоварването на товара) определя нивото, до което корабът може да бъде безопасно натоварен, т.е. товарна водолиния. Когато зареждате съда, той седи по-дълбоко във водата и марката пада по-близо до повърхността на водата.

През 1870 г. британският политик Самуел Плимсол предлага система от универсални корабни маркировки, която дава възможност да се определи максималното натоварване на кораба в зависимост от времето на годината и региона.

Таблица на съответствието между газенето на кораба и неговото натоварване и риска от товарната линия

Буквите на товарната линия означават:

Бележки

Литература

Водна линия:

• // Енциклопедичен речник на Брокхаус и Ефрон: в 86 тома (82 тома и 4 допълнителни). - Санкт Петербург. , 1890-1907.
• Суворов Н. С., Иванов В. П., Федоров В. П.Съвременни военни кораби. - ДОСААФ СССР, 1978. - 285 с.
• Фрайд Е. Г.Конструкция на съда. - Л.: Корабостроене, 1989. - 344 с. - 25 000 бр. -

Статията говори за това какво е водолиния, защо е необходима и кога за първи път е въведен законът за задължителното използване на един от нейните сортове.

кораби

За много дълго време корабите останаха единственият и относително бърз начин за пътуване. Разбира се, тяхното използване включваше редица ограничения, но просто нямаше по-удобни и по-безопасни алтернативи.

С течение на времето, когато бяха измислени повече или по-малко надеждни навигационни устройства, хората успяха да пътуват между континентите, което беше истински пробив. Постепенно, когато корабостроителите успяха да подобрят дизайна на корабите, върху тях започнаха безпроблемно да се появяват маркировки на водолинията. Но какво е водна линия и защо е необходима? Това е, което ще разгледаме в тази статия.

Определение

Тази дума идва от холандския език, което е съвсем логично. В края на краищата това кралство беше едно от първите, което се отличаваше с високото качество на своя флот.

Водната линия е линията, по която спокойната повърхност на водата влиза в контакт с корпуса на кораб или друг плаващ съд. Ако разгледаме този термин от гледна точка на дизайна на кораба, тогава водолинията е разрез на корпуса от хоризонтална равнина на чертежа. Така че сега знаем каква е водолинията.

Видове водни линии

Водната линия се предлага в следните видове:

• Конструктивна е линия, която се взема като основа при конструирането на теоретичен чертеж. Въз основа на предварителни изчисления, той показва различните видове
• Товарната водолиния се създава, за да се определи максимално допустимото изтегляне на плавателния съд поради неговия товар. Обикновено такава водолиния на кораба съвпада с проектната.
• Изчислената показва газенето, което се използва за определяне на теоретичните характеристики на съда.
• Текущият не се прилага към корпуса на кораба, това е концепция, която определя текущото ниво на потъване на кораба в зависимост от натоварването или вида на водата.

Ако говорим за текущата водолиния, тя се определя в зависимост от много фактори, например формата на корпуса на кораба, плътността на материала, от който е изграден, теглото, грапавостта на водата и други неща.

Площта на водолинията може да се използва за изчисляване на коефициента на пълнота на корпуса. Въпреки това, в зависимост от натоварването, времето, плътността на водата и други фактори, площта на водолинията може да варира значително, а с това и ролката и стабилността на плавателния съд. Ако говорим за неговата дължина, тогава той служи като линейно измерение при определяне на числото на Фруд за кораби с водоизместимост и следователно тяхната скорост на теория. Сега знаем каква е водолинията.

Нека обаче разгледаме по-подробно такова разнообразие като товарната линия.

Товарна линия

През 1890 г. такъв знак става задължителен за всички товарни кораби. За разлика от други видове водна линия, нейното предназначение има по-практична роля.

Факт е, че преди въвеждането на такава водолиния много търговски кораби потънаха поради претоварване, което беше повлияно от разликата в плътността на водата в зависимост от региона, времето на годината, нейната соленост и други неща. Тогава беше въведена товарната водолиния. С негова помощ лицето, отговорно за товаренето, изчислява максимално допустимото натоварване на плавателния съд, като проверява маршрута, метеорологичните условия, вида на водата и други параметри. Пример за такива марки може да се види на снимката по-долу.

Просто казано, товарната линия е въведена, за да се следи колко е натоварен корабът и ако водата е под водолинията, значи всичко е наред. Но както вече споменахме, зависи от вида на водата, сезоните и други параметри. През 1890 г. Великобритания приема закон, задължаващ използването на товарни въжета.

МОДУЛ 3. ЕЛЕМЕНТИ НА ТЕОРЕТИЧНОТО ЧЕРТЕЖЕ

Крива на водоизместимост и размер на товара. Кантар за тегло

За да определите газене по денивелация или, обратно, денивелация по газене, използвайте крива на изместване V (z).За да се конструира, е необходимо да се изчисли интеграл с променлива горна граница:

Където x nИ x k -абсцисите на точките на пресичане на водолиниите с линиите съответно на ствола и кърмовата стойка при газене z.

Тип крива V(z)показано на фиг. 6, където са показани и кривите V V (z)И M(z)=ρV V (z). Извивка V в (z)характеризира обемното изместване, като се вземат предвид изпъкнали части (кожа, килове и др.), и M(z) -изместване, като се вземе предвид плътността на водата (маса).

Извивка M(z)Наречен размер на товара.Плътността на водата зависи от района на навигация, както и от температурата на водата (т.е. от сезона), така че понякога се начертават поредица от криви M(z)за различни ρ .

Ориз. 6. Крива на водоизместимост и размер на товара за конвенционален кораб.

За да се определи V,x s,z s, трябва да знаете зоната на водолинията Си абсцисите x fцентрове на тежестта на тези области. За да се изчисли стабилността, е необходимо да се изчислят инерционните моменти на зоните на водолинията спрямо координатните оси ох охи оси ff,преминаващ през центъра на тежестта на зоната на водолинията.

Първо, нека намерим елементите на зоната на водолинията за кораб, седнал изправен и на равен кил. Нека изберем елементарна област (фиг. 1) с дължина dxи ширина 2у: dS = 2ydx,Тогава

. (1)

Ориз. 1. Да се ​​определят елементите на площта на симетрична водолиния.

Абсцисата на центъра на тежестта на площта на водолинията е равна на

x f = M y / S,(2)

Където мое -статичен момент на зоната на водолинията около оста OU.За определяне моеНека първо запишем израза за статичния момент на елементарната площ dS: dM y = xdS = x2ydx,където

. (3)

Сега получаваме формули за определяне на аксиалните моменти на инерция на зоната на водолинията спрямо главните централни оси

Нека намерим инерционния момент dI xелементарна зона dS, за което използваме известната от теоретичната механика формула за инерционния момент на площта на правоъгълник спрямо главната централна ос: , Където b = dx, h = 2г, т.е.

.

. (4)

Инерционен момент на зоната на водолинията Сспрямо оста ffравно на

, (5)
Където аз y-инерционен момент на зоната на водолинията спрямо оста OU, определени по формулата

, (6) от елементарния инерционен момент на площта dSравно на ;Sx 2 f -предавателен момент на инерция.

По време на работа корабът може да плава с начален крен, когато водолинията е асиметрична спрямо DP. За да изчислим площта, статичните моменти, инерционните моменти и други елементи за този случай, ние въвеждаме правото y nи си тръгна y lординати (фиг. 2).

Ориз. 2. Да се ​​определят елементите на площта на асиметрична водолиния

Според фиг. 2 израз за площта на елемента, като се вземе предвид фактът, че y nотрицателен, може да се запише във формата dS= y n dx- y l dx=(y p - y l) dx, а площта на водолинията е as

. (7) Аналогично за статичния момент на площта Сспрямо оста OUполучаваме

(8)

(9)

За асиметрична водолиния, статичният момент на площта около оста оне е равно на нула. Статичният момент за дясната елементарна платформа е равен на

,

за ляво -

,

обща сума -

Тогава във формуляра ще бъде записана формулата за общия статичен момент

.(10)

Център на тежестта Езоната на водолинията ще бъде разположена на разстояние от ДП