ДИНАМИКА КОРАБЛЯ.
1.1. Ходкость
Ходкостью называется способность корабля в заданных условиях плавания развивать требуемую скорость под действием движущей силы, создаваемой внутренним или внешним источником энергии.
Это мореходное качество имеет первостепенное значение для корабля и является результатом трех совместно действующих факторов:
- мощности главной энергетической установки (двигателей);
- эффективности преобразования энергии двигателей в движущую силу;
- сопротивления движению корабля.
Для сравнительной оценки ходовых качеств надводных кораблей обычно избирается режим движения на прямом курсе с постоянной скоростью на тихой глубокой воде.
При движении корабля с постоянной скоростью встречаемое им буксировочное сопротивление преодолевается равной ему и противоположно направленной силой тяги двигателя. В этом случае буксирочная (эффективная) мощность NR, затрачиваемая на преодоление сопротивления, определяется зависимостью:
|
Мощность, которую необходимо подвести от двигателей к движителям для создания ими требуемой тяги, называется валовой мощностью:
|
где? < 1 - пропульсивный коэффициент, характеризующий эффективность процесса преобразования мощности двигателя в полезную тягу двигателя, у современных кораблей =0,5...0,7.
Суммарная мощность двигателей:
|
где?B = 0.96..0,98 - КПД валоприводов, учитывающий потери мощности при передаче ее двигателям от двигателей. Таким образом, скорость корабля:
|
V =??B E/R
где R = R/M - удельное буксирочное сопротивление корабля;
E = Nl/M - энерговооруженность корабля; M - масса корабля.
Таким образом, скорость корабля определяется его энерговооруженностью E (у кораблей она до 10 раз выше, чем у судов), гидродинамическими качествами корабля и движителей, которые учитываются соотношением?/R и обычно называются пропульсивными качествами корабля.
|
|
Чем выше пропульсивные качества корабля, тем меньшая энерговооруженность требуется для поддержания заданной скорости хода, тем меньшие запасы топлива необходимы для обеспечения заданной дальности плавания, а, следовательно, тем совершеннее корабль с точки зрения ходкости.
Сопротивление движению корабля обусловлено двумя свойствами водной среды: вязкостью и тяжестью, а также воздушным (аэродинамическим) сопротивлением надводной части корабля.
|
Rвязк= Rтр+Rф+Rвч,
где Rтр – сопротивление трения;
Rф - сопротивление формы (вихревое сопротивление), обусловленное влиянием вязкости воды на распределение гидродинамических давлений по смоченной поверхности корабля;
Rвч - сопротивление выступающих частей. Свойство тяжести воды определяет волновое сопротивление Rв.
Суммарное сопротивление движению корабля:
|
Воздушное сопротивление Rвх при движении водоизмещающего корабля на малых скоростях хода и в безветренную погоду невелика по сравнению с сопротивлением воды, это объясняется прежде всего тем, что плотность воздуха примерно в 800 раз меньше плотности воды. Однако на полном ходу Rвх может достигать 10% от R.
Корабли имеют хорошо обтекаемые корпуса, а количество и объем выступающих частей сведены к минимуму, Rф и Rвч у них малы, поэтому вязкостное сопротивление в основном зависит от Rтр:
|
|
|
где Ктр - коэффициент сопротивления трения гидродинамически гладкой поверхности корпуса;
Км - коэффициент сопротивления шероховатости поверхности корпуса;
? - плотность воды, кг/м3;
V - скорость хода, м/с;
? - площадь смоченной поверхности корпуса корабля (как правило, без выступающих частей).
|
? = LT (1.36+1.13?B/T)
где L,В, Т - длина, ширина и осадка корабля;?- коэффициент общей полноты.
Таким образом, для снижения Rвязк и Rтр прибегают к сокращению площади смоченной поверхности и уменьшению ее шероховатости.
Основную часть сопротивления шероховатости сварной обшивки составляет сопротивление; от окраски 40-60%, сварных швов 10-25%, вырезов и ниш 20-30%, волнистость поверхности 10%. Значительное увеличение (дополнительное) трения дает коррозия и обрастание корпуса.
На малых скоростях хода Rвязк составляет до 85-90% от полного сопротивления, на полном ходу Rвязк равно до 60-65%, а Rв возрастает до 35-40% и более.
Волновое сопротивление зависит от формы подводной части корпуса и соотношения главных размерений корабля и представляет собой затрату части мощности энергетической установки на образование системы волн, сопровождающих корабль на ходу. Снижение волнового сопротивления достигается:
- увеличением относительного удлинения корпуса L/B до 10-12%;
- заострением носовых ветвей конструктивной ватерлинии до 10о;
- установкой бульбовой наделки в носовой оконечности;
|
|
- оптимизацией формы кормовой оконечности.
Возможности улучшения ходкости корабля за счет повышения его энерговооруженности весьма ограничены, так как мощность энергоустановок у водоизмещающих кораблей возрастает приблизительно пропорционально кубу скорости.
Существует некоторые возможности, хотя и весьма ограниченные, для увеличения КПД энергоустановок, двигателей и уменьшения потерь при передаче мощности от двигателя к движителю.
Таким образом, очевидно, что целесообразно для значительного увеличения скорости уменьшать сопротивление воды путем вывода корпуса корабля из воды за счет использования гидро- или аэродинамических сил поддержания. Этот принцип реализуется при строительстве глиссирующих кораблей (торпедные и ракетные катера), кораблей на подводных крыльях (малые ракетные и противолодочные корабли, торпедные катера), кораблей на воздушной подушке.
1.2. Управляемость корабля
Управляемостью называется способность корабля сохранять или изменять направление своего движения с помощью средств управления. Понятие " управляемость " объединяет два свойства корабля - устойчивость на курсе и поворотливость. Первое свойство состоит в способности корабля сохранять заданный курс, а второе - в способности изменять его. Оба эти свойства по своей природе противоречивы, поэтому при проектировании корабля важно правильно определить оптимальное соотношение между требованиями к устойчивости на курсе и поворотливости.
Устойчивость на курсе зависит не только от внешних возмущений, но и от опыта рулевого. Показателями хорошей устойчивости корабля на курсе являются: малая рыскливость (самопроизвольный уход корабля с курса) и малое число перекладок руля в единицу времени для удержания корабля на курсе. Практически ни один корабль не обладает абсолютной устойчивостью на курсе и для сохранения его курса требуется постоянное вмешательство рулевого или автоматических устройств. Обычно считают, что корабль обладает удовлетворительной устойчивостью на курсе, если при волнении моря 3 - 5 баллов руль приходится перекладывать 4 - 6 раз в минуту на углы не более 3 - 4 градусов на борт. Углы рыскания при этом не должны превышать 2 - 3 градуса.
Поворотливость корабля обеспечивается перекладкой руля или при помощи машин, или того и другого вместе. Она характеризуется временем изменения курса и циркуляцией.
Циркуляцией называется траектория, по которой движется центр масс корабля при перекладке руля на некоторый угол с последующим удержанием его в этом положении. При перекладке руля, который можно рассматривать как крыло малого удлинения, возникает сила Р - результирующая всех сил давления и трения, действующих на руль (Рис. 1).
Рис. 1 Схема действия руля на корпус корабля
Величина силы Р зависит от угла перекладки руля (?), скорости набегающего потока (V), характеристики и площади руля. Проекция этой силы на ось х, параллельную потоку, называется силой лобового сопротивления (Рx), а проекция на ось у - боковой силой руля (Рy); точка с - центр давления.
Сила Рх несколько увеличивает сопротивление воды движению корабля, а сила создает Ру относительно ЦМ корабля момент М=аРy, который обеспечивает поворот и некоторое боковое смещение корабля в сторону, противоположную повороту.
В циркуляции корабля различают три периода: маневренный, совпадающий по времени с продолжительностью перекладки руля; эволюционный - от окончания перекладки руля до начала движения корабля по окружности (примерно до поворота на 100 - 120 градусов) и период установившейся циркуляции, который длится до тех пор, пока руль находится в переложенном положении. В период установившейся циркуляции корабль получает крен, как правило, в сторону, противоположную повороту.
|
В первых двух периодах кривизна циркуляции - переменная, в третьем периоде - окружность. Типичная циркуляция корабля представлена на рис. 2. Она характеризуется следующими элементами: Dц - диаметр установившейся циркуляции, Dт - тактический диаметр циркуляции (поворот на 180о); l1 - выдвиг; l2 - прямое смещение; l3 - обратное смещение.
Отношение Dц/L есть мера поворотливости корабля. Для кораблей большого и среднего водоизмещения это отношение равно 5 - 7, для малых кораблей - 2 - 3.
Промежуток времени от момента отдачи приказания о перекладке руля до момента прихода корабля на заданный курс называется временем изменения курса. Время изменения курса на 360 градусов называется периодом циркуляции. Эти величины в основном зависят от скорости корабля и угла перекладки руля.
1.3. Качка корабля. Успокоители качки.
Качкой называется совокупность колебательных движений относительно положения равновесия, совершаемых кораблем под действием внешних сил (в первую очередь волнения моря и ветра). Различают бортовую, килевую и вертикальную качки. Однако следует иметь в виду, что указанное деление является условным и на практике корабль обычно испытывает все три вида качки одновременно.
Качка является отрицательным качеством корабля и может иметь целый ряд вредных последствий. Например, возможно появление опасных кренов корабля; снижение точности стрельб; ухудшение условий обслуживания и работы механизмов и приборов; снижение скорости корабля и увеличение расхода топлива; возникновение опасных напряжений в корпусе, деформация или даже разрушение корпуса и т. п. Кроме того, качка отрицательно сказывается на физиологическом состоянии личного состава, вызывая так называемую морскую болезнь.
Качка характеризуется амплитудой, т. е. максимальным отклонением от положения равновесия, и периодом, представляющим время в секундах, в течение которого совершается полное колебание. В качке корабля различают свободные и вынужденные колебания. Свободные колебания совершаются на тихой воде под действием восстанавливающего момента. Так как вода оказывает сопротивление наклонениям корабля, колебания будут затухающими. Периоды свободных колебаний в секундах могут быть определены по приближенным эмпирическим формулам. Для бортовой качки период
|
где В - ширина корабля, м; k - коэффициент, равный 0,65-0,75;
h - начальная поперечная метацентрическая высота, м.
Периоды килевой и вертикальной качки примерно одинаковы и равны
|
T?? Tz? 2.5? T,c
где Т - осадка корабля, м.
Из формулы (1.9) видно, что Т? уменьшается при увеличении h, т. е. по мере увеличения остойчивости качка становится более стремительной. Стремительная качка тяжело переносится личным составом и вызывает значительные напряжения в корпусе. Поэтому при проектировании корабля стремятся достигнуть достаточной остойчивости при умеренной плавности качки. Периоды бортовой качки на тихой воде для крейсеров находятся в пределах 10 - 15 с, эскадренных миноносцев - 7 - 10 с, тральщиков - 4 - 6 с.
Используя формулу (1.9), можно определить начальную остойчивость корабля (величину h) по периоду свободных колебаний:
|
В этом случае период свободных колебаний определяется на основе кренований корабля, проводимых после его постройки, модернизаций и ремонтов, связанных с изменением постоянной нагрузки, а также в случаях, когда остойчивость корабля вызывает сомнение. На волнении качка корабля складывается из колебаний двух типов – свободных и вынужденных.
Основное влияние на амплитуду качки оказывает отношение периода собственных колебаний к периоду волны (Т?/?). Если Т?/? очень мало, т. е. период собственных колебаний значительно меньше периода волны, амплитуда качки невелика и корабль не зарывается в воду. Это возможно при очень большой h или очень большой длине волны.
Если отношение Т?/? велико, то амплитуда качки также мала. Это возможно при малой h или малой длине волны.
При отношении Т?/?? 1 наступает явление резонанса, углы крена корабля резко возрастают и он может опрокинуться. Чтобы вывести корабль из резонанса, следует изменить либо курс, либо скорость корабля, однако не оба параметра вместе, так как при этом возможно новое попадание в резонанс. В настоящее время на кораблях существуют диаграммы, с помощью которых легко определяются курсы и скорости, исключающие попадание корабля в резонансные колебания.
Что касается килевой качки, то для нее практическое значение имеют лишь вынужденные колебания, так как из-за высокой продольной остойчивости свободные колебания сразу затухают. При килевой качке имеет значение не столько величина амплитуды, сколько обусловленная ею заливаемость корабля. Анализ килевой качки показывает, что при отсутствии хода наибольшая заливаемость корабля обычно имеет место на волнах, равных его длине или несколько больших (на 10 - 15%) ее.
Чтобы уменьшить неблагоприятные воздействия качки применяют успокоители качки. В настоящее время существуют только успокоители бортовой качки как наиболее опасной и вредной.
В общих чертах принцип действия успокоителя качки заключается в том, что им создается стабилизирующий момент, направленный противоположно возмущающему моменту волны. Этот стабилизирующий момент и уменьшает амплитуду качки корабля.
|
По принципу управления стабилизирующим моментом успокоители качки разделяются на пассивные и активные.
В пассивных успокоителях стабилизирующий момент создается в виде непосредственной реакции на качку корабля. Из пассивных успокоителей широкое применение получили боковые кили, которые увеличивают сопротивление воды бортовой качке на 25 - 40% и уменьшают тем самым амплитуду качки корабля.
Активные успокоители качки требуют для своей работы внешнего источника энергии. Стабилизирующий момент в таких успокоителях создается принудительно. Наиболее эффективными активными успокоителями являются бортовые управляемые рули. Указанные рули подобны обычным балансирным рулям, но размещаются в середине длины корабля в районе скул перпендикулярно к наружной обшивке (рис. 3).
Внутри корпуса размещаются автоматизированные рулевые приводы, которые позволяют перекладывать рули вверх или вниз и создавать стабилизирующие моменты. Так как силы давления воды на рули пропорциональны квадрату скорости набегающего на них потока, то их эффективность очень сильно зависит от скорости корабля. На стоянке эти рули не могут уменьшать качку корабля. К недостаткам бортовых рулей следует также отнести сравнительную сложность конструкции и системы автоматического управления ими. При отсутствии качки бортовые рули убираются внутрь корпуса в специальные ниши.
ОСНОВЫУСТРОЙСТВА КОРАБЛЯ
2.1. Теоретический чертеж корпуса корабля.
Корпус корабля имеет сложную поверхность двоякой кривизны, что обеспечивает ему высокие мореходные качества. Такую поверхность довольно сложно описать аналитически, поэтому ее изображают графически на специально предназначенном для этой цели теоретическом чертеже.
Теоретический чертеж выполняется в проекциях на три главные взаимно перпендикулярные плоскости (рис. 4):
|
- диаметральную плоскость (ДП) - продольную плоскость симметрии корпуса;
- 
плоскость мидель-шпангоута или миделя () - поперечно-вертикальную плоскость, расположенную посредине расчетной длины корпуса;
- основную плоскость (ОП) - горизонтальную плоскость, проходящую в днищевой части теоретической поверхности корпуса.
За начало системы координат (х,у,z), связанной с кораблем, принята точка пересечения трех главных плоскостей проекций.
Для построения теоретического чертежа корпуса корабля проводят плоскости, параллельные главным плоскостям проекций, а линии, полученные от пересечения этих плоскостей с теоретической поверхностью корпуса, проецируют на плоскости проекций (рис. 5).
Рис. 5
При этом линии, полученные от пересечения теоретической поверхности корпуса с плоскостями, параллельными ОП, называются теоретическими ватерлиниями (ВЛ). Обычно изображают 10-15 теоретических ВЛ. Основная плоскость считается нулевой ВЛ, а ватерлиния, совпадающая с поверхностью спокойной воды при нормальном водоизмещении корабля, называется конструктивной ватерлинией (КВЛ).
Линии пересечения теоретической поверхности корпуса с плоскостями, параллельными плоскости миделя, называются теоретическими шпангоутами. Ввиду симметричности корпуса на правой половине плоскости миделя изображаются носовые шпангоуты, а на левой - кормовые, считая от миделя. Общее число теоретических шпангоутов 21 (от О до 20). Мидель-шпангоут имеет номер 10.
Линии пересечения теоретической поверхности корпуса с плоскостями, параллельными ДП, называются батоксами. Количество батоксов 3-4 на борт, отсчет ведется от ДП.
Совокупность проекций теоретических ватерлиний, шпангоутов и батоксов на плоскости проекций называется: на ДП - боком, на ОП - полуширотой, на плоскость миделя - корпусом теоретического чертежа.
Теоретический чертеж обеспечивает наглядное изображение обводов корпуса и является основным источником информации о корпусе корабля. С его помощью производятся все расчеты по мореходным качествам, определяются объемы отсеков, цистерн и других корабельных помещений, изготовляются чертежи общего расположения механизмов и рабочие чертежи. По теоретическому чертежу в масштабе изготовляется модель корпуса корабля для проведения испытаний в опытовых бассейнах. При постройке корабля на основе теоретического чертежа производится разметка элементов корпуса на плазе и обеспечивается контроль за правильностью сборки корпуса.
2.2 Корпус корабля
Понятие " корпус корабля " включает в себя такие части как основной корпус, надстройки и мачты.
Основной корпус является наиболее ответственной частью корпуса. Он представляет собой прочную водонепроницаемую оболочку обтекаемой формы с острыми носовыми обводами и несколько тупыми кормовыми. Внутри основного корпуса размещаются главная энергетическая установка, боеприпасы, средства защиты корабля, все его энергозапасы, продовольствие, наиболее важные системы и устройства, а также личный состав.
Конструктивно основной корпус корабля состоит из листов обшивки и подкрепляющего ее набора. Обшивка выполняет роль водонепроницаемой оболочки. Набор представляет собой каркас из продольных и поперечных связей. Они прочно связаны между собой и с обшивкой и придают корпусу корабля необходимую форму, общую и местную прочность и жесткость (рис. 6).
Рис. 6
Главными частями основного корпуса корабля являются: днище, борта, палубы, платформы, главные поперечные и продольные переборки и оконечности.
Днище обеспечивает герметичность корпуса снизу. У современных кораблей водоизмещением более 500 т днище имеет второе дно, которое простирается от борта до борта на 2/3 длины корабля под жизненно важными его частями. Назначение второго дна - предохранение внутренних помещений корабля от попадания в них воды при повреждении наружной обшивки днища. В междудонном пространстве располагаются топливные, масляные и водяные цистерны судового запаса. Днище - самая прочная и жесткая корпусная конструкция. На нем располагаются фундаменты под главные и крупные вспомогательные механизмы.
Борта обеспечивают герметичность корпуса с боков. Они простираются от района скулы до верхней палубы. Если смотреть с кормы в нос корабля, то слева будет левый борт, а с права - правый борт.
Палубами называются горизонтальные непроницаемые конструкции, разделяющие корпус корабля по высоте и расположенные по всей длине и ширине. Палуб у корабля может быть несколько. Крупные корабли (типа крейсеров) обычно имеют верхнюю, среднюю и нижнюю палубы. Корабли среднего водоизмещения (типа эскадренных миноносцев) обычно имеют не более двух палуб, которые называются верхней и нижней. Небольшие корабли (типа сторожевых кораблей, тральщиков и т.п.) имеют только одну верхнюю палубу. Она герметизирует корпус сверху. Верхняя палуба корабля в продольном направлении имеет седловатость, которая улучшает его мореходность.
Носовая часть палубы называется баком, средняя - шкафутом, кормовая - ютом.
Палубы, идущие не по всей длине и ширине корабля, называются платформами. Они получаются, как правило, из-за наличия у корабля энергетических отсеков большой ширины и высоты. В результате непрерывность палуб нарушается, они образуют платформы - носовые, средние и кормовые. Небольшие корабли имеют обычно только платформы в носу и корме.
Главные поперечные и продольные переборки делят основной корпус корабля на водонепроницаемые отсеки и обеспечивают непотопляемость корабля. На современных кораблях обычно ставят только поперечные переборки. Их количество колеблется от 5-7 у небольших кораблей до 18-20 у крупных кораблей. Главные поперечные переборки обязательно доводятся до верхней палубы (палубы непотопляемости). В случае получения кораблем пробоины они должны сдержать напор воды и не допустить ее попадания из аварийного отсека в смежные. Главные поперечные переборки, ограничивающие оконечности корабля, называются концевыми главными поперечными переборками (носовой и кормовой соответственно).
Оконечностями называются части основного корпуса, расположенные от главных концевых переборок в сторону штевней. У корабля бывает две оконечности - носовая и кормовая.
Штевни - это мощные фигурные балки, являющиеся в носу и корме продолжением вертикального киля - самой мощной продольной связи днища. В носу располагается форштевень, в корме - ахтерштевень. Штевни соединяют между собой бортовые и днищевые листы наружной обшивки корпуса.
Палубными надстройками называются закрытые помещения, расположенные на верхней палубе. Носовая надстройка, идущая от борта до борта называется полубаком, средняя - спардеком, а кормовая - полуютом. Эти надстройки являются прочными. К надстройкам относятся также машинные и котельные кожухи и рубки. Они являются легкими, толщина листов у них меньше, чем у основного корпуса и прочных надстроек.
Рубками называются короткие надстройки, не доходящие по ширине до бортов. Обычно они именуются по своему назначению: ходовая рубка, боевая рубка.
В зависимости от наличия и расположения на корабле прочных надстроек и формы корпуса корабля в целом различают несколько основных архитектурных типов надводных кораблей: гладкопалубный (а,б), короткополубачный (в), длиннополубачный (г), гладкопалубный с полуютом (д), трехостровной (е) (рис. 7).
|
Гладкопалубный тип широко применяется на крейсерах, больших противолодочных кораблях, эскадренных миноносцах, торпедных и ракетных катерах и авианосцах. Последние имеют плоскую палубу, без седловатости. Все эти корабли имеют надстройки, но не доходящие по ширине до бортов.
Короткополубачный тип применяется на тральщиках, некоторых проектах катеров и сторожевых кораблей.
Длиннополубачный тип применяется на крейсерах, тральщиках, эскадренных миноносцах.
Гладкопалубный с полуютом находит применение на кораблях с ГТУ, десантных кораблях и танкерах.
Трехостровной архитектурный тип находит применение на судах вспомогательного флота - крупных сухогрузах, плавбазах, и т.п.
На верхней палубе или палубе полубака устанавливаются мачты, грузовые стрелы, являющиеся рангоутом корабля.
Мачты представляют собой металлические конструкции, прочно соединенные с корпусом корабля. Они предназначены для размещения различных постов наблюдения, антенн, ходовых огней корабля и огней на стоянке, поднятия различных сигналов и флагов на корабле, поддержания грузовых стрел.
Наиболее широкое распространение в настоящее время получили стержневые (3-, 4-х и многоногие) и башенноподобные мачты.
Большие корабли имеют, как правило, две мачты: носовую (фок-мачта) и кормовую (грот-мачта).
Для подъема военно-морского флага на ходу корабля и гафельных огней в кормовой части мачты устанавливается наклонная конструкция - гафель.
2.3 Главные размеры (размерения) корабля
Прежде чем рассматривать главные размеры, объясним понятия “носовой и кормовой перпендикуляры” (рис. 8).
|
Конструктивно нос и корма корабля заканчиваются штевнями. При этом носовой штевень называется форштевнем, кормовой - ахтерштевнем. Перпендикуляры к основной плоскости, проведенные в ДП через точки пересечения штевней с плоскостью КВЛ, называются соответственно носовым и кормовым перпендикулярами (НП, КП).
Главные размеры корабля - длина, ширина, осадка и высота борта - измеряются параллельно главным плоскостям проекций и наряду с теоретическим чертежом имеют важное значение для характеристики его величины.
Их принято разделять на две группы:
- размеры, не связанные с положением корабля относительно поверхности воды (чисто конструктивные размеры);
- размеры, связанные с этим положением и характеризующие деление корпуса корабля на надводную и подводную части (от КВЛ).
К первой группе главных размеров относятся:
- Lнб - наибольшая длина - расстояние между перпендикулярами к ОП, опущенными из крайних точек штевней;
- Внб - наибольшая ширина - расстояние между плоскостями батоксов, касательными к корпусу корабля;
- Нб - высота борта - расстояние от ОП до линии пересечения верхней палубы и борта, измеренное на миделе.
Во вторую группу главных размеров корабля входят:
- Lквл - длина по КВЛ - расстояние между носовым и кормовым перпендикулярами;
- Вквл - ширина по КВЛ - расстояние между плоскостями батоксов, касательными к КВЛ;
- Тквл - средняя осадка - расстояние между ОП и плоскостью КВЛ;
- Fб - высота надводного борта при миделе – разность между высотой борта и средней осадкой.
Главные размеры первой группы являются габаритными размерами корабля. Они необходимы для оценки возможности прохода корабля в узкостях и шлюзах, по мелководному фарватеру, при швартовках, постановке в док и в других случаях.
Размерами второй группы можно характеризовать корабль, имеющий любую осадку, при этом размеры L, В и Т обозначаются без индексов.
Главные размеры на теоретическом чертеже относятся к теоретической поверхности корпуса корабля, т. е. не включают толщину обшивки корпуса и выступающие части.
2.4 Соотношение главных размеров и коэффициенты
теоретического чертежа
Указанные соотношения и коэффициенты позволяют приближенно оценивать форму корпуса корабля и устанавливать закономерности ее влияния на мореходные и эксплуатационные качества корабля.
Наиболее часто употребляются следующие соотношения главных размеров корабля: L/В,L/Т,В/Т,L/Hб, Нб/Т. Например, отношение L/В влияет на ходкость, устойчивость на курсе и поворотливость. Чем больше это отношение, тем лучше ходкость и устойчивость на курсе, но хуже поворотливость. Чем больше отношение В/Т, тем лучше остойчивость корабля, но качка при этом становится более резкой и ходкость корабля ухудшается. При увеличении Н/Т улучшается непотопляемость.
Коэффициенты теоретического чертежа характеризуют полноту формы подводной части корпуса корабля и его мореходные качества.
Основными коэффициентами теоретического чертежа являются:
- коэффициент полноты конструктивной ватерлинии:
|
? = S/LВ
где S - площадь конструктивной ватерлинии;
? = 0,69 - 0,75;
- коэффициент полноты мидель-шпангоута:
|
где W - погруженная площадь мидель-шпангоута;
? = 0,75 - 0,90;
- коэффициент полноты водоизмещения (общей полноты):
|
где V-объем подводной части корпуса (объемное водоизмещение);
? = 0,40-0,60.
2.5 Системы набора корпуса.
Набором корпуса корабля называется система взаимного расположения в данной конструкции балок набора одного направления относительно балок другого направления и расположения тех и других относительно длины корабля. Те балки, число которых в перекрытии больше, называются балками главного направления (БГН). Балки, перпендикулярные БГН, являются перекрестными связями (ПС).
Порядок расположения БГН определяет систему набора корпуса корабля. Если БГН в пределах перекрытия расположены вдоль корабля, то система набора перекрытия называется продольной (Рис. 9), а если поперек - поперечной (Рис. 10). На некоторых кораблях часть перекрытий выполняется по продольной системе набора, а другая - по поперечной. В таком случае говорят, что корпус выполнен по смешанной системе набора. (рис. 11)
Наибольшее распространение получила продольная система набора корпуса (Рис. 9). Она дает возможность более рационально использовать материал с точки зрения обеспечения общей продольной прочности.
|
Днищевые перекрытия состоят из наружной обшивки, настила второго дна, вертикального киля, непрерывных стрингеров, флоров, разрезаемых на стрингерах и вертикальном киле. По местам наружной обшивки, настила второго дна и стенкам стрингеров ставят непрерывные продольные ребра жесткости.
Борт состоит из наружной обшивки, рамных бортовых стоек, бортового стрингера и продольных ребер жесткости. Рамные бортовые стойки таврового профиля, они разрезаются на продольных ребрах жесткости. Бортовой стрингер, как правило, сварного таврового профиля.
Верхняя палуба представляет собой палубный настил, подкрепляемый рамными бимсами, продольными ребрами жесткости и карлингсами. Рамный бимс плавно переходит в рамную бортовую стойку.
|
Рамный бимс, бортовая стойка и флор располагаются в одной плоскости, образуя шпангоутную раму. Расстояние между шпангоутными рамами называют шпацией.
Отличительными особенностями продольной системы набора являются:
- сравнительно большая шпация (1500-3000 мм);
- днищевые стрингеры - непрерывные, флоры разрезаются на стрингерах;
- большое число продольных ребер жесткости с расстоянием между ними 240-450 мм;
- общая продольная прочность обеспечивается наружной обшивкой, настилом второго дна, вертикальным килем, стрингерами, карлингсами, и ребрами жесткости.
Поперечная система набора нашла широкое применение на малых кораблях, судах вспомогательного флота ВМФ (рис. 10).
Рассмотрим поперечную систему набора корпуса. Днище состоит из наружной обшивки, настила второго дна, вертикального киля, стрингеров и флоров. Стрингеры выполняются разрезными, они прерываются на флорах и служат для предания жесткости флорам, наружной обшивке и насилу второго дна. Борт состоит из наружной обшивки, бортовых стоек (шпангоутов), бортового стрингера. Шпангоуты соединяются с настилом второго дна кницами. Бортовой стрингер размещается в районе действующей ватерлинии, делается разрезным на поперечных переборках и служит для разнесения на шпангоуты сосредоточенных усилий, воздействующих на борт. Иногда бортовой стрингер выполняется усиленного профиля и служит промежуточной опорой для шпангоутов, называясь в этом случае стрингером-шельфом. Верхняя палуба состоит из настила, бимсов и карлингса. Для более жесткого соединения палубного перекрытия с бортовым устанавливается кница. Палубный настил присоединяется к бортовой обшивке угольником. Поперечный набор составляют следующие связи: флоры, бимсы, шпангоутные стойки. Эти балки располагаются в одной плоскости, образуя шпангоутную раму. Продольный набор составляют стрингеры, карлингс и вертикальный киль.
Характерными чертами поперечной системы набора являются:
- сравнительно короткая конструктивная шпация 500-900 мм;
- стрингеры разрезные на шпангоутах;
|
- общая продольная прочность обеспечивается непрерывным на всем протяжении вертикальным килем, настилом верхней палубы и второго дна, наружной обшивкой.
Достаточно редко встречается смешанная система набора корпуса (Рис. 11). По этой системе набора были построены корпуса кораблей до второй мировой войны как в нашей стране, так и за рубежом (у нас это лидеры эсминцев, крейсер "Киров" и др.).
По этой системе перекрытия днища, верхней палубы в средней части корабля выполняются по продольной системе набора, а в оконечностях - по поперечной.
Рассмотрим основные связи набора корпуса корабля (Рис. 12).