Суда, устройство судов. Теория устройства судов

Любой судостроитель, который планирует обеспечивать грузовые или пассажирские потоки, должен знать о том, как правильно создаются суда. Устройство судов – это целая наука, позволяющая предвидеть и правильно оценить поведение судна во время его эксплуатации в любых, даже самых сложных ситуациях.

Что такое судно?

Судно является сложным плавучим инженерным сооружением, которое решает целый ряд задач – от народнохозяйственных до общественных и специальных. Каждое плавучее средство состоит из огромного количества механизмов и узлов, приборов и аппаратов, целостная и стабильная работа которых и создает суда. Устройство судов сложное и подчиняется законам физики, а также строится на основе современных передовых знаний и прогрессивных достижений. Современные суда представлены в огромном разнообразии в зависимости от особенностей их проектирования и основных характеристики. Суда бывают самоходными и несамоходными, плавающими над водой, на воде и под водой, с разными видами корпуса.

В зависимости от района плавания судна делятся на морские, внутреннего плавания (то есть речные и озерные) и смешанного типа, то есть те, что совершают перевозки между морскими и речными портами. В зависимости от типа мотора, которое приводит судно в движение, выделяют пароходы, теплоходы и дизелеходы. Двигатели в судах могут быть винтовыми, с крыльчатым движителем, гребными колесами, судно может двигаться на парусах или веслах.

Какие бывают гражданские суда?

Устройство судов, которые занимаются гражданскими перевозками, продумано таким образом, чтобы обеспечивалась нормальная эксплуатация средств в зависимости от их назначения. Самые популярные гражданские суда – это транспортные и промысловые. Транспортные плавучие средства предназначены для перевозки пассажиров или грузов, или того и другого одновременно и делятся на лайнеры и трампы. Промысловые представлены в большем количество видов – рыболовные, китобойные, плавучие базы, рыбоконсервные заводы-траулеры и так далее.

Основные эксплуатационные свойства

Каждое судно обладает определенными техническими свойствами. От них зависят такие показатели, как транспортная возможность и экономичность, которую показывают суда. Устройство судов зависит от таких параметров:

• грузоподъемности: этот показатель характеризует грузы, которые может перевезти судно без изменения проектной посадки; чистой грузоподъемностью называют полный вес полезного груза, который перевозит средство, и дедвейт – это общий вес всего перевозимого груза, в том числе объемы топлива, котельной воды, веса багажа и экипажа, то есть сумма всех грузов на судне;
• водоизмещения: это сумма всего постоянного веса, который влияет на общий вес всего судна;
• грузовместимости: это объем всех грузовых помещений на плавучем средстве;
• зерновой вместимости: это теоретический объем грузовых помещений, в котором не считается объем корпуса и других внутренних конструкций;
• чистовой вместимости: этим показателем отмечается условный объем всех помещений судна, в которых перевозятся грузы и пассажиры;
• скорости хода: от этого показателя зависит экономическая эффективность судна и его провозная способность;
• дальности плавания: то есть расстояния, которое судно может пройти на определенной скорости без необходимости пополнения запасов;
• маневренности: этим параметром обозначается способность судна выполнять определенные маневры, в первую очередь менять направление и скорость;
• автономности плавания: это показатель времени работы судна без пополнения топлива, воды, запасов еды;
• живучести, то есть способности судна в непредвиденных обстоятельствах завершить безопасное плавание.

Остойчивость - важный показатель

Теория устройства судна предполагает внимание остойчивости каждого плавучего средств. Под этим параметром понимаются условия, при которых происходит движение судна в вертикальном положении и его выпрямление после наклонений. Важную роль играет правильная загрузка каждого судна с учетом его надежности и экономичности. Судно может менять свое равновесие под воздействием ветра и волн, причем остойчивость зависит от того, в каком положении находится метацентр по отношению к центру тяжести. Истинный метацентр – это точка, в которой пересекаются два соседних направления выталкивающей силы. Момент остойчивости сказывается на выпрямлении суда до тех пор, пока центр тяжести не ляжет выше истинного метацентра. Если метацентр ниже, то судно не будет сохранять равновесие.

Как устроено судно?

Общее устройство судов в самых общих чертах следующее. Главным элементом является корпус, состоящий из наружной обшивки – она служит основанием для днища и борта. Сверху корпус закрыт палубой, причем их может быть несколько в зависимости от вида судна. Верхняя палуба имеет длину от борта до борта и от носа судна до его кормы – на ней устраиваются помещения разного назначения. Если палуба длинная – от борта до борта, то ее называют надстройкой, если занимает только часть судна – это рубка. На некоторых судах на верхнюю палубу могут пристраиваться еще короткие палубы - это могут быть шлюпочные, прогулочные палубы. Палубы еще выше имеют специальное назначение, например, радиорубка или центральный пост управления.

Для обшивки используется листовая сталь разной толщины, при этом она опирается на внутренний каркас, который называется набором судна. Он включает в себя поперечные конструкции шпангоуты, продольные балки стрингеры, балки, поддерживающие палубу. В палубах могут вырезаться люки и вырезы, которые должны быть прочными, – для этого их отделывают стальными листами и угольниками.

Дно большинства современных судов двойное, с внутренним настилом. Такая продуманная конструкция связана с обеспечением безопасности средства. В междудонном пространстве могут храниться жидкое топливо, пресная вода, водяной балласт, который выравниваем судно и глубже погружает его в воду. Внутри корпус делится на отсеки поперечными переборками, благодаря которым достигается поперечная прочность и непотопляемость судна.

Включает в себя и ряд жизненно важных элементов устройство судна. Схема показывает, что в корабле имеются двигатель, движитель и руль. Движитель – это устройство, которое влияет на преобразование механической энергии двигателя в энергию движения судна. Руль нужен для управления судном, при этом в современном варианте он трансформировался. Рассмотрим особенности некоторых систем судов подробнее.

Особенности формы корпуса судна

Теория устройства судна исходит из того, какие нагрузки на него приходятся. Корпус судна находится под воздействием гидростатических сил давления, которые растут по мере увеличения глубины. Из-за давления забортной воды на судно действуют поперечные нагрузки и нагрузка от собственного объема средства, а также выталкивающей силы. Как следствие, форма корпуса зависит от типа судна и его назначения, а также дедвейта, необходимого объема трюмов, количества палуб, скорости и поперечной остойчивости. Кроме того, форма корпуса зависит от назначения транспортного плавучего средства и его эксплуатационных характеристик.

Основные материалы

Судостроение - процесс трудоемкий, в котором играет роль каждая деталь. Современные формы корпусов значительно отличаются от тех, что были первоначально. И в первую очередь изменения коснулись используемых материалов и технологий. Если изначально плавучие средства создавались из дерева, то постепенно его сменил металл, сталь. Важную роль играет небольшой вес конструкций при сохранении прочности. Использование для соединения элементов сварки позволило существенно уменьшить количество конструктивных элементов и сделать их более легкими и при этом прочными.

Современные плавучие средства имеют детали из мягкой стали и стального литья, легких сплавов и пластмассы. Причем пластмасса широко используется не только для производства деталей, но и при создании небольших судов, например, рыболовных или спортивных или спасательных шлюпок.

Особенности наружной обшивки

Наружная обшивка является внешней оболочкой корпуса судов, на которую приходится давление воды. Именно от нее зависит прочность корпуса. Наружная обшивка – это отдельные листы, соединенные друг с другом сваркой. Толщина этого слоя варьируется и зависит от длины корабля, высоты его борта, а также от осадки и расстояния между шпангоутами – ребрами корпусами, от которых зависит форма конкретного судна. Устройство морского судна таково, что одно и то же судно может иметь разную толщину обшивки на разных участках. Большее напряжение испытывает средняя часть судна, поэтому там толщина листов больше, чем в оконечностях. Подвергаются усилениям днищевой набор на носу и корме судна, что связано с воздействием килевой качки.

Палуба и подпалубный набор

Палуба – важный элемент любого судна. Внешнее устройство морских судов с конструктивной точки зрения одно и то же, где палуба – это проходящее горизонтально перекрытие в корпусе. Верхняя непрерывная палуба считается главной – она образует общую оболочку судов. Все палубы, размещенные ниже главной, нужны для увеличения полезной площади судна. Палубы, обустроенные выше, носят название надстроек. Настил главной палубы может быть разной толщины – это зависит от длины судна и высоты его борта.

Особенности рулевого устройства

Рулевое устройство судна выполняет главную цель – противодействовать внешним силам, то есть ветру, течению, которые могут привести к отклонению судов от курса. В древности вместо рулей использовались распашные весла на корме, затем их сменил шарнирный руль, которые помещался на главной палубе. Сегодня известно несколько типов рулей – от обыкновенного и балансирного до носового подруливающего устройства. Рули также бывают активными и пассивными: последние позволяют поворачивать судно во время движения воды по отношению к корпусу судна. Активный руль позволяет повернуть как движущееся, так и стоящее судно.

Пассивное рулевое устройство судна включает в себя штурвальную колонку с передачей, рулевую машину, перо руля. В старых кораблях сохранились однослойные рули, а сегодня применяются в основном профильные фигурные рули. Активный руль выполняет свои функции даже в том случае, если судно находится без движения, то есть на якоре. Активный руль широко используется в оснащении плавучих рыбозаводов, китобойных и ремонтных судах.

Чтобы повысить маневренность судна, часто используется подруливающее устройство судна. Они монтируются на носу или корме поперек плавучего средства в туннеле, где также располагаются два гребных винта. Это вспомогательное средство нужно для того, чтобы управлять судном на предельно малом ходу. Рулевое устройство выбирается в зависимости от того, для чего используется судно: одна группа рулей сказывается на сохранении устойчивости на курсе, другая помогает обеспечить хорошую поворотливость.

Якорь – важный элемент

Якорное устройство судна необходимо для того, чтобы держать плавучее средство в определенном положении, когда требуется противостоять таким внешним факторам, как ветер, волны, течение. Суда стоять на якоре в рейде или в ожидании входа в гавань, а также при аварийных ситуациях. Современные якоря представлены в большом разнообразии и делятся на группы. Например, штоковые якоря шток-анкер, якорь Тротмана и якорь Холла оснащают спортивные суда или парусные учебные средства.

Якорные устройства судов работают следующим образом: при отдаче якорь падает на дно, после чего происходит его буксировка судном. Якорь при движении цепляется «лапами» за дно. Чтобы его поднять, используется якорная цепь: она поднимает якорь с поверхности дна, отрывая его от грунта. Длина якорной цепи зависит от давления ветра, ударов волны и должна принимать на себя все эти внешние силы. Якорное устройство чаще всего располагается на носу судна, где ставится и якорная лебедка, которая работает на электрическом или гидравлическом приводе.

Ряд важных деталей

Швартовочное устройство судов нужно для того, чтобы судно могло встать у причала во время стоянки в порту. Швартовка выполняется посредством швартовов – они тянутся от судна к берегу по диагонали. Сегодня эти элементы создаются из прочных синтетических материалов. При приближении судов к берегу с них выбрасываются швартовые тросы.

Общее устройство судна представлено и многочисленными судовыми системами в виде осушительной и балластной систем, отопления и кондиционирования. Каждая из них играет свою роль: осушение способствует отведению собирающейся на днище воды за борт, балласт нужен для осушения и заполнения цистерн морской водой, а от остальных систем зависит безопасность и комфортабельность эксплуатации каждого судна.