Корпус (водоход)

Корпус — это водонепроницаемое тело корабля , лодки , подводной лодки или летающей лодки . Корпус может открываться сверху (например, у лодки ) или может быть полностью или частично закрыт палубой. На палубе может располагаться рубка и другие надстройки , такие как воронка, вышка или мачта . Линия, где корпус судна встречается с поверхностью воды, называется ватерлинией .

Общие характеристики

Существует большое разнообразие типов корпусов, которые выбираются с учетом их пригодности для различных целей, причем форма корпуса зависит от потребностей конструкции. Формы варьируются от почти идеального короба в случае барж-шаландов до острой поверхности вращения в случае гоночного многокорпусного парусника. Форма выбрана таким образом, чтобы обеспечить баланс между стоимостью, гидростатическими соображениями (размещение, несущая нагрузка и остойчивость), гидродинамикой (скорость, требования к мощности, движение и поведение на волнении) и особыми соображениями, касающимися роли судна, например, закругленной формы. нос ледокола или плоское дно десантного корабля .

В типичном современном стальном корабле корпус будет иметь водонепроницаемые палубы и основные поперечные элементы, называемые переборками . Также могут быть промежуточные элементы, такие как балки , стрингеры и стенки , а также второстепенные элементы, называемые обычными поперечными шпангоутами, шпангоутами или продольными балками, в зависимости от конструктивного расположения . Самая верхняя непрерывная палуба может называться «верхней палубой», «погодной палубой», «лонжеронной палубой», « главной палубой » или просто «палубой». Конкретное имя зависит от контекста — типа корабля или лодки, их расположения или даже места, где они плывут.

В типичной деревянной парусной лодке корпус состоит из деревянных обшивок, поддерживаемых поперечными шпангоутами (часто называемыми нервюрами) и переборками, которые дополнительно связаны продольными стрингерами или потолком. Часто, но не всегда, имеется центральный продольный элемент, называемый килем . В корпусах из стекловолокна или композитных материалов конструкция может в некоторой степени напоминать деревянные или стальные суда или представлять собой монокок . Во многих случаях композитные корпуса строятся путем наложения тонких армированных волокном обшивок на легкий, но достаточно жесткий сердечник из пенопласта, пробкового дерева, сот из пропитанной бумаги или другого материала.

Возможно, самые ранние настоящие корпуса были построены древними египтянами , которые к 3000 году до нашей эры знали, как собирать деревянных досок . корпус из ^[1]

Формы корпуса

Корпуса бывают разных разновидностей и могут иметь сложную форму (например, тонкий вход в носовой части и форму перевернутого колокола в кормовой части), но в основном сгруппированы следующим образом:

Подбородок и твердый подбородок. Примерами являются корпус с плоским днищем (скулами), V-образным днищем и многоскатным корпусом (несколько более пологих жестких скул, но все еще не гладких). У этих типов есть по крайней мере один ярко выраженный сустав на всей или большей части их длины.
Формованный, с круглым скулом или с мягким подбородком . Все эти формы корпуса имеют плавные изгибы. Примерами являются круглый трюм, полукруглый трюм и корпус с S-образным днищем.

Глиссирующие и водоизмещающие корпуса

Водоизмещающий корпус: здесь корпус поддерживается исключительно или преимущественно за счет плавучести . Суда с таким типом корпуса движутся по воде с ограниченной скоростью, которая определяется длиной ватерлинии, за исключением особенно узких корпусов, таких как парусные многокорпусные суда , которые таким образом менее ограничены.
Глиссерный корпус: здесь форма глиссирующего корпуса настроена на развитие положительного динамического давления , поэтому его осадка уменьшается с увеличением скорости. Динамический подъем уменьшает смачиваемую поверхность и, следовательно, сопротивление . Иногда они плоскодонные, иногда V-образные и реже круглодонные. Наиболее распространенной формой является наличие хотя бы одной скулы, что обеспечивает более эффективное строгание и позволяет разбрызгивать брызги. Глиссирующие корпуса более эффективны на более высоких скоростях, хотя для достижения этих скоростей им все равно требуется больше энергии. Эффективный глиссирующий корпус должен быть как можно более легким и иметь плоские поверхности, обеспечивающие хорошую мореходность. Парусники этого самолета также должны эффективно плавать в водоизмещающем режиме при слабом ветре.
Полуводоизмещающее или полуглиссирующее: здесь форма корпуса способна развивать умеренную динамическую подъемную силу; однако большая часть веса судна по-прежнему поддерживается за счет плавучести.

Формы корпуса

В настоящее время наиболее широко используемой формой является корпус с круглым трюмом. ^[2]

При небольшой полезной нагрузке такой корабль имеет меньшую часть корпуса ниже ватерлинии , что дает меньшее сопротивление и большую скорость. При большей полезной нагрузке сопротивление больше, а скорость ниже, но изгиб корпуса наружу обеспечивает более плавное движение на волнах. Таким образом, форма перевернутого колокола является популярной формой, используемой при глиссировании корпуса. ^{[ нужна ссылка ]}^{[ нужны разъяснения ]}

Корпуса с скулами и с жесткими скулами

Корпус со скулами не имеет плавного закругленного перехода между днищем и бортами. Вместо этого его контуры прерываются острыми углами в местах стыка преимущественно продольных панелей корпуса. Чем острее пересечение (чем острее угол), тем «жестче» скула. Возможно более одной скулы на сторону.

Каджунская «пирога» является примером судна с твердыми скулами.

Преимущества этого типа корпуса включают потенциально более низкую стоимость производства и (обычно) довольно плоское дно, что делает лодку более быстрой при глиссировании . Корпус с твердыми скулами сопротивляется качке (на гладкой воде) больше, чем корпус с закругленными скулами (скулы создают турбулентность и сопротивление, сопротивляясь качке, поскольку при движении по воде закругленная скулы обеспечивают меньшее сопротивление потоку вокруг поворота) . В бурном море это может привести к тому, что лодка будет сильнее крениться, поскольку движение сначала будет тянуться вниз, а затем вверх по скуле: в результате лодки с круглым трюмом более маневренны на волнах.

Скуловые корпуса могут иметь одну из трех форм:

Корпуса с плоским дном и скулами
Многоскуловые корпуса
Корпуса с V-образным скулами. Иногда его называют жесткой скулой.

Каждый из этих скуловых корпусов имеет свои уникальные характеристики и применение. Корпус с плоским дном обладает высокой начальной устойчивостью, но высоким сопротивлением. Чтобы противостоять высокому лобовому сопротивлению, форма корпуса узкая, а иногда и сильно суженная в носовой и кормовой части. ^{[ нужна ссылка ]} Это приводит к плохой устойчивости при крене в парусной лодке. ^{[ нужна ссылка ]} Этому часто противодействуют использованием тяжелого внутреннего балласта на парусных версиях. Они лучше всего подходят для защищенных прибрежных вод. Ранние гоночные моторные лодки были хороши в носовой части и плоской в кормовой части. Это обеспечивало максимальную подъемную силу и плавный и быстрый ход на ровной воде, но такая форма корпуса легко выбивается из колеи на волнах. Многокукольный корпус по форме напоминает изогнутый корпус. У него меньшее сопротивление, чем у лодки с плоским дном. Многоскутовые суда сложнее построить, но они обеспечивают более мореходную форму корпуса. Обычно это водоизмещающие корпуса. Лодки с V-образной или дугообразной скулой имеют V-образную форму от 6° до 23°. Это называется углом виселицы . Более плоская форма корпуса с углом наклона 6 градусов позволит глиссировать при меньшем ветре или при использовании двигателя меньшей мощности, но на волнах будет сильнее. Глубокая V- образная форма (от 18 до 23 градусов) подходит только для мощных глиссирующих лодок. Им требуются более мощные двигатели, чтобы поднять лодку на самолет, но они обеспечивают более быструю и плавную езду на волнах. Корпуса с водоизмещающими скулами имеют большую площадь смачиваемой поверхности и, следовательно, большее сопротивление, чем эквивалентный корпус круглой формы при любом заданном водоизмещении.

Гладкие изгибы корпуса

Корпуса с плавными изгибами — это корпуса, в которых, как и в случае с изогнутыми корпусами, используется шверт или прикрепленный киль. ^{[ нужна ссылка ]}

Полукруглые скуловые корпуса несколько менее круглые. Преимущество полукруглой формы в том, что она представляет собой удачную середину между S-образным низом. ^{[ нужны разъяснения ]} и скулированный корпус. Типичные примеры полукруглого трюмного корпуса можно найти в Centaur и Laser парусных лодках .

Корпуса с S-образным днищем представляют собой корпуса парусных лодок с поперечным полусечением миделя в форме S. буквы ^{[ нужны разъяснения ]} В S-образном днище корпус имеет округлые скулы и плавно сливается с килем, на бортах корпуса между осевой линией киля и линией седла острых углов нет. Лодки с такой формой корпуса могут иметь длинный фиксированный глубокий киль или длинный неглубокий фиксированный киль с поворотным килем по шверту внутри. Балласт может быть внутренним, внешним или комбинированным. Эта форма корпуса была наиболее популярна в конце 19 - начале-середине 20 веков. ^{[ нужна ссылка ]} Примерами небольших парусников, использующих эту S-образную форму, являются Yngling и Randmeer .

Придатки

Могут быть установлены устройства управления, такие как руль направления , триммеры или стабилизирующие киль.
силы . На корпусе может быть установлен киль для увеличения поперечной устойчивости, путевой устойчивости или создания подъемной
Выдвижные придатки включают шверты и шверты . ^[3]
Выступ вперед ниже ватерлинии называется выпуклым носом . Они устанавливаются на некоторые корпуса, чтобы уменьшить волновое сопротивление и тем самым повысить топливную экономичность .

Условия

Базовая линия — это опорная линия уровня, от которой измеряются вертикальные расстояния.
Носовая часть корпуса — передняя часть.
Мидель - это средняя часть судна в носовой и кормовой направлениях.
Порт — это левый борт судна, если смотреть на нос с борта.
Правый борт — правый борт судна, если смотреть на нос с борта.
Корма — задняя часть корпуса.
Ватерлиния — это воображаемая линия, описывающая корпус, которая соответствует поверхности воды, когда корпус не движется.

Метрики

Формы корпуса определяются следующим образом:

Блочные меры , определяющие основные измерения. Они есть:

Ширина или ширина ( B ) — это ширина корпуса. (пример: BWL — максимальная ширина по ватерлинии)
Осадка ( d ) или ( T ) — это расстояние по вертикали от нижней части киля до ватерлинии .
Надводный борт ( FB ) — это глубина плюс высота килевой конструкции минус осадка .
Длина по ватерлинии ( LWL ) — это длина от самой передней точки ватерлинии, измеренная в профиль, до самой кормовой точки ватерлинии.
Длина между перпендикулярами ( LBP или LPP ) — длина летней грузовой ватерлинии от ахтерштевня до места ее пересечения с форштевнем . (см. также п/п )
Общая длина ( LOA ) — это максимальная длина от одного конца до другого.
Формованная глубина ( D ) — это расстояние по вертикали, измеренное от верха киля до нижней части верхней палубы сбоку. ^[4]

Формируйте производные , которые рассчитываются на основе формы и блочных мер. Они есть:

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

Коэффициенты ^[5] помогите также сравнить формы корпуса:

Коэффициент блока ( C _b ) представляет собой объем (V), разделенный на L _WL × B _WL × T _WL . Если вы нарисуете рамку вокруг затопленной части корабля, это будет соотношение объема коробки, занимаемой кораблем. Это дает представление о том, какая часть блока, определяемого L _WL , шириной (B) и осадкой (T), заполнена корпусом. Полные формы, такие как нефтяные танкеры, будут иметь высокий Cb _, а тонкие формы, такие как парусники, будут иметь низкий _Cb . $C_{b}={\frac {V}{L_{WL}\cdot B_{WL}\cdot T_{WL}}}$
Коэффициент на миделе ( C _m или C _x ) представляет собой площадь поперечного сечения (A _x ) среза на миделе (или наибольшем сечении для C _x ), разделенную на осадку балки x. Он отображает соотношение наибольшей подводной части корпуса к прямоугольнику той же общей ширины и глубины, что и подводная часть корпуса. Это определяет полноту нижней части кузова. Низкое значение C _m указывает на вырезанную среднюю часть, а высокое значение C _m указывает на квадратную форму сечения. Парусники имеют срезанную среднюю часть с низким C _x , тогда как грузовые суда имеют квадратную секцию с высоким C _x, чтобы помочь увеличить C _b . $C_{m}={\frac {A_{m}}{B_{WL}\cdot T_{WL}}}$
Призматический коэффициент ( C _p ) — это объем (V), разделенный на L _WL x A _x . Он отображает отношение погруженного объема корпуса к объему призмы, равной длине корабля и площади поперечного сечения, равной наибольшему подводному участку корпуса (мидель-сечению). Это используется для оценки распределения объема нижней части кузова. Низкий или тонкий C _p указывает на полную среднюю часть и тонкие концы, высокий или полный C _p указывает на лодку с более полными концами. Глиссирующие корпуса и другие высокоскоростные корпуса имеют тенденцию к более высокому C _p . Корпуса с эффективным водоизмещением, движущиеся с низким числом Фруда, будут иметь тенденцию иметь низкое значение C _p . $C_{p}={\frac {V}{L_{WL}\cdot A_{m}}}$
Коэффициент ватерлинии ( C _w ) — это площадь ватерлинии, деленная на L _WL x B _WL . Коэффициент ватерлинии выражает полноту ватерлинии или отношение площади ватерлинии к прямоугольнику той же длины и ширины. Низкое значение Cw _{указывает} на тонкие концы, а высокое _{значение Cw} указывает на более полные концы. Высокий C _w улучшает стабильность, а также управляемость в суровых условиях. $C_{w}={\frac {A_{w}}{L_{WL}\cdot B_{WL}}}$

Примечание: $C_{b}=C_{p}\cdot C_{m}$

Компьютерное проектирование

Использование компьютерного проектирования вытеснило бумажные методы проектирования кораблей, которые основывались на ручных расчетах и рисовании линий. С начала 1990-х годов было разработано множество коммерческих и бесплатных пакетов программного обеспечения, специализирующихся на военно-морской архитектуре, которые обеспечивают возможности трехмерного черчения в сочетании с расчетными модулями для гидростатики и гидродинамики. Их можно назвать системами геометрического моделирования военно-морской архитектуры. ^[6]

См. также

Противообрастающая краска – Специализированная краска для корпусов кораблей.
Лодка – Судно для водного транспорта
Корпус собора
Цепная пластина - фурнитура на парусных судах.
Медная обшивка – Обшивка корпуса корабля
Соотношение водоизмещения к длине - Обмер корабля
Двойной корпус - проектирование и метод строительства корпуса корабля.
Осадка - глубина судна ниже ватерлинии.
Число Фруда – безразмерное число; отношение инерции потока жидкости к внешнему полю
Символ классификации корпуса
Скорость корпуса - скорость, при которой длина носовой волны судна равна длине ватерлинии.
Подъемная сила (сила) - сила, перпендикулярная потоку окружающей жидкости.
Однокорпусный - тип лодки или корабля, имеющий только один корпус.
Многокорпусный - корабль или лодка с более чем одним корпусом.
Военно-морская архитектура - инженерная дисциплина, занимающаяся проектированием и строительством морских судов.
Нельсон Чекер - Цветовая схема, принятая на кораблях Королевского флота Великобритании.
Измерения судна - термин или определение, относящиеся к измерению характеристик судна.
Судостроение – Строительство кораблей и плавсредств.
Подводная лодка - плавсредство, способное самостоятельно работать под водой.
Корпус подводной лодки . Конструктивная и гидродинамическая составляющая, охватывающая судно.

Примечания

^ Уорд, Шерил. «Самые старые палубные лодки в мире» в журнале Archeology (том 54, номер 3, май/июнь 2001 г.). Археологический институт Америки . Археология.орг
^ Парусный спорт: от новичка до продвинутого, Карел Хейнен.
^ «Правила снаряжения плавания на 2021–2024 годы» (PDF) . World Sailing (UK) Ltd. Проверено 14 октября 2022 г. , Раздел E.1.2 Типы пристроек корпуса
^ «Международная конвенция по обмеру судов 1969 года» . Международные конвенции . Руководство по адмиралтейству и морскому праву. 23 июня 1969 г. Проверено 27 октября 2007 г. , Приложение 1, Правила определения валовой и чистой вместимости судов , Рег. 2(2)(а). На судах с закругленными планширями верхнюю точку измерения принимают в точке пересечения плоскостей палубы и бортовой обшивки. Идентификатор. , Рег. 2(2)(б). Суда со ступенчатыми палубами измеряются до линии, параллельной верхней части. Идентификатор. , Рег. 2(2)(в).
^ Роусон, ЕС; Таппер (1976). Основная теория корабля . Том. 1 (2-е изд.). Лонгман. стр. 12–14. ISBN 0-582-44523-Х .
^ Вентура, Мануэль. «Геометрическое моделирование формы корпуса» (PDF) . Центр морских технологий и океанической инженерии . Проверено 29 марта 2018 г.

Ссылки

Хейлер, Уильям Б.; Кивер, Джон М. (2003). Руководство американского торгового моряка . Корнеллский морской пр. ISBN 0-87033-549-9 .
Терпин, Эдвард А.; МакИвен, Уильям А. (1980). Справочник офицеров торгового флота (4-е изд.). Сентервилл, Мэриленд: Cornell Maritime Press. ISBN 0-87033-056-Х .

[AIA-1] Уорд, Шерил. «Самые старые палубные лодки в мире» в журнале Archeology (том 54, номер 3, май/июнь 2001 г.). Археологический институт Америки . Археология.орг

[2] Парусный спорт: от новичка до продвинутого, Карел Хейнен.

[ERS2021-3] «Правила снаряжения плавания на 2021–2024 годы» (PDF) . World Sailing (UK) Ltd. Проверено 14 октября 2022 г. , Раздел E.1.2 Типы пристроек корпуса

[1969conv-4] «Международная конвенция по обмеру судов 1969 года» . Международные конвенции . Руководство по адмиралтейству и морскому праву. 23 июня 1969 г. Проверено 27 октября 2007 г. , Приложение 1, Правила определения валовой и чистой вместимости судов , Рег. 2(2)(а). На судах с закругленными планширями верхнюю точку измерения принимают в точке пересечения плоскостей палубы и бортовой обшивки. Идентификатор. , Рег. 2(2)(б). Суда со ступенчатыми палубами измеряются до линии, параллельной верхней части. Идентификатор. , Рег. 2(2)(в).

[5] Роусон, ЕС; Таппер (1976). Основная теория корабля . Том. 1 (2-е изд.). Лонгман. стр. 12–14. ISBN 0-582-44523-Х .

[6] Вентура, Мануэль. «Геометрическое моделирование формы корпуса» (PDF) . Центр морских технологий и океанической инженерии . Проверено 29 марта 2018 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]