Военно-морская архитектура
Военно-морская архитектура или военно-морская инженерия — это инженерная дисциплина, включающая в себя элементы механики, электроники, программного обеспечения и техники безопасности применительно к процессу инженерного проектирования , судостроению , техническому обслуживанию и эксплуатации морских судов и сооружений. [1] [2] Военно-морская архитектура включает в себя фундаментальные и прикладные исследования, проектирование, разработку, оценку конструкции (классификацию) и расчеты на всех этапах эксплуатации морского транспортного средства. предварительное проектирование судна, его детальное проектирование, строительство , испытания , эксплуатация и техническое обслуживание, спуск на воду и сухой док Основными видами деятельности являются . Расчеты конструкции корабля необходимы также для кораблей, подвергающихся модификации (путем переоборудования, перестройки, модернизации или ремонта ). Военно-морская архитектура также включает в себя разработку правил безопасности и правил борьбы с повреждениями, а также утверждение и сертификацию проектов кораблей на соответствие законодательным и незаконным требованиям.
Основные предметы [ править ]
Слово «судно» включает в себя все описания водных транспортных средств , в основном кораблей и лодок , но также включает суда неводоизмещающего типа, экранопланы и гидросамолеты , используемые или способные использоваться в качестве транспортных средств на воде . [3] Основные элементы военно-морской архитектуры подробно описаны в следующих разделах. [4]
Гидростатика [ править ]
Гидростатика касается условий, которым подвергается судно во время покоя в воде, и его способности оставаться на плаву. Это включает в себя расчет плавучести , водоизмещения и других гидростатических свойств, таких как дифферент (мера продольного наклона судна) и остойчивость (способность судна восстанавливаться в вертикальное положение после наклона под действием ветра, моря или нагрузки). условия). [5]
Гидродинамика [ править ]
- Гидродинамика касается потока воды вокруг корпуса , носа и кормы корабля , а также над такими телами, как лопасти гребного винта или руль направления , или через туннели подруливающих устройств.
- Сопротивление и движение судна связаны с сопротивлением движению в воде, которое в первую очередь возникает из-за обтекания корпуса водой. На основании этого производится расчет мощности.
- Движение используется для перемещения судна по воде с помощью гребных винтов , подруливающих устройств, водометов , парусов и т. д. Типы двигателей в основном внутреннего сгорания . Некоторые суда имеют электрический привод, использующий ядерную или солнечную энергию .
- Движение судна включает в себя движение судна на волнении и его реакцию на волны и ветер.
- Управляемость (маневрирование) предполагает управление и поддержание положения и направления судна.
Флотация и стабильность [ править ]
Хотя плавающее тело на поверхности жидкости имеет 6 степеней свободы в своих движениях, они подразделяются на поступательное движение или вращение.
- Перевод
- Раскачивание: поперечное
- Волна: вперед и назад
- Подъем: вертикальный
- Вращение
- Отклонение от курса: вокруг вертикальной оси
- Шаг или дифферент: вокруг поперечной оси
- Крен или крен: вокруг передней и задней оси.
Продольная устойчивость при продольных наклонах зависит от расстояния между центром тяжести и продольным метацентром. Другими словами, основой, на которой корабль сохраняет свой центр тяжести, является его расстояние, установленное на одинаковом расстоянии как от кормовой, так и от носовой части корабля.
Пока тело плавает на поверхности жидкости, оно все равно сталкивается с силой тяжести, давящей на него. Чтобы остаться на плаву и избежать затопления, на тело действует противодействующая сила, известная как гидростатическое давление. Для поддержания тела в равновесии силы, действующие на тело, должны быть одинаковой величины и одинаковой линии движения. Такое описание равновесия присутствует только тогда, когда свободно плавающее тело находится в стоячей воде, когда присутствуют другие условия, величина которых резко смещается, создавая раскачивающее движение тела. [6]
Сила плавучести равна весу тела, иначе говоря, масса тела равна массе вытесненной телом воды. Это добавляет к телу направленную вверх силу на величину площади поверхности, умноженную на площадь смещения, чтобы создать равновесие между поверхностью тела и поверхностью воды.
Остойчивость корабля в большинстве условий способна преодолеть любую форму, ограничение или сопротивление, встречающееся в бурном море; однако корабли имеют нежелательные характеристики крена, когда баланс колебаний при крене в два раза превышает баланс колебаний при качке, что приводит к опрокидыванию корабля. [7]
Структуры [ править ]
Конструкции включают в себя выбор материала конструкции, структурный анализ общей и локальной прочности судна, вибрации конструктивных элементов и реакций конструкции судна при движении на волнении . В зависимости от типа корабля структура и дизайн будут различаться в зависимости от того, какой материал использовать, а также в каком количестве. Некоторые корабли сделаны из стеклопластика, но подавляющее большинство — из стали с небольшим количеством алюминия в надстройке. [6]
Вся конструкция корабля состоит из панелей прямоугольной формы, состоящих из стальных обшивок, опирающихся на четыре края. Объединившись на большой площади, ростверки образуют корпус корабля , палубу и переборки, обеспечивая при этом взаимную поддержку шпангоутов. Хотя конструкция корабля достаточно прочна, чтобы держаться вместе, основная сила, которую ему приходится преодолевать, — это продольный изгиб, создающий нагрузку на его корпус, его конструкция должна быть спроектирована так, чтобы материал располагался как можно дальше вперед и назад. [6]
Основными продольными элементами являются палуба, обшивка, внутреннее днище, все они выполнены в виде ростверков, и дополнительные продольные растяжки к ним. Размеры корабля рассчитаны на создание достаточного расстояния между ребрами жесткости для предотвращения коробления. На военных кораблях использовалась продольная система жесткости, принятая на многих современных коммерческих судах. Эта система широко использовалась на ранних торговых судах, таких как SS Great Eastern , но позже была перенесена на конструкцию с поперечным каркасом, еще одну концепцию конструкции корпуса корабля, которая оказалась более практичной. Эта система позже была внедрена на современных судах, таких как танкеры, из-за ее популярности и затем получила название « Система Ишервуда» . [6]
Конструкция системы Ишервуда состоит из придания жесткости настилам как сбоку, так и снизу с помощью лонжеронов, они достаточно разделены, чтобы между ними было такое же расстояние, как между шпангоутами и балками. Эта система работает за счет разнесения поперечных элементов, поддерживающих продольные балки, примерно на 3 или 4 метра, при этом большое расстояние обеспечивает необходимую поперечную силу за счет смещения той силы, которую создают переборки. [6]
Аранжировки [ править ]
Мероприятия включают в себя концептуальный дизайн , планировку и доступ, противопожарную защиту , распределение помещений, эргономику и вместимость .
Строительство [ править ]
Конструкция зависит от используемого материала. При использовании стали или алюминия это включает в себя сварку листов и профилей после прокатки , маркировку, резку и гибку в соответствии с конструктивными чертежами или моделями с последующим монтажом и спуском на воду . другие методы соединения , используются Для других материалов, таких как армированный волокном пластик и стеклопластик . Процесс строительства тщательно продуман с учетом всех факторов, таких как безопасность, прочность конструкции, гидродинамика и расположение корабля. Каждый рассматриваемый фактор представляет собой новый вариант материалов, которые следует учитывать, а также ориентацию корабля. При рассмотрении прочности конструкции акты столкновения судов учитываются с точки зрения изменения конструкции судна. Поэтому свойства материалов тщательно учитываются, поскольку материал, нанесенный на пораженный корабль, обладает упругими свойствами, энергия, поглощенная ударяемым кораблем, затем отклоняется в противоположном направлении, поэтому оба корабля проходят процесс отскока, чтобы предотвратить дальнейшее повреждение. [8]
Наука и ремесло [ править ]
Традиционно военно-морская архитектура была скорее ремеслом, чем наукой. О пригодности формы судна судили по полумодели судна или прототипу. Неуклюжие формы или резкие переходы осуждались как недостатки. Это включало в себя такелаж, устройство палубы и даже приспособления. Субъективные дескрипторы, такие как «неуклюжий» , «полный » и «хороший», использовались вместо более точных терминов, используемых сегодня. Судно было и до сих пор описывается как имеющее «красивую» форму. Термин «справедливый» предназначен для обозначения не только плавного перехода от носа к корме, но и «правильной» формы. Определение того, что является «правильным» в конкретной ситуации при отсутствии окончательного поддерживающего анализа, по сей день составляет искусство военно-морской архитектуры.
Современные недорогие цифровые компьютеры и специальное программное обеспечение в сочетании с обширными исследованиями для сопоставления полномасштабных данных о буксирном танке и вычислительных данных позволили военно-морским архитекторам более точно прогнозировать характеристики морского транспортного средства. Эти инструменты используются для статической устойчивости (неповрежденной и поврежденной), динамической устойчивости, сопротивления, привода, разработки корпуса, структурного анализа , моделирования зеленой воды и анализа ударов. Данные регулярно публикуются на международных конференциях, спонсируемых RINA , Обществом военно-морских архитекторов и морских инженеров (SNAME) и другими. Вычислительная гидродинамика применяется для прогнозирования реакции плавающего тела в случайном море.
[ править ]
Из-за сложности, связанной с работой в морской среде, военно-морская архитектура представляет собой совместную работу групп технически квалифицированных людей, являющихся специалистами в определенных областях, часто координируемых ведущим военно-морским архитектором. [9] Эта присущая им сложность также означает, что доступные аналитические инструменты гораздо менее развиты, чем инструменты для проектирования самолетов, автомобилей и даже космических кораблей. Это связано, прежде всего, с недостаточностью данных о среде, в которой должен работать морской аппарат, и сложностью взаимодействия волн и ветра с морской конструкцией.
Морской архитектор — это инженер , который отвечает за проектирование, классификацию, обследование, строительство и/или ремонт кораблей, лодок, других морских судов и морских сооружений, как коммерческих, так и военных, в том числе:
- Торговые суда – нефтяные танкеры , газовые танкеры , грузовые суда , сухогрузы , контейнеровозы.
- Пассажирские/автомобильные паромы , круизные лайнеры
- Боевые корабли – фрегаты , эсминцы , авианосцы , десантные корабли.
- Подводные лодки и подводные аппараты
- Ледоколы
- Высокоскоростные суда – суда на воздушной подушке , многокорпусные суда , на подводных крыльях . суда
- Рабочие катера – баржи , рыболовные суда , якорно-буксиры-снабженцы , суда снабжения платформ , буксиры , лоцманские суда, спасательные суда.
- Яхты , моторные лодки и другие плавучие средства для отдыха.
- Морские платформы и подводные разработки
Некоторые из этих судов относятся к числу самых крупных (например, супертанкеры ), самых сложных (например, авианосцы ) и высокоценных передвижных конструкций, созданных человечеством. Как правило, они являются наиболее эффективным методом транспортировки сырья и продуктов в мире. Современное проектирование такого масштаба — это, по сути, командная деятельность, проводимая специалистами в своих областях и дисциплинах. Морские архитекторы интегрируют эти виды деятельности. Эта требовательная руководящая роль требует управленческих качеств и способности объединить часто противоречивые требования различных конструктивных ограничений для производства продукта, подходящего для этой цели. [10]
В дополнение к этой руководящей роли, военно-морской архитектор также выполняет специализированную функцию по обеспечению безопасного, экономичного, экологически чистого и мореходного проекта. Чтобы выполнить все эти задачи, военно-морской архитектор должен разбираться во многих отраслях техники и быть в авангарде областей высоких технологий. Он или она должны быть в состоянии эффективно использовать услуги, предоставляемые учеными, юристами, бухгалтерами и деловыми людьми многих видов.
Военно-морские архитекторы обычно работают на верфях , судовладельцах, проектных фирмах и консалтинговых компаниях, производителях оборудования, классификационных обществах , регулирующих органах ( закон Адмиралтейства ), военно-морских силах и правительствах.
См. также [ править ]
- Переборка (перегородка) – Вертикальная перегородка внутри корабля.
- Collier (корабль) - сухогруз для перевозки угля.
- Береговое строительство – Отрасль гражданского строительства
- Машинист - лицензированный моряк, ответственный за двигательные установки и вспомогательные системы.
- Корпус (водное судно) - водонепроницаемый плавучий корпус корабля или лодки.
- Гидротехника - раздел гражданского строительства, связанный с потоком и транспортировкой жидкостей.
- Гидродинамика — аспекты механики жидкости, связанные с потоком
- Гидростатика - раздел механики жидкости, изучающий покоящиеся жидкости.
- Международная морская организация – специализированное учреждение ООН.
- Список морских колледжей
- Продольный набор - Тип конструкции корпуса корабля.
- Морская архитектура - отрасль архитектуры, ориентированная на прибрежное, прибрежное и морское строительство.
- Морская инженерия – Проектирование и проектирование корабельных систем.
- Морские силовые установки - Системы для создания тяги кораблей и лодок на воде.
- Военный корабль - Военный корабль, используемый военно-морским флотом.
- Океанская инженерия — проектирование и проектирование корабельных систем.
- Морское строительство – Монтаж конструкций и сооружений в морской среде.
- Королевский институт морских архитекторов - Международная организация, представляющая военно-морских архитекторов.
- Мореходность - реакция судна на морские условия.
- Мореходность – реакция судна на морские условия.
- Судостроение – Строительство кораблей и плавсредств.
- Классификационное общество судов - Организация, устанавливающая технические стандарты для судов и морских сооружений.
- Движение судна - термины, связанные с шестью степенями свободы движения.
- Устойчивость судна - реакция корабля на возмущение в вертикальном положении.
- Общество военно-морских архитекторов и морских инженеров – Глобальное профессиональное общество
Ссылки [ править ]
- ^ «Карьера в военно-морской архитектуре» . www.rina.org.uk. Архивировано из оригинала 20 октября 2017 г. Проверено 13 августа 2019 г.
- ^ Биран, Адриан; (2003). Гидростатика и остойчивость корабля (1-е изд.) – Баттерворт-Хейнеманн . ISBN 0-7506-4988-7
- ^ Конвенция о международных правилах предотвращения столкновений на море , 1972 г., с поправками; Международная морская организация ; ISBN 92-801-4167-8
- ^ Льюис В., Эдвард (Ред.); (июнь 1989 г.). Принципы военно-морской архитектуры (2-е изд.), Том. 1 – Общество военно-морских архитекторов и морских инженеров . ISBN 0-939773-00-7
- ^ «ЕН342» . www.usna.edu .
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д и Таппер, Эрик (1996). Введение в военно-морскую архитектуру . Оксфорд, Англия: Баттерворт-Хайнеманн.
- ^ Невес, МАС (2016). «Динамическая остойчивость кораблей в регулярном и нерегулярном море. Обзор». Океанская инженерия . 120 : 362–370. дои : 10.1016/j.oceaneng.2016.02.010 .
- ^ Прабово, Арканзас (2017). «Влияние отскока ударившегося корабля на ударопрочность конструкций при столкновении кораблей» . Тонкостенные конструкции . 115 : 225–239. дои : 10.1016/j.tws.2017.02.022 .
- ↑ Американское общество военно-морских инженеров. Архивировано 26 декабря 2008 года в Wayback Machine . Брошюра по военно-морской технике.
- ^ «Стандарт семейства должностей для профессиональной работы в группе проектирования и архитектуры, Управление персонала США, стр. 43–45» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 12 мая 2009 г.
Дальнейшее чтение [ править ]
- Феррейро, Ларри Д. (2007). Корабли и наука: рождение военно-морской архитектуры в ходе научной революции, 1600–1800 гг . МТИ Пресс. ISBN 978-0-262-06259-6 .
- Феррейро, Ларри Д. (2020). Преодоление морей: развитие военно-морской архитектуры в индустриальную эпоху, 1800–2000 гг . МТИ Пресс. ISBN 978-0-262-53807-7 .
- Пааш, Х. Словарь военно-морских терминов, от киля до грузовика . Лондон: Дж. Филип и сын, 1908.
