Текст книги "Учись морскому делу"

Автор книги: Борис Багрянцев

Соавторы: Павел Решетов
сообщить о нарушении

Текущая страница: 2 (всего у книги 13 страниц)

3. Краткое описание мореходных качеств корабля

Мореходные качества корабля начинаются с его способности плавать в определенном положении. Корабль плавает согласно закону Архимеда. Вспомните: «…На погруженное в жидкость тело действует выталкивающая сила, равная массе вытесненной этим телом жидкости». Этот закон природы дает инженерам возможность спроектировать корабль, способный плавать с заданной осадкой, имея на себе необходимые грузы, т. е. имеющий то качество, которое называется плавучестью.

^{Рис. 3. Силы, действующие на корпус корабля:}

^{а – в состоянии равновесия; б – образование восстанавливающего момента во время качки: О – центр тяжести (масс); С – центр величины, М – метацентр-, h – метацентрическая высота; Р – сила веса; GB – плечо статической остойчивости l; D – равнодействующая сил поддержания}

Корпус корабля, находящегося на воде, всегда подвергается воздействию двух сил: силе собственного веса Р с равнодействующей, направленной вниз и приложенной в центре тяжести масс G, и силе поддержания (выталкивающей силе) D с равнодействующей, направленной вверх и приложенной в центре величины С (рис. 3, а). (Центр величины – это геометрический центр объема подводной части корпуса.) Если равнодействующие этих двух сил равны по величине и действуют противоположно друг другу на одной вертикали, то корабль находится в состоянии равновесия.

При наклонениях корабля под действием волны и ветра центр тяжести, если при этом не происходит смещения грузов, остается неизменным, а центр величины смещается в сторону крена, так как изменяется форма объема погруженной в воду части корпуса (рис. 3, 6). После прекращения действия сил, вызвавших крен, правильно построенный и нормально загруженный корабль возвратится в первоначальное положение равновесия, чем проявит свое второе важное мореходное качество – остойчивость. Остойчивость – это способность корабля, отклоненного внешними силами от положения равновесия, возвращаться в первоначальное положение после прекращения действия этих сил.

Остойчивость различают поперечную и продольную. Первая проявляется при наклонениях корпуса корабля под действием внешних сил на левый и правый борт, т. е. при бортовой качке, а вторая – при наклонениях корабля вдоль диаметральной плоскости, т. е. при килевой качке.

Центр величины надводного корабля при нормальной его эксплуатации всегда лежит ниже центра тяжести. При малых углах крена центр величины смещается от первоначального положения по дуге СС1 окружности с центром в точке М, которая является местом пересечения равнодействующей сил поддержания с диаметральной плоскостью корабля (см. рис. 3, б). Следовательно, у накрененного корабля равнодействующие сил веса и сил поддержания действуют не на одной вертикали, а образуют момент пары сил с плечом статической остойчивости i. Этот момент получил название восстанавливающего, так как он стремится вернуть корабль в состояние равновесия. Его величина зависит от плеча статической остойчивости. Очевидно, чем ниже будет располагаться центр тяжести корабля, тем больше будет плечо i и тем значительнее будет восстанавливающий момент.

Расстояние между центром тяжести корабля G и метацентром М называется метацентрической высотой и обозначается буквой h. Метацентрическая высота характеризует поперечную остойчивость корабля – чем больше ее значение, тем остойчивее корабль. Но это не значит, что чем больше значение h, тем лучше. Рассудите сами – при большом значении h в штормовую погоду корабль будет испытывать резкую порывистую качку, а это плохо будет сказываться на самочувствии людей, на механизмах, приборах и прочности корпуса. Поэтому при проектировании конструкторы стремятся получить такую метацентрическую высоту, при которой корабль был бы достаточно остойчив и в то же время имел плавную качку.

При плавном (статическом) действии внешних сил нормально построенный и нормально загруженный корабль будет крениться до тех пор, пока силы кренящего и восстанавливающего моментов не сравняются. После этого он начнет выравниваться. Если же корабль подвергнется резкому (динамическому) воздействию внешних сил, например порыву ветра, резкому натяжению буксирного троса и т. п., то он будет продолжать крениться по инерции и после достижения равновесия кренящего и восстанавливающего моментов. Сначала величина восстанавливающего момента возрастет до максимального значения, а со входом палубы в воду начнет резко уменьшаться. С уменьшением его до нулевого значения корабль потеряет остойчивость и опрокинется. В практике мореплавания были также случаи опрокидывания кораблей, потерявших остойчивость из-за наличия в цистернах и других помещениях жидких или сыпучих грузов, способных беспрепятственно перемещаться в сторону крена. Несимметричное затопление бортовых отсеков и затопление высокорасположенных помещений тоже резко снижает остойчивость корабля и может повлечь за собой опасность моментального его опрокидывания даже при небольших углах крена.

Продольная метацентрическая высота корабля настолько велика, что возможность опрокидывания его через нос или корму практически отсутствует.

Вопросами изучения плавучести и остойчивости корабля при попадании забортной воды внутрь его корпуса занимается раздел науки о корабле – теория непотопляемости.

Непотопляемость – это способность корабля оставаться на плаву после затопления части отсеков, сохраняя при этом остойчивость и частично другие мореходные качества. Непотопляемость обеспечивается запасом плавучести, величина которого равна внутреннему объему надводной части корпуса корабля, имеющему водонепроницаемые закрытия. Для того чтобы запас плавучести мог быть рационально использован в целях сохранения непотопляемости корабля, внутренний объем его корпуса разделяют поперечными и продольными водонепроницаемыми переборками на отсеки. Потеря кораблем части запаса плавучести ухудшает мореходные качества, усложняет и даже иногда делает невозможным использование оружия, но корабль остается на плаву.

Наличие пробоин в корпусе выше ватерлинии, а также открытые иллюминаторы в его надводной части снижают запас плавучести, так как водонепроницаемость надводного борта уменьшается до нижней кромки этих отверстий.

Минимальная высота надводного борта является основным показателем запаса плавучести. Для контроля за сохранением минимальной высоты надводного борта, в соответствии с требованиями Международной конвенции по охране человеческой жизни на море и правил Регистра Союза ССР о грузовой марке, на обоих бортах транспортных судов в средней части корпуса накрашивается грузовая марка. Она служит указателем минимально допустимого надводного борта с учетом района плавания и времени года.

Грузовая марка (рис. 4) представляет собой круг диаметром 300 мм, центром которого является ватерлиния, и «гребенку». По имени судовладельца, активно боровшегося за нормирование минимальной высоты надводного борта, этот круг называется диском Плим-солля.

^{Рис. 4. Грузовая марка}

Основой «гребенки» является вертикальная линия, которая наносится на расстоянии 540 мм от центра диска к носу корабля. От вертикальной линии отходят линии горизонтальные длиной 230 мм. Это – сезонные марки, определяющие минимальную высоту надводного борта в тех или иных условиях плавания.

Обозначения над горизонтальными линиями расшифровываются так: Л (S) – летний надводный борт; 3(W) – зимний надводный борт; Т(Т) – тропический надводный борт; 3CA(WNA) – зимний надводный борт для Северной Атлантики. П(F) – надводный борт для пресной воды; TП(TF) – тропический надводный борт для пресной воды. Все линии грузовой марки должны иметь ширину 25 мм и наноситься на черном фоне белой или желтой краской, а на светлом фоне – черной краской.

Суда, предназначенные для перевозки лесных материалов на палубе, имеют дополнительную «лесную гребенку», нанесенную на расстоянии 540 мм к корме от центра диска Плимсолля. На этой «гребенке» перед буквами обозначения сезонных марок добавляется буква Л – лесная.

На судах каботажного плавания грузовая марка имеет отличительный знак: по бокам диска Плимсолля, над проходящей через центр круга горизонтальной линией, наносятся буквы Р и С высотой 115 и шириной 75 мм.

На бортах советских торговых судов, совершающих заграничные рейсы, можно встретить и другую разновидность марки. В 1965 году для судов, имеющих две палубы и более, введена тоннажная марка, принятая ассамблеей Межправительственной морской консультативной организации (ИМКО).

В морском торговом флоте имеются грузовые двухпалубные суда двух конструкций: а) полнонаборные – с минимальным надводным бортом и водонепроницаемыми переборками, доходящими до верхней (в этом случае главной) палубы; б) шельтердечные суда открытого типа, имеющие выше второй (в этом случае главной) палубы верхнюю палубу – шельтердек, который ограничивает верхний твиндек. У таких судов минимальная высота надводного борта измеряется до второй сверху палубы.

Чтобы исключить объем верхнего твиндека из регистровой вместимости судна и соответственно уменьшить размер взимаемых налогов и сборов, в шельтердеке делался «тоннажный люк», а в поперечных переборках верхнего твиндека – обмерные отверстия, закрытие которых не обеспечивало водонепроницаемости.

С целью обеспечения наибольшей безопасности плавания по решению ИМКО на обмерные отверстия судов шельтердечного типа разрешено устанавливать надежные водонепроницаемые закрытия. Льготные условия обмера регистровой вместимости при этом остались прежние.

Тоннажная марка (рис. 5) накрашивается на бортах к корме от грузовой марки на расстоянии 540 – 2000 мм от центра диска Плимсолля. Она состоит из горизонтальной линии длиной 380 мм, на середине которой – равносторонний треугольник вершиной вниз. Длина сторон треугольника 300 мм. Сбоку и выше горизонтальной линии на 1/48 осадки на тоннажную марку накрашивается вторая горизонтальная линия длиной 230 мм – марка для пресной воды.

Обе горизонтальные марки соединяются вертикальной линией.

Тоннажная марка имеет свое назначение и грузовую марку не заменяет. Она располагается ниже второй палубы и никогда не может быть выше грузовой марки.

В мерительном свидетельстве шельтердечного судна открытого типа указываются по два значения валовой и чистой вместимости. Если тоннажная марка погружена в воду, то при взимании налогов и сборов пользуются валовой и чистой вместимостью, определенной с учетом объема верхнего твиндека.

Когда же тоннажная марка находится над водой, то объем верхнего твиндека в регистровую вместимость судна не включается.

В книге уже упоминалось, как важно кораблю обладать плавностью качки, т. е. способностью медленно и плавно переходить из одного крайнего положения наклона в другое. Плавность качки зависит от остойчивости корабля, его размеров и формы подводной части корпуса. Для уменьшения бортового качания в настоящее время применяются различные успокоители качки. Из них наиболее распространены бортовые или скуловые кили, представляющие собой широкие сплошные пластины, жестко укрепляемые на скуловой части корпуса (на изгибе корпуса между вертикальным бортом и днищем).

^{Рис. 5. Тоннажная марка}

На некоторых кораблях и судах со скоростью хода более 27,8 км/ч (15 узлов) монтируются активные бортовые рули, способные подобно крыльям самолета создавать подъемную силу. Такие рули управляются автоматически и всегда поворачиваются одновременно в разные стороны: одного борта – вверх, другого – вниз. Перед швартовкой такие бортовые рули убираются в специальные бортовые карманы.

Значительно реже в качестве успокоителей качки применяются гироскопические стабилизаторы и успокоительные цистерны.

Важной характеристикой корабля является его ходкость, т. е. способность перемещаться с заданной ско ростью при наименьших затратах мощности главных двигателей.

Главные двигатели передают свою энергию на движитель, обеспечивающий кораблю движущую силу. В качестве движителей на кораблях и судах применяются: гребные колеса, гребные винты, воздушные винты, крыль-чатые движители и водомет (гидрореактивный движитель).

На кораблях и судах широкое применение получили гребные винты, обладающие по сравнению с другими движителями простой и надежной конструкцией. Основными характеристиками гребного винта являются: шаг, диаметр, число лопастей и число оборотов в минуту.

Шагом винта называется расстояние, которое пройдет винт за один полный оборот в плотной неподатливой среде.

По конструкции винты бывают цельные, со съемными лопастями и винты регулируемого шага (ВРШ). Винт регулируемого шага имеет пустотелую ступицу сгнездами для лопастей. Внутри ступицы размещен механизм поворота лопастей. Установка винта регулируемого шага позволяет получить любое, в пределах допустимого, значение скорости хода от переднего до заднего, не изменяя направление вращения двигателя. Управление винтом обычно производится с пульта, установленного в ходовой рубке.

Крыльчатые и гидрореактивные движители применяются редко и только на небольших и специальных судах, работающих в мелководных и стесненных районах.

Управляемостью называется способность корабля удерживать заданное направление или изменять его в соответствии с требованиями судовождения. Она характеризуется устойчивостью на курсе и поворотливостью. Устойчивость на курсе считается хорошей, если число перекладок руля для удержания корабля на заданном курсе не превышает четырех – шести за 1 мин. Причем отклонения по курсу не должны превышать ±3–5°.

Поворотливость корабля характеризуется диаметром установившейся циркуляции. Чем он меньше, тем лучше поворотливость корабля.

4. Корпус корабля и системы его набора

В кораблестроении применяется много различных материалов: чугун, латунь, бронза, алюминиевые сплавы, дерево, пластики и пр., но для постройки корпуса основным материалом служит сталь. Бимсы, шпангоуты, стрингеры и другие детали набора корпуса изготовляются из профильной стали, а обшивка, настилы, второе дно, переборки – из листовой. Детали сложной формы (клюзы, якоря, цепи, секторы рулей, штевни, дейдвуд-ные трубы) изготовляются методом литья. Штевни иногда бывают коваными или сварными.

Корпус корабля состоит из набора и наружной обшивки. Набор корпуса – это совокупность продольных и поперечных балок, соединенных между собой и образующих остов корабля. Наружная обшивка приваривается к остову и является водонепроницаемой оболочкой корпуса.

Листы обшивки совместно с балками набора образуют соответствующие перекрытия: бортовые, палубные, переборочные, днищевые.

Количественное соотношение продольных и поперечных балок в наборе определяет название системы набора: продольная, поперечная или продольно-поперечная. Продольно-поперечная система в свою очередь подразделяется на комбинированную и смешанную. В комбинированной системе днище и палубы выполнены по продольной системе, а борта – по поперечной. Смешанная система набора (рис. 6) характеризуется примерно одинаковыми расстояниями между продольными и поперечными балками.

Основной продольной связью набора корпуса является киль, представляющий собой прочную стальную балку или коробку, идущую вдоль корпуса по его диаметральной плоскости. В носовой и кормовой части корпуса продолжением киля являются штевни: в носу – форштевень, в корме – ахтерштевень, которые служат для соединения перекрытий обоих бортов и создания жесткой конструкции в носовой и кормовой оконечностях корабля.

^{Рис. 6. Смешанная система набора корпуса:}

^{1 – киль; 2 – флор; 3 – шпангоут, А – бимс; 5 – кница; 6 – днищевой стрингер; 7 – бортовые стрингеры; 8 – палубный стрингер; 9 – ширстрек; 10 – килевой пояс; 11 – бортовой пояс (бархоут); 12 – настил второго дна; 13 – шпунтовой пояс; 14 – скуловой пояс; ЛДП – линия диаметральной плоскости корабля}

К килю слева и справа, на определенном расстоянии друг от друга, привариваются поперечные балки – флоры, идущие до скуловой части корпуса. По своей конструкции они бывают сплошные и бракетные. В свою очередь, сплошные флоры делаются либо глухими, т. е. водонепроницаемыми, либо с вырезами. Водонепроницаемые флоры ставятся в местах разделения междудонного пространства на отдельные цистерны, которые используются для пресной воды, жидкого топлива или балласта (забортной воды). Сплошные флоры с вырезами ставятся в частях корпуса, подверженных большим нагрузкам: в машинном отделении, под котлами, в носовой части и т. п. Их также ставят для усиления корпуса через три-четыре бракетных флора. Облегченный – бракетный флор состоит из двух стальных балок, соединенных между собой стальными полосками – бракетами.

Продолжением флоров от скуловой части до верхней палубы являются шпангоуты. Верхние концы каждого шпангоута соединены между собой подпалубными поперечными балками – бимсами. Бимс соединяется со шпангоутом с помощью стального угольника – кницы.

Так как в палубном настиле вырезаются отверстия для различных люков, чем резко снижается общая прочность корпуса, то для придания ему жесткости концы разрезанных бимсов, которые теперь уже называются полубимсами, связывают продольными балками – карленгсами, а по краям выреза делают высокий и прочный порог – комингс. Комингс предохраняет нижележащие помещения от попадания в них воды, а также укрепляет нарушенную конструкцию корпуса.

На больших кораблях над вертикальным килем прокладывается толстый стальной горизонтальный лист, называемый кильсоном. Днищевой набор усиливается днищевыми стрингерами – стальными балками, устанавливаемыми параллельно килю на некотором расстоянии от него.

Для усиления продольной прочности корпуса бортовой и палубный наборы укрепляются установкой вдоль корабля бортовых и подпалубных стрингеров. Стальные листы палубного настила, расположенные у бортов, имеют большую толщину и называются палубными стрингерами.

Наружная обшивка и палубный настил обеспечивают прочность и водонепроницаемость корпуса корабля. Ряды листов наружной обшивки, опоясывающие корабль, называются поясья. Они имеют собственные названия: ширстрек – верхний пояс бортовой обшивки: бархбут – пояс в районе грузовой ватерлинии; скуловой пояс – пояс, идущий по скуле корпуса; килевой или горизонтальный киль – средний днищевой пояс; шпунто-вый – пояс, соседний с килевым.

Палубный стрингер соединяется с ширстреком сваркой. Для повышения прочности соединения иногда применяется клепаный стрингерный угольник, идущий по всей длине борта.

Для предохранения членов экипажа, пассажиров, палубного груза от падения за борт или с высоты на палубу все открытые палубы имеют фальшборт или ле-ерное ограждение. Сверху к фальшборту приваривается планширь, который иногда закрывается деревянным брусом. В нижней части фальшборта делаются специальные вырезы – штормовые портики, служащие для стока воды. Для полного стока воды с палубы за борт в выступающей над палубой кромке ширстрека и в клепаном угольнике палубного стрингера также делаются вырезы – шпигаты.

На некоторых кораблях леерное ограждение устанавливается на всем протяжении открытых частей верхней палубы, полубака, полуюта и в необходимых местах на надстройках и площадках. Состоит леерное ограждение из вертикальных стоек высотой около 120 см, соединенных между собой туго натянутыми тросами – леерами или цепочками. Вместо лееров могут использоваться стальные прутья круглого сечения – ролинги. В местах размещения катеров, шлюпок, забортных трапов, швартовного и якорного устройств леерное ограждение делается съемным.

С целью обеспечения непотопляемости корпус корабля или большого судна (за исключением грузовых танков на танкерах) от носа до кормы имеет второе дно, которое настилается поверх днищевого набора. Настил второго дна должен быть настолько прочным, чтобы выдержать давление забортной воды в случае получения пробоины в основном днище.

Для очистки, покраски и вентиляции цистерн междудонного пространства настил второго дна имеет по две горловины на каждую цистерну. Крышки горловин, как правило, крепятся гайками на шпильках, приваренных к настилу второго дна. Их водонепроницаемость обеспечивается резиновыми или другими прокладками.

У бортов настил второго дна заканчивается междудонным листом или скуловым стрингером, который приваривается к скуловому поясу. В месте соединения междудонного листа со скуловым поясом предусматривается углубление – льяло, предназначенное для сбора воды, появляющейся в результате отпотевания внутренней части бортовой обшивки. Скопившуюся в льялах воду откачивают за борт через осушительную систему, имеющую по обоим бортам приемные отростки с защитными сетками.

Поперечные и продольные водонепроницаемые переборки, делящие корпус корабля на отсеки, изготовляются из стальных листов, толщина которых примерно равна толщине листов наружной обшивки. Они устанавливаются на расстоянии друг от друга из расчета наименьшего возможного затопления отсеков и получения наименьшего крена и дифферента..

Двери водонепроницаемых переборок, если они предусмотрены конструкцией, должны обеспечивать водонепроницаемое закрытие. На кораблях применяются два вида дверей: на петлях с клиновидными задрайками и клинкетные. Клинкетные двери устанавливаются ниже ватерлинии. Их можно легко закрыть даже под большим напором воды, поступающей из затапливаемого смежного отсека. Эти двери имеют приводы и для закрытия их с верхней палубы.

Конструктивной особенностью авианосцев, крейсеров и других больших кораблей была установка бортовой и днищевой подводной защиты (ПЗ). Принцип ее действия заключался в рассеивании и поглощении энергии, возникающей при взрыве. Бортовая подводная защита состояла из ряда продольных и поперечных глухих переборок, идущих вдоль бортов и образующих герметичные отсеки. Продольные отсеки подводной защиты имели наименования: камера расширения, камера поглощения и фильтрационная камера. Бортовая подводная защита линкоров достигала 10 м.

По принципу бортовой была устроена и днищевая подводная защита. Она состояла из нескольких днищ {до четырех) и достигала глубины 4 м.

Появление и развитие ракетно-ядерного оружия потребовало принципиально новых решений в конструктивной защите кораблей. Для усиления прочности, обеспечения непотопляемости, размещения вооружения, оборудования, грузов, а также личного состава корпус корабля делится по высоте на ряд палуб и платформ.

Горизонтальное непроницаемое перекрытие по всей длине корабля, разделяющее корпус по высоте, называется палубой. В зависимости от расположения она – называется верхней, средней или нижней. Палуба, идущая не по всей длине и ширине корпуса, а в пределах одного или нескольких смежных отсеков, называется платформой.

На верхней палубе корабля возводятся надстройки и рубки, устанавливается различное оборудование, монтируются устройства. Верхняя палуба условно делится на три участка: от форштевня до фок-мачты – бак, от фок-мачты до грот-мачты – шкафут, от грот-мачты до ахтерштевня – ют. Надстройки на баке и юте, идущие от одного борта до другого, носят названия: полубак и полуют. Открытые надстройки называются мостиками, рострами, площадками.

Значительную часть объема корпуса и надстроек занимают каюты и кубрики для экипажа и пассажиров, кают-компании, камбузы – судовые кухни, помещения бытового назначения, лазареты и другие служебные помещения, отделенные друг от друга легкими переборками (перегородками).

Ходовая рубка, штурманская рубка и радиорубка, как правило, располагаются в средней надстройке, которая возводится на шкафуте. Над ходовой рубкой находится ходовой мостик, на который выводятся дублирующие пульты управления рулем и главными двигателями корабля.

Главные двигатели и вспомогательные механизмы размещаются в специальном отсеке, который называется машинным отделением. На кораблях с паросиловыми установками для размещения котельных агрегатов имеются котельные отделения.

В нижней части корпуса корабля от машинного отделения в корму делаются специальные водонепроницаемые выгородки, так называемые тоннели или коридоры гребных валов. Вход в тоннель из машинного отделения закрывается водонепроницаемой клинкетной дверью.