Современное судно как инженерное сооружение

14. Что понимают под плавучестью  судна?  
   Под плавучестью судна понимают его способность плавать в определенном положении относительно поверхности воды, неся все предназначенные по роду его службы грузы, и иметь при этом заданное погружение (осадку).  
   Во время эксплуатации судно по тем или иным причинам может получить пробоину, через которую внутрь его корпуса будет поступать вода. Поэтому, наряду с водоизмещением судна, важно знать запас его плавучести, т.е. количество груза, которое может быть принято на судно, чтобы оно не затонуло. Подобно тому, как мерой  плавучести судна является объем, ограниченный его подводной поверхностью, запас плавучести измеряется объемом подводной части судна, причем сюда относят только те отсеки, водонепроницаемость которых обеспечена.

16.  Что такое остойчивость судна?  
      Остойчивостью называется способность судна сохранять свое положение равновесия и вновь возвращаться к нему после того, как прекратится действие внешних сил, вызвавших изменение положения судна (например, порыв ветра, удар волны).  
     Остойчивость зависит от формы корпуса и от размещения на нем грузов. Судно, остойчивое при одном размещении грузов, может частично или полностью потерять это свойство, если часть грузов переместить вверх.  
     В каком бы положении судно ни плавало, на него постоянно действуют две равные и противоположно направленные силы: вес судна со всеми находящимися ми на нем грузами и поддерживающая сила воды. Точка приложения первой силы называется  центром тяжести (ЦТ) судна, а точка приложения второй – центром величины (ЦВ).  
     В прямом положении судна (рис.7) обе силы лежат на одной вертикальной прямой. Если какая-либо внешняя сила вызовет накренение судна (рис.8), то вследствие увеличения подводного объема у одного борта и равного ему уменьшения подводного объема у другого борта ЦВ переместится в сторону крена. При этом возможны три случая.  
 
Рис.7.Силы, действующие на судно в прямом положении  
 
Рис.8. Возможные варианты расположения сил,                                                                   действующих на судно при различном расположении грузов  
 
1. Точка пересечения направления силы поддержания с ДП (метацентр М) лежит выше ЦТ судна (рисю8,а). В этом случае вес судна и сила поддержания стремится погрузить в воду один борт (на рисунке – левый) и поднять другой (на рисунке – правый). Такое судно будет остойчивым, так как после устранения причины, вызвавшей накренение, оно вернется в начальное положение.  
2.  Поддерживающая сила пересекает ДП в точке, лежащей ниже ЦТ. В этом случае под действием веса и силы поддержания судно будет продолжать крениться и, в конце концов, может опрокинуться (рисю8,б). Остойчивость в данном случае отрицательная.  
3.     Метацентр М совпадает с ЦТ (рис.8,в) – обе действующие силы лежат снова на одной вертикальной прямой. После устранения причины, вызвавшей крен, судно остается в накрененном положении. В этом случае судно обладает нулевой остойчивостью, и положение такого равновесия называют безразличным.  
Таким образом, основное условие остойчивости судна состоит в том, чтобы ЦТ его лежал ниже метацентра М. Чем больше возвышение М над ЦТ, тем меньший крен получает оно  под действием  одной и той же кренящей силы. Поэтому данное расстояние, называемое поперечной метацентрической высотой h, считают мерой остойчивости судна. Чем  больше ее значение, тем остойчивее судно. Но это не значит, что чем больше h, тем лучше. При большой высоте в штормовую погоду судно будет испытывать резкую порывистую качку, а это плохо сказывается на самочувствии людей, на механизмах, приборах и прочности корпуса. Поэтому при проектировании судна стремятся получить такое значение h, при котором  судно было бы достаточно остойчивым и в то же время имело плавную качку.  
При статическом действии внешних сил судно будет, кренится до тех пор, пока силы кренящего и восстанавливающего моментов не сравняются. Если же судно подвергается динамическому (резкому) воздействию внешних сил, то оно будет продолжать крениться по инерции и после достижения равновесия кренящего и восстанавливающего моментов. Сначала величина восстанавливающего момента возрастет до максимального значения, а с входом палубы в воду начнет резко уменьшаться. С уменьшением восстанавливающего момента до нулевого значения судно потеряет остойчивость и опрокинется.  
В практике мореплавания были случаи опрокидывания судов, 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 высоко расположенных помещений тоже резко снижает остойчивость судна и может повлечь за собой моментальное его опрокидывание даже при небольших углах крена.  
Продольная метацентрическая высота судна настолько велика, что возможность его опрокидывания через нос или корму практически исключается.

17. Что называется непотопляемостью  судна?  
Непотопляемость – это способность судна оставаться на плаву после затопления части отсеков, сохраняя при этом остойчивость и частично другие мореходные качества. Она обеспечивается запасом плавучести, который равен внутреннему объему надводной части корпуса, имеющей водонепроницаемые закрытия. Пробоины в корпусе выше ватерлинии, а также открытые иллюминаторы в надводной части снижают запас плавучести, так как водонепроницаемый надводный объем уменьшается до нижней кромки этих отверстий.  
 

18. Как контролируют высоту надводного  борта?  
      Минимальная высота надводного борта – основной показатель запаса плавучести. Для ее контроля в соответствии с требованиями Международной конвенции по охране человеческой жизни на море и Правил Регистра на бортах судов в средней части корпуса накрашивают грузовую марку. Она служит указателем минимально допустимого надводного борта.  
    Грузовая марка (рис.9) представляет собой круг  с горизонтальной отметкой ватерлинии в центре (для плавания летом в океане при плотности воды 1,025 кг\куб. м)  и так называемой “гребенкой”. Горизонтальные линии на гребенке – это сезонные марки, определяющие минимальную высоту надводного борта в различных условиях плавания.  
 

Рис. 9. Грузовая марка: а – для судов с неограниченным районом плавания; б – для судов  внутреннего плавания.

Обозначение над горизонтальными линиями  расшифровывается так: Л(S) – летний надводный борт; З(W) – зимний надводный борт; Т(Т) – тропический надводный борт; ЗСА (WNA) – зимний надводный борт для Северной Атлантики; П(F) – надводный борт для пресной воды; ТП(TF) – тропический надводный борт для пресной воды.  
  Суда, предназначенные для перевозки лесных материалов на палубе, имеют лесную дополнительную гребенку. На этой гребенке перед обозначением марок добавляется буква Л – лесная.  
    С 1965 г. для судов, имеющих две палубы и более, введена тоннажная марка, принятая ассамблеей Межправительственной морской организации (ИМО). В морском флоте имеются грузовые двухпалубные суда следующих конструкций: 1) полнонаборные – с минимальным надводным бортом и водонепроницаемыми переборками, доходящими до верхней (в данном случае главной) палубы; 2) 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).

19. Что такое ходкость судна?  
      Ходкость судна – это его способность перемещаться с заданной скоростью при наименьших затратах мощности главного двигателя (ГД).  
      Для судов водоизмещающего типа существуют квадратная зависимость между сопротивлением воды и скоростью движения и кубическая – между мощностью ГД, затраченной на преодоление сопротивления, и скоростью движения судна. Повышение скорости водоизмещающего судна выше заданной обычно влечет за собой повышение сопротивления движению настолько, что для преодоления его требуется значительно увеличить мощность СЭУ. Для увеличения скорости водоизмещающего судна, например, в 1,5 раза необходимо увеличить мощность ГД почти 3,5 раза, а это не всегда возможно.  
   Чтобы увеличить скорость судна при заданной мощности ГД, необходимо снизить сопротивление воды движению судна. Такое снижение при условии сохранения водоизмещения может быть достигнуто выбором оптимальной формы обводов корпуса, уменьшением шероховатости его обшивки или за счет сокращения смоченной поверхности судна. Третий путь более эффективный. Смоченная поверхность и соответственно сопротивление воды движению сводятся до минимума у судна, которое за счет использования каких-либо сил поднимается над водой и движется над ее поверхностью. Силы, способные поднять корпус судна над водой, - это гидродинамические силы поддержания, используемые на глиссирующих судах и на судах с подводными крыльями (СПК), а также силы давления воздуха, подаваемого в полость находящейся под днищем судна воздушной камеры (суда на воздушной подушке).  
   
 20. Что называют управляемостью судна?  
    Управляемость судна характеризуется двумя качествами: поворотливостью и устойчивостью на курсе. Поворотливостью называют способность судна изменять направление движения. Под устойчивостью на курсе, напротив, понимают способность судна сохранять заданное направление движения.  
Устойчивость судна на курсе тем лучше, чем оно длиннее и чем больше площадь нагруженной части ДП. Морская практика связывает степень устойчивости на курсе с тем, как часто и на какой угол приходится перекладывать руль для удержания судна на курсе. Судно считается устойчивым на курсе, если при состоянии моря и ветра не более 3 – 5 баллов для удержания его на заданном курсе необходимо перекладывать руль не чаще 4 – 5 раз в минуту и при том не более 2 – 3 градусов на каждый борт.  
1.3. КОРПУС СУДНА И ЭЛЕМЕНТЫ ЕГО НАБОРА  
21. Что такое набор корпуса судна?  
Набор корпуса – это совокупность продольных и поперечных балок, соединенных между собой и образующих остов судна. Наружная обшивка крепится к остову и представляет собой водонепроницаемую оболочку корпуса.  
Листы обшивки с балками набора образуют перекрытия: бортовые, палубные, переборочные, днищевые.  
22. Какими могут быть системы набора корпуса судна?  
     Количественное соотношение продольных и поперечных балок в наборе определяют название системы набора: продольная, поперечная или продольно-поперечная. Продольно-поперечная система набора в свою очередь подразделяется на комбинированную и смешанную. В комбинированной системе днище и палубы выполняются по продольной системе, а борта – по поперечной.  
Рис. 12. Смешанная система набора корпуса  
1-киль; 2 – настил второго дна; 3 – бортовые стрингеры; 4 – бимс; 5 – палубный стрингер; 6 – кница; 7 – ширстрек; 8 – шпангоут; 9 – боковой пояс (бархоут); 10 – скуловой пояс;  11 – флор; 12 – днищевой стрингер; 13 – шпунтовой пояс; 14 – килевой пояс;       ЛДП – линия диаметральной плоскости  
Смешанная система набора (рис. 12) характеризуется примерно одинаковыми расстояниями между продольными и поперечными балками.  
23. Из каких балок состоит набор корпуса?  
Основная продольная связь набора корпуса – киль, представляет собой балку или коробку, идущую вдоль корпуса по его ДП. 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 судна.  
      К килю приваривают поперечные днищевые балки – флоры, они бывают сплошные и бракетные. Сплошные флоры делают глухими (водонепроницаемыми) или с вырезами. Водонепроницаемые флоры ставят в местах разделения междудонного пространства на отдельные цистерны (танки), которые используют для хранения пресной воды, жидкого топлива или балласта. Сплошные флоры с вырезами ставят в частях корпуса, подверженных большим нагрузкам. Их устанавливают в машинном отделении, под котлами, в носовой части и т.д. Такие флоры также ставят для усиления корпуса через 3 – 4 бракетных флора. Бракетный флор (облегченный) состоит из двух балок, соединенных между собой полосами – бракетами. Днищевой набор усиливают днищевыми стрингерами – балками, устанавливаемыми параллельно килю.  
     Продолжением флоров от скуловой части до верхней палубы являются шпангоуты. Верхние концы каждого шпангоута соединены между собой под палубными поперечными балками -–бимсами. Бимс соединяется со шпангоутом с помощью угольника – кницы.  
      В палубном настиле вырезают отверстия для различных люков, из-за чего резко снижается общая прочность корпуса. Для придания жесткости корпусу концы разрезанных бимсов, которые называются полубимсами, связывают продольными балками – карлингсами. Бортовой и палубный настилы также укрепляют стрингерами.  
24. Что представляет собой обшивка корпуса?  
Наружная обшивка корпуса судна  и его палубный настил обеспечивают прочность и водонепроницаемость. Горизонтальные ряды листов наружной обшивки называются поясами. Они имеют следующие названия: ширстрек – верхний пояс обшивки; бархоут – пояс в районе ГВЛ; скуловой пояс – идущий по скуле корпуса; килевой или горизонтальный – средний днищевой пояс; шпунтовой – пояс, соседний с килевым.  
25. С какой целью на некоторых судах устанавливают второе дно?  
Чтобы обеспечить непотопляемость судна большого водоизмещения его корпус от носа до кормы имеет второе дно (поверх днищевого набора). Настил второго дна должен быть настолько прочным, чтобы выдержать давление забортной воды в случае получения пробоины в основном днище. У бортов настил второго дна заканчивается междудонным листом или скуловым стрингером, который приваривают к скуловому поясу. В месте соединений междудонного листа со скуловым поясом предусматривают углубление – льяло, предназначенное для сбора воды, появляющейся в результате отпотевания внутренней части бортовой обшивки.  
26. Что представляет собой водонепроницаемые переборки судна?  
Поперечные продольные водонепроницаемые переборки, делящие корпус судна на отсеки, изготовляют из листов, толщина которых примерно равна толщине листов наружной обшивки. Двери этих переборок должны обеспечивать полную герметичность закрытия. На судах применяют два вида таких дверей; на петлях с клиновидными задрайками и клинкетные.  
27. Что представляют собой палубы?  
Непроницаемое горизонтальное перекрытие корпуса, простирающееся по всей длине судна, называется  палубой. В зависимости от расположения она может быть верхней, средней или нижней. Палуба, идущая по всей ширине корпуса в пределах одного или нескольких смежных отсеков, называется платформой. На верхней палубе возводят надстройки и рубки, устанавливают различное оборудование, судовые устройства.