Всего на сайте:
248 тыс. 773 статей

Главная | Военное дело

ОСНОВЫ УСТРОЙСТВА КОРАБЛЯ  Просмотрен 169

 

2.1. Теоретический чертеж корпуса корабля.

 

Корпус корабля имеет сложную поверхность двоякой кривизны, что обеспечивает ему высокие мореходные качества. Такую поверхность довольно сложно описать аналитически, поэтому ее изображают графически на специально предназначенном для этой цели теоретическом чертеже.

Теоретический чертеж выполняется в проекциях на три главные взаимно перпендикулярные плоскости (рис. 4):

Рис. 4

 

 

- диаметральную плоскость (ДП) - продольную плоскость симметрии корпуса;

- плоскость мидель-шпангоута или миделя ( ) - поперечно-вертикальную плоскость, расположенную посредине расчетной длины корпуса;

- основную плоскость (ОП) - горизонтальную плоскость, проходящую в днищевой части теоретической поверхности корпуса.

За начало системы координат (х,у,z), связанной с кораблем, принята точка пересечения трех главных плоскостей проекций.

Для построения теоретического чертежа корпуса корабля проводят плоскости, параллельные главным плоскостям проекций, а линии, полученные от пересечения этих плоскостей с теоретической поверхностью корпуса, проецируют на плоскости проекций (рис. 5) .

Рис. 5

При этом линии, полученные от пересечения теоретической поверхности корпуса с плоскостями, параллельными ОП, называются теоретическими ватерлиниями (ВЛ). Обычно изображают 10-15 теоретических ВЛ. Основная плоскость считается нулевой ВЛ, а ватерлиния, совпадающая с поверхностью спокойной воды при нормальном водоизмещении корабля, называется конструктивной ватерлинией (КВЛ).

Линии пересечения теоретической поверхности корпуса с плоскостями, параллельными плоскости миделя, называются теоретическими шпангоутами. Ввиду симметричности корпуса на правой половине плоскости миделя изображаются носовые шпангоуты, а на левой - кормовые, считая от миделя. Общее число теоретических шпангоутов 21 (от О до 20). Мидель-шпангоут имеет номер 10.

Линии пересечения теоретической поверхности корпуса с плоскостями, параллельными ДП, называются батоксами. Количество батоксов 3-4 на борт, отсчет ведется от ДП.

Совокупность проекций теоретических ватерлиний, шпангоутов и батоксов на плоскости проекций называется: на ДП - боком, на ОП - полуширотой, на плоскость миделя - корпусом теоретического чертежа.

Теоретический чертеж обеспечивает наглядное изображение обводов корпуса и является основным источником информации о корпусе корабля. С его помощью производятся все расчеты по мореходным качествам, определяются объемы отсеков, цистерн и других корабельных помещений, изготовляются чертежи общего расположения механизмов и рабочие чертежи. По теоретическому чертежу в масштабе изготовляется модель корпуса корабля для проведения испытаний в опытовых бассейнах. При постройке корабля на основе теоретического чертежа производится разметка элементов корпуса на плазе и обеспечивается контроль за правильностью сборки корпуса.

 

 

2.2 Корпус корабля

 

Понятие "корпус корабля" включает в себя такие части как основной корпус, надстройки и мачты.

Основной корпус является наиболее ответственной частью корпуса. Он представляет собой прочную водонепроницаемую оболочку обтекаемой формы с острыми носовыми обводами и несколько тупыми кормовыми. Внутри основного корпуса размещаются главная энергетическая установка, боеприпасы, средства защиты корабля, все его энергозапасы, продовольствие, наиболее важные системы и устройства, а также личный состав.

Конструктивно основной корпус корабля состоит из листов обшивки и подкрепляющего ее набора. Обшивка выполняет роль водонепроницаемой оболочки. Набор представляет собой каркас из продольных и поперечных связей. Они прочно связаны между собой и с обшивкой и придают корпусу корабля необходимую форму, общую и местную прочность и жесткость (рис. 6).

Рис. 6

Главными частями основного корпуса корабля являются: днище, борта, палубы, платформы, главные поперечные и продольные переборки и оконечности.

Днище обеспечивает герметичность корпуса снизу. У современных кораблей водоизмещением более 500 т днище имеет второе дно, которое простирается от борта до борта на 2/3 длины корабля под жизненно важными его частями. Назначение второго дна - предохранение внутренних помещений корабля от попадания в них воды при повреждении наружной обшивки днища. В междудонном пространстве располагаются топливные, масляные и водяные цистерны судового запаса. Днище - самая прочная и жесткая корпусная конструкция. На нем располагаются фундаменты под главные и крупные вспомогательные механизмы.

Борта обеспечивают герметичность корпуса с боков. Они простираются от района скулы до верхней палубы. Если смотреть с кормы в нос корабля, то слева будет левый борт, а с права - правый борт.

Палубами называются горизонтальные непроницаемые конструкции, разделяющие корпус корабля по высоте и расположенные по всей длине и ширине. Палуб у корабля может быть несколько. Крупные корабли (типа крейсеров) обычно имеют верхнюю, среднюю и нижнюю палубы. Корабли среднего водоизмещения (типа эскадренных миноносцев) обычно имеют не более двух палуб, которые называются верхней и нижней. Небольшие корабли (типа сторожевых кораблей, тральщиков и т.п.) имеют только одну верхнюю палубу. Она герметизирует корпус сверху. Верхняя палуба корабля в продольном направлении имеет седловатость, которая улучшает его мореходность.

Носовая часть палубы называется баком, средняя - шкафутом, кормовая - ютом.

Палубы, идущие не по всей длине и ширине корабля, называются платформами. Они получаются, как правило, из-за наличия у корабля энергетических отсеков большой ширины и высоты. В результате непрерывность палуб нарушается, они образуют платформы - носовые, средние и кормовые. Небольшие корабли имеют обычно только платформы в носу и корме.

Главные поперечные и продольные переборки делят основной корпус корабля на водонепроницаемые отсеки и обеспечивают непотопляемость корабля. На современных кораблях обычно ставят только поперечные переборки. Их количество колеблется от 5-7 у небольших кораблей до 18-20 у крупных кораблей. Главные поперечные переборки обязательно доводятся до верхней палубы (палубы непотопляемости). В случае получения кораблем пробоины они должны сдержать напор воды и не допустить ее попадания из аварийного отсека в смежные. Главные поперечные переборки, ограничивающие оконечности корабля, называются концевыми главными поперечными переборками (носовой и кормовой соответственно).

Оконечностями называются части основного корпуса, расположенные от главных концевых переборок в сторону штевней. У корабля бывает две оконечности - носовая и кормовая.

Штевни - это мощные фигурные балки, являющиеся в носу и корме продолжением вертикального киля - самой мощной продольной связи днища. В носу располагается форштевень, в корме - ахтерштевень. Штевни соединяют между собой бортовые и днищевые листы наружной обшивки корпуса.

Палубными надстройками называются закрытые помещения, расположенные на верхней палубе. Носовая надстройка, идущая от борта до борта называется полубаком, средняя - спардеком, а кормовая - полуютом. Эти надстройки являются прочными. К надстройкам относятся также машинные и котельные кожухи и рубки. Они являются легкими, толщина листов у них меньше, чем у основного корпуса и прочных надстроек.

Рубками называются короткие надстройки, не доходящие по ширине до бортов. Обычно они именуются по своему назначению: ходовая рубка, боевая рубка.

В зависимости от наличия и расположения на корабле прочных надстроек и формы корпуса корабля в целом различают несколько основных архитектурных типов надводных кораблей: гладкопалубный (а,б), короткополубачный (в), длиннополубачный (г), гладкопалубный с полуютом (д), трехостровной (е) (рис. 7).

Рис. 7

 

Гладкопалубный тип широко применяется на крейсерах, больших противолодочных кораблях, эскадренных миноносцах, торпедных и ракетных катерах и авианосцах. Последние имеют плоскую палубу, без седловатости. Все эти корабли имеют надстройки, но не доходящие по ширине до бортов.

Короткополубачный тип применяется на тральщиках, некоторых проектах катеров и сторожевых кораблей.

Длиннополубачный тип применяется на крейсерах, тральщиках, эскадренных миноносцах.

Гладкопалубный с полуютом находит применение на кораблях с ГТУ, десантных кораблях и танкерах.

Трехостровной архитектурный тип находит применение на судах вспомогательного флота - крупных сухогрузах, плавбазах, и т.п.

На верхней палубе или палубе полубака устанавливаются мачты, грузовые стрелы, являющиеся рангоутом корабля.

Мачты представляют собой металлические конструкции, прочно соединенные с корпусом корабля. Они предназначены для размещения различных постов наблюдения, антенн, ходовых огней корабля и огней на стоянке, поднятия различных сигналов и флагов на корабле, поддержания грузовых стрел.

Наиболее широкое распространение в настоящее время получили стержневые (3-, 4-х и многоногие) и башенноподобные мачты.

Большие корабли имеют, как правило, две мачты: носовую (фок-мачта) и кормовую (грот-мачта).

Для подъема военно-морского флага на ходу корабля и гафельных огней в кормовой части мачты устанавливается наклонная конструкция - гафель.

 

2.3 Главные размеры (размерения) корабля

 

Прежде чем рассматривать главные размеры, объясним понятия “носовой и кормовой перпендикуляры” (рис. 8).

Рис. 8

Конструктивно нос и корма корабля заканчиваются штевнями. При этом носовой штевень называется форштевнем, кормовой - ахтерштевнем. Перпендикуляры к основной плоскости, проведенные в ДП через точки пересечения штевней с плоскостью КВЛ, называются соответственно носовым и кормовым перпендикулярами (НП, КП).

Главные размеры корабля - длина, ширина, осадка и высота борта - измеряются параллельно главным плоскостям проекций и наряду с теоретическим чертежом имеют важное значение для характеристики его величины.

Их принято разделять на две группы:

- размеры, не связанные с положением корабля относительно поверхности воды (чисто конструктивные размеры);

- размеры, связанные с этим положением и характеризующие деление корпуса корабля на надводную и подводную части (от КВЛ).

 

 

К первой группе главных размеров относятся:

- Lнб - наибольшая длина - расстояние между перпендикулярами к ОП, опущенными из крайних точек штевней;

- Внб - наибольшая ширина - расстояние между плоскостями батоксов, касательными к корпусу корабля;

- Нб - высота борта - расстояние от ОП до линии пересечения верхней палубы и борта, измеренное на миделе.

Во вторую группу главных размеров корабля входят:

- Lквл - длина по КВЛ - расстояние между носовым и кормовым перпендикулярами;

- Вквл - ширина по КВЛ - расстояние между плоскостями батоксов, касательными к КВЛ;

- Тквл - средняя осадка - расстояние между ОП и плоскостью КВЛ;

- Fб - высота надводного борта при миделе – разность между высотой борта и средней осадкой.

Главные размеры первой группы являются габаритными размерами корабля. Они необходимы для оценки возможности прохода корабля в узкостях и шлюзах, по мелководному фарватеру, при швартовках, постановке в док и в других случаях.

Размерами второй группы можно характеризовать корабль, имеющий любую осадку, при этом размеры L, В и Т обозначаются без индексов.

Главные размеры на теоретическом чертеже относятся к теоретической поверхности корпуса корабля, т. е. не включают толщину обшивки корпуса и выступающие части.

2.4 Соотношение главных размеров и коэффициенты

теоретического чертежа

 

Указанные соотношения и коэффициенты позволяют приближенно оценивать форму корпуса корабля и устанавливать закономерности ее влияния на мореходные и эксплуатационные качества корабля.

Наиболее часто употребляются следующие соотношения главных размеров корабля: L/В,L/Т,В/Т,L/Hб, Нб/Т. Например, отношение L/В влияет на ходкость, устойчивость на курсе и поворотливость. Чем больше это отношение, тем лучше ходкость и устойчивость на курсе, но хуже поворотливость. Чем больше отношение В/Т, тем лучше остойчивость корабля, но качка при этом становится более резкой и ходкость корабля ухудшается. При увеличении Н/Т улучшается непотопляемость.

Коэффициенты теоретического чертежа характеризуют полноту формы подводной части корпуса корабля и его мореходные качества.

 

Основными коэффициентами теоретического чертежа являются:

- коэффициент полноты конструктивной ватерлинии:

 
 
(2.1)


? = S/LВ

где S - площадь конструктивной ватерлинии;

 

? = 0,69 - 0,75;

- коэффициент полноты мидель-шпангоута:

 

(2.2)
? = W/BT

где W - погруженная площадь мидель-шпангоута;

 

? = 0,75 - 0,90;

- коэффициент полноты водоизмещения (общей полноты):

 

(2.3)
? = V/LBT

 

где V-объем подводной части корпуса (объемное водоизмещение);

 

? = 0,40-0,60.

 

2.5 Системы набора корпуса.

 

Набором корпуса корабля называется система взаимного расположения в данной конструкции балок набора одного направления относительно балок другого направления и расположения тех и других относительно длины корабля. Те балки, число которых в перекрытии больше, называются балками главного направления (БГН). Балки, перпендикулярные БГН, являются перекрестными связями (ПС).

Порядок расположения БГН определяет систему набора корпуса корабля. Если БГН в пределах перекрытия расположены вдоль корабля, то система набора перекрытия называется продольной (Рис. 9), а если поперек - поперечной (Рис. 10). На некоторых кораблях часть перекрытий выполняется по продольной системе набора, а другая - по поперечной. В таком случае говорят, что корпус выполнен по смешанной системе набора. (рис. 11)

Наибольшее распространение получила продольная система набора корпуса (Рис. 9). Она дает возможность более рационально использовать материал с точки зрения обеспечения общей продольной прочности.

Днищевые перекрытия состоят из наружной обшивки, настила второго дна, вертикального киля, непрерывных стрингеров, флоров, разрезаемых на стрингерах и вертикальном киле. По местам наружной обшивки, настила второго дна и стенкам стрингеров ставят непрерывные продольные ребра жесткости.

Борт состоит из наружной обшивки, рамных бортовых стоек, бортового стрингера и продольных ребер жесткости. Рамные бортовые стойки таврового профиля, они разрезаются на продольных ребрах жесткости. Бортовой стрингер, как правило, сварного таврового профиля.

Верхняя палуба представляет собой палубный настил, подкрепляемый рамными бимсами, продольными ребрами жесткости и карлингсами. Рамный бимс плавно переходит в рамную бортовую стойку.

Рамный бимс, бортовая стойка и флор располагаются в одной плоскости, образуя шпангоутную раму. Расстояние между шпангоутными рамами называют шпацией.

Отличительными особенностями продольной системы набора являются:

- сравнительно большая шпация (1500-3000 мм);

- днищевые стрингеры - непрерывные, флоры разрезаются на стрингерах;

- большое число продольных ребер жесткости с расстоянием между ними 240-450 мм;

- общая продольная прочность обеспечивается наружной обшивкой, настилом второго дна, вертикальным килем, стрингерами, карлингсами, и ребрами жесткости.

Поперечная система набора нашла широкое применение на малых кораблях, судах вспомогательного флота ВМФ (рис. 10).

Рассмотрим поперечную систему набора корпуса. Днище состоит из наружной обшивки, настила второго дна, вертикального киля, стрингеров и флоров. Стрингеры выполняются разрезными, они прерываются на флорах и служат для предания жесткости флорам, наружной обшивке и насилу второго дна. Борт состоит из наружной обшивки, бортовых стоек (шпангоутов), бортового стрингера. Шпангоуты соединяются с настилом второго дна кницами. Бортовой стрингер размещается в районе действующей ватерлинии, делается разрезным на поперечных переборках и служит для разнесения на шпангоуты сосредоточенных усилий, воздействующих на борт. Иногда бортовой стрингер выполняется усиленного профиля и служит промежуточной опорой для шпангоутов, называясь в этом случае стрингером-шельфом. Верхняя палуба состоит из настила, бимсов и карлингса. Для более жесткого соединения палубного перекрытия с бортовым устанавливается кница. Палубный настил присоединяется к бортовой обшивке угольником. Поперечный набор составляют следующие связи: флоры, бимсы, шпангоутные стойки. Эти балки располагаются в одной плоскости, образуя шпангоутную раму. Продольный набор составляют стрингеры, карлингс и вертикальный киль.

Характерными чертами поперечной системы набора являются:

- сравнительно короткая конструктивная шпация 500-900 мм;

- стрингеры разрезные на шпангоутах;

- общая продольная прочность обеспечивается непрерывным на всем протяжении вертикальным килем, настилом верхней палубы и второго дна, наружной обшивкой.

Достаточно редко встречается смешанная система набора корпуса (Рис. 11). По этой системе набора были построены корпуса кораблей до второй мировой войны как в нашей стране, так и за рубежом (у нас это лидеры эсминцев, крейсер "Киров" и др.).

По этой системе перекрытия днища, верхней палубы в средней части корабля выполняются по продольной системе набора, а в оконечностях - по поперечной.

Рассмотрим основные связи набора корпуса корабля (Рис. 12).

Киль – одна из основных продольных связей корпуса, обеспечивающая продольную прочность корабля. Он расположен в днищевой части в диаметральной плоскости корабля от форштевня до ахтерштевня.

Киль представляет собой балку, состоящую из вертикального киля, к нижней кромке которого одновременно приваривается горизонтальный киль, являющийся одновременно листом наружной обшивки, а к верхней части – настил второго дна. Высота и толщина стального листа вертикального киля меняется по длине корабля, достигая наибольшего значения в средней части.

Стрингеры – продольные связи набора корпуса, которые идут по днищу и бортам перпендикулярно к наружной обшивке и обеспечивают продольную прочность корабля. В зависимости от места расположения их называют днищевыми или бортовыми. Крайний днищевой стрингер, проходящий в районе скулы и ограничивающий второе дно по ширине корабля, называют скуловым стрингером. Стрингеры часто усиливают ребрами жесткости полособульбового профиля.

Ребра жесткости предназначены для увеличения жесткости листов обшивки, настила палуб, платформ, второго дна и связей набора: киля, стрингеров, флоров и др.

Карлингсы – подпалубные продольные связи, предназначенные для обеспечения продольной прочности, соединения и поддержания бимсов в местах вырезов.

Бимсы – связи подпалубного набора, воспринимающие усилия от действия поперечных сил и соединяющие ветви шпангоутов правого и левого бортов.

Шпангоуты – поперечные связи набора корпуса корабля. Они проходят в районе днищевой части и бортов. К шпангоутам крепятся листы наружной обшивки. Наибольшие нагрузки испытывает днищевая часть шпангоута. Поэтому она усиливается вертикально расположенным стальным листом, называемым флором. Флоры бывают проницаемые и непроницаемые, т. е. с вырезами (лазами) и без них.

Кницы – косынки из листовой стали, служащие для соединения между собой связей набора корпуса, идущих под углом относительно друг друга.

Пиллерсы – вертикальные стойки междупалубного пространства. Они устанавливаются при большой ширине и длине отсеков для создания промежуточных опор рамным бимсам и карлингсам. Пиллерсы выполняются постоянными или съемными.

Рис. 13

Наружной обшивкой корпуса называется водонепроницаемая оболочка, отделяющая внутренний объем корабля от воды и обеспечивающая общую и местную прочность корпуса. Наружная обшивка корпуса состоит из стальных листов, расположенных в днищевой части и по бортам. Ряд листов наружной обшивки, соединяющихся между собой короткими сторонами, называется поясом. Швы, соединяющие листы одного пояса, называются стыками, а смежных поясов – пазами. Каждый лист имеет две стыковые и две пазовые кромки.

Пояса обшивки в зависимости от расположения по периметру называются (Рис. 13):

1 – килевыми; 2 – днищевыми; 3 – скуловыми; 4 – бортовыми; 5 – ледовыми; 6 – ширстречными (рис. 13). Толщина листов наружной обшивки по длине корабля и поперечному сечению неодинакова. К носовой и кормовой оконечностям толщина листов уменьшается. Наиболее толстыми делаются килевые пояса и ширстрек, так как они выдерживают наибольшие напряжения при деформациях перегиба и прогиба корпуса корабля. Килевые пояса также воспринимают большую нагрузку при доковании. Утолщенным выполняется ледовый пояс, который подвергается усиленной коррозии в результате переменного соприкосновения с воздухом и водой. Для обеспечения местной прочности листы обшивки делают утолщенными в районе якорных клюзов, вокруг вырезов для патрубков насосов, кингстонов и в других случаях.

 

2.6 Прочность корпуса корабля.

 

Прочность корабля - это способность отдельных корпусных конструкций, а также всего корпуса корабля в целом выдерживать действие различных эксплуатационных нагрузок без остаточных деформаций и разрушений.

При проектировании корабля выполняют расчет на прочность, конечной целью которого является определение напряжений, возникающих в конструкциях корпуса от действия на него различных внешних сил. Если полученные расчетом напряжения в корпусе корабля не превосходят допускаемые, то прочность корпуса считается обеспеченной.

Все силы, действующие на корпус корабля, можно разделить на две категории: постоянные, действующие в течение всего периода эксплуатации корабля, и случайные, действующие в течение какого-либо промежутка времени.

По характеру воздействия на корпус постоянные и случайные силы могут быть статистическими и динамическими.

Примерами постоянных статистических сил, действующих на корпус корабля в процессе его службы, являются силы тяжести корпуса, вооружения, механизмов, силы гидростатического давления воды на погруженную поверхность корпуса корабля.

Силы инерции, возникающие на волнении, силы от ударов морских волн в борт и днище корабля на ходу, силы отдачи при стрельбах, силы взрыва мин, ракет и торпед, как правило, являются случайными и носят обычно динамический характер.

Указанные внешние силы действуют как на корпус в целом, так и на отдельные его части и стремятся изменить форму корпуса корабля. Для противодействия внешним силам и предотвращения остаточных деформаций корпус корабля обладает общей и местной прочностью.

Общей прочностью корабля называется его способность в целом противостоять действию внешних сил без разрушения или чрезмерных деформаций.

Поскольку силы на корабль действуют как в продольном, так и в поперечном направлении, общую прочность условно делят на продольную и поперечную.

Общая продольная прочность связана с сопротивляемостью корабля продольному изгибу на волне. Общая поперечная прочность обеспечивает сопротивляемость корабля поперечному сжатию. Для надводных кораблей главной является главная продольная прочность, а для подводных лодок - поперечная прочность.

Местной прочностью корабля называется способность его отдельных частей и конструкций противостоять действию внешних сил без разрушений или чрезмерных деформаций.

Нарушение общей прочности выводит корабль из строя. Местные разрушения борта или днища уменьшают общую прочность корабля, но не приводят к потере кораблем общей прочности.

Рис. 14

На тихой воде для корабля в целом его сила тяжести Р = mkg уравновешивается силой поддержания D = ?V. Однако в каждом поперечном сечении элементарная сила тяжести Pi = mig не равна элементарной силе поддержания di = ?Vi. Из-за этого корпус корабля испытывает изгиб, а в поперечных сечениях корпуса появляются перерезывающие силы, стремящиеся сместить одно сечение по отношению к другому. Характер изменения изгибающих моментов Мт.в и перерезывающих сил Nт.в по длине корабля показан на рис. 14.

Максимальное значение изгибающего момента Мт.в находится примерно посередине длины корабля, а наибольшие значения перерезывающих сил Nт.в находятся примерно на 1/4 длины от оконечностей.

При плавании корабля на волнении он получает дополнительные изгибающие моменты Мдоп и перерезывающие силы Nдоп из-за искривления ватерлинии. Наибольших значений они достигают тогда, когда корабль находится на вершине или подошве волны, а длина волны л равна длине корабля L. Высота волны берется 1/20 ее длины, что перекрывает среднюю высоту реально встречающихся морских волн. Положения корабля на волне показаны на рис. 15.

Рис. 15

При положении корабля на вершине волны палуба растягивается, а днище сжимается. Такая деформация называется перегибом (1).

При положении корабля на подошве волны растягивается днище, а сжимается палуба. Такая деформация называется прогибом (2).

Дополнительные Мдоп и Nдоп в 3-4 раза больше, чем Мт.в и Nт.в.

Изгибающий момент Мдин и перерезывающая сила Nдин от динамического воздействия волн учитываются отдельно. Они зависят от скорости корабля, курсового угла относительно волны и формы носовой оконечности. При острой форме носовых шпангоутов удары волн меньше, при катерных формах динамические нагрузки от слеминга достигают больших величин. При больших скоростях корабля они могут достичь опасных величин и вызвать перелом его. Поэтому корабли при большом волнении не могут ходить полным ходом. Они также должны выбирать соответствующий курсовой угол по отношению к направлению волн.


Предыдущая статья:ДИНАМИКА КОРАБЛЯ. Следующая статья:ОБЩЕКОРАБЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА И СИСТЕМЫ
page speed (0.0163 sec, direct)