Введение

Водонепроницаемый плавучий корпус судна или лодки

Корпус — это водонепроницаемая часть судна, лодки, подводной лодки или летающего судна. Корпус может быть открытым сверху (например, у весельной лодки), или полностью или частично покрытым палубой. На палубе могут располагаться надстройки, такие как рубка, дымовая труба, стрела или мачта. Линия соприкосновения корпуса с поверхностью воды называется ватерлинией.

Общие особенности

Существует большое разнообразие типов корпусов, которые выбираются исходя из их пригодности для различных целей, при этом форма корпуса зависит от требований проекта. Формы варьируются от почти идеального параллелепипеда, как в случае барж-плоскодонок, до заостренной, как игла, поверхности вращения в случае гоночного многокорпусного парусника. Форма выбирается для достижения баланса между стоимостью, гидростатическими характеристиками (вместимость, грузоподъемность и остойчивость), гидродинамикой (скорость, требуемая мощность, движения и поведение на волнении) и специальными требованиями, обусловленными назначением судна, такими как округлый нос ледокола или плоское дно десантного корабля. В типичном современном стальном судне корпус имеет водонепроницаемые палубы и основные поперечные элементы, называемые переборками. В зависимости от конструкции могут также присутствовать промежуточные элементы, такие как шпангоуты, стрингеры и вебсы, а также второстепенные элементы, называемые обычными поперечными шпангоутами, шпангоутами или продольными связями. Верхняя непрерывная палуба может называться "верхней палубой", "погодной палубой", "спардеком", "главной палубой" или просто "палубой". Конкретное название зависит от контекста – типа судна или лодки, компоновки или даже района плавания. В типичной деревянной парусной лодке корпус строится из деревянной обшивки, поддерживаемой поперечными шпангоутами (часто называемыми ребрами) и переборками, которые дополнительно соединяются продольными стрингерами или обшивкой. Часто, но не всегда, присутствует центральный продольный элемент, называемый килем. В стеклопластиковых или композитных корпусах конструкция может в некоторой степени напоминать деревянные или стальные суда, либо быть монококовой. Во многих случаях композитные корпуса строятся путем нанесения тонких волокнистых оболочек на легкую, но достаточно жесткую сердцевину из пены, бальзы, пропитанного бумажного сотового материала или другого материала. Вероятно, самые ранние полноценные корпуса были построены древними египтянами, которые к 3000 году до нашей эры умели собирать деревянные доски в корпус.

Формы корпуса

Корпуса бывают разных видов и могут иметь сложную форму (например, острый форштевень и перевернутая колоколообразная корма), но в основном их классифицируют следующим образом: с килем и с жестким килем. Примерами служат плоское дно (с килем), V-образное дно и многокилевой корпус (несколько более мягких жестких килей, но все же не гладких). Эти типы имеют хотя бы один выраженный киль на всей или большей части длины. Формованные, с округлыми бортами или с мягким килем. Все эти формы корпуса имеют плавные изгибы. Примерами являются округлые борта, полукруглые борта и S-образные борта.

Корпусы для подъема и перемещения

Корпуса вытеснительного типа: в этом случае корпус поддерживается исключительно или преимущественно силой плавучести. Суда с таким типом корпуса движутся по воде с ограниченной скоростью, определяемой длиной ватерлинии, за исключением особо узких корпусов, таких как парусные катамараны и тримараны, которые в меньшей степени подвержены этому ограничению. Планирующие корпуса: форма планирующего корпуса спроектирована для создания положительного динамического давления, в результате чего осадка уменьшается с увеличением скорости. Динамическая подъемная сила снижает площадь контакта с водой, а следовательно, и сопротивление. Они могут иметь плоское дно, V-образное дно или, реже, округлые обводы. Наиболее распространенной формой является наличие хотя бы одного киля, что обеспечивает более эффективное глиссирование и может отбрасывать брызги. Планирующие корпуса более эффективны на высоких скоростях, хотя для достижения этих скоростей им все равно требуется больше энергии. Эффективный планирующий корпус должен быть максимально легким и иметь плоские поверхности, обеспечивающие хорошую мореходность. Парусные суда, способные к глиссированию, также должны эффективно плавать в вытеснительном режиме при слабом ветре. Полувытеснительные или полупланирующие корпуса: в этом случае форма корпуса способна создавать умеренную динамическую подъемную силу, однако большая часть веса судна по-прежнему поддерживается силой плавучести.

Формы корпуса

В настоящее время наиболее широко используется форма округлого днища. Судно с небольшой нагрузкой имеет меньшую часть корпуса под ватерлинией, что снижает сопротивление и увеличивает скорость. При большей нагрузке сопротивление возрастает и скорость падает, но внешний изгиб корпуса обеспечивает более мягкий ход на волнах. Поэтому форма перевернутого колокола популярна для корпусов, предназначенных для глиссирования.

Гладкие изогнутые корпуса

Гладкие корпуса с криволинейными обводами – это корпуса, которые, как и корпуса с криволинейными обводами, используют центральный киль или прикрепленный киль. Полукруглые корпуса несколько менее округлые. Преимущество полукруглого корпуса заключается в том, что он представляет собой хороший компромисс между корпусом с S-образным дном и корпусом с килеватостью. Типичные примеры полукруглых корпусов можно найти на парусных швертботах Centaur и Laser. Корпус с S-образным дном – это корпус парусного судна, поперечное сечение которого в средней части имеет форму буквы S. В корпусе с S-образным дном обводы корпуса плавные и плавно переходят в киль, при этом на боковых сторонах корпуса между центральной линией киля и ватерлинией нет острых углов. Суда с такой формой корпуса могут иметь длинный неподвижный глубокий киль или длинный неподвижный мелкий киль с откидным центральным килем внутри. Балласт может быть внутренним, внешним или комбинированным. Эта форма корпуса была наиболее популярна в конце XIX и начале – середине XX веков. Примерами небольших парусных судов, использующих эту форму, являются Yngling и Randmeer.

Приложения

На корпус могут быть установлены органы управления, такие как руль, трим-табы или стабилизирующие плавники. Киль может быть установлен на корпусе для увеличения остойчивости, курсовой устойчивости или создания подъемной силы. К убирающимся элементам относятся центральные кили и килевые шверты. Выступ за нос под ватерлинией называется бульбом. Они устанавливаются на некоторых корпусах для снижения волнового сопротивления и, следовательно, повышения топливной эффективности.

Условия

Базовая линия – это уровень отсчета, от которого измеряются вертикальные расстояния. Нос – это передняя часть корпуса. Мидель – средняя часть судна в продольном направлении. Левый борт – левая сторона судна при взгляде в нос с борта. Правый борт – правая сторона судна при взгляде в нос с борта. Корма – задняя часть корпуса. Ватерлиния – воображаемая линия, очерчивающая корпус по уровню поверхности воды, когда судно неподвижно.

Компьютерная проектирование

Использование систем автоматизированного проектирования (САПР) вытеснило бумажные методы проектирования судов, основанные на ручных расчетах и построении линий корпуса. С начала 1990-х годов было разработано множество коммерческих и свободно распространяемых программных пакетов, специализирующихся в области судостроения, которые предоставляют возможности трехмерного моделирования в сочетании с расчетными модулями для гидростатики и гидродинамики. Данные системы можно определить как системы геометрического моделирования для судостроения.