Как построить судно способное плавать на воде? Корабль. Яхту. Дом на воде.

Суда, сооружения, способные плавать на воде и перемещаться по ней, неся на себе людей и перевозимые грузы. До начала 19 века суда строились исключительно из дерева, причём движителем были вёсла и как вспомогательное средство—паруса. Любители судостроения могут быть далеки от судостроения и эксплуатации малых судов. Однако чтобы судно было построено правильно ему необходимо, иметь минимальный багаж специальных знаний, знать терминологию и правила которые помогут при строительстве и эксплуатации.

Человек, любитель судостроения, до начала строительства должен определить класс, тип, род судна. Определить перечень требований к данной конструкции судна и выполнить проект.

Все существующие суда разделяются на два основных класса:

Гражданские;
Военные.

По назначению и условиям эксплуатации гражданские суда разбиваются на следующие типы, роды и виды:

Транспортные, служащие для перевозки пассажиров и грузов, разделяются на:

пассажирские, в свою очередь подразделяющиеся на:

а) Суда транзитного сообщения, со всеми бытовыми удобствами, необходимыми для дли тельного пребывания пассажиров. (среди них суда наибольших скоростей—экспрессы, или лайнеры) и скорые, обеспечивающие срочность сообщения;

б) Суда местного сообщения, оборудуемые для кратковременного пребывания на них пассажиров, преимущественно местами для сидения (к этому виду судов относятся курортные катера, речные трамваи и пр).

Грузовые суда, разделяющиеся на:

Сухогрузные суда — для перевозки сухих грузов, а также жидких грузов в таре. К ним относятся:

Для перевозки генеральных грузов (разные штучные грузы). Рефрижераторные суда (суда холодильники)—для перевозки скоропортящихся грузов, зерновозы—для перевозки зерновых грузов насыпью. Рудовозы—для перевозки руды насыпью и лесовозы;
Наливные суда, или танкеры для перевозки жидких грузов наливом их непосредственно в корпус судна.

К грузовым судам также относятся сухогрузные и наливные баржи.
Грузопассажирские суда—для одновременной перевозки грузов и пассажиров.
Суда -переправы, или паромы,—для переправы людей, железнодорожных поездных составов, автомобилей и пр.
Промысловые суда, имеющие своим назначением обеспечение определённого промысла средствами лова и предварительной переработки объектов лова. К ним относятся:
рыболовные С. для массового лова рыбы, которые разделяются на:

траулеры —для ловли рыбы на больших глубинах при помощи неводов-тралов;
дрифтеры—для ловли рыбы при ходе её на малых глубинах при помощи специальных сетей;

краболовы — для ловли крабов и их переработки;
китобойные — для охоты за китами и их убоя;
зверобойные — для обслуживания зверобойного промысла (убой моржей, тюленей, нерп и пр.);
плавучие базы-фабрики—для приёма объектов лова и полной переработки их.

Технические суда — предназначаемые для выполнения специальных заданий. Эти суда подразделяются на движущиеся и стационарные. Движущиеся суда:

гидрографические суда—для составления описаний (лоций) морей и морских карт;
лоцмейстерские суда—для расстановки оградительных знаков водных путей;
экспедиционные —для обслуживания научных экспедиций;
учебные—для практического обучения кадров водного транспорта;
спасательные —для спасения затонувших или терпящих аварию судов. Сюда входят также спасательные шлюпки и катеры;
пожарные —для тушения пожаров на берегу в пределах портовых вод, а также на судах;
плавучие санатории и дома отдыха;
кабельные —для прокладки подводных кабелей.
Стационарные суда:
1. плавучие пристани пли дебаркадеры;
2. плавучие ремонтные средства —плавучие мастерские, доки, краны и пр.;
3. дноуглубительные снаряды: а) землечерпательные, удаляющие грунт при помощи черпаков, и б) землесосы, или рифулоры, удаляющие грунт засасыванием его через трубы;
4. плавучие маяки и пр.

Служебные суда — к ним относятся:

буксиры—для буксирования судов;
ледоколы—для поддержания навигации в зимнее время и для обеспечения плавания судов в ледовых условиях;
лоцманские суда—для проводки судов в опасных местах и в порты;
лихтеры, портовые баржи и шаланды—для выгрузки и погрузки грузов на суда на воде вдали от пристаней и др.

Спортивные суда:

Суда гребного спорта—байдарки, ялики, гички и пр.
Суда парусного спорта—яхты н парусные шлюпки.

По признаку места и района плавания гражданские суда разделяются на:

морские суда:

Суда дальнего плавания—для плавания между портами, расположенными на разных морях;
Суда ближнего плавания—для плавания между портами, лежащими на одном и том же море;
Суда каботажного плавания, называемые также судами прибрежного плавания;
Суда арктического плавания.
Рейдовые —для плавания в районе портовых вод и рек с выходом на морской рейд.
Суда внутреннего плавания: речные, озёрные, канальные и системные.

Кроме приведённого выше деления, все суда классифицируются по признакам, характеризующим их движение:

Суда не самоходные . К ним относятся: а) буксируемые; б) парусные;
Суда самоходные, для движения которых используются источники энергии, либо находящиеся на самих судах, либо расположенные вне пределов судна, но с преобразованием этой энергии в механическую работу на самих судах. К ним относятся: а) с живыми двигателями (гребные и коноводные); б) Суда с механическим двигателями: пароходы, приводимые в движение при помощи двигателем внутреннего сгорания; электроходы (с электродвигателями).

По роду движителей самоходные разделяются на винтовые, колёсные и реактивные. Движение последних осуществляется при помощи реакции выбрасываемой струи воды.

Архитектурное проектирование корабля

Конструкция судна

Выбрав тип корабля, приступаем к проектным работам. Основная и тяжелая часть судна- корпус состоит из:

Наружной обшивки;
Настила палубы;
Набора.

Обшивка, независимо от материала корпуса, является тонкой водонепроницаемой оболочкой, которая получает необходимую жесткость и прочность только благодаря поперечным и продольным связям набора. Связевая конструкция набора состоит из:

Киля, проходящего вдоль корпуса посредине днища;
Стрингера (днищевый и бортовой);
Привальных брусьев соединяя борт и палубу;
Комингсы и карленгсы для оформления различные отверстия в палубе;
Переборки (поперечные связи) используются для как перегородки для различных помещений, расположенных в корпусе;
Шпангоуты-ребра жесткости для крепления обшивки;
Бимсы (поперечные балки) опирающиеся на привальные брусья и поддерживающие палубу.

Корпус судна состоит из:

Палуба — часть корпуса судна, закрывающая его сверху;
Днище – подводная часть обшивки до ее скругления;

Скулы (остроскулые или круглоскулые) – скругления для плавного перехода в борта;Борта – боковые стенки корпуса;Корма — передняя заостренная часть.

В качество основных плоскостей принимаются:

Диаметральная плоскость судна, делящая ого по длине на две равные и симметричные части (изображение на ней называется боком);
Горизонтальная плоскость (изображение на ней называется полуширотой), так как вследствие симметрии судна вычерчивают только половину его по одну сторону диаметральной плоскости;
Плоскость поперечного сечения в самом широком его месте, перпендикулярно к диаметральной плоскости (изображение судна на ней называется корпусом).

Все эти три плоскости взаимно перпендикулярны. Путём рассечения поверхности судна плоскостями, параллельными этим трём главным плоскостям, и получаются три рода главных сечений:

батоксы;
ватерлинии;
шпангоуты.

Ватерлиния, совпадающая с уровнем воды и соответствующая углублению судна при полной нагрузке, называется грузовой ватерлинией. Шпангоут, взятый в самом широком месте, называется мидель шпангоутом. Обычно на корпусе вычерчивается только одна ветвь шпангоута, другая же симметричная ей ветвь не вычерчивается. По правую сторону от диаметральной плоскости мидель шпангоута вычерчивают носовые, а по левую—кормовые шпангоуты. Плавность обводов судна проверяется сечениями его поверхности плоскостями, перпендикулярными к поперечной и наклонными к продольной плоскости проекции (рыбины).

Главные размеры судна: длина (L), ширина(В), высота борта (Н) и осадка (Т). Если носовое углубление равно кормовому, то говорят, что судно имеет осадку на ровный киль, если же нет, то разность углублений в воде носа и кормы называют дифферентом судна.

Плавучесть судна.

На подводную поверхность судна действует давление воды в каждой её точке. Эти силы давления воды и поддерживают судно на плаву, а равнодействующая всех этих сил уравновешивается весом самого судна так, что оно плавает, погрузившись по определённую ватерлинию. Эта поддерживающая сила воды называется плавучестью. Плавающие на спокойной воде суда, подобно всякому плавающему телу, подчиняются закону Архимеда, заключающемуся в том, что вое воды в объёме, вытесняемом этим плавающим телом, равен весу всего тола. Таким образом, вес воды в объёме, вытесняемом судном, равен весу судна.

Объём надводной части от грузовой ватерлинии до верхней палубы, включая и объём закрытых со всех сторон надстроек над верхней палубой, составляет т. н. запас пловучести судна, так как, пока весь этот объём не погрузился в воду, судно не потеряет способности держаться на воде. Чем выше надводный борт, том запас плавучести больше и тем судну безопаснее. Поэтому морские законы всех стран преследуют чрезмерное перегружение судов. Такие конструктивные особенности современного стального корпуса судна, как двойное дно, разделение водонепроницаемыми переборками с доведением их по высоте до верхней палубы, водонепроницаемость промежуточных палуб, возвышение верхней палубы в носу и в корме, имеют своей целью сохранить запас плавучести судна в случае аварии.

Полный вес гражданского судна составляется из веса корпуса, движущих механизмов и веса груза, который может быть принят судном. При условии погружения последнего до назначенной ватерлинии. Количество этого груза является фактором, характеризующим собой подъёмную способность судна.

Остойчивость

Остойчивость —способность судна, выведенного из прямого положения действием какой-либо причины, снова возвращаться в прежнее прямое положение по прекращении действия этой причины, вызвавшей наклонение. Наклонения судна могут быть:От вращения его около продольной оси, причём центр величины судна перемещается в вертикальной поперечной плоскости (крен);От вращения его около поперечной оси, причём центр величины перемещается по длине судна в его диаметральной плоскости (дифферент).

Поперечная остойчивость

У всех существующих судов (кроме подводных лодок), по условиям постройки и расположения грузов, центр тяжести всегда находится выше центра величины. Для того чтобы существовало равновесие и судно оставалось в покое, центр тяжести судна и центр величины должны лежать на одной вертикальной линии AB. Если этого не будет, то равные и противоположные силы веса и давления воды не уравновесят одна другую, а составят пару сил, которая заставит судно накрениться, пока обе точки не придут на одну вертикаль. При всех возможных накренениях судна центр тяжести его не изменяет своего положения, центр, же величины меняет своё место в зависимости от изменения формы объёма подводной части судна.

Поворотливость

Поворотливость судна — способность изменять курс по желаемому направлению называется его поворотливостью. Для этой цели пользуются рулём. Действие руля основано на том, что если он будет отклонён на некоторый угол от диаметральной плоскости, то струи воды, встретив на своём пути препятствие, отклонятся и окажут давление на плоскость руля, которое выразится в виде силы, перпендикулярной плоскости руля и создающей момент, поворачивающий корабль. Испытание поворотливости судна заключается в определении величины диаметра циркуляции и времени, необходимого на совершение полного поворота.

Качка

В естественных условиях плавания с качкой приходится считаться только на волнении. Под словом «качание» подразумевается размах судна с левой стороны на правую и обратно. Время же, употреблённое на совершение одного качания на тихой воде, называется периодом свободных качаний корабля. Опыты произведённые над качанием судов, показывают, что суда, обладающие большой метацентрической высотой, имеют боковую качку стремительную и порывистую, т. е. период её мал. судно же с небольшой метацентрической высотой имеют качку медленную и плавную, т. е. период её достаточно велик.

Сопротивление воды

Сопротивление воды, которое приходится преодолевать судну при его движении, составляется из трёх элементов:Из сопротивления трения частиц воды о корпус;Из сопротивления, получающегося от образования волн;Из сопротивления, создаваемого образованием водоворотов и попутной струи за кормой.

Вместимость

Мерилом торговой способности морского судна считают внутренний объём его, занимаемый перевозимыми грузами и пассажирами. Помещения, которые служат только для судовой деятельности, как машинные и котельные отделения, помещения судового состава и пр., не учитываются. Обыкновенно вместимость выражают в регистровых тоннах (1 регистровая тонна равна 100 куб. футам, или 2,83 м3 ) и, таким образом, разделив найденные объёмы вместимости на указанную единицу, получают регистровый тоннаж брутто.

Общая и местная крепость корпуса

Судно, плавающее на воде, рассматривается как брус, подверженный действию различных внешних сил. Эти силы стремятся произвести деформацию корпуса судна, вследствие чего в связях корпуса получаются напряжения. Способность корпуса воспринимать действие внешних сил без искажения формы называется крепостью его. Напряжения, испытываемые корпусом, происходят от следующих причин:

От продольного изгиба, возникающего вследствие несоответствия распределения по длине судна давления воды (снизу вверх) и веса (сверху вниз). В одних частях судна вес преобладает над давлением, в других —давление воды над весом. Избытки того и другого дают ряд сил, действующих в разные стороны и заставляющих корпус изгибаться. Продольный изгиб вызывает напряжения в непрерывных продольных связях судна;
От деформаций поперечных сечений. Эти деформации происходят вследствие давления воды на погружённую в воду часть корпуса и удара волн в надводную часть борта. Эти усилия вызывают напряжения в шпангоутах, бимсах и поперечных переборках;
От местных сил, действующих на отдельные части судна.

Постройка судов.

Постройка судов производится на судостроительных предприятиях: на верфях, получающих машины со стороны, и на судостроительных заводах. Постройка на судостроительном заводе начинается с плазовых работ, состоящих в вычерчивании (разбивке) контуров и теоретических линий сечений корпуса судна в натуральную величину на тщательно выровненном деревянном полу (плазе), закрашенном масляной краской. Линии проводятся карандашом или мелом и после проверки обводятся рельефной краской или прорезаются. Пользуясь плазом, изготовляют шаблоны, модели и макеты в натуральную величину, служащие для дальнейшей обработки материала и изготовления различных деталей, необходимых для постройки корпуса судна.

Модель

При разработке чертежей в конструкторском бюро изготовляют в масштабе деревянную модель половины корпуса. На которой производят разбивку пазов и стыков обшивки, и по размерам, снятым с этой модели, производят заказ материалов, необходимых для постройки корпуса. На постройку корпусов современных судов идёт главным образом мягкая литая сталь с содержанием углерода не более 0,3%. Высокоуглеродистая и другие специальные марки стали идут на постройку корпусов кораблей военного флота, причём марка стали берётся в зависимости от назначения, типа и размеров корабля.

Разметка материала для его обработки производится в заготовительной мастерской корпусного цеха на разметочных столах по размерам, снятым с плаза. Процесс разметки состоит в нанесении на металле линий обреза, контрольных линий, вырезов, заклёпочных отверстий и др. видов обработки. Размеченный материал подвергается холодной обработке, состоящей в придании ему требуемой формы, а также сверлении или пробивании в нём отверстий. Обработка производится вручную или же на специальных станках. Листовой металл для придания ему плоской формы подвергается правке, для чего листы пропускаются через горизонтальные гибочно-правильные станки.

Обработка стали

В зависимости от размеров листа, требуемой формы и чистоты кромки обрезка листов производится на прессножницах или дисковых ножницах. Для получения кромки листы подвергаются строжке на кромкострогальных станках. Сталь, идущая на плитовые и рамочные работы, подвергается горячей обработке. Для этой цели пользуются нагревательными печами или горнами, обусловливающими нагрев металла до 1000—1100° С. Дальнейшая обработка нагретой стали производится на металлическом поду. Рамочные работы состоят из поперечного изгиба профилей, высадки их, создания уступа, изгиба с заваркой угла и др.

Они производятся в судостроительной кузнице после нагрева вручную или под молотами и прессами. Наряду с листовой и сортовой сталью на изготовление корпуса идут стальные отливки и поковки: штевни, рудернисы рулей, кронштейны и мортиры гребных валов, клюзы и пр. Изготовление этих изделий производится в сталелитейных и кузнечных цехах судостроительных заводов. Технологически процесс в основном не отличается от обычного. Трудности создаются из-за значительного веса и сложности формы. По мере обработки детали поступают в промежуточный склад изделий.

Сборочные работы

Сборка судов, в целях расширения фронта работ, разделяется на этапы. Предварительная или узловая сборка производится в сборочной мастерской. Здесь собираются отдельные части судов судна, допускающие транспортировку (переборки, шпангоутные рамы, днищевой набор и прочие части, которые могут быть точно собраны без проверки «по мосту»). Собранные части проверяются, склёпываются или свариваются. Проверка правильности предварительной сборки выполняется по рабочему цеховому плазу и по плазовым шаблонам и рейкам. Секционная сборка происходит на сборочной площадке, обслуживаемой стапельными кранами.

Часть материала поступает из предварительной сборки, часть из заготовительной мастерской. Секционная сборка состоит в сборке целых конструкций корпуса вне стапеля: отсеки судна, надстройки, рубки, части палубы, платформы, отсеки внутреннего дна. Преимущество секционной сборки заключается в расширении фронта работ и большем удобстве их производства вне стапеля. Эта сборка требует тщательной проверки, специальных площадок и солидного кранового оборудования. Сборка корпуса на стапеле производится из предварительно собранных узлов и секций и из отдельных деталей, поступающих из мастерской. Принципы современной скоростной постройки судов (особенно большие успехи в которой достигнуты американским судостроением) заключаются в предварительном изготовлении крупных секций корпуса.

Секции

В которых устанавливаются входящее в эти секции оборудование трубопроводы, механизмы, устройства и пр. Эти секции являются почти полностью законченным узлом судна и в таком виде подаются на стапель для окончательного монтажа. Процесс сборки крупных секций на стапеле и межсекционный монтаж могут быть осуществлены в относительно короткое время. Таким образом, при соответствующей технологии, подготовке и организации производства достигаются весьма малые сроки постройки. Предварительные затраты производства вполне оправдываются при крупно-серийной постройке данного типа судов.

Подготовка стапеля для сборки заключается в установке кильблоков, на которых собирается суда. Кильблоки состоят из уложенных друг на друга скреплённых между собой брусьев. В прямолинейной части киля линия подушек кильблоков проверяется шергенями (досками с точно фугованными кромками), а в оконечностях, если килевая линия имеет подъём, подушки устанавливают по шаблонам с плаза. На установленных и проверенных подушках кильблоков наносятся центровая линия—диаметральная линия судна и перпендикуляр, совпадающий с одним из шпангоутов. Таким образом, когда на подушках будет лежать судно, обусловливается возможность проверки положения его частей относительно диаметральной плоскости и основного шпангоута.

Сборка

Первый лист киля с прочерченными на нём линиями шпангоута и диаметральной плоскости или первая днищевая секция устанавливается точно по линиям на подушки и прочно крепится к стапелю. Следующие листы, узлы или секции устанавливаются, стыкаясь с предыдущими, причём учитывается влияние наклона килевой линии и способ соединения. После сборки набора днища и настилки второго дна собирают набор бортов и палуб. Периодически производится проверка сборки корпуса и положения его по отношению к контрольным центровым линиям. Соединение деталей корпуса между собой производится клёпкой или сваркой. Сварка непосредственно даёт непроницаемые соединения, а для достижения этого в клёпаных соединениях их делают плотными, и кроме того, чеканят.

По мере окончания чеканки или сварки производят проверку непроницаемости швов. После испытания швов на непроницаемость постройка самого корпуса заканчивается. Для установки главных машин, коленчатых, упорных, промежуточных и дейдвудных валов, дойдвудных труб, мортир, кронштейнов, гребных валов и гребных винтов проводят (пробивают) осевую линию вала, которая должна быть прямой и расположенной в точном соответствии с чертежами. Все отверстия по линии вала—подшипники, дейдвудные трубы, мортиры, втулки кронштейнов—располагаются и рассверливаются по осевой линии вала, твёрдо фиксируемой на судне при помощи специальных приспособлений и луча света и называемой поэтому световой линией.

Полученные центры отверстий фиксируют на переборках, проводя на них вертикаль и горизонталь и прочерчивая циркулем окружности. После этого окончательно собирают машинные фундаменты, устанавливают все части линии вала, навешивают руль, укрепляют винт, погружают якоря и якорные цепи и начинают подготовку к спуску судна на воду. При спуске из-под судна удаляют спусковые кильблоки, выбивают упорные стрелы, рубят задержннки, и судно скользит в воду. Скорость спуска может достигнуть 6—8м/сек., поэтому при ограниченной акватории применяют тормозные приспособления. Спущенное на воду судно отводится к достроечной набережной, где и заканчивается постройкой.

Столярные работы

Кроме разного рода металлических конструкций, в состав судна входит много деревянных конструкций и деталей, требующих производства плотничных и столярных работ. Сборка небольших изделий производится в мастерской, большие собираются на судне. Плотничные работы могут состоять из изготовления надстроек, рубок, мостиков, настила палуб, деревянных полов в помещениях и пр. Столярные работы проводятся при отделке внутренних помещений. Окраска производится для предо хранения материала от ржавления, особенно активного у ватерлинии, кормовой оконечности, в угольных ямах, машинных, котельных отделениях и в трюмах.

Окраска

Перед окраской металл тщательно очищают от ржавчины и окалины стальными щётками, скребками или пескоструйными аппаратами. Очищенную и просушенную поверхность покрывают тонкими слоями краски при помощи щетинных кистей или окрасочных пистолетов, работающих сжатым воздухом. Для внутренних помещений выбирают различные сорта масляных красок или лаков. Трюмы окрашиваются смоляными или цементными красками. Нефтяные отсеки не окрашиваются, а лишь протираются соляровым маслом. Окраска подводной части заканчивается до спуска. Окончательная, чистовая окраска наружных частей производится после испытаний. Одновременно с окраской производятся отделочные работы по помещениям в зависимости от их назначения (наклейка линолеума, цементировка полов, настилка метлахских плиток, нанесение надписей, марок и пр.).

На речных судах крыши рубок покрываются парусиной, окрашиваемой масляной краской. Изоляция помещений производится пробкой, войлоком, асбестом, картоном, минеральной ватой, алюминиевой фольгой и др. материалами. В местах возможного повреждения дерево обивается жестью, свинцовыми или железными листами. Кроме внутренних помещений, все паропроводы и вообще трубы, имеющие температуру, отличную от температуры помещений, изолируются асбестом, войлоком и др., поверх изоляций обшиваются парусиной и окрашиваются. При этом все трубы разных систем окрашиваются в различные цвета. Одновременно с установкой машин монтируют и электрооборудование по мере подготовки помещений делается проводка силовой, осветительной, телефонной и др. сетей.

Монтаж оборудования

Монтируются распределительные щиты, устанавливается электроарматура и приборы. Затем оборудуется электросвязь: радиостанция, трансляционная сеть, телефоны, сигнализация и пр. Когда закончена постройкой, приступают к заводским и сдаточным испытаниям. Первые производятся самим заводом с целью проверить правильность сборки и работы машин. Сдача судна заказчику состоит из нескольких этапов: проверяется документация (наличие актов о качестве изделий, соответствии чертежам и спецификациям), осматриваются все части, помещения и механизмы.

Испытание и сдача заказчику

Затем производятся швартовые испытания механизмов и устройств у причала завода, без выхода в море. Обилие на судне различных машин (паровыо машины, турбины, дизели, разнообразные насосы, электродвигатели и динамо машины, компрессоры), аппаратов (паровые котлы, опреснители, испарители, холодильники, сепараторы, фильтры) и движитолей (винты, колёса) требует особых испытаний для каждого механизма. После проверки действия всех механизмов судно выходит в море (морские) или на реку (речные) для производства ходовых, сдаточных испытаний. Во время этих испытаний проверяют совместную работу всех установок, определяют скорость, измеряют полученные мощности, расходы пара, топлива, температуры и пр. По результатам испытаний составляется формуляр судна. Одновременно определяют мореходные качества: остойчивость, период качки, поворотливость и пр.

После окончания сдаточных испытаний и устранения всех замеченных дефектов судно окрашивается начисто, на него погружают инвентарь, набирают команду, получают сертификат и др. документы на право плавания, и судно поступает в эксплуатацию.