Коэффициент полезного действия к.п.д. Рис.5.3. Иллюстрация к закону Архимеда

Рис.5.3. Иллюстрация к закону Архимеда

Рис.5.4. Пояснение понятия «водоизмещение»

Рис.5.5. Пояснение понятия «дедвейт»

5.3. Как устроено судно?

До середины 19 века большинство морских судов изготавливали деревянными. Применение методов расчета, основанных на законе Архимеда, позволило при постройке судов использовать металлы. Современные морские суда строят из металла, обычно – это сталь. До 50-х годов прошлого века суда делали клепанными, сейчас корпус судна изготавливается при помощи сварки. В конструкции судов как деревянных, так и металлических много общего.

Строительство лодок и судов начинали с киля. Киль – это брус, служащий основанием судна, идущий в середине днища (рис.5.6). На носу и корме киль переходит в штевни: носовой штевень называется форштевнем, а кормовой – ахтерштевнем. Форма штевней определяется назначением судна. Для ледоколов штевни выполняют с изломом, чтобы корпус находил на лед и ломал его.

Рис. 5.6. Конструкция корпуса судна

Для военных судов военных судов штевни выполняют наклонными вперед.

Для большинства торговых судов штевни выполняют в форме бульба, что позволяет уменьшить силу сопротивления воды, а значит увеличить скорость судна.

Рис. 5.7. Форштевень в форме бульба (бульбовий).

Рис.5.8. Форштевень ледокола.

Рис.5.9. Форштевень (крейсерский) военного корабля

Ширина морских судов составляет 20-40 м и более, поэтому для прочности судна одного киля недостаточно. Параллельно ему прокладываются днищевые стрингеры (рис.5.6). Под палубой прокладываются продольные балки – карлингсы (рис 5.6), которые увеличивают продольную прочность судна. «Ребрами» корпуса судна являются шпангоуты (рис.5.6). В верхней части шпангоуты соединены поперечными балками – бимсами (рис.5.6). Шпангоуты, которые идут по днищу судна называют флорами.

К остову судна крепится днищевая бортовая обшивка и палуба. Чтобы палуба не прогибалась устанавливают вертикальные стойки – пиллерсы.

Корпус судна разделен на отсеки переборками (рис. 5.10). Носовой отсек называется форпиком, кормовой – ахтерпиком. На грузовом судне отсеки образуют трюмы, служащие для размещения груза. В одном из отсеков размещено машинное отделение, в котором располагается энергетическое оборудование судна. Жилые и служебные помещения обычно размещаются надстройках, возвышающихся над палубой. В верхней части надстройки имеется рубка – главный пост управления судном. Внешний вид судна, архитектура, зависит от его назначения.

Рис.5.10.

Рис.5.11.

5.4. Судовые движители (Почему движется судно?)

Приспособления, с помощью которых, механическая энергия используется для создания силы, движущей судно вперед, называют движителями. Движителями, а не двигателями. Двигатели – дизели, турбины, паровые машины. Двигатели преобразуют химическую энергию, заключенную в топливе, сначала в тепловую а потом в механическую энергию. Движители создают упор, движущий судно вперед.

В настоящее время существуют такие типы движителей:

– весло;

– парус;

– гребное колесо;

– гребной винт;

– крыльчатый движитель;

– водометный движитель.

Рис.5.12. Весло	Рис.5.13. Парус
Рис.5.14. Гребное колесо	Рис. 5.15. Гребной винт
Рис. 5.16. Крыльчатый движитель	Рис. 5.17. Водометный движитель 1- Двигатель (ДВС) 2- Винт (насос) 3- Поворотная насадка

Гребные колеса свое место уступили гребным винтам гребным винтам, так как при качке колеса выходят из воды судно перестает двигаться равномерно.

Гребные винты наиболее совершенный вид движителя – имеет высокий к.п.д. и большую гидродинамическую эффективность.

Винты, у которых лопасти поворачиваются, называются винтами регулируемого шага (ВРШ). ВРШ путем регулирования угла наклона лопастей позволяет изменять скорость судна, его упор и направление движения без изменения частоты вращения двигателя.

Рис.5.18. Винт регулируемого шага ВРШ

Водометный движитель используется на небольших судах в условиях мелководья, засоренного фарватера – льдины, бревна. Внутри корпуса такого движителя расположена труба большого диаметра, один конец которой открыт в днище, а другой выведен на корму. В трубе вращается винт. Винт засасывает воду из днища и выталкивает ее в корму. Поворотная насадка выполняет роль руля. Низкий к.п.д. ограничивает применение водометного движителя.

Большинство движителей работают по реактивному принципу. Из этого можно заключить: что общего между гребным веслом или гребным колесом реактивным самолетом? Общим для них является принцип, двигающий тело вперед. Этот принцип был известен давно, однако закон, на котором д основывается реактивно движение, был сформулирован триста лет назад. Сущность этого всеобщего закона заключается в том, что всякое действие вызывает равное и противоположно направленное противодействие. С какой силой реактивный двигатель самолета отбрасывает смесь сжатого воздуха и продуктов сгорании, с такой силой масса отбрасываемых газов действует на самолет, заставляя его двигаться вперед.

С какой силой вода будет отбрасываться веслом или лопастями, с такой же силой будет действовать на лопасти вода. За счет отбрасываемых масс воды, создается сила, преодолевающая сопротивление движению – так называемый упор.

Рис. 5.19. Движение судна при помощи гребных колес

При движении судно преодолевает сопротивление воды и воздуха. Плотность воздуха примерно в 800 раз меньше плотности воды. Значит, сопротивление движению со стороны воды значительно больше, чем со стороны воздуха.

Рис. 5.20. Работа гребного винта

Рис. 5.21. конструкция гребного винта

Реакция масс воды (рис.) будет передаваться гребному валу 1, затем на гребной вал 2 на упорный подшипник 4 и корпус судна, в результате судно движется вперед.

Рис.5.22. Передача упора на корпус судна через упорный подшипник

Рис.5.23. Сходство в принципе работы крыла и гребного винта.