1.Геометрия судовой поверхности

1.1 Основные определения

В теории корабля употребляется такой термин, как "геометрия судовой поверхности". Геометрия судовой поверхности определяется:

• Главными размерениями судна;

• Коэффициентами полноты корпуса судна;

• Теоретическим чертежом корпуса судна.

Теоретический чертеж позволяет точно задать главные размерения и форму корпуса судна. На теоретическом чертеже изображается так называемая теоретическая поверхность. Для металлических судов теоретическая поверхность корпуса судна — это внутренняя поверхность обшивки без учета местных утолщений, а при наличии набора — поверхность судна, проходящая по наружным кромкам днищевого, бортового и палубного набора основного корпуса, надстроек, фальшборта и козырька. Для судов с неметаллической наружной обшивкой теоретической поверхностью корпуса является наружная поверхность обшивки без учета местных утолщений.

Для построения теоретического чертежа выбирают три главные взаимно-перпендикулярные плоскости - основную (ОП), диаметральную (ДП) и плоскость миделевого шпангоута ( ).

Диаметральная плоскость (ДП) — это вертикальная продольная плоскость, делящая корпус судна на две симметричные части.

Плоскость мидель-шпангоута ( )— вертикальная поперечная плоскость, перпендикулярная диаметральной плоскости и проходящая посередине длины судна между носовым и кормовым перпендикулярами.

Основная плоскость (ОП) —горизонтальная плоскость, проходящую через точку пересечения плоскости мидель-шпангоута с килевой линией. У металлических судов килевая линия проходит по внутренней поверхности наружной обшивки (горизонтального киля). 

Линия пересечения основной и диаметральной плоскостей судна называется основной линией и обозначается ОЛ.

Плоскость грузовой (ГВЛ) или конструктивной ватерлинии (КВЛ) – горизонтальная плоскость, совпадающая со свободной поверхностью воды для судна. плавающего в полном грузу. Плоскость ГВЛ перпендикулярна ДП и плоскости мидель –шпангоута и делит корпус судна на подводную и надводную части.

Теоретический чертеж представляет собой совокупность ортогональных проекций теоретической поверхности корпуса судна на три основные координатные плоскости проекций: диаметральную плоскость (ДП), основную плоскость(ОП) и плоскость мидель-шпангоута (Рис.1.1.)

Рис.1.1. Основные координатные плоскости судна

а- диаметральная плоскость (ДП), б- плоскость мидель-шпангоута ( ), в- основная плоскость (ОП).

После этого рассекают корпус системой плоскостей, параллельных указанным выше, а линии их пересечения с поверхностью корпуса проектируют на главные плоскости (ОП, ДП и ). В результате получают три проекции теоретического чертежа - “бок”, “полуширота” и “корпус”.

На каждой из проекций изображены три семейства линий: батоксы, ватерлинии и шпангоуты.

Батоксы — линии пересечения теоретической поверхности корпуса судна плоскостями, параллельными диаметральной плоскости.

Ватерлинии — линии пересечения теоретической поверхности корпуса судна плоскостями, параллельными основной плоскости.

Шпангоуты — линии пересечения теоретической поверхности корпуса судна поперечными плоскостями, параллельными плоскости мидель-шпангоута. Рыбинами — линии пересечения теоретической поверхности корпуса судна плоскостями, перпендикулярными к плоскости мидель-шпангоута и, по возможности, нормальными к обводам шпангоутов.

В силу симметрии корпуса относительно ДП на проекции “полуширота” изображены половины ватерлиний, а на проекции “корпус” - половины шпангоутов. Обычный теоретический чертеж содержит 21 шпангоут (от 0 до 20), (5  7) ватерлиний (до конструктивной) и (2  4) батокса на каждый борт (Рис.1.2.)

Рис.1.2. Теоретический чертеж судна

Для оценки мореходных качеств судна на ранних стадиях проектирования, когда чертеж окончательно не разработан, используют главные размерения, их соотношения и коэффициенты полноты формы корпуса.

Главные размерения бывают: теоретические или расчетные, наибольшие и габаритные. К теоретическим относят длину между перпендикулярами (L, L_pp), длину по конструктивной ватерлинии (L_WL), ширину (B), осадку (T).

Рис. 1.3. Главные размерения судна

Носовой перпендикуляр судна — линия пересечения диаметральной плоскости с вертикальной поперечной плоскостью, проходящей через крайнюю носовою точку конструктивной ватерлинии. Эта точка находится с внутренней стороны форштевня.

Кормовой перпендикуляр судна — линия пересечения диаметральной плоскости с вертикальной поперечной плоскостью, проходящей через точку пересечения оси баллера руля с плоскостью конструктивной ватерлинии.

При отсутствии баллера кормовой перпендикуляр судна — линия пересечения диаметральной плоскости с вертикальной поперечной плоскостью, проходящей на расстоянии 97 % длины по конструктивной ватерлинии от носового перпендикуляра судна.

L_WL — длина судна по конструктивной ватерлинии — расстояние между точками переселения носовой и кормовой частей конструктивной ватерлинии с ДП;

L,L_p— длина судна по расчетной ватерлинии — расстояние между точками пересечения носовой и кормовой частей расчетной ватерлинии с ДП;

L_pp — длина судна между перпендикулярами — расстояние между носовым и кормовым перпендикулярами;

L_НБ — наибольшая длина судна — расстояние, измеренное в горизонтальной плоскости между крайними точками теоретической поверхности корпуса судна в носовой и кормовой оконечностях;

L_ГБ — габаритная длина судна — расстояние, измеренное в горизонтальной плоскости между крайними точками носовой и кормовой оконечностей судна с учетом постоянно выступающих частей;

В_КВЛ — ширина судна по конструктивной ватерлинии — наибольшая ширина конструктивной ватерлинии судна;

В_Р — ширина судна по расчетной ватерлинии — наибольшая ширина расчетной ватерлинии судна;

В — ширина судна на мидель-шпангоуте — ширина конструктивной ватерлинии на мидель-шпангоуте;

В_НБ — наибольшая ширина судна — наибольшее расстояние, измеренное перпендикулярно между крайними точками теоретической поверхности корпуса судна;

В_ГБ — габаритная ширина судна — наибольшее расстояние, измеренное перпендикулярно ДП между крайними точками корпуса судна с учетом постоянно выступающих частей;

Н — высота борта судна — вертикальное расстояние, измеренное в плоскости мидель-шпангоута от основной плоскости до бортовой линии верхней палубы судна;

Т_КВЛ — осадка судна по конструктивную ватерлинию — вертикальное расстояние, измеренное в плоскости мидель-шпангоута от основной плоскости до плоскости конструктивной ватерлинии судна;

Т_Р — осадка судна по расчетную ватерлинию — вертикальное расстояние, измеренное в плоскости мидель-шпангоута от основной плоскости до плоскости расчетной ватерлинии судна.

К основным характеристикам корпуса судна относятся: водоизмещение судна, координаты центра величины, коэффициенты полноты подводной части корпуса судна и другие параметры.

V — водоизмещение объемное (без выступающих частей) — объем подводной части судна;

х_С — координата центра величины по длине — координата по длине от мидель-шпангоута до центра тяжести подводного объема судна;

z_С — координата центра величины по высоте — координата по высоте над ОЛ центра тяжести подводного объема судна;

S — площадь грузовой (конструктивной) ватерлинии;

W — площадь мидель-шпангоута;

L — теоретическая шпация — расстояние между теоретическими шпангоутами;

Т — расстояние между ватерлиниями.

В правилах Регистра для некоторых главных размерений приняты другие обозначения.

Высоту борта обозначают D, а осадку — d.

Дифферент обозначается D_f = d_H — d_K, а объемное водоизмещение — .

Площадь погруженной в воду части мидель-шпангоута обозначают А , а коэффициент общей полноты — С_В.

Интегральное представление о форме корпуса судна дают коэффициенты полноты. К ним относятся:

1. Коэффициент полноты площади ватерлинии  - отношение площади ватерлинии S к площади описанного прямоугольника (рис.1.4, а): .

2. Коэффициент полноты площади мидель-шпангоута  - отношение площади к площади габаритного прямоугольника (рис.1.4, б): .

3. Коэффициент общей полноты  - отношение объема подводной части V к объему описанного параллелепипеда (рис.1.4, в): .

Рис. 1.4. К определению коэффициентов полноты

Кроме указанных трех основных коэффициентов иногда удобно использовать еще два:

4. Коэффициент продольной полноты (рис.1.4, г): .

5. Коэффициент вертикальной полноты (рис. 1.4, д): .

Соотношения главных размерений ( ) для каждого типа судна, а также их коэффициенты полноты лежат в довольно узких пределах. Это дает возможность выполнять приближенную количественную оценку мореходных качеств на основании эмпирических формул. Уточненные результаты получают на заключительных этапах проектирования с использованием теоретического чертежа судна.