Военно-морская архитектура или военно-морское машиностроение - это инженерная дисциплина, включающая элементы механики, электричества, электроники, программного обеспечения и техники безопасности, применительно к процессу инженерного проектирования , судостроению , обслуживанию и эксплуатации морских судов и сооружений. [1] [2] Военно-морская архитектура включает фундаментальные и прикладные исследования, проектирование, разработку, оценку конструкции (классификацию) и расчеты на всех этапах эксплуатации морского транспортного средства. Эскизный проект судна, его рабочий проект, постройка , испытания , эксплуатация и обслуживание, спуск на воду и постановка в сухой док.являются основными видами деятельности. Также необходимы проектные расчеты кораблей, модифицируемых (путем переоборудования, перестройки, модернизации или ремонта ). Военно-морская архитектура также включает разработку правил безопасности и правил контроля повреждений, а также утверждение и сертификацию конструкций судов для соответствия законодательным и неустановленным требованиям.
Основные предметы [ править ]
Слово «судно» включает в себя любое описание плавсредств , в том числе несводоизмещающих судов, экранопланов и гидросамолетов , которые используются или могут использоваться в качестве транспортных средств на воде . [3] Основными элементами военно-морской архитектуры являются: [4]
Гидростатика [ править ]
Гидростатика касается условий, в которых судно находится в состоянии покоя в воде, и его способности оставаться на плаву. Это включает в себя вычисление плавучести , водоизмещения и других гидростатических свойств, таких как дифферент (мера продольного наклона судна) и остойчивость (способность судна восстанавливаться в вертикальное положение после его наклона ветром, морем или нагрузкой. условия). [5]
Гидродинамика [ править ]
Гидродинамика касается потока воды вокруг корпуса , носа и кормы корабля , а также над корпусами, такими как лопасти гребного винта или руль , или через туннели подруливающих устройств. Сопротивление - сопротивление движению в воде, вызванное прежде всего потоком воды вокруг корпуса. На основании этого делается расчет мощности. Пропульсивная установка - для перемещения судна по воде с помощью гребных винтов , подруливающих устройств, водометов , парусов и т. Д. Типы двигателей - в основном двигатели внутреннего сгорания . Некоторые суда имеют электрическую энергию с использованием ядерной энергии илисолнечная энергия . Движение судна - включает в себя движение судна в море и его реакцию на волны и ветер. Управляемость (маневрирование) - включает в себя контроль и поддержание положения и направления судна.
Плавучесть и остойчивость [ править ]
В то время как плавающее тело на поверхности жидкости имеет 6 степеней свободы в своих движениях, они подразделяются на вращение или поступательное движение.
- Продольное перемещение называется помпажем.
- Поперечный перенос называется раскачиванием.
- Вертикальный перенос называется подъемом.
- Вращение вокруг поперечной оси называется дифферентом или тангажом.
- Вращение вокруг передней и задней оси называется креном или креном.
- Вращение вокруг вертикальной оси называется рысканием.
Продольная устойчивость для продольных наклонов, устойчивость зависит от расстояния между центром тяжести и продольным метацентром. Другими словами, основой, в которой корабль сохраняет свой центр тяжести, является расстояние, равное удалению от кормовой и носовой частей корабля.
Пока тело плавает на поверхности жидкости, оно все же сталкивается с силой тяжести, давящей на него. Чтобы оставаться на плаву и избежать погружения, на тело действует противодействующая сила, известная как гидростатическое давление. Силы, действующие на тело, должны иметь одинаковую величину и одинаковую линию движения, чтобы поддерживать тело в равновесии. Это описание равновесия присутствует только тогда, когда свободно плавающее тело находится в стоячей воде, когда присутствуют другие условия, величина которых эти силы резко меняются, создавая покачивающее движение тела. [6]
Сила плавучести равна весу тела, другими словами, масса тела равна массе воды, вытесняемой телом. Это добавляет к телу направленную вверх силу на величину площади поверхности, умноженной на площадь смещения, чтобы создать равновесие между поверхностью тела и поверхностью воды.
Остойчивость корабля в большинстве условий способна преодолеть любую форму или ограничение или сопротивление, встречающееся в бурном море; однако корабли имеют нежелательные характеристики крена, когда баланс колебаний крена в два раза превышает баланс колебаний вертикальной качки, что приводит к опрокидыванию корабля. [7]
Структуры [ править ]
Конструкции включают в себя выбор материала конструкции, структурный анализ общей и локальной прочности судна, вибрации конструктивных элементов и конструктивных реакций судна во время движения на морском пути . В зависимости от типа корабля структура и дизайн будут различаться в зависимости от того, какой материал использовать, а также сколько его. Некоторые корабли сделаны из пластика, армированного стекловолокном, но подавляющее большинство из них - стальные с возможно небольшим количеством алюминия в надстройке. [6] Полная конструкция корабля спроектирована с панелями прямоугольной формы, состоящими из стальной обшивки, поддерживаемой с четырех сторон. В сочетании с большой площадью поверхности ростверки образуют корпус корабля ,палуба и переборки, при этом обеспечивая взаимную поддержку шпангоутов. Хотя конструкция корабля достаточно прочна, чтобы удерживать себя вместе, основная сила, которую ему приходится преодолевать, - это продольный изгиб, создающий деформацию корпуса, его конструкция должна быть спроектирована таким образом, чтобы материал располагался как можно дальше вперед и назад. [6] Основными продольными элементами являются палуба, обшивка корпуса, внутреннее дно, все из которых выполнено в виде ростверков, и дополнительные продольные растяжки к ним. Размеры корабля таковы, чтобы между ребрами жесткости оставалось достаточно места для предотвращения коробления. Военные корабли использовали продольную систему жесткости, принятую на многих современных коммерческих судах. Эта система широко использовалась на ранних торговых судах, таких какSS Great Eastern , но позже перешел на конструкцию с поперечным каркасом, другая концепция конструкции корпуса корабля, которая оказалась более практичной. Позднее эта система была внедрена на современных судах, таких как танкеры, из-за ее популярности и тогда получила название системы Ишервуда. [6] Устройство системы Isherwood состоит из настилов жесткости, как боковых, так и нижних, с помощью продольных элементов, они достаточно разделены, чтобы иметь такое же расстояние между ними, как рамы и балки. Эта система работает за счет разнесения поперечных элементов, поддерживающих продольную, примерно на 3 или 4 метра, при этом большое расстояние обеспечивает необходимую поперечную прочность за счет смещения силы, создаваемой переборками. [6]
Договоренности [ править ]
Мероприятия включают концептуальный дизайн , планировку и доступ, противопожарную защиту , распределение пространств, эргономику и вместимость .
Строительство [ править ]
Конструкция зависит от используемого материала. Когда используется сталь или алюминий, это включает сварку листов и профилей после прокатки , маркировку, резку и гибку в соответствии с чертежами или моделями структурного проектирования с последующим монтажом и запуском . Другие методы соединения используются для других материалов, таких как армированный волокном пластик и армированный стекловолокном пластик.. Процесс строительства тщательно продуман с учетом всех факторов, таких как безопасность, прочность конструкции, гидродинамика и расположение корабля. Каждый рассматриваемый фактор представляет новую возможность для рассмотрения материалов, а также ориентацию корабля. Когда принимается во внимание прочность конструкции, акты столкновения судов учитываются так же, как и конструкция корабля. Поэтому свойства материалов тщательно рассматриваются, поскольку нанесенный на пораженный корабль материал имеет упругие свойства, энергия, поглощаемая поражаемым кораблем, затем отклоняется в противоположном направлении, поэтому оба корабля проходят процесс отскока, чтобы предотвратить дальнейшее повреждение. [8]
Наука и ремесло [ править ]
Традиционно военно-морская архитектура была больше ремеслом, чем наукой. О пригодности формы судна судили, глядя на полумодель судна или прототип. Неуклюжие формы или резкие переходы не одобрялись как дефекты. Это включало такелаж, устройство палубы и даже приспособления. Субъективные дескрипторы, такие как неуклюжий , полный и прекрасный, использовались вместо более точных терминов.используется сегодня. Судно было и до сих пор описывается как имеющее «красивую» форму. Термин «хороший» означает не только плавный переход от носа к корме, но и форму, которая была «правильной». Определение того, что является «правильным» в конкретной ситуации при отсутствии окончательного подтверждающего анализа, по сей день охватывает искусство военно-морской архитектуры.
Современные недорогие цифровые компьютеры и специальное программное обеспечение в сочетании с обширными исследованиями по корреляции натурных данных, данных буксирного бака и вычислительных данных позволили военно-морским архитекторам более точно прогнозировать характеристики морского транспортного средства. Эти инструменты используются для статической устойчивости (неповрежденной и поврежденной), динамической устойчивости, сопротивления, питания, разработки корпуса, структурного анализа , моделирования зеленой воды и анализа захлопывания. Данные регулярно публикуются на международных конференциях, спонсируемых RINA , Обществом морских архитекторов и инженеров (SNAME) и другими. Вычислительная гидродинамика применяется для прогнозирования реакции плавучего тела в случайном море.
[ править ]
Из-за сложности, связанной с работой в морской среде, военно-морская архитектура - это совместные усилия групп технически квалифицированных людей, которые являются специалистами в определенных областях, часто координируемыми ведущим военно-морским архитектором. [9] Эта неотъемлемая сложность также означает, что доступные аналитические инструменты гораздо менее развиты, чем инструменты для проектирования самолетов, автомобилей и даже космических кораблей. Это связано, прежде всего, с нехваткой данных об окружающей среде, в которой требуется работать морскому транспортному средству, и сложностью взаимодействия волн и ветра с морской структурой.
Военно-морской архитектор - это инженер, который отвечает за проектирование, классификацию, обследование, строительство и / или ремонт кораблей, катеров, других морских судов и морских сооружений, как коммерческих, так и военных, включая:
- Торговые суда - нефтеналивные танкеры , газовые танкеры , грузовые суда , сухогрузы , контейнеровозы
- Пассажирские / автомобильные паромы , круизные лайнеры
- Военные корабли - фрегаты , эсминцы , авианосцы , десантные корабли.
- Подводные лодки и подводные аппараты
- Ледоколы
- Высокоскоростное судно - судно на воздушной подушке , мульти-корпуса кораблей , подводных крыльях корабля
- Workboats - барж , рыболовных судов , судов снабжения якорей буксир , судов снабжения платформ , буксиры , лоцманские суда, спасательных судов
- Яхты , моторные лодки и другое плавсредство для отдыха
- Морские платформы и подводные разработки
Некоторые из этих судов относятся к числу самых больших (например, супертанкеров ), самых сложных (например, авианосцев ) и высоко ценимых передвижных конструкций, созданных человечеством. Как правило, это наиболее эффективный способ транспортировки мирового сырья и продуктов. Современная инженерия в этом масштабе - это, по сути, командная деятельность, проводимая специалистами в своих областях и дисциплинах. Морские архитекторы объединяют эти действия. Эта требовательная руководящая роль требует управленческих качеств и способности сводить воедино часто противоречащие друг другу требования различных конструктивных ограничений для производства продукта, подходящего для этой цели. [10]
В дополнение к этой руководящей роли, военно-морской архитектор также выполняет функции специалиста по обеспечению безопасного, экономичного, экологически безопасного и мореходного дизайна. Чтобы выполнить все эти задачи, военно-морской архитектор должен разбираться во многих областях инженерии и быть в авангарде высоких технологий. Он или она должны иметь возможность эффективно использовать услуги, предоставляемые учеными, юристами, бухгалтерами и деловыми людьми разного рода.
Военно-морские архитекторы обычно работают на верфи , судовладельцев, проектные фирмы и консалтинговые компании, производителей оборудования, классификационных обществ , регулирующих органов ( закон Адмиралтейства ), военно-морских сил и правительств.
См. Также [ править ]
- Судостроение - Строительство кораблей и плавсредств.
- Корпус (гидроцикл) - водонепроницаемое плавучее тело корабля или лодки.
- Классификационное общество
- Международная морская организация - специализированное учреждение ООН
- Королевский институт военно-морских архитекторов - Международная организация, представляющая военно-морских архитекторов
- Общество морских архитекторов и инженеров - глобальное профессиональное сообщество
- Морская архитектура
- Морское строительство - Монтаж конструкций и сооружений в морской среде.
- Морская инженерия - проектирование лодок, кораблей, нефтяных вышек или других морских судов или сооружений.
- Гидротехника - Субдисциплина гражданского строительства, связанная с потоком и транспортировкой жидкостей.
- Машинист - лицензированный моряк, отвечающий за силовые установки и вспомогательные системы.
- Список морских колледжей
- Переборка (перегородка) - Перегородка в корабле
- Продольный каркас - Тип конструкции корпуса корабля.
- Остойчивость судна - реакция судна на возмущение из вертикального положения.
- Движение судов - термины, связанные с 6 степенями свободы движения
- Морская силовая установка - Системы создания тяги для кораблей и лодок на воде.
- Военный корабль - военный корабль, используемый военно-морским флотом.
Ссылки [ править ]
- ^ "Карьера в военно-морской архитектуре" . www.rina.org.uk .
- ^ Биран, Адриан; (2003). Гидростатика и остойчивость судов (1-е изд.) - Баттерворт-Хайнеманн . ISBN 0-7506-4988-7
- ^ Конвенция о международных правилах предупреждения столкновений судов в море 1972 г. с поправками; Международная морская организация ; ISBN 92-801-4167-8
- ^ Льюис V, Эдвард (ред.); (Июнь 1989 г.). Принципы военно-морской архитектуры (2-е издание) Том. 1 - Общество корабельных архитекторов и морских инженеров . ISBN 0-939773-00-7
- ^ "EN342" . www.usna.edu .
- ^ a b c d e Таппер, Эрик (1996). Введение в военно-морскую архитектуру . Оксфорд, Англия: Баттерворт-Хайнеманн.
- Перейти ↑ Neves, MAS (2016). «Динамическая остойчивость судов в регулярном и нерегулярном море - Обзор». Океанская инженерия . 120 : 362–370.
- ^ Прабово, А. Р. (2017). «Влияние отскока поражающего корабля на ударопрочность конструкции при столкновении корабля с кораблем». Тонкостенные конструкции . 115 : 225–239.
- ↑ Американское общество морских инженеров. Архивировано 26 декабря 2008 г. в Wayback Machine . Брошюра по военно-морской технике.
- ^ "Стандарт семьи профессий для профессиональной работы в группе проектирования и архитектуры, Управление персонала США, стр. 43–45" (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 12 мая 2009 года.
Дальнейшее чтение [ править ]
- Феррейро, Ларри Д. (2007). Корабли и наука: рождение военно-морской архитектуры в период научной революции, 1600–1800 гг . MIT Press. ISBN 978-0-262-06259-6.
- Пааш, Х. Словарь морских терминов, от киля до грузовика . Лондон: Дж. Филип и сын, 1908.
| Узнайте больше о сестринских проектах Википедии |
|
