современные типы судов. Примеры конструкций судов
 Скачать 11.6 Mb.
|
|
6.4. Пассажирские суда Из большого разнообразия пассажирских судов выделим несколько основных типов (рис. 6.21 – 6.30): линейные (лайнеры), круизные, линейно-круизные, паромы (автомобильно-пассажирские и железнодорожно-пассажирские), прогулочные и разъездные суда. Существуют также комбинированные грузопассажирские суда, к которым можно отнести и большинство паромов. Океанские пассажирские лайнеры, широко распространённые до середины XX в., в настоящее время практически исчезли, не выдержав конкуренции со стороны авиатранспорта. В основном линейные суда используются на местных линиях небольшой протяжённости, причём это, как правило, высокоскоростные суда (СМПВ и СПК). О  сновные требования к пассажирским судам, определяющие их архитектуру и конструкцию: привлекательный внешний вид и внутренний дизайн; удобство размещения пассажиров в каютах с естественным освещением; повышенные ограничения к уровням вибрации, шума и ускорений при качке; повышенные требования безопасности. Условия эксплуатации корпуса у пассажирских судов обычно относительно «мягкие» (малые давления от груза, уравновешенность нагрузки по длине судна, меньшая коррозия). Рис. 6.21. Пассажирское судно Конструктивными особенностями пассажирских судов являются: многоярусные и длинные надстройки с пассажирскими каютами и другими помещениями для обслуживания пассажиров, имеющие большое количество оконных вырезов; увеличенное число переборок или двойные борта; применение устройств и конструкций, снижающих качку или её воздействие на людей (успокоители качки, скуловые кили, многокорпусные конструкции); применение вибро- и шумоизоляции, демпферов вибрации. Для обеспечения остойчивости надстройки часто изготавливают из лёгких сплавов. Для прогулочных судов (рис. 6.26 – 6.29) при изготовлении не только надстроек, но и всего корпуса часто используются алюминиевые сплавы и композиционные материалы (стеклопластики, углепластики и пр.).  Рис. 6.22. Круизное судно  Рис. 6.23. Круизные суда /20/: Carnival Conquest; Voyager of the Seas; Queen Mary 2  Рис. 6.24. Схемы архитектурно-конструктивных типов пассажирских судов: а – лайнеры и круизные суда; б – автомобильно-пассажирские паромы; в – железнодорожно-автомобильные паромы с грузовым трюмом; г – грузопассажирские суда с грузовыми люками  Рис. 6.25. Примеры компоновки помещений пассажирских судов /14/  Р  ис. 6.26. Моторная яхта /23/ Рис. 6.27. Яхта длиной 140 м  Рис. 6.28. Яхта длиной 105 м  Рис. 6.29. Яхта длиной 40 м  Рис. 6.30. Мидель-шпангоут речного пассажирского судна «Валерий Чкалов» /16/ 7. ВЫСОКОСКОРОСТНЫЕ СУДА К высокоскоростным относятся суда, у которых число Фруда при эксплуатационной скорости не менее 1. К ним относятся некоторые водоизмещающие суда и суда с динамическими принципами поддержания (СДПП). В группу СДПП входят суда: глиссирующие, на подводных крыльях (СПК), на воздушной подушке (СВП), на воздушной каверне, экранопланы, а также разнообразные суда, у которых сила поддержания корпуса над поверхностью воды обеспечивается несколькими способами (рис. 7.1). Р  ис. 7.1. Типы высокоскоростных судов Конструкции СДПП во многом схожи с самолётными. Так же, как и к корпусу самолёта, к корпусу СДПП предъявляются жёсткие требования к массе. Поэтому основным материалом корпуса являются лёгкие (обычно алюминиевые) сплавы. Широко внедряются элементы конструкций из композитов. Для создания динамической силы поддержания применяются специальные устройства и элементы конструкций (у СПК – подводные крылья, у СВП – ограждение воздушной подушки, у глиссеров – реданы и т.п.). Большие мощности двигателей и большие скорости СДПП приводят к значительным ударным и вибрационным нагрузкам. Это может вызвать повышенный износ конструкций, усталостные трещины и повреждения. Поэтому при проектировании конструкций СДПП большое внимание уделяется сглаживанию концентраций напряжений в узлах соединений, исключению жёстких точек, применению виброизоляции. Для снижения шума (особенно у амфибийных СВП и экранопланов) широко применяют звукоизоляционные панели. Малый модуль упругости алюминиевых сплавов приводит к пониженной устойчивости продольных связей и повышению общей вибрации. Для повышения жёсткости корпуса даже у относительно небольших судов обычно применяется продольная система набора. Малые толщины элементов и применение разнородных материалов часто не позволяют выполнить традиционную для судостроения шовную сварку конструкций. В этих случаях конструкции соединяются клёпкой, точечной сваркой, склеиванием, клееклёпкой, клеесваркой. Шпация продольного набора скоростных судов при малой толщине обшивки требуется также небольшой (150 – 350 мм). Технологические сложности крепления набора к обшивке привели к широкому применению прессованных и трёхслойных панелей. В конструкциях из прессованных панелей для упрощения технологии соединения перекрёстных балок набора и уменьшения концентраторов напряжений широкое распространение получила навесная конструкция набора. Наиболее широко распространены пассажирские высокоскоростные суда. Они имеют развитые надстройки с большими оконными вырезами, снижающими общую продольную прочность судна (особенно от срезывающих сил). Для обеспечения прочности требуются специальные подкрепления вырезов либо исключение надстроек из общего изгиба судна путём усиления корпуса и применения подвижных соединений надстройки с корпусом. 7.1. Глиссирующие суда С точки зрения гидродинамики на тихой воде, для достижения больших скоростей глиссирования должно применяться плоское днище. Но именно днище плоской формы сильнее всего страдает от перегрузок и сильных ударов при встрече с волнами. Кроме того, такое днище чисто структурно не приспособлено к тому, чтобы выдерживать сильные удары. Даже при умеренном волнении глиссирующим катерам приходится уменьшать свой ход, так как из-за перегрузок, возникающих при соударениях с волнами, могут подвергнуться поломке внутренние связи корпусов. Часто ломаются шпангоуты в носовой части катера, появляются трещины в днище. Для снижения ударных нагрузок при сохранении быстроходности применяются различные формы обводов глиссирующих судов (рис. 7.2).  Рис. 7.2. Классификация корпусов глиссирующих судов /19/ Большинство глиссирующих катеров в нашей стране изготовляется с корпусами из легких сплавов дюралюминия (при клепаной конструкции) и алюминиево-магниевых сплавов (при использовании сварки). В последнее время растёт доля судов из композиционных материалов. Н  а рис. 7.3 – 7.5 приведены примеры глиссирующих судов. Рис. 7.3. Глиссирующая моторная яхта /23/  Рис. 7.4. Глиссирующее речное пассажирское судно «Заря»  Рис. 7.5. Мидель-шпангоут судна «Заря» /16/ 7.2. Суда и корабли на подводных крыльях Первые суда на подводных крыльях (СПК) были построены в 1905 1906 гг. Однако широкое применение СПК началось с 50-х годов XX в. В нашей стране основную роль в создании «флота на крыльях» сыграли разработки конструктора Р. Е. Алексеева. Его суда «Ракета» начали серийно строиться с 1957 г., и до сих пор их можно встретить на реках России. СПК имеет преимущество над глиссирующими судами в связи с тем, что подъёмная сила, возникающая на подводном крыле, почти вдвое больше, чем на таком же по размерам глиссирующем днище. Д  ля стабильного движения на крыльях необходимо регулирование подъёмной силы при изменении скорости и подъёма судна над поверхностью воды. У этажерочных крыльев (система Э. Форланини, 1905 г.) подъёмная сила автоматически регулируется погружением отдельных крыльев или выходом их на поверхность (рис. 7.6, а). В системе с V-образными полупогруженными крыльями (система Крокко и Рикальдони, 1906 г.) происходит плавное регулирование за счёт наклона крыльев к поверхности воды (рис. 7.6, б). У глубоко погруженных крыльев, характерных для мореходных судов (рис. 7.6, в), подъёмная сила регулируется изменяемым углом атаки (система К. Гука). У многих судов применяется комбинация крыльев различных типов (рис. 7.8, 7.9). Рис. 7.6. Типы крыльевых устройств: а – этажерочный; б – V-образный; в – с глубоко погруженными крыльями У речных СПК применяются обычно малопогруженные крылья, причём носовая и кормовая системы крыльев нагружены примерно одинаково (рис. 7.7, а, 7.10). В условиях волнения крылья должны быть погружены как можно глубже, чтобы по возможности избежать влияния волн. Поэтому у морских судов обычно применяются крылья или закрылки с регулируемым углом атаки. Наряду с компоновкой типа «тандем», у морских СПК часто применяется компоновка «утка» (реже – самолётная) с основным несущим крылом и передним (задним) стабилизирующим крылом (рис. 7.7, 7.11 7.13). Д  ополнительную мореходность на волнении несущим крыльям придаёт стреловидность (рис. 7.7). Для облегчения движения в переходном режиме и выхода на крылья СПК имеют глиссирующие обводы и поперечные сломы днища – реданы. Рис. 7.7. Схемы компоновки крыльевых устройств: а – «тандем»; б – «утка»; в – самолётная Наибольшее распространение СПК получили в качестве пассажирских линейных судов, а также в военно-морских флотах (ракетные, патрульные, десантные и другие корабли на подводных крыльях (КПК)). Корпус современных отечественных пассажирских СПК обычно изготавливается в виде сварной конструкции на основе прессованных панелей из алюминиево-магниевого сплава. Система набора – продольная, во многих перекрытиях – навесная. В местах действия повышенных и сосредоточенных нагрузок обшивка дополнительно подкрепляется проставышами – малыми бракетами между обшивкой и рамными балками (рис.7.14, 7.15). Наибольшие нагрузки испытывают крылья, стойки и конструкции корпуса в районе крепления стоек крыльевых устройств. Кроме того, крыльевые устройства подвержены повышенному износу – не только от коррозии, но и от истирания о взвешенные в воде частицы (особенно у речных судов). Для этих элементов используются высокопрочные нержавеющие стали, в последнее время – угле- и боропластики.  Рис. 7.8. СПК «Олимпия» /26/  Рис. 7.9. СПК РТ10  Рис. 7.10. Паром РТ150   Рис. 7.11. КПК «Пегасус» (три глубокопогруженных крыла катера, управляемые с помощью электроники, расположены по схеме «утка». Они могут быть подняты из воды при движении в водоизмещающем режиме)  Рис. 7.12. КПК «Tucumcary» (США, 1968 г.) /25/  Рис. 7.13. КПК «BRAS D'OR» (Канада, 1968 г.) /25/  Рис. 7.14. Мидель-шпангоут речного СПК «Восход» /16/  Рис. 7.15. Мидель-шпангоут СПК «Комета» /7/ 7.3. Суда и корабли на воздушной подушке В СССР первые суда на воздушной подушке (СВП) были созданы под руководством В.И. Левкова в конце 30-х годов. С 60-х годов XX в. СВП начали широко применяться в разных странах. Подъём судна над поверхностью воды или суши позволяет увеличить его скорость до 70 – 100 уз. Однако на создание воздушной подушки (ВП) расходуется большая часть мощности двигателей, поэтому критерий массы при проектировании таких судов является основным. Существует два основных типа СВП (рис. 7.16). Амфибийные суда имеют гибкое ограждение (ГО) ВП. Они полностью отрываются от поверхности, поэтому могут двигаться не только над водой, но и над сушей – по пологому побережью, в тундре, в пустыне. Скеговые СВП имеют жёсткое ограждение ВП (скеги) по бортам и ГО в носу и корме. Они лишь частично поднимаются над водой, однако отличаются большей экономичностью, хорошей устойчивостью на курсе и малой шумностью. Движителями скеговых СВП являются гребные винты или водомёты, а у амфибийных судов применяются воздушные винтовые или реактивные движители.  Рис. 7.16. Амфибийное (а) и скеговое (б) СВП Схемы конструкций амфибийных СВП показаны на рис. 7.17 7.20. У крупного амфибийного СВП корпус представляет собой прочный понтон плавучести с продольной системой набора, разделённый непроницаемыми поперечными и продольными переборками. Лёгкая надстройка соединена с корпусом каркасной конструкцией из трубчатых стоек и раскосов. В результате между палубой корпуса и палубой надстройки образуется невысокое пространство – жёсткий ресивер, через который воздух от заборных отверстий и проходов в надстройке подаётся нагнетателем и растекается по всему периметру корпуса к ограждению ВП. Корпус, ресивер и надстройка образуют три яруса (рис. 7.18, а).                 Рис. 7.17. Амфибийное СВП типа SR № 4: 1 – гибкое ограждение; 2 – понтон плавучести (корпус); 3 – жёсткий ресивер; 4 – надстройка; 5 – ходовая рубка; 6 – поворотный пилон; 7 – воздушный винт; 8 нагнетатель воздуха в ВП; 9 – стабилизатор; 10 – газотурбинный двигатель У средних СВП корпус и надстройка имеют единую палубу, а жёсткий ресивер располагается по периферии надстройки (рис. 7.18, б). У малых СВП надстройка и небольшие бортовые блоки плавучести располагаются на жёсткой горизонтальной раме (рис. 7.18, в).                         Рис. 7.18. Варианты компоновки амфибийных СВП в поперечном разрезе: а – трёхъярусная; б – двухъярусная; в – одноярусная; 1 – гибкое ограждение; 2 – корпус (понтоны плавучести); 3 – ресивер; 4 – надстройка; 5 горизонтальная рама ГО СВП имеет композитную структуру, состоящую из нескольких склеенных слоёв. Несущие слои из синтетических тканей обеспечивают прочность ГО. Слои покрытия (из эластичных пластмасс) обеспечивают непроницаемость ГО и защищают несущие слои от истирания. Основные конструктивные типы ГО определяются принципами образования ВП. При камерной схеме формирования ВП характерны ГО мембранного («юбочного») типа или в виде замкнутых мешков. При сопловой схеме применяются ограждения из двух стенок с надувными мешками (двухъярусного типа). Такое ГО имеет в верхней части объёмный мешок, называемый гибким ресивером, а ниже – сопловую часть, которая обычно состоит из легкозаменяемых сегментных элементов (рис. 7.21). На рис. 7.22 представлена конструкция периферийного жесткого ресивера СВП. Схемы конструкций скеговых СВП показаны на рис. 7.23, 7.24. При двухъярусной компоновке, характерной для морских судов, надстройка расположена над непроницаемым, разделённым переборками, корпусом (рис. 7.24, а, 7.25). При одноярусной компоновке у судна нет разделения на корпус и надстройку. Плавучесть обеспечивается либо непроницаемыми скегами, либо отдельными небольшими блоками. Такие схемы характерны для речных судов (рис. 7.24, б, в, 7.26).  Рис. 7.19. Опытный десантно-штурмовой 160-тонный катер JEFF (США) /26/  Рис. 7.20. Британское СВП береговой охраны SR № 6  Рис. 7.21. Некоторые схемы ГО с двумя стенками: а – «юбочная» (с периферийным соплом и соплом остойчивости); б – с гибким ресивером (надувным мешком) и соплом, (разделённым вертикальными диафрагмами); в с навесными сегментными элементами; г – съёмные сегментные элементы  Рис. 7.22. Поперечный разрез периферийного бортового ресивера СВП Рис. 7.23. Пассажирское речное скеговое СВП «Зарница»: 1 – ходовая рубка; 2 – пассажирский салон; 3 – МО; 4 – главный двигатель; 5 – воздухозаборник; 6 – нагнетатель; 7 – воздушный канал; 8 – скег; 9 носовое гибкое ограждение; 10 – кормовое гибкое ограждение; 11 водомёт С  истема набора скегов и крыши надстройки обычно продольная. Гибкое ограждение в носу и корме обычно представляет собой замкнутые надувные мешки. Носовое гибкое ограждение может быть «юбочного» типа с одной стенкой.  Рис. 7.24. Варианты компоновки скеговых СВП в поперечном разрезе: а – двухъярусная; б, в – варианты одноярусного типа  Рис. 7.25. Мидель-шпангоут скегового СВП (автомобильно-пассажирского парома) Р  ис. 7.26. Мидель-шпангоут речного скегового СВП «Орион» /8/ |