Характеристики формы корпуса малых судов
Основными характеристиками корпуса судна являются его главные размерения и теоретический чертеж, дающий представление об обводах.
Главными размерениями судна являются его длина, ширина, высота борта и осадка (рис. 1). Точное знание этих величин необходимо владельцу судна для решения различных эксплуатационных задач — при швартовках в гаванях, плавании по мелководным участкам, перевозке судна и т. п.
Рис. 1. Главные размерения судна; крен θ и дифферент φ.
β — угол килеватости днища.
Различают несколько значений этих величин:
— длина наибольшая (в проектной документации она обозначается Lнб) — расстояние по горизонтали, измеренное между крайними точками по обшивке судна;
— длина по конструктивной ватерлинии (КВЛ) L — расстояние между крайними точками корпуса, замеренное по зеркалу воды при полной нагрузке судна, либо при другой характерной нагрузке;
— ширина наибольшая Bнб измеряемая в самом широком месте судна по наружной обшивке;
— ширина по КВЛ B — наибольшая ширина по наружной обшивке, измеренная в плоскости ватерлинии (КВЛ);
— высота борта на миделе H, измеряемая от нижней точки обшивки при киле до верхней кромки палубы при борте;
— высота надводного борта F, измеряемая от плоскости ватерлинии до верхней кромки палубного настила у борта; различают минимальный надводный борт Fм (чаще всего—на миделе), надводный борт в носу Fн и корме Fк, замеряемые соответственно у носового и кормового конца КВЛ по отвесу, спущенному с палубы;
— осадка средняя T — углубление корпуса, измеряемое в средней части — на миделе — от ватерлинии до нижней кромки киля.
Кроме главных размерений корпуса, существуют габаритные размеры, например, габаритная длина вместе с выступающими штевнями; габаритная осадка — от ватерлинии до самой нижней точки судна, например, до шпоры подвесного мотора; габаритная ширина вместе с выступающими буртиками или привальными брусьями; габаритная высота — от нижней точки киля до верхней точки надстройки и т. п.
Кроме абсолютных цифр, форму корпуса судна характеризуют соотношения главных размерений.
Отношение длины к ширине по ватерлинии L/B характеризует ходкость судна (чем больше L/B, тем быстроходнее судно, если оно водоизмещающего типа) и остойчивость (чем меньше L/B при одинаковой длине, тем остойчивее судно).
Отношение ширины по КВЛ к осадке B/T характеризует ходкость, остойчивость и мореходность. Чем больше B/T, тем остойчивее судно, однако его способность сохранять скорость на волнении оказывается ниже, чем у более узкого и глубокосидящего корпуса.
Отношение наибольшей длины к высоте борта на миделе Lнб/H характеризует прочность и жесткость корпуса, которые повышаются с уменьшением этого отношения.
Отношение полной высоты борта к осадке H/T характеризует запас плавучести судна. Чем оно больше, чем большим запасом плавучести обладает судно, тем большую нагрузку оно способно принять без опасности заливания волной.
Теоретический чертеж представляет изображение на плоском листе бумаги сложной криволинейной наружной поверхности корпуса в виде трех проекций на три взаимно перпендикулярные плоскости. На этих проекциях изображаются следы пересечения наружной обшивки секущими плоскостями, положение которых определяется в соответствии с установившимися в судостроении правилами. Три из этих плоскостей — диаметральная, основная и плоскость мидель-шпангоута — являются главными, базовыми для построения теоретического чертежа и для постройки либо последующей модернизации судна. От этих плоскостей отсчитывают все размеры и координаты любой точки корпуса (рис. 2).
Диаметральная плоскость (ДП) — вертикальная продольная плоскость симметрии, разделяющая корпус на правую и левую половины.
Основная плоскость (ОП) — горизонтальная плоскость, проходящая через самую нижнюю точку наружной обшивки при киле. Линия пересечения основной плоскости с ДП называется основной линией (ОЛ).
Плоскость мидель-шпангоута (миделя) — вертикальная
поперечная плоскость, проходящая посередине длины судна по КВЛ. Эту
плоскость обозначают значком миделя 
.
Рис. 2. Основные плоскости теоретического чертежа.
Три проекции теоретического чертежа получаются сечением корпуса плоскостями, параллельными перечисленным выше трем базовым плоскостям. На боковой проекций, или проекции «бок», изображают следы сечения корпуса равноотстоящими друг от друга продольными плоскостями, параллельными ДП. Эти следы называются батоксами. Следы сечения корпуса равноотстоящими горизонтальными плоскостями, параллельными ОП, — ватерлинии — образуют проекцию «полуширота». Следы сечения корпуса равноотстоящими поперечными плоскостями, параллельными плоскости миделя — плоскостями шпангоутов, дают проекцию «корпус» (рис. 3).
Рис. 3. Теоретический чертеж моторной лодки длиной 4,8 м: а — бок; б — полуширота; в — корпус.
Шп — шпангоут; ВЛ — ватерлиния; КВЛ — конструктивная ватерлиния; Б — батокс; ЛБ — линия борта; Тр — транец; ОЛ — основная линия; ДП — диаметральная плоскость.
Рис. 4. Определение коэффициентов полноты.
— площадь миделя; S — площадь КВЛ.
Каждая линия теоретического чертежа на одной из проекций является кривой, а на двух других — прямой. Шпангоуты на боку и полушироте изображаются в виде прямых линий, а на корпусе они криволинейны, т. е. имеют свой истинный вид. Ватерлинии — прямые на боку и корпусе, батоксы — на полушироте и корпусе. Прямые линии образуют так называемую сетку теоретического чертежа.
Так как корпус судна симметричен относительно ДП, на полушироте изображают ватерлинии только одного (левого) борта; на проекции корпус по правую сторону от ДП вычерчивают обводы носовых шпангоутов, а по левую — кормовых.
Важнейшей характеристикой судна является его водоизмещение, т. е. объем воды, вытесняемый корпусом при его погружении по КВЛ. Объемное водоизмещение вместе с главными размерениями судна позволяет судить о его величине, вместимости и потенциальных мореходных качествах.
Водоизмещение — величина переменная, зависящая от нагрузки судна, поэтому различают несколько его значений:
— водоизмещение полное — с полными запасами горючего, пресной воды, экипажем и снабжением на борту;
— водоизмещение порожнем — со снабжением, парусами и подвесным мотором на борту, но без экипажа с личными вещами, запасов горючего и провизии;
— водоизмещение в состоянии обмера (для парусных яхт) — со снабжением и парусами на борту, но без экипажа с багажом, запасов пресной воды, топлива и провизии.
Объемное водоизмещение V, измеряемое в кубических метрах, используется в качестве характеристики для вычисления коэффициентов полноты. Оно отличается от величины весового водоизмещения D, характеризующего нагрузку судна и измеряемого в тоннах, на величину плотности воды D = γ·V, где V — плотность воды (для пресной воды γ = 1,00 т/м³; для морской γ = 1,015÷1,025 т/м³).
При сравнении различных судов часто пользуются безразмерными коэффициентами полноты, к числу которых относятся:
— коэффициент полноты водоизмещения или общей полноты δ, связывающий линейные размеры корпуса с его погруженным объемом. Этот коэффициент определяется как отношение объемного водоизмещения по КВЛ к объему параллелепипеда, имеющего стороны, равные L, B и T (рис. 4):
| δ = | V | . |
| L · B · T |
Чем меньше коэффициент δ, тем более острые обводы имеет судно и, с другой стороны, тем меньше полезный объем корпуса ниже ватерлинии;
— коэффициенты полноты площади ватерлинии α и мидель-шпангоута β; первый представляет собой отношение площади ватерлинии S к прямоугольнику со сторонами L и B:
| α = | S | , |
| L · B |
второй — отношение площади погруженной части миделя к прямоугольнику,
стороны которого равны B и T:
| β = | |
. |
| B · T |
Коэффициент α показывает, насколько заострена ватерлиния в оконечностях и какую роль в начальной остойчивости судна играет форма корпуса. С увеличением α повышается остойчивость, но, если речь идет о водоизмещающем судне, несколько ухудшаются обтекаемость корпуса и его ходкость, особенно на волнении и при большой осадке.
Коэффициент β косвенным образом характеризует продольное распределение объема и влияние обводов корпуса на ходкость судна. Однако более характерным является призматический коэффициент φ (коэффициент продольной полноты), который представляет собой отношение объемного водоизмещения V к объему призмы, имеющей основанием погруженную часть миделя, а высотой — длину судна по КВЛ:
| φ = | V | . |
| ·
L |
Нетрудно заметить, что коэффициент φ связан с коэффициентами δ и β зависимостью
| φ = | δ | . |
| β |
Характерные значения соотношений главных размерений и коэффициентов полноты для различных типов судов приведены в табл. 2.