Корпус корабля или судна имеет очень сложную форму. Это — удлиненное тело, ограниченное сверху, снизу и с бортов кривыми поверхностями: верхней палубой, днищем и бортами. Всем поверхностям, как правило, придается удобообтекаемая форма, что уменьшает сопротивление движению судна воды и воздуха. Кстати, удобообтекаемость необходима всем видам транспорта. Заостренность носовых и кормовых оконечностей судна тем большая, чем большая скорость ему необходима. А упрощенные обводы корпуса, образуемые плоскими поверхностями, можно наблюдать только на тихоходных морских и речных судах. Делается такая форма, конечно же не ради тихоходности, а прежде всего потому, что она намного удешевляет изготовление корпуса.
Общее представление о форме того или иного корпуса судостроители получают при условном рассечении его тремя взаимно перпендикулярными плоскостями (рис. 1). Первая из них — вертикальная плоскость симметрии — проходит вдоль корпуса посередине его ширины. Она называется диаметральной плоскостью (ДП). Вторая — это горизонтальная плоскость, то есть плоскость конструктивной ватерлинии, проходящая вдоль корпуса и делящая его на две несимметричные части — надводную и подводную. Наконец, третья — вертикальная (плоскость мидель-шпангоута), которая перпендикулярна первым двум и проходит посередине расчетной длины судна.
Линия, образующаяся при пересечении верхней палубы с диаметральной плоскостью, носит название палубной. У большинства судов она имеет изогнутую форму с подъемом от середины судна к его оконечностям. Этот продольный изгиб называется седловатостыо палубы.
Юному судомоделисту нужно иметь представления еще о двух линиях — бортовой линии палубы и килевой.
Необходимо знать и следующее. Кромки, образующиеся при пересечении бортовых поверхностей корпуса с диаметральной плоскостью в носовой и кормовой оконечностях, называют штевнем. Носовой штевень, расположенный по ходу судна впереди, называется форштевнем, а кормовой — ахтерштевнем.
Формы обводов штевней зависят от назначения судна (рис. 2). Наклонный форштевень представляет собой прямую наклонную линию, в подводной части плавно или же под углом переходящую в килевую. Он придает судну устремленность вперед и увеличивает с развалом бортов в носовой оконечности полезную площадь верхней палубы, а также улучшает всплытие судна на волну.
Клиперский форштевень заимствован у парусных судов. Он имеет плавную образующую линию, направленную вперед верхним своим концом.
Так называемый бульбообразный форштевень в верхней части похож на клиперский, но подводная его часть имеет каплеобразную форму и опущена несколько ниже килевой линии. Именно такие форштевни у судов с относительно большой шириной корпуса, что уменьшает сопротивление воды во время плавания.
В подводной части ледокольного форштевня наклонная прямая, которая, не доходя немного до уровня воды, имеет плавный наклон до 30°. Такие форштевни бывают не только на ледоколах, но и на судах, которым приходится плавать во льдах. Именно эта форма позволяет судну вылезать на ледяное поле и своей тяжестью взламывать его.
Прямой форштевень, имеющий вертикальную линию, плавно переходящую в килевую, бывает у речных судов. Они, как известно, не плавают на относительно взволнованной поверхности, и прямой форштевень создает хорошие условия для обзора пространства перед носом судна. А это ведь очень важно и при подходах к причалам, и во время плавания в узких местах.
По своей форме кормовые оконечности делятся на три основных типа (рис. 3). Первый — обыкновенная корма. Она встречается на тихоходных грузовых судах с одним винтом. Характерная ее форма: свес верхней части корпуса, называемый подзором, высоко над водой. Второй — крейсерская. Эта корма с плавными обводами и подзором, утопленным в воду, бывает на быстроходных судах. У транцевой (третий тип) кормы над водой усеченный вид. Образуется он вертикальной или наклонной в корму поперечной плоскостью, называемой транцем. Такую корму можно увидеть на рыболовных и промысловых судах, а также на военных тральщиках.
Ватерлиния (ВЛ) — это след от пересечения поверхности корпуса горизонтальной плоскостью. Если она соответствует полному водоизмещению судна, ее называют конструктивной (КВЛ). Такая ватерлиния у грузовых судов является одновременно и грузовой (ГВЛ). При этом она соответствует проектной осадке судна.
Каковы же характерные формы конструктивных ватерлиний на современных судах (рис. 4)? У грузовых судов она заострена в оконечностях и имеет так называемую цилиндрическую вставку в средней части, на протяжении которой обводы ВЛ параллельны ДП. Эта вставка увеличивает вместимость корпуса, упрощает технологию и удешевляет его постройку, но имеет и негативную сторону: с увеличением скорости таких судов увеличивается и сопротивление их движению.
Суда, скорость которых является важным эксплуатационным качеством, напротив, имеют ВЛ с очень незначительной цилиндрической вставкой или же вообще обходятся без нее. Нет этой вставки и у быстроходных судов с транцевой кормой. ВЛ у них усеченная, а транец способствует отрыву струй воды от днища при скольжении судна по водной поверхности, то есть при глиссировании. ВЛ полного образования с цилиндрической вставкой на 70—90 % длины у тихоходных и несамоходных речных судов с большим внутренним объемом корпуса.
Вертикальная поперечная плоскость, рассекающая судно посередине его расчетной длины, называется плоскостью мидель-шпангоута. Это сечение характеризует полноту обводов в средней части, показывая форму поперечного сечения судна, завал или развал бортов, выпуклость (погибь) палубы в поперечном направлении, килеватость (наклон к ДП) днища, размер и форму скулы.
Наиболее характерные формы (рис. 5) миделевых обводов имеют морские транспортные суда с вертикальным бортом и с подъемным днищем; морские быстроходные суда с хорошо обтекаемыми обводами, большим углом подъема днища и большим скуловым закруглением; ледокольные суда со скругленными бортами и развалом в подводной части и завалом в надводной части. Такая форма увеличивает поперечную жесткость корпуса, и в случае сжатия судна в ледяных полях лед выдвигается по наклонным бортам или под судно, выжимая его из воды, или же поднимается вверх; быстроходные суда малого водоизмещения (катера) в большинстве случаев с прямыми с развалом бортами, переходящими под углом в днище с большим подъемом слегка изогнутой формы; быстроходные суда внутреннего плавания с плоскодонным днищем, с лекальной скулой, переходящей в борта с развалом. Эти образования увеличивают площадь палубы и помещения в надводной части корпуса; речные плоскодонные суда с горизонтальным днищем и вертикальными бортами, с малым радиусом закругления скулы. Такой профиль поперечного сечения обеспечивает максимальный объем корпуса и предусматривается на тихоходных судах с минимальной осадкой.
Выше мы вели речь о форме судовых корпусов. Теперь перейдем к их размерениям и размерам.
Длина, ширина, высота борта и осадка составляют главные размерения судна. Они подразделяются на расчетные, наибольшие и габаритные (рис. 6).
Расстояние, измеренное в плоскости КВЛ между точками пересечения ее носовой и кормовой частей с ДП, называется длиной судна по КВЛ и обозначается сокращенно LКВЛ . А расстояние, измеренное в плоскости KBJ1 между носовым и кормовым перпендикулярами, — это длина судна между перпендикулярами и обозначается LПП.
Носовой перпендикуляр (НП) — линия пересечения ДП с вертикальной поперечной плоскостью, проходящей через крайнюю носовую точку КВЛ. Та же линия, проходящая через точку пересечения оси поворота руля с плоскостью КВЛ, называется кормовым перпендикуляром (КП).
Наибольшая длина судна (Lнб) — расстояние, измеренное в горизонтальной плоскости между крайними точками носовой и кормовой оконечностями корпуса без выступающих частей. Есть и габаритная длина (Lгб) — это то же, что и Lнб, но с учетом постоянно выступающих частей.
Теперь о ширине корпуса (В). Это расстояние, измеренное на мидель-шпангоуте между теоретическими поверхностями бортов перпендикулярно ДП на уровне КВЛ, а расстояние, измеренное перпендикулярно ДП между крайними точками корпуса без учета выступающих частей, называют наибольшей шириной корпуса (Впб). То же расстояние, измеренное перпендикулярно ДП между крайними точками корпуса с учетом выступающих частей, составляет габаритную ширину корпуса (Вгб).
Наконец, о высоте борта (Н) и осадке корпуса (Т). Высота борта Н — вертикальное расстояние, измеренное на мидель-шпангоуте от основной плоскости до бортовой линии верхней палубы; осадка корпуса Т — вертикальное расстояние, измеренное в плоскости мидель-шпангоута от основной плоскости до плоскости конструктивной или расчетной линии.
Так как судно не всегда плавает на ровный киль, а часто — с дифферентом (разность между углублением носовой и кормовой оконечностей судна), то различают осадку носом (Тн) и осадку кормой (Тк), которые измеряются носовым и кормовым перпендикулярами.
Контроль за осадкой судна ведется по маркам углубления (рис. 7), которые наносятся на форштевне, в районе мидель-шпангоута и на ахтерштевне. Они показывают углубление судна в данном месте и наносятся римскими и арабскими цифрами. На левом борту римскими — углубление в футах, на правом — арабскими в дециметрах. С 1969 года на советских судах марки углубления наносятся только в дециметрах.
Необходимо отметить, что формы обводов корпуса судна, которые были рассмотрены ранее, не исчерпывают всех особенностей формы корпуса. Поэтому инженеры-судостроители применяют в своей практике еще ряд так называемых коэффициентов полноты, которые дают полную характеристику различных форм корпуса.
Водоизмещение — основная характеристика, определяющая размер того или иного судна. Кроме того, размер грузовых судов определяется еще и грузоподъемностью и регистровой вместимостью. Разберем кратко, что это такое.
Весовое водоизмещение — это главный весовой измеритель, который включает в себя массу судна с его механизмами и оборудованием, а также массу перевозимого груза, пассажиров, топлива и т. д.
Весовое водоизмещение разделяется на водоизмещение порожнем, равное массе судна без принимаемых на него грузов, и водоизмещение, равное массе судна с полным грузом, пассажирами, командой, запасами топлива, смазки, продуктов и воды. Разность между этими видами водоизмещений называется дедвейтом.
Если же исключить из дедвейта массу экипажа, топлива, смазки и пресной воды, то оставшаяся масса составит чистую грузоподъемность — главную характеристику грузовых судов. К этому надо добавить, что грузоподъемность судна определяется в тоннах.
Кстати, слово «тонна» происходит от английского «tun» и французского «tonneau», означающих в обоих случаях — «большая бочка». Емкость винной бочки составляла 252 галлона, что соответствовало по весу 2240 футам, или 1016 кг. Эта цифра, будучи округленной, и стала определителем массы в 1000 кг — тонну.
Наряду с грузоподъемностью есть еще один размер — грузовместимость. Означает она объем или кубатуру судовых помещений, предназначенных для перевозки грузов. Единицей измерения грузовместимости, являющейся в данном случае единицей объема — регистровая тонна, равная 2,83 м3.
На каждом судне есть мерительное свидетельство с указанием его валовой и чистой вместимости. А на бортах большинства судов имеется специальный знак — грузовая марка, которая представляет собой кольцо, перечеркнутое горизонтальной линией, и рядом с ним несколько линий, напоминающих гребенку (рис. 8). Горизонтальная линия в круге показывает максимально допустимую осадку судна при плавании летом в морской соленой воде. «Гребенка» состоит из следующих наибольших осадок в различных условиях плавания: ТП — осадка при плавании судна в тропиках в пресной воде; П — в пресной воде; Т — в тропиках в морской воде; Л — летом в морской воде; 3 — зимой в морской воде и ЗСА — зимой для северной части Атлантического океана. Буквы рядом с кругом обозначают наименование общества, класс которого присвоен судну. Буквы Р, С на советских и некоторых иностранных судах обозначают сокращенное название Регистра СССР. Выше грузовой марки на борту нанесена черта, указывающая линию палубы, от которой отсчитывают надводный борт судна.
Поговорим об этом подробнее. Различают полную (валовую) вместимость (брутто-регистровую), которая включает в себя объем всех судовых помещений под палубой и в надстройках, и чистую (нетто-регистровую), получающуюся путем вычета из валовой вместимости объема помещений, не предназначенных для размещения в них грузов и пассажиров (помещения для команды, служебные и бытовые, а также машинно-котельных отделений).
В XV веке был введен обмер судов, определяющий объем судовых помещений. Производится он и в наше время. По чистой вместимости исчисляются с судов различные пошлины и сборы за пользование портовыми причалами и каналами, за лоцманские услуги, за обслуживание маяков и т. д.
Что же касается грузовой марки, то она впервые была узаконена в XIII веке в Венеции. Закон об обязательной грузовой марке в России был введен в 1909 году. В настоящее время во всех странах действует единое соглашение о грузовой марке, принятое на международной конференции в 1930 году.
Оба понятия — грузоподъемности и грузовместимости — определяют основные эксплуатационные качества судна. Сюда же относятся и скорость хода, а также дальность и автономность плавания.
Скорость судна определяет быстроту его транспортных операций. Она измеряется в узлах (на море) и в км/ч (на реках и озерах). Узел — это единица скорости, равная одной морской миле в час (1,852 км/ч или же 0,514 м/сек). У сухогрузных судов скорость 15—18 узлов, у контейнеровозов — 28—33 узла, у танкеров 16—20 узлов, а у пассажирских судов — до 30—35 узлов.
Расстояние, которое судно способно пройти с заданной скоростью, без пополнения запасов топлива, котельно-питательной воды и масла, определяют как дальность плавания. Транспортные суда могут совершать рейсы дальностью 15 000—20 000 миль, а у атомоходов она неограничена.
Длительность пребывания судна в море без пополнения запасов провизии, пресной воды, топлива, то есть всего необходимого для нормальной деятельности экипажа и пассажиров, определяют как автономность плавания. У небольших промысловых, речных и рейдовых, а также морских транспортных судов, плавающих на коротких линиях, она равна 3—5 суткам. Большие морские транспортные суда могут, без захода в порты, находиться в море до двух месяцев. Ледоколы, научно-исследовательские суда, промысловые базы могут быть автономны до одного года.
Все, о чем говорилось выше, еще не дает полного представления о всех качествах того или иного судна. Чтобы иметь полную их характеристику, надо знать и целый ряд понятий, определяющих так называемые мореходные качества судна. О них и пойдет речь ниже.