ксплуатационные и мореходные свойства судна

ЧЕЛПАНОВ И.В.

 

 

Л Е К Ц И Я № 3.1

 

Тема: Эксплуатационные и мореходные качества судна: Эксплуатационные свойства судна

 

Текст лекции по дисциплине «Объекты морской техники»

 

 

Санкт-Петербург

Введение

С технической точки зрения судно можно определить как инже­нерное сооружение, предназначенное для транспортных, произ­водственных или военных целей, обладающее способностью пла­вать на воде, над или под водой.

Суда военного флота, предназначенные для ведения боевых действий, принято называть кораблями.

Определяя судно или корабль как инженерное сооружение, мы имеем в виду, что при современном состоянии развития тех­ники постройка судов ведётся инженерными методами, т. е. мето­дами, базирующимися на научной основе. Этим подчеркивается, что современное судостроение является не искусством, как это было в течение многовекового его развития, а наукой.

Под способностью судна плавать следует понимать его спо­собность сохранять заданное положение по отношению к поверх­ности воды и перемещаться в заданном направлении на поверх­ности, над или под поверхностью воды с заданной скоростью. Одной из главнейших задач инженерной науки о судне является обеспе­чение безопасного плавания, т. е. такого, при котором воздействие внешних сил не приводило бы к нарушению равновесия или проч­ности судна и к его гибели.

Судно как инженерное сооружение характеризуется рядом специальных свойств, которые можно подразделить на эксплуа­тационные и навигационные (или мореходные).

Под эксплуатационными свойствами подразумеваются такие, которые определяются назначением судна как инженерного соору­жения. Специфической особенностью эксплуатации судов по сравнению с другими транспортными сооружениями и машинами является режим плавания на поверхности, над или под поверхностью воды. Эти условия эксплуатации требуют наличия у судна спе­циальных навигационных свойств.

ксплуатационные и мореходные свойства судна

Рассмотрим основные эксплуатационные свойства судна.

Грузоподъёмность судна является одним из основных эксплуатационных свойств транспортных судов. Грузоподъёмность измеряется весом перевозимых судном грузов и определяет транс­портные возможности судна. Грузоподъёмность современных мор­ских транспортных судов достигает 500000 т и более. Различают чистую грузоподъёмность, включающую вес полезного груза, пас­сажиров и багажа, и полную грузоподъёмность, в которую, кроме названных грузов, входит также вес топлива, питательной воды для котлов, мытьевой и питьевой воды, запасов и снабжения, а также команды судна. Иногда полную грузоподъёмность, по установившейся среди моряков торгового флота традиции, назы­вают дедвейтом.

Грузовместимость — объём (или кубатура) грузовых помещений, необходимый для размещения перевозимых судном грузов.

Вместимость по сыпучему грузу (зерновая вместимость) — теоретичес-кий объём грузовых помещений за вычетом объёма набора и других конструкций, находящихся внутри грузовых помещений (вычет составляет 4-5 %).

Вместимость по штучному грузу (киповая вместимость) — на 8-10 % меньше вместимости по сыпучему грузу, так как в неё не включают пространство между шпангоутами, бимсами и стойками переборок, которое не может быть использовано для размещения ящиков, бочек, кип хлопка и пр.

Р е г и с т р о в а я в м е с т и м о с т ь (регистровый тоннаж) — используется в мировой практике для единообразной оценки размеров судна и, в первую очередь, размеров его помещений. Измеряется в регистровых тоннах (1 рег. т = 2,83 м³ = 100 куб. футов).

Валовая вместимость (брутто-регистровый тоннаж) — полный объём помещений корпуса и закрытых надстроек, за исключением объёмов отсеков двойного дна, цистерн водяного балласта, а также некоторых служебных помещений и постов, расположенных на верхней палубе и выше.

Чистая вместимость (нетто-регистровый тоннаж) — определяется вычитанием из валовой вместимости объ­ёмов помещений, занимаемых машинными и котельными установ­ками, навигационных помещений, а также жилых помещений су­довой команды (то есть объёмов помещений, непригодных для перевозки коммерческого груза).

Оснащённость судна определяется составом, количе­ством и показателями специального оборудования, необходимого для использования судна в соответствии с его назначением. На­пример, применительно к рыболовным судам оснащённость будет характеризоваться числом сетей или тралов, их техническими характеристиками, составом и показателями прочего рыболовного оборудования.

Скорость хода судна — одно из его важнейших экс­плуатационных свойств, определяющее быстроту транспортных операций. Скорость хода судов принято измерять в морских еди­ницах скорости — узлах. Один узел — единица скорости, равная одной морской миле в час, или 1,852 км/час, или 0,514 м/сек.

Маневренность — качество, определяющее способность судна производить в процессе эксплуатации необходимые измене­ния направления движения и величины скорости хода.

Дальность плавания — расстояние, которое судно может пройти при заданной скорости хода без пополнения запаса топлива. Современные, океанские суда и некоторые военные ко­рабли имеют дальность плавания, превышающую 10000 миль.

Автономность судна — предельная длительность пребы­вания судна в море без пополнения запасов топлива, воды, про­визии и прочих расходных материалов, необходимых для движе­ния судна и жизни людей на нём.

Обитаемость судна — качество, характеризующееся удобством размещения на судне пассажиров и экипажа, а также составом и оборудованием бытовых помещений.

П р о ч н о с т ь ко н с т р у к ц и и судна является важнейшим его свойством, обеспечивающим, наряду с мореходностью, безопас­ность плавания. Обеспечение прочности судна достигается пра­вильным (соответствующим воздействию внешних сил и приме­няемым материалам) назначением размеров для элементов кон­струкции судна, при которых конструкция не разрушается под воздействием внешних нагрузок и в то же время не имеет излиш­них запасов материала, увеличивающих вес.

Таким же способом достигается устойчивость конструкций судна, под которой понимается неизменяемость формы конструк­ций при воздействии внешних нагрузок.

Многочисленные случаи гибели судов из-за недостаточной прочности конструкции свидетельствуют о необходимости уделять особое внимание обепечению этого качества. Примером неудовле­творительного разрешения этой задачи могут служить американ­ские транспортные суда типа Либерти, строившиеся в США во время второй мировой войны в большом количестве. На крупной океанской волне корпуса этих кораблей неоднократно разламыва­лись пополам.

Стойкость конструкции и её материалов (огнестойкость, водо­стойкость, ударостойкость, коррозионная стойкость, износостой­кость и др.) — это способность материалов и конструкции в целом противостоять разрушающему воздействию различных физико-химических факторов.

 

Конструкция судна должна обладать не только всеми перечисленными основными эксплуатационными свойствами, но она должна быть простой, лёгкой, экономичной в постройке и эксплуа­тации, долговечной и надёжной.

Навигационные, или мореходные, свойства являются специфи­ческими для плавучих сооружений. В отличие от эксплуатацион­ных свойств, именно мореходные свойства определяют судно как плавучее инженерное сооружение. Изучение этих свойств лежит в основе судостроительной науки.

Главнейшими навигационными, или мореходными, свой­ствами считают плавучесть, остойчивость, непотопляемость, ход­кость, управляемость, плавность и малые амплитуды (размахи) качки (совокупность навигационных свойств судна часто называют мореходностью).

Плавучесть судна — способность плавать в определённом положении относительно горизонта воды при заданном количестве находящихся на нём грузов. Из определения следует, что плавучестью должны обладать надводные и подводные суда.

Остойчивость — способность судна, отклонённого внеш­ними силами от положения равновесия и предоставленного са­мому себе, вновь возвращаться к положению равновесия. Судно должно обладать такой остойчивостью, чтобы ветер, волнение и другие внешние силы, воздействующие на него, не могли бы привести к его опрокидыванию.

Непотопляемость — способность судна сохранять в до­статочной степени плавучесть, остойчивость и другие мореходные свойства после вызванного повреждением затопления забортной водой части его помещений. Неправильно с точки зрения непото­пляемости спроектированное судно может затонуть или опроки­нуться от сравнительно небольших повреждений его корпуса. Наоборот, судно, обладающее хорошей непотопляемостью, спо­собно выдержать затопление весьма большого числа eго отсеков. Многочисленные случаи гибели судов от сравнительно небольших повреждений корпуса часто объясняются неудовлетворительным обеспечением их непотопляемости.

Ходкость — способность судна поддерживать заданную скорость хода при наименьшей затрате мощности.

Управляемость — способность судна удерживать задан­ное направление движения или изменять его в соответствии с по­требностями судовождения.

Управляемость объединяет два важных свойства: устойчивость судна на курсе, т. е. способность удерживать заданное направле­ние движения, и поворотливость, т. е. способность судна быстро и точно изменять направление движения под воздействием средств управления.

Плавность и малые амплитуды качки — важ­ное навигационное свойство судна, обеспечивающее удобство, а иногда и принципиальную возможность его эксплуатации в условиях морского волнения. Стремительная, порывистая с большими амплитудами качка препятствует нормальной эксплуатации судна, снижает скорость хода, уменьшает дальность плавать создает угрозу опрокидывания судна. Плавность и ма­лые амплитуды качкидостигаются рациональным проектирова­нием судна, а также установкой на нём специальных устройств (успокоителей качки), умеряющих качку.

Для того чтобы обеспечить судну необходимый уровень эксплуатационных и навигационных свойств, необходимо подчинить специальным требованиям проектирование и постройку судна.

Требования, предъявляемые к проектированию и постройке судна, по характеру и содержанию подразделяют на несколько категорий.

Наиболее важными требованиями являются эксплуатационно-технические (для гражданских судов) или тактико-технические (для военных кораблей).

Эксплуатационно-техническими или тактико-техническими требованиями определяется цель постройки судна, пределы его эксплуатационного или оперативного использования, условия службы и те технические показатели свойств, которые обеспечивают использование судна в соответствии с его назначением.

Ко всякому инженерному сооружению предъявляются требо­вания минимальных расходов при технической эксплуатации или оперативном использовании, т. е. эксплуатационно-экономические или оперативно-экономические требования.

Проект инженерного сооружения должен быть согласован с производственными возможностями и средствами, обеспечивающими возможность его осуществления (постройки) на дан­ной стадии развития техники. Отсюда вытекает необходимость предъявления к проекту судна производственно-технических тре­бований.

При постройке судна, как и любого инженерного сооружения, должны обеспечиваться наименьшие затраты трудоёмкости и стои­мость постройки в данных условиях. В связи с этим к судну должны предъявляться также производственно-экономические требования.

оевые свойства корабля

С.О. Макаров писал, что каждый корабль назначается для боя и должен иметь наибольшую боевую силу. С этой целью он должен отвечать следующим требованиям:

— быстро и благополучно плавать при всяком состоянии моря и погоды;

— наносить неприятелю всеми средствами наибольший вред;

— выдерживать удары неприятеля с наименьшим для себя ущербом.

В соответствии с этим он выделял: морские качества, наступательные и оборонительные средства корабля, которым в настоящее время могут отвечать три группы свойств корабля (рис. 3.1):

	Рис. 3.1. Основные свойства корабля

 

— эксплуатационные, характеризующие корабль как плавучее средство;

— ударные, характеризующие способность корабля поражать объекты противника;

— боевую устойчивость, или защищённость, характеризующую возможность корабля сохранять боеспособность в условиях противодействия противника.

Чтобы оценить вклад тех или иных свойств в качество корабля как боевой единицы, необходимо связать их с частными показателями эффективности, установить их роль и место в формировании показателя эффективности корабля в целом, определить, какой показатель определяет качество корабля.

Качество корабля как боевой единицы, в первую очередь, определяется его боеспособностью.

Под боеспособностью будем понимать способность корабля выполнять возложенные на него боевые функции в заданных районах боевых действий и в заданные промежутки времени. Боеспособность обеспечивается наличием у корабля совокупности необходимых для этого комплексных свойств: ударных, эксплуатационных и боевой устойчивости.

В соответствии с принципом стратификации корабль как сложная техническая система может быть, с одной стороны, представлен в виде основных подсистем: корпуса, комплексов оружия, радиоэлектронного вооружения, технических средств и т.д., а с другой стороны — в виде совокупности основных свойств.

Каждая из подсистем корабля имеет определённое назначение, обеспечивает те или иные свойства корабля, является как бы материальным носителем этих свойств.

Следует отметить, что одна подсистема может участвовать в формировании одного или нескольких свойств системы, а свойства, в свою очередь, могут формироваться одной или несколькими подсистемами, т. е. не всегда существует однозначное соответствие между подсистемами и свойствами корабля.

Можно заметить, что такие свойства корабля, как скрытность, живучесть, надёжность являются комплексными, или эмерджентными, относящимися к объекту в целом. Они формируются почти всеми подсистемами корабля, а с другой стороны сами предъявляют к ним дополнительные требования.

Можно говорить и о простых, не комплексных свойствах, существование которых связано с наличием на корабле той или иной подсистемы корабля-носителя этих свойств.

Совокупность свойств корабля позволяет сформировать структуру показателя боевой эффективности корабля, связав отдельные свойства с частными показателями боевой эффективности. При объединении частных показателей боевой эффективности выявляются и взаимосвязи различных свойств корабля. Чтобы учесть влияние на боеспособность всех основных свойств, следует рассматривать весь жизненный цикл корабля от момента вступления его в строй до вывода из состава ВМФ.

Декомпозиция, или разбивка качества корабля на свойства, должна быть проведена до уровня, позволяющего установить связь свойств корабля с частными показателями боевой эффективности. Разбивку можно продолжить до элементов подсистем, с которыми будут связаны свойства подсистем.

Рассмотрим последовательно все три группы свойств корабля и их связь с частными показателями боевой эффективности.

К группе ударных свойств отнесены следующие свойства корабля:

– вооружённость ударным оружием;

– информационные свойства (обеспеченность связью);

– управление оружием и вооружением;

– освещённость внешней обстановки;

– совместимость работы боевых и технических средств;

– маневренность при подготовке и нанесении удара.

Вооружённость ударным оружием характеризует способность корабля поражать силы противника.

Информационные свойства характеризуют способность корабля получать информацию от командования и взаимодействующих сил и передавать им сообщения.

Управление оружием и вооружением характеризует организованность руководства оружием и вооружением.

Освещённость внешней обстановки характеризует способность средств наблюдения корабля обнаруживать силы противника и поддерживать контакт с ними.

Совместимость работы боевых и технических средств (БИТС) характеризует способность комплексов оружия и вооружения работать одновременно или с использованием одних и тех же устройств.

Маневренность при подготовке и нанесении удара характеризует способность корабля к изменению скорости и направления движения.

Боевая устойчивость (защищённость) корабля обеспечивается наличием следующих свойств: скрытности; защищённости по физическим полям от неконтактного оружия; маневренности при уклонении от слежения и поражения; вооружённости средствами радиоэлектронной борьбы; вооружённости оружием самообороны, живучести.

Скрытность — способность корабля быть необнаруженным средствами обнаружения.

Защищённость по физическим полям от неконтактного оружия характеризует способность корабля избегать поражения неконтактным оружием противника.

Маневренность при уклонении от слежения и поражения участвует в формировании вероятностей уклонения корабля от слежения и поражения оружием противника, причём последняя входит в вероятность непопадания средств поражения противника в цель.

Вооружённость средствами радиоэлектронной борьбы характеризует способность корабля оказывать противодействие средствами РЭБ силам противника, которые осуществляют поиск, слежение за кораблем и наведение на него средств поражения.

Вооружённость оружием самообороны характеризует способность корабля предотвращать своим оружием поражение со стороны противника, т.е. способность поражать оружие противника или носителей этого оружия.

Живучесть — способность корабля противостоять боевым и аварийным повреждениям, восстанавливая и поддерживая при этом свою боеспособность.

К эксплуатационным отнесены следующие свойства корабля: плавучесть, остойчивость, удифферентованность, прочность, энерговооружённость, ходкость, управляемость, мореходность, автономность и дальность плавания, обеспеченность запасами, надёжность, подготовленность личного состава.

Энерговооруженность — свойство корабля, которое характеризует способность энергетических элементов системы обеспечить все боевые и технические средства корабля необходимыми видами энергии: электрической, гидравлической, пневматической и т.д. Это свойство связано с наличием на корабле электроэнергетической системы, систем ВВД, гидравлики, с наличием запасов топлива и определяется следующими характеристиками корабля как сложной системы: суммарной мощностью источников электроэнергии, в том числе, ёмкостью аккумуляторной батареи, запасами ВВД, запасами топлива.

Автономность — способность корабля в течение заданного времени находиться в море, выполняя возложенные на него задачи, без обслуживания средствами обеспечения и смены личного состава.

Надёжность — свойство корабля выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных тактико-технических показателей в заданных пределах, соответствующих заданным режимам и условиям использования, технического обслуживания и ремонтов.

Надёжность находящихся в эксплуатации кораблей обеспечивается их безотказностью, долговечностью и ремонтопригодностью.

Подготовленность личного состава характеризует способность личного состава управлять кораблём и обслуживать его боевые и технические средства.