Основные конструктивные элементы корпуса судна и системы набора

Корпус является важнейшей и неотъемлемой частью судна, не может быть судна без корпуса, однако бывают двух- и трёхкорпусные суда – катамараны и тримараны. Передняя оконечность корпуса судна называется нос, задняя – корма. Боковые поверхности корпуса называются бортами, правый по ходу движения – правый борт (уст. штирборт), левый – левый борт (уст. бакборт), нижняя часть – дно или днище, горизонтальные перекрытия – палубы, пространства (помещения) между палубами – твиндеки, самое нижнее помещение — между днищем (вторым дном) и нижней палубой – трюм.

В общем случае считается, что корпус судна составляют набор корпуса, наружная обшивка и верхняя палуба. Обшивку и палубу иногда также называют перекрытиями – днищевое перекрытие, бортовое перекрытие, палубное перекрытие. Обшивка представляет собой водонепроницаемую оболочку, обеспечивающую судну плавучесть и прочность.

Обшивка состоит из поясьев – днищевых, скуловых, бортовых. Выделяют килевой пояс, шпунтовый пояс, скуловой пояс, бархоут, ширстрек (верхний пояс обшивки). Пояс, являющийся продолжением борта выше палубы называется фальшборт. Вертикальные соединения листов или досок одного пояса называют стыками, горизонтальные соединение поясов – пазами. Графически поясья наружной обшивки изображаются на растяжке наружной обшивки.

Набор корпуса – остов, к которому крепится обшивка –совокупность продольных и поперечных балок, составляющих каркас корпуса судна заданной формы и являющейся опорой для присоединения к нему обшивки. Основная горизонтальная продольная днищевая балка (в деревянном судостроении – брус или набор брусов), расположенная в диаметральной плоскости называется киль, его носовое и кормовое продолжение – наклонённые от вертикали балки (брусы) – называются штевнями – носовая форшевнем, кормовая ахтерштевнем, также называются кромки носа и кормы, даже если балки не выдаются наружу как у деревянных судов. Бывают и бескилевые (плоскодонные) суда, соответственно, у них отсутствуют фор- и ахтерштевень.

Другие продольные балки называются стрингеры, карлингсы, поперечные – шпангоуты. Точнее, в современном судостроении шпангоут — это лишь бортовая часть поперечной балки, днищевая называется флор, палубная (горизонтальная) – бимс, причём шпангоуты разделяют на трюмные и твиндечные (межпалубные). Все вместе (флор, шпангоуты и бимс) они образуют шпангоутную раму. Соединяются флор и бимс со шпангоутом при помощи книц.

Другие элементы набора корпуса судна: кильсон, пиллерсы.

Надстройка – закрытое сооружение на верхней палубе судна, расположенное от борта до борта, либо отстоящее от бортов на небольшое расстояние, не превышающее 4 % от ширины судна. Если подобная конструкция отстоит от бортов на бо́льшее расстояние, то она называется рубкой. Носовая надстройка называется бак, кормовая – ют. Расположение надстроек отчасти определяет архитектуру судна.

Корпус судна — тонкостенная коробчатая балка, образованная обшивкой и подкрепляющим ее набором. Отдельные элементы корпуса — перекрытия — представляют собой близкие к плоскостным конструкции, составленные листами обшивки и балками набора. Участки обшивки, опирающиеся на балки, имеют прямоугольную форму. Если эти прямоугольники ориентированы длинной стороной вдоль судна, то такая система набора называется продольной, если поперек него, то поперечной (см. рис.). В том случае, если форма пластин близка к квадратной, говорят, что система смешанная.

Балки, входящие в состав перекрытия, принято подразделять на балки главного направления и нормальные к ним перекрестные связи. При поперечной системе набора балки главного направления расположены в плоскости шпангоута; расстояние между ними называется поперечной шпацией. При продольной системе набора соответственно балками главного направления являются продольные связи, расстояние между ними — продольная шпация. В каждой системе набора перекрестные связи, расстояние между которыми всегда больше шпации, служат промежуточными опорами для балок главного направления. Выбор системы набора определяется тем, какие нагрузки у конструкции превалируют —от общего или местного изгиба.

В том случае, когда перекрытие вносит большой вклад в обеспечение общей прочности, а работа его сопряжена с возможностью потери устойчивости, предпочтение отдается продольной системе набора. Поперечная система целесообразна для перекрытий, противостоящих преимущественно местным нагрузкам. Большое распространение получила комбинированная система набора, предложенная академиком Ю. А. Шиманским. Эта система сочетает в себе достоинства обеих предыдущих: палубные и днищевые перекрытия набираются по продольной системе, а бортовые — по поперечной. Первые два образуют пояски эквивалентного бруса и воспринимают основную нагрузку от общего изгиба, последнее, бортовое, подвержено воздействию льда, давлению забортной воды. Практически у всех судов оконечности набираются по поперечной системе.

Что касается средней части корпуса, то у относительно небольших сухогрузных судов (L < 100 м) для всех перекрытий часто используется поперечная система набора. Крупные сухогрузные и наливные суда длиной L ≤ 180 м обычно имеют комбинированную систему набора. Все перекрытия у танкеров большой длины, как правило, набираются по продольной системе.

У малых судов толщина листов обшивки во многом определяется технологическими факторами, а также предполагаемым износом. При этом обеспечивается устойчивость пластин, сжимаемых вдоль короткой кромки, т. е. поперечная система набора палубного и днищевого перекрытия удовлетворяет требованиям общей прочности. Использование стали повышенной прочности, а также снижение удельной роли добавки на износ приводят к тому, что у крупных судов относительная толщина обшивки уменьшается и необходимую устойчивость перекрытий, работающих на сжатие при общем изгибе, удается обеспечить, только применяя продольную систему набора.

Представление о конструкции перекрытий, форме и взаимном расположении отдельных связей, типах соединения их между собой дает поперечное сечение корпуса судна (см. рис.).

Совокупность листов внешней оболочки, образующих нижнюю и боковую поверхности корпуса, принято называть обшивкой (соответственно днищевой и бортовой). Что касается горизонтально расположенных листов, то их называют настилами: палубный настил, настил двойного дна. Отдельные листы обшивки днища 17, борта 21, настила верхней палубы 6 усилены, т. е. имеют большую, по сравнению с соседними, толщину. Это проявляется, в частности, в том, что им присвоены собственные названия: горизонтальный киль 14, скуловой пояс 18, ширстрек 23, палубный стрингер 3, крайний междудонный лист 19. Двойное дно сверху ограничено настилом 12, который совместно с обшивкой днища, балками главного направления — вертикальным (усиленным) килем 13 и днищевыми стрингерами 16, а также перекрестными связями— флорами 15 — образует днищевое перекрытие. Для облегчения конструкции некоторые флоры и днищевые стрингеры имеют большие вырезы. Это практически не снижает несущей способности перекрытия, поскольку отверстия располагаются в районе нейтральных осей продольных и поперечных связей.

Балки бортового набора 20 носят название шпангоутов, поперечные балки, подкрепляющие настилы палуб — бимсов (главной, верхней 5, нижней 11). Находящиеся в одной плоскости шпангоуты, бимсы и флоры составляют шпангоутную раму.

Продольные подпалубные балки 4 — балки главного направления палубного перекрытия, перекрестными связями для них служат бимсы 5. Коммингсы 7 и 9 ограждают люки верхней и нижней 8 палубы соответственно. Кницы 22 и бракеты 10 служат для соединения элементов набора корпуса. Стрингерный угольник 24 усиливает соединение ширстрека 23 с палубным стрингером 3. В плоскости бортов на палубе устанавливается специальная ограждающая конструкция — фальшборт, состоящий из обшивки 25, верхней обделочной полосы — планширя 1 и подкрепляющих вертикальных стоек 2.

В рассматриваемом выше примере верхняя палуба и днищевое перекрытие набраны по продольной системе набора, борта и нижняя палуба — по поперечной. Таким образом, для судна в целом использована комбинированная система набора. Такие конструкции характерны, в частности, для универсальных сухогрузных судов.