ВВЕДЕНИЕ В МОРСКУЮ ЭНЦИКЛОПЕДИЮ
Основные термины и определения
Су́дно — плавучее сооружение, предназначенное для транспортных, промысловых, военных, научных, спортивных и других целей. Суда могут быть как самоходными, так и несамоходными.
К судам относятся не только корабли, катера, яхты и несамоходные баржи, но и байдарки, плоты, надувные лодки, водные велосипеды и доски для сёрфинга, а также плавучие буровые установки, экранопланы, экранолёты, гидросамолёты и любые другие инженерные сооружения, имеющие водонепроницаемый корпус и могущие находиться или перемещаться с определённой целью по воде, под водой или над водой (но опираясь на водную поверхность — суда на воздушной подушке, экранопланы, экранолёты).
Кодекс торгового мореплавания РФ определяет судно как «самоходное или несамоходное плавучее сооружение, используемое в целях торгового мореплавания». Под торговым мореплаванием в Кодексе понимается деятельность, связанная с использованием судов для:
– перевозок грузов, пассажиров и их багажа;
– рыболовства;
– разведки и разработки минеральных и других неживых ресурсов морского дна и его недр;
– лоцманской и ледокольной проводки;
– поисковых, спасательных и буксирных операций;
– подъёма затонувшего в море имущества;
– гидротехнических, подводно-технических и других подобных работ;
– санитарного, карантинного и другого контроля;
– защиты и сохранения морской среды;
– проведения морских научных исследований;
– учебных, спортивных и культурных целей;
– иных целей.
Также КТМ РФ формализует понятия:
– маломерное судно — судно, длина которого не превышает 20 метров и общее количество людей на котором не должно превышать 12;
– прогулочное судно — судно, общее количество людей на котором не должно превышать 18, в том числе пассажиров не более чем 12, и которое используется в некоммерческих целях и предназначается для отдыха на воде;
– спортивное парусное судно — судно, построенное или переоборудованное для занятий спортом, использующее в качестве основной движущей силы силу ветра и эксплуатируемое в некоммерческих целях;
– и другие.
Надзор за пользованием маломерными судами в России осуществляет Государственная инспекция по маломерным судам МЧС России (ГИМС).
Международные правила предупреждения столкновений судов в море МППСС под судном подразумевают все виды плавучих средств, включая неводоизмещающие суда, экранопланы и гидросамолёты, используемые или могущие быть использованными в качестве средств передвижения по воде.
Кодекс внутреннего водного транспорта РФ определяет судно как самоходное или несамоходное плавучее сооружение, используемое в целях судоходства, в том числе судно смешанного (река-море) плавания, паром, дноуглубительный и дноочистительный снаряды, плавучий кран и другие технические сооружения подобного рода.
Термин «корабль» в отношении плавсредств в русском языке имеет три значения:
1) крупное морское судно;
2) военное судно;
3) трёхмачтовое парусное судно с полным парусным вооружением.
Зачастую под кораблём понимают второе значение — «исключительно военное судно, то есть судно в составе ВМФ, несущее военно-морской флаг», ошибочно считая неправильным использование термин «корабль» в отношении гражданских судов. Тем не менее, в соответствии с первым значением термина, его применение в отношении невоенных (гражданских) судов совершенно допустимо, однако следует понимать, что понятие «судно» шире, чем синоним «корабль» — так, и надувная лодка, и плавучий причал являются судами, но кораблём назвать что-либо из них некорректно. Поэтому ряд терминов и произведений, использующих в названии термин «корабль» — «теория корабля», «история корабля», «мореходные качества корабля» и другие — закономерно относятся и к невоенным судам.
В свою очередь применение термина «судно» к боевым единицам ВМФ формально не является ошибочным (все корабли являются подмножеством судов), но на практике по возможности не используется (или по крайней мере с определением — «военное судно»).
Также зачастую можно встретить мнение, что словосочетание «военный корабль» является тавтологией (как «масло масляное»), что тоже неверно – сочетание «военный корабль» — не только правильно семантически, но и является юридическим термином.
Как инженерное сооружение, предназначенное для определённых целей, судно обладает эксплуатационными характеристиками (эксплуатационными качествами).
Эксплуатационные характеристики судна:
– габаритные размеры,
– регистровая вместимость,
– скорость,
– показатели прочности,
– дальность плавания,
– автономность плавания,
– расход топлива,
– уровень автоматизации,
– ремонтопригодность,
– показатели комфортности пассажирских и служебных помещений (обитаемость),
Как плавающее сооружение судно обладает мореходными качествами – плавучесть, остойчивость, непотопляемость, ходкость, плавность качки и управляемость. Мореходные качества могут включать в эксплуатационные характеристики судна, но для лучшей систематизации имеет смысл выделять их в отдельную группу. Мореходные качества изучаются наукой – теорией судна (или теорией корабля).
Плавучестью называется способность судна плавать в заданном положении относительно поверхности воды.
Остойчивость – способность судна, выведенного из состояния равновесия, возвращаться в исходное состояние после прекращения действия сил.
Непотопляемость – способность судна оставаться на плаву и в ограниченной степени сохранять другие мореходные качества после затопления одного или нескольких отсеков. Непотопляемость определяется плавучестью и остойчивостью поврежденного судна.
Ходкостью называется способность судна двигаться с заданной скоростью при наименьшей мощности главной энергетической установки.
Плавность и малые амплитуды качки – качества, необходимые для обеспечения мореходности судна.
Управляемость – способность судна выдерживать заданное направление движения.
Военные корабли также обладают мореходными качествами, но вместо эксплуатационных характеристик для них применимы тактико-технические характеристики (ТТХ), точнее, более правильно – тактико-технические элементы (ТТЭ).
Общая классификация судов
1. По способу передвижения судно может быть:
– самоходным;
– несамоходным – буксируемым, сплавляемым, дрейфующим.
Суда, не требующие для движения опору о твёрдую поверхность (дно, берег), называют свободноплавающими. В отличие от свободноплавающих, некоторым судам для самостоятельного движения требуется контакт с дном или берегом – плот, движимый шестом, канатный паром, коноводное судно, кабестан, туер, водоход Кулибина.
2. По типу движителя
Движитель — устройство, преобразующее энергию двигателя или внешнего источника (в частности, ветра) в полезную тягу, обеспечивающую поступательное движение судна.
Движители в первую очередь следует разделить на:
– использующие внешнюю энергию, а именно энергию ветра (ветродвижители);
– использующие внутреннюю энергию – энергию двигателя или мускульной силы.
Существуют суда с различными движителями — парусно-моторные, парусно-гребные и т. п.
Движители, использующие внешний источник энергии. Источниками внешней энергии непосредственно для движителя судна могут являться ветер и течение воды. Тяга движителя, использующего энергию ветра создаётся за счёт аэродинамических сил, возникающих на его элементах. Ограниченное применение имеют подводные паруса, использующие энергию течения воды.
Парус — наиболее распространённый древнейший ветродвижитель, используемый человеком не менее 6000 лет. Представляет собой полотнище ткани, закреплённое на деталях рангоута, которое передаёт судну силу давления ветра, что обеспечивает его поступательное движение. Косые паруса помимо силы давления ветра, используемой прямыми парусами, также, как одну из составляющих, используют и подъёмную силу ветра, аналогичную подъёмной силе крыла самолёта.
Кроме парусного движителя существуют менее распространённые экзотичные ветродвижители:
– Парус-крыло ветродвижитель, выполненный в виде жесткого паруса, аналогичный по конструкции крылу планёра или самолёта. Наиболее часто применяется на буерах (судами не являются) и парусных катамаранах, развивающих высокие скорости, где работает на малых углах атаки и при больших числах Рейнольдса. Устанавливались жесткие паруса (паруса-крылья) и на большие коммерческие трансокеанские теплоходы с целью экономии топлива.
– Роторный движитель, ротор Флеттнера (не путать с лопастным роторным движителем) – ветродвижитель активного типа – большой высокий цилиндр (ротор), установленный вертикально на палубе судна, который при вращении использует энергию ветра благодаря эффекту Магнуса. Получаемая благодаря этому эффекту энергия ветра приблизительно в 50 раз больше энергии, затрачиваемой на вращение ротора. Первое судно с таким движителем – «Букау» (англ. «Buckau») — было построено немецким авиаинженером Антоном Флеттнером в 1924 году. Суда, использующие такой ветродвижитель называют ротороходами.
– Турбопарус, турбопарус Кусто – ветродвижитель, разработанный в 1980-х годах французским океанологом Жаком-Ивом Кусто. Представляет собой аэродинамический профиль – вертикально расположенный полый цилиндр с эллипсовидным поперечным сечением с регулируемым поперечным слоем. Задняя часть обшивки перфорирована по всей высоте, причём отверстия перекрываются подвижными заслонками в зависимости от галса. Подъёмная сила турбопаруса зависит от угла атаки и расхода воздуха через перфорацию. Турбопарус успешно применялся на судне Кусто «Алсион». Планировался к применению на «Калипсо II» (не был построен).
– Кайт (англ. kite — воздушный змей, иногда также англ. sky sail — «летающий парус», «парящий парус», «воздушный парус», дословно — «небесный парус») — конструкция, сделанная по аналогии параплана, предназначенная для буксировки человека, например, на специальном сёрфе или других, более сложных, конструкций, не только по воде. Водные кайты предназначены для буксировки человека на сёрфе (кайтсёрфинг, кайбординг, кайтинг) или для буксировки более сложных конструкций, включая трансокеанские коммерческие суда (например см. «Beluga Skysail» (англ.).
Ветродвигатели, принимающие энергию ветра с помощью ветроколеса и передающие её путём механической или иной передачи на гребные винты, движителями не являются.
Движители, использующие внутренний источник энергии
Тяга движителя, использующего внутреннюю энергию создаётся за счёт реактивных сил, возникающих при отбрасывании рабочей среды (вода, воздух, водовоздушная смесь, реактивная струя) в сторону, противоположную поступательному движению судна.
По характеру рабочей среды движители, использующие внутреннюю энергию судна, разделяются на:
– гидравлические (вода);
– воздушные (воздух);
– газоводомётные (водовоздушная смесь).
Гидравлические в свою очередь разделяются на:
– лопастные;
– нелопастные.
Лопастной движитель – движитель, имеющий подвижные относительно корпуса судна детали, принимающие реакцию отбрасываемых масс воды – лопасть весла, плицы гребного колеса, лопасти гребного винта, крыльчатого или роторного движителя. Древнейшим лопастным движителем является весло, самым распространённым современным движителем является также лопастной движитель – гребной винт.
Нелопастной движитель – движитель, в котором реакция массы воды (водовоздушной смеси) воспринимается неподвижными деталями. Таким движителем является газоводомётный движитель – движитель, в котором полезная тяга развивается за счёт разгона воды энергией сжатого воздуха, подаваемого в его проточную часть.
Промежуточным между лопастными и нелопастными движителями является водомётный движитель, у которого реакция воды воспринимается как подвижными лопатками рабочего насоса, так и неподвижными элементами проточного участка.
Гидравлические движители широко применяются на судах водоизмещающего типа 
. Воздушные движители используются главным образом на быстроходных судах с динамическими принципами поддержания (СДПП) – глиссерах, СПК, СВП, экранопланах.
Мерой эффективности движителя, использующего внутреннюю энергию, служит пропульсивный коэффициент.
3. По положению относительно поверхности воды с уда делятся на:
– водоизмещающие;
– с динамическими принципами поддержания.
Суда с динамическими принципами поддержания (СДПП) — суда, вес которых при определённой скорости уравновешивается гидродинамическими и/или аэродинамическими силами. К СДПП относятся]:
– глиссеры;
– суда на подводных крыльях (СПК);
– суда на воздушной подушке (СВП);
– экранопланы (суда на динамической воздушной подушке);
– суда на воздушной каверне.
Для СДПП характерна высокая скорость передвижения.
Водоизмещающие суда – суда, вес которых уравновешивается силой плавучести по закону Архимеда). Большинство судов является водоизмещающими, потому что они экономичнее СДПП.
Водоизмещающие суда разделяются на:
– надводные;
– подводные.
Как отдельные типы также могут выделять:
– ныряющее судно — например, боевые катера КНДР, проекты 1231 и SMX-25, проекты транспортных и промышленно-хозяйственных судов, ныряющие катера для развлечений; нередко этот термин используют в отношении подводных лодок начального периода развития[21];
– полупогр у́ женное судно — например, проекты «полуподводных» (полупогруже́нных) танкеров, проект 1231, некоторые из так называемых «нарко-субмарин» (в западной терминологии SPSS — self-propelled semi-submersible – самоходные полупогруженные (или полуподводные);
– полупогружн о́ е судно — транспортные или ППБУ –полупогружны́е плавучие буровые установки;
– судно с малой площадью ватерлинии (его так же могут назвать полупогру́женным судном, подповерхностным судном).
Подводные суда – суда, способные совершать плавание и перевозить грузы и людей не только в надводном, но и в подводном положении. В общем случае подводные лодки тоже являются подводными судами, хотя часто подводные суда отделяют от подводных лодок, считая, что последние имеют исключительно военное назначение, а первые предназначены для мирных целей — перевозка людей и грузов в подводном положении (например, подо льдом).
4. По району плавания c уда разделяют на:
– морские;
– внутреннего плавания;
– смешанного плавания.
5. По типу энергетической установки:
– Пароход – самоходное судно, на котором в качестве главного двигателя используется поршневая паровая машина. Иногда пароходом могут назвать судно с паровой турбиной, хотя правильнее использовать термин турбоход или, более точно, паротурбоход. В настоящее время пароходы (суда с поршневой паровой машиной) не строятся, хотя некоторые ещё находятся в эксплуатации. В качестве энергоносителя в паровых машинах пароходов первоначально использовался уголь, позже нефтепродукты (мазут).
– Теплоход – самоходное судно, на котором в качестве главного двигателя используется двигатель внутреннего сгорания (ДВС, обычно дизельный) или газовая турбина. В последнем случае судно правильнее называть газотурбоход. Разновидностью теплохода является дизель-электроход. К теплоходам также относят суда с паротурбинной или газотурбинной энергетической установкой.
Первым в мире теплоходом, а точнее дизель-электроходом, был танкер «Вандал», разработанный инженерами компании Нобелей и построенный в 1903 году на Сормовском заводе в Нижнем Новгороде для эксплуатации наКаспийском море.
– Турбоход – самоходное судно, которое приводится в движение паровой (паротурбоход) или газовой (газотурбоход) турбиной.
Первый эксперимент по использованию паровой турбины в качестве двигателя судна состоялся в 1894 году – английский инженер Чарлз Парсонс построил небольшое (водоизмещением 44,5 тонны) быстроходное судно «Турбиния», которая показала превосходные результаты и была самым быстроходным (34,5 узла) судном своего времени. «Турбиния» была оснащена паровой турбиной, которая получила название турбина Парсонса (напорноструйная гидротурбина), и широко применялась на различных судах, вплоть до самых крупных —линкоров и трансатлантических лайнеров. Для соединения быстроходных турбин с гребными винтами, требующими небольшой (от 100 до 500 об/мин) частоты вращения, применяют зубчатые редукторы, поэтому такие судовые энергетические установки получили название – турбозубчатый агрегат – ТЗА или ГТЗА (главный турбозубчатый агрегат). Паротурбинные энергетические установки широко применялись в XX веке, в том числе на самых больших кораблях, активно применяются и сейчас, например, в качестве СЭУ тяжёлого авианесущего крейсера «Адмирал флота Советского Союза Кузнецов».
Газотурбинные двигатели (ГТД или ГТА – газотурбинный агрегат) разрабатывались с XIX века, однако в качестве судовой энергетической установки стали использоваться уже после того, как нашли применение в авиации, – с 50-х годов XX века. Это связано с тем, что выигрыш в весе, который обеспечивали ГТД, в судостроении (в отличие от авиации) не имел решающего значения на фоне высокой стоимости самого ГТД, его монтажа и эксплуатации. С середины XX века ГТД (ГТА) стали применяться на военных быстроходных кораблях, а также на некоторых гражданских транспортных судах. ГТД применялись и применяются в качестве СЭУ некоторых судов на подводных крыльях («Буревестник» (авиационный ГТД, разработанный для самолёта Ил-18), «Циклон», хотя массовые советские СПК («Комета», «Ракета», «Метеор», «Восход», «Полесье» и др.) были теплоходами – приводились в движение быстроходными (высокооборотными) дизельными двигателями), и судов на воздушной подушке (СВП).
– Атомоход (атомное судно) – самоходное судно с атомной (ядерной) энергетической установкой (АЭУ или ЯЭУ), то есть такой энергетической установкой, где главным источником энергии выступает ядерное топливо. В качестве главного двигателя атомохода используется паровая или газовая турбина, а рабочее тело (водяной пар или газы и жидкие металлы в некоторых ЯГГУ) генерируется в ядерной паропроизводящей (ЯППУ) или ядерной газогенераторной установке (ЯГГУ). В общей схеме, судовая энергетическая установка (СЭУ) атомохода отличается от СЭУ парохода или теплохода (точнее паротурбохода и газотурбохода) только тем, что вода в котлах (для АЭУ – в парогенераторе) нагревается не энергией горения мазута или угля, а энергией управляемой самоподдерживающейся цепной реакции деления ядер.
Преимущества АЭУ: очень высокий уровень автономности, то есть дальности плавания и времени боевого дежурства; высокая мощность, следовательно и высокая скорость хода, а также возможность поддерживать близкую к максимальной скорость хода длительное время. Одним из важнейших преимуществ АЭУ является то, что для их работы не требуется кислород или другие окислители и отсутствуют отходящие газы (продукты сгорания топлива), то есть АЭУ может длительное время (месяцы и годы) работать без связи с атмосферой, что делает эти энергетические установки незаменимыми для подводных лодок.
Первое судно с АЭУ – атомная подводная лодка (АПЛ) «Наутилус» – была спущена на воду и вступила в строй в 1954 году. В 1958 вступила в строй (спущена на воду в 1957 году) первая советская (третья в мире) АПЛ К-3 «Ленинский комсомол». В 1957 году был спущен на воду, а в 1959 году был запущен реактор и началась эксплуатация первого в мире надводного судна с АЭУ, а также первого в мире гражданского атомного судна, – ледокола «Ленин». Первый грузовой, а также единственный грузопассажирский атомоход – «Саванна» (США) – вступил в строй в 1964 году (спущен на воду в 1959) и эксплуатировался до 1972 года, когда был списан из-за нерентабельности.
Атомные энергетические установки имеют применение в основном в военном флоте, особенно, ввиду уникальной автономности без необходимости контакта с атмосферой (не требуется окислитель и выброс отработанных продуктов сгорания) – в качестве энергетических установок подводных лодок (АПЛ). На начало 2014 года в составе ВМФ России насчитывалось 50 атомных подводных лодок и 3 атомных ракетных крейсера; в составе ВМС США находятся 72 АПЛ и 10 атомных авианосцев; помимо России и США атомными кораблями (подводными лодками) обладают Великобритания, Франция, Китай, заканчивает работы по вводу в эксплуатацию АПЛ Индия.
В качестве СЭУ гражданских судов атомные энергетические установки имели очень ограниченное применение из-за высоких, по сравнению с традиционными СЭУ, эксплуатационных расходов и высоких требований безопасности на разных уровнях (ограничение по заходу в порты, запрет прохода через Суэцкий канал и т. п.). Гражданские атомные суда были построены в России, США, Германии и Японии – «Саванна» (США, 1964—1972), рудовоз (торговое и исследовательское судно) «Отто Ган» (ФРГ, 1968—1979 с АЭУ, далее, до 2009 без АЭУ), сухогруз «Муцу» (Япония, коммерческой эксплуатации не было, списан в 1995), помимо этих трёх транспортных судов, в СССР и России эксплуатировались, а некоторые эксплуатируются и до сих пор, 9 атомных ледоколов и 1 атомное ледокольно-транспортное судно (лихтеровоз «Севморпуть»). На сегодняшний день, только Россия эксплуатирует гражданские атомные суда. В состав Атомфлота, базирующегося в Мурманске, входят 4 атомных ледокола –«Таймыр», «Вайгач», «Ямал», «50 лет Победы» и атомную электростанцию "Михаил Ломоносов".
– Электроход – самоходное судно, использующие электродвижение – движение, при котором вращение гребного винта, или иного движителя, осуществляется с помощью электродвигателей. Первый электроход совершил плавание в 1838 году по Неве. Судно было сконструировано Якоби, электродвигатель питался от гальванической батареи.
Система электродвижения (СЭД) применяется на судах, которые должны обладать высокой манёвренностью – буксирах, паромах, ледоколах (в том числе атомных), земснарядах и т. п. Особенно актуально СЭД для дизельных (точнее, дизель-электрических) подводных лодок при движении под водой – когда отсутствует контакт с атмосферой, необходимый для работы ДВС.
Электродвижение судна осуществляется, как правило, с помощью других энергетических установок – дизельный ДВС, паровая турбина, атомный реактор или другой тип двигателя передаёт энергию электрогенератору, который питает электродвигатель, вращающий гребные винты. Такие типы судов – паротурбоэлектроход или турбоэлектроход, дизель-электроход и т. д. – широко распространены как среди гражданских судов, так и среди военных кораблей, включая самые крупные. Для дизель-электрических подводных лодок в этот цикл включены аккумуляторы – во время надводного движения дизельный двигатель заряжает аккумуляторы, которые используются для питания электродвигателей при движении в подводном положении.
Существуют также электроходы, которые не имеют других двигателей, кроме электрического, то есть не имеют электрогенератора (малые и экспериментальные суда). Питание электродвигателя осуществляется от аккумуляторов, солнечных батарей, топливных элементов или от внешней линии электропитания (наподобие троллейбуса).
