Морская архитектура

Морска́я архитекту́ра (морска́я инженéрия), наряду с автомобильной инженерией и авиакосмической инженерией, является инженерной отраслью дисциплины — транспортная инженерия, применительно к процессу проектирования, построения, техническому обслуживанию и эксплуатации морских судов и конструкций^{[каких?]}.

Реконструкция офиса морского архитектора XIX века. Морской музей в Абердине

Морской архитектор за работой

Предварительный проект судна, его детальный проект, строительство, морские испытания, эксплуатация, техническое обслуживание и ремонт являются основными видами деятельности; расчёты проекта судна также требуются для изменённых судов посредством преобразования, перестройки, модернизации или ремонта.

Морская архитектура также включает разработку правил безопасности и правил контроля ущерба, а также утверждение и сертификацию конструкций судов для соответствия как установленным так и не предусмотренным законодательством требованиям^[1].

Морская инженерия использует как фундаментальные, так и прикладные исследования, проектирование, разработку, оценку конструкции, классификацию и расчёты на всех этапах жизненного цикла морского транспортного средства. Для этого она включает в себя элементы машиностроения, электротехники, электроники, программного обеспечения и техники безопасности.

Главные субъектыПравить

Судно — средство передвижения любого типа, эксплуатируемое в морской среде, включает суда на подводных крыльях, на воздушной подушке, подводные суда, гидросамолёты, плавсредства и стационарные или плавучие платформы^[2]^[3].

ГидростатикаПравить

Гидростатика — это изучение и определение условий, которым подвергается судно в состоянии покоя в воде и его способности оставаться на плаву. Это включает в себя вычисление плавучести, непотопляемости и других гидростатических свойств, таких как дифферент (угол продольного наклона судна) и остойчивость (способность судна восстанавливать свое вертикальное положение после наклона ветром, морем или нагрузкой^[4].

ГидродинамикаПравить

Гидродинамика — это изучение движения судна под действием приложенных к нему внешних сил и моментов. Также это касается изучения влияния потока воды вокруг корпуса судна, носа и кормы, а также вокруг таких объектов как лопасти гребного винта, перо руля или через туннели подруливающего устройства. С гидродинамикой таким образом связан и расчёт тяги корабля и соответственно расчёт необходимого двигателя для перемещения судна с помощью движителей (винтов, подруливающих устройств, водомётов, парусов) и расчёт управляемости (маневрирования), включающий в себя контроль и поддержание положения и направления судна^[4].

СтруктураПравить

Структура конструкции включает в себя выбор материала конструкции, структурный анализ глобальной и локальной прочности судна, вибрации конструктивных элементов и структурных характеристик судна при движениях в море. В зависимости от типа судна, структура и дизайн будут зависеть от того, какой материал использовать, а также от его количества. Некоторые суда изготавливают из стеклопластика, но подавляющее большинство из них изготавливают из стали, возможно, с небольшим количеством алюминия в надстройке^[5]. Всю конструкцию корабля проектируют с панелями прямоугольной формы, состоящими из стальной обшивки, опирающейся на 4 края. Хотя конструкция корабля — достаточно прочная, главная сила, которую он должен преодолеть — это продольный изгиб, создающий нагрузку на его корпус. Основными продольными элементами являются палуба, листы обшивки и внутреннее дно, структурно выполненные в виде решёток с дополнительными продольными (стрингеры) и поперечными (шпангоуты и бимсы) ребрами жёсткости.

Чертёж, показывающий форму корпуса судна

КомпоновкаПравить

Компоновочные схемы включают в себя концептуальный дизайн, распределение помещений, эргономику, планировку и доступ, которые влияют также на противопожарную защиту и вместимость.

ПостройкаПравить

Строительство судна зависит от используемого материала. Когда используют сталь или алюминий, применяют сварку плит и профилей после прокатки, маркировки, резки и гибки согласно структурному проектированию чертежа или модели с последующим монтажом. Склеивание используют для других материалов, таких как стеклопластик и фибропластик. Процесс постройки тщательно продумывают с учётом всех факторов, таких как безопасность, прочность конструкции, гидродинамика и компоновка судна. Каждый рассматриваемый фактор предоставляет новый вариант выбора из материалов, а также выбор для предназначения судна. Когда оценивают прочность конструкции, анализируют случаи столкновения судов и рассматривают как в таких случаях изменяется структура судна. Поэтому свойства материалов тщательно рассматривают, так как применённый материал на столкнувшихся судах обладает упругими свойствами. Энергия, поглощённая столкнувшимся судном, затем отклоняется в противоположном направлении, происходит явление рикошета, что предотвращает или уменьшает дальнейшие повреждения^[6].

Наука и ремеслоПравить

Традиционно морская архитектура была больше ремеслом, чем наукой. Пригодность очертаний судна оценивалась с помощью полумодели судна. Неправильные формы или резкие переходы осуждались как недостатки. Это касалось такелажа, компоновки палуб и даже креплений. Использовали субъективные описания, такие как «неуклюжий», «полный» и «изящный», вместо более точных терминов, используемых сегодня. Судно описывали и всё ещё описывают как имеющее «красивую» форму. Термин «красивый» предназначен для обозначения не только плавного перехода от носа к корме, но и формы, которая является «правильной». Определение того, что является «правильным» в конкретной ситуации при отсутствии окончательного вспомогательного анализа, не решено в морской архитектуре по сей день. Современные недорогие цифровые компьютеры и специализированное программное обеспечение в сочетании с обширными исследованиями в опытовых бассейнах позволяют морским архитекторам более точно прогнозировать характеристики морского транспортного средства. Эти инструменты используют для расчёта статической остойчивости (неповреждённого и повреждённого судна), динамической остойчивости, сопротивления, мощности, разработки корпуса, структурного анализа и анализа слеминга^[en] (удар днищем о поверхность воды)^[7]. Данные регулярно публикуют на международных конференциях, организуемых обществом морских архитекторов и морских инженеров (англ. Society of Naval Architects and Marine Engineers(SNAME)) и другими организациями. Вычислительную гидродинамику применяют для прогнозирования реакции плавающего тела в случайной кондиции моря.

Сложности профессииПравить

Из-за сложности, связанной с работой в морской среде, морская архитектура представляет собой совместное усилие между группами технически квалифицированных специалистов, которые являются специалистами в определённых областях, часто координируемые ведущим морским архитектором^[8]. Эта внутренняя сложность также означает, что доступные аналитические инструменты — развиты значительно меньше, чем инструменты для проектирования самолётов, автомобилей и даже космических аппаратов. Это связано, прежде всего, с недостаточным количеством данных об окружающей среде, для которых требуется морское транспортное средство и сложностью расчёта взаимодействия волн и ветра на структуру проектируемого объекта.

Морская архитектура России и СССРПравить

Морская архитектура в России начала развиваться со времён Петра I с началом строительства русского флота. Известными русскими и советскими архитекторами созданы некоторые важные теории, касающиеся проектирования и строительства кораблей, а также сами уникальные (первые в своём роде) типы судов:

Алексей Николаевич Крылов	Автор классических работ по теории колебания корабля на волнении, по строительной механике корабля, теории вибрации судов и их непотопляемости, по теории гироскопов, внешней баллистике, математическому анализу и механике в приложении к кораблестроению
Степан Осипович Макаров	Руководитель комиссии по разработке и постройке первого в мире ледокола арктического класса «Ермак»	Ледокол «Ермак»
Михаил Петрович Налётов	Инженер-изобретатель, создатель первого в мире подводного минного заградителя — подводной лодки «Краб»	Минный заградитель «Краб»
Иван Григорьевич Бубнов	Корабельный инженер, математик и механик, разработчик проекта первой русской подводной лодки с двигателями внутреннего сгорания — «Дельфин»	Подводная лодка «Дельфин»
Владимир Иванович Юркевич	Русский и американский инженер-кораблестроитель, разработал проект большого пассажирского океанского лайнера для трансатлантических маршрутов, предложив оригинальный профиль корпуса корабля, имевший своеобразные «бульбообразные» обводы «Нормандия»	Лайнер «Нормандия»
Игорь Дмитриевич Спасский	Генеральный конструктор атомных подводных лодок, ведущий разработчик всех подводных лодок конструкторского бюро «Рубин»	АПРКСН класса Антей

ПримечанияПравить

↑ Морской инженер (неопр.). Дата обращения: 11 октября 2019. Архивировано 11 октября 2019 года.
↑ Определение судна (неопр.). Дата обращения: 11 октября 2019. Архивировано 11 октября 2019 года.
↑ Convention On The International Regulations for Preventing Collisions at Sea, 1972,As Amended; IMO; ISBN 92-801-4167-8
↑ ¹ ² Донцов, 2001, с. 4.
↑ Tupper, Eric. Introduction to Naval Architecture (неопр.). — Oxford, England: Butterworth-Heinemann (англ.) (рус., 1996.
↑ Prabowo, A. R. Effects of the rebounding of a striking ship on structural crashworthiness during ship-ship collision (англ.) // Thin-Walled Structures : journal. — 2017. — Vol. 115. — P. 225—239.
↑ Определение слеминга (неопр.). Дата обращения: 13 октября 2019. Архивировано 13 октября 2019 года.
↑ American Society of Naval Engineers Архивировано 26 декабря 2008 года.

ЛитератураПравить

Донцов С. В. Основы теории судна. — Одесса: Латстар, 2001. — 136 с. — ISBN 966-7553-59-7.

[1] Морской инженер (неопр.). Дата обращения: 11 октября 2019. Архивировано 11 октября 2019 года.

[2] Определение судна (неопр.). Дата обращения: 11 октября 2019. Архивировано 11 октября 2019 года.

[3] Convention On The International Regulations for Preventing Collisions at Sea, 1972,As Amended; IMO; ISBN 92-801-4167-8

[_22bd4666ea7de2f8-4] ¹ ² Донцов, 2001, с. 4.

[:0-5] Tupper, Eric. Introduction to Naval Architecture (неопр.). — Oxford, England: Butterworth-Heinemann (англ.) (рус., 1996.

[6] Prabowo, A. R. Effects of the rebounding of a striking ship on structural crashworthiness during ship-ship collision (англ.) // Thin-Walled Structures : journal. — 2017. — Vol. 115. — P. 225—239.

[7] Определение слеминга (неопр.). Дата обращения: 13 октября 2019. Архивировано 13 октября 2019 года.

[8] American Society of Naval Engineers Архивировано 26 декабря 2008 года.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]