Морская техника

Морская техника – это совокупность отраслей науки, область технических наук и техники, обеспечивающие судоходство ( судовождение), т.е. плавание судов по водным путям. Морская техника используется в морском транспорте, а также в военных и научно-исследовательских целях. Проектирование и производство морской техники обеспечивает отрасль тяжёлой промышленности – судостроение.

↑Классификация, цели и задачи морской техники

Морская техника включает в себя не только суда, но и необходимую инфраструктуру, обеспечивающую судоходство, в том числе порты, причалы, каналы, шлюзы и т.д.

Судно – это корабль, плавучее сооружение, предназначенное для выполнения определённых хозяйственных и военных задач, научных исследований, водного спорта и др.

По назначению различают суда: транспортные, промысловые, промышленно-хозяйственные, административно-служебные, военные, научно-исследовательские, судообслуживающие.

Транспортные суда подразделяют на грузовые, пассажирские и грузопассажирские.

Промысловые суда делятся на:

• добывающие (рыболовные, китобойные, краболовные, водороследобывающие и др.),
• добывающе-перерабатывающие (например, траулеры-рыбозаводы, морозильные траулеры) и
• суда обслуживания промысла.

Промышленно-хозяйственные суда включают:

• промышленно-добывающие (рудодобывающие, нефтепромышленные, драги, соледобывающие снаряды и др.),
• подъёмно-монтажные (например, портостроительные суда, плавучие краны),
• дноуглубительные (землечерпательные и землесосные снаряды, грунтоотвозные и др.),
• лесопромышленные (сплоточные, лесосплавные и др.),
• сельскохозяйственные (дождевальные, водоподъёмные и др.),
• энергоснабжающие (плавучие электростанции, компрессорные, трансформаторные),
• суда связи (кабелеукладочные, кабелеремонтные, радиосвязные и др.),
• суда для очистки акваторий (нефтемусоросборщики и др.).

Административно-служебные суда включают:

• инспекторские (рыбонадзорные, суда для охраны заповедников),
• милицейские,
• пограничные,
• таможенные суда,
• правительственные яхты.

Военные суда подразделяются на:

• боевые корабли,
• военно-транспортные и обеспечивающие (так называемые вспомогательные) суда.

Научно-исследовательские суда предназначены для комплексных океанических исследований и для проведения специальных исследований (геофизических, гидробиологических и др.).

Судообслуживающие суда:

• буксирные, перегрузочные (например, плавучие зерноперегружатели, нефтеперекачивающие и зачистные станции),
• снабженческо-приёмные (бункеровщики, суда -водолеи, суда для приёма загрязнённой воды, мусора и др.),
• причальные (плавучие пристани, дебаркадеры ),
• ледоколы (линейные и портовые),
• навигационные (гидрографические, плавучие маяки и др.),
• спасательные,
• ремонтные (плавучие мастерские, доки, дегазационные станции и др.),
• посыльно-разъездные (например, лоцманские) и
• учебные.

Отдельную группу составляют спортивные суда, медико-санитарные (госпитальные, дезинфекционные и др.), оздоровительные (плавучие дома отдыха и т. п.), бытовые (плавучие общежития, гостиницы, склады и др.), культурно-просветительные суда- музеи, суда -выставки, суда -клубы и др.).

По району плавания суда подразделяют на:

• морские суда,
• суда внутреннего плавания и
• суда смешанного плавания.

Морские суда бывают неограниченного и ограниченного плавания (с установлением района эксплуатации или допустимого расстояния от берега, порта-убежища). Категорией ледовых подкреплений определяются допустимый район и возможность плавания морских судов во льдах с ледоколом или без него.

По конструктивному типу морские суда подразделяют на полнонаборные суда, допускающие приём грузов до осадки, соответствующей минимальному надводному борту, и суда с избыточным надводным бортом; разновидность последних — шельтердечные суда.

Суда внутреннего плавания делят на 4 категории: для малых рек, больших рек, водохранилищ и крупных озёр, морских заливов.

Суда смешанного морского и внутреннего плавания сочетают прочность корпуса и мореходные качества, необходимые морским судам, с малой осадкой судов внутреннего плавания.

По принципу движения на воде различают суда плавающие (водоизмещающие), глиссирующие, на подводных крыльях и на воздушной подушке. Суда, способные погружаться для работы под водой, называются подводными, все остальные — надводными. Суда бывают самоходные (с механическим двигателем, парусные, гребные) и несамоходные (буксируемые). Самоходные суда по типу энергетической установки делят на атомные, дизельные (теплоходы), паротурбинные и газотурбинные (паро- и газотурбоходы), суда с паровой машиной (пароходы), суда с приводом гребного винта от электродвигателя — электроходы.

↑История развития морской техники

В глубокой древности возникла необходимость преодолевать водные преграды и использовать реки, озёра, моря как охотничьи угодья и как удобные пути для передвижения и перевозки грузов. Вначале в качестве плавучих средств применялись древесные стволы и другими плавающие предметы. Первыми судами, по-видимому, можно считать примитивные плоты из скрепленных друг с другом стволов или обломков деревьев. Связанные деревья не переворачивались в воде, на них можно было плавать достаточно долго и безопасно; плоты-катамараны из брёвен до сих пор используются во многих странах. В течение тысячелетий на озёрах Титикака и Чад, а также в Древнем Египте применялись плоты из камыша и папируса. В Ассирии для преодоления водных преград пользовались надутыми мешками из шкур животных (бурдюками); такие средства продолжают использоваться и в 20 в., например в Далмации (Югославия).

К каменному веку восходит искусство постройки лодок из древесных стволов, которые выдалбливали или выжигали изнутри и обтёсывали снаружи (челны-однодеревки). В северных странах издавна применяются лёгкие и манёвренные челноки, изготовляемые из коры, на каркасе (наиболее известны берестяные каноэ индейцев Северной Америки) или из натянутых на каркас шкур (например, алеутские каяки). В Междуречье в 8 в. до н. э. были известны круглые лодки (корзины, обтянутые кожей или покрытые снаружи смолой); грузоподъёмность таких судов достигала 100 т. В Восточной Бенгалии делали круглые лодки — тигары из обожжённой глины.

Развивающееся судоходство требовало увеличения размеров судов. На челны-однодеревки прилаживали по бокам один или несколько рядов досок, которые защищали от волн и увеличивали вместимость; так строились на территории Восточной Европы так называемые набойные лодьи (4 в.), насады (11 в.), казацкие чайки (16 в.), астраханские бударки (19 в.). Однако только конструирование судов позволило значительно увеличить их размеры; при этом стало возможным изменять форму корпуса и соотношения главных размерений . В Древнем Египте в 3-м тысячелетии до н. э. строили суда из пригнанных, проконопаченных и просмолённых по швам кусков дерева, образующих обшивку и набор.

Суда финикийцев уже в 10 в. до н. э. имели основные элементы конструкции современных судов (киль, шпангоуты, штевни, наружную обшивку); деревянные внутренние крепления сделали ненужными обычные для египетских судов натяжные сооружения из канатов и балок, укрепляемые над палубой и вдоль бортов. Обшивка судов выполнялась из досок, сначала тёсаных, а затем пилёных. Отдельные части обшивки и деревянного набора скреплялись деревянными гвоздями, шипами, а впоследствии — медными и железными скобами и гвоздями.

Первые плавучие средства передвигались по течению или с помощью простейших судовых движителей — шестов н вёсел. Паруса были известны с 3-го тысячелетия до н. э., они изготовлялись из шкур, тростниковых циновок, деревянных планок. Долгое время паруса выполняли вспомогательную роль, их ставили только при попутном ветре, а при безветрии С. двигались и маневрировали с помощью вёсел. Вёсла на гребных судах располагали по всей длине судов в 1, 2 и 3 яруса (например, римские униремы, биремы, триремы), каждое весло обслуживало до 10 гребцов. В 7 в. появились универсальные гребные суда — галеры, а в 16 в. более крупные галеасы, на которых уже значительную роль играли паруса. Узкие и манёвренные гребные суда использовались ещё в 18 в., главным образом в качестве военных кораблей. На широких и вместительных грузовых судах более эффективным движителем был парус. Чисто парусные суда появились в 10—13 вв. в Средиземноморье, Скандинавии, Китае. С развитием техники управления парусами и лавирования суда получили возможность двигаться и против ветра, меняя галсы . Для управления гребными и парусными судами использовали широкие рулевые вёсла (с одного или обоих бортов) или одно рулевое весло в кормовой части, где впоследствии был установлен руль. С 12—13 вв. в Западной Европе строились пригодные для океанских плаваний нефы, каравеллы и другие парусные суда . Наивысшего развития парусные суда достигли во 2-й половине 19 в.; длина их составляла 90 м, ширина 15—17 м, грузоподъёмность 5 тысяч т, скорость 33 км/ч и более.

Для предохранения деревянной подводной части судов от разрушения финикийцы обшивали её металлом (свинцовыми пластинами), с начала 18 в. нижнюю часть корпуса покрывали тонкими медными листами. Предложения применять в судостроении железо вместо дерева относятся к середине 17 в., но только в 1787 англичанин Дж. Уилкинсон построил первое железное судно длиной. 21,5 м. Со 2-й половины 19 в. железо как судостроительный материал начало уступать место более прочной стали. Изготовление корпусов судов целиком из металла позволило увеличить их прочность и уменьшило относительную массу (по отношению к водоизмещению). Корпуса крупных стальных судов стали разделять на водонепроницаемые отсеки, устраивать двойное дно, что повысило их безопасность. Переход от клёпки к сварке ещё более повысил прочность, надёжность и долговечность судов.

В 18 в. делались попытки использовать для движения судов энергию пара. Первый речной деревянный пароход «Клермонт» с паровой машиной (рис.1) в качестве главного судового двигателя и гребными колёсами по бортам был построен в 1807 в США Р. Фултоном.

Рис. 1. Паровой двигатель парохода Фультона «Клермопт».

В России в 1815 регулярные рейсы между Кронштадтом и Петербургом стало совершать деревянное паровое суднл «Елизавета». Колёсный пароход из железа «Вулкан» был спущен со стапелей в 1818 в Великобритании. В 1-й половине 19 в. на морских пароходах стали устанавливать гребные винты.

До конца 30-х годов XIX в. пароходы строились с гребными колесами, которые быстро ломались морскими волнами. Гребные колеса были не пригодны для военного флота. Они являлись наиболее уязвимым местом во время боя, их повреждение сразу же выводило судно из строя. В конце 20-х годов мысль изобретателей усиленно работала над устранением этого важнейшего недостатка парового морского флота. Большая роль в этом принадлежит чеху Иосифу Ресселу (1793— 1857), который в 1826 г. впервые изготовил небольшой гребной винт и затем установил его на маленькой лодке грузоподъемностью в 5 т. Винт приводился в движение вручную двумя матросами. Испытания лодки прошли успешно. Лодка Рессела развивала скорость большую, чем двухвесельная лодка. После первых испытаний, проходивших в Триесте, Рессел окончательно решил вопрос о месте расположения гребного винта: между кормой и рулем (в первых вариантах винт находился под носом лодки). В 1827 г. Рессел получил на свой гребной винт патент сроком на два года (рис. 2).

Рис. 2. Схема и модель гребного винта И. Рессела.

С увеличением размеров пароходов стали возрастать и мощности паровых машин. К концу 90-х годов мощность судовых двигателей в отдельных случаях достигала 3—5 тыс. л. с. В России с конца 60-х годов XIX в. в области усовершенствования судовых машин для речных пароходов работал выдающийся механик и теплотехник В. И. Калашников (1849—1908). С его именем связано развитие судостроения и судоходства на Волге. Он первым в России и одним из первых в Европе работал над внедрением в судовые машины принципа многократного расширения пара. В. И. Калашников сконструировал ряд судовых машин с двукратным и трехкратным расширением. В начале 90-х годов XIX в. на Волге появились созданные по проектам Калашникова пароходы «Воля» и «Богатырь», имевшие машины с четырехкратным расширением пара. Калашников работал и над усовершенствованием судовых паровых котлов. Так называемый вертикальный котел Калашникова, созданный им в 1882 г., был для своего времени весьма экономичным и удобным при эксплуатации. Вертикальные котлы получили широкое признание не только в России, но и за рубежом.

На морском паровом транспорте уже в конце XIX в. стали применять овый паровой двигатель — паровую турбину. Основными достоинствами паровой турбины являлись сравнительно малый вес, отсутствие прямолинейно-возвратного движения, обусловливающего возможность иметь на одном валу большую мощность, возможность получения за счет большой степени расширения пара более высокого термического КПД. Все это способствовало тому, что паровая турбина очень скоро нашла применение в качестве судового двигателя. Заслуга введения паровой турбины в водном транспорте принадлежит одному из ее изобретателей — англичанину Чарлзу Парсонсу. Парсонс устанавливал свои турбины на моделях лодок с гребными винтами. В результате успешных испытаний в 1894 г. было начато строительство первого судна с турбиной, названного изобретателем «Турбиния». «Турбиния» развивала скорость в 32 узла в час.

Сначала 1900-х годов начинается широкое применение турбин на военных, коммерческих и пассажирских судах. В область военного судостроения паровая турбина вошла после применения на английском броненосце «Дредноут» в 1905—1906 гг.

В этот период начинает складываться наука о корабле, создаваться теория корабля. Россия дала мировому судостроению ряд замечательных инженеров-судостроителей, а также выдающихся ученых—теоретиков кораблестроения и кораблевождения. Выдающимся ученым в области кораблестроения был академик А. Н. Крылов (1863—1945). Особую известность получили работы Крылова по теории корабля. В 1904 г. А. Н. Крылов опубликовал труд «Теория мореходных качеств корабля», в котором рассматривались главнейшие свойства корабля: его плавучесть, т.е. способность корабля держаться на воде при определенном погружении носа и кормы (осадка); остойчивость, т. е. способность корабля сохранять равновесие и возвращаться в состояние равновесия; боковая и килевая качка; ходкость, маневренность корабля и т. д.

Большой вклад в развитие теории непотопляемости корабля сделал выдающийся ученый - адмирал С. О. Макаров (1848—1904). Макаров разработал стройную теорию непотопляемости корабля. В 1870 г. он для устранения крена рекомендовал не откачивать воду из отсеков, получивших пробоину, а заполнять другие отсеки водой таким образом, чтобы сохранить мореходные качества корабля и при затоплении части его внутренних корабельных помещений. В 1897 г. Крылов предложил Макарову свою помощь в разработке вопросов непотопляемости. В октябре 1902 г. Крылов провел расчеты и составил таблицы, показывающие, как влияет затопление того или иного отсека на крен корабля.

↑Наука и технологии морской техники

Специфическими свойствами судов как плавучих сооружений явдяются так называемые мореходные качества (плавучесть, остойчивость, качка, ходкость, управляемость, непотопляемость). Учёт этих свойств при создании судов связан с выполнением комплекса научно-исследовательского и конструкторских работ (обоснование технико-эксплуатационных требований, проектирование, модельные испытания).

При создании судов используются: гидродинамика, теория проектирования судов, теория корабля, строительная механика корабля, теория судовых механизмов и машин, технология постройки, экономика судостроительного производства, а также действующие правила постройки, и т. д. Обоснование и создание нового судна длится несколько лет.

Важнейшие технико-эксплуатационные характеристики судов определяются основными элементами: главными размерениями (длиной, шириной, высотой борта на середине длины судов и т. д.), дедвейтом, водоизмещением, типом и мощностью главных двигателей, вместимостью. Самоходное судно состоит из корпуса с надстройками и рубками, судовых устройств и систем, энергетической установки с движителями, навигационного оборудования, средств связи. Корпус судна разделяется палубами, поперечными и продольными переборками на отсеки, в которых располагают энергетические установки, трюмы, твиндеки и т.д. На морских судах междудонное пространство в корпусе используется для хранения топлива и пресной воды, а также водяного балласта. Корпуса судов изготовляются из стали, лёгких сплавов, дерева, железобетона, пластмасс и др. конструкционных материалов. Надстройки и рубки размещаются на верхней палубе и содержат каюты для экипажа и пассажиров, общественный, хозяйственные и служебные помещения.

В рубках (рулевой, штурманской и радиорубке) устанавливаются навигационное оборудование и судовые средства связи, сигнализации и управления, обеспечивающие безопасное плавание судов, определение его местоположения, связь с берегом и т. д. Основной тип применяемых на судах движителей — гребные винты.

К 70-м гг. 20 в. для водоизмещающих судов почти достигнут рациональный предел скорости. Наибольшие перспективы роста скорости (до 100— 200 км/ч ) у судов на подводных крыльях и воздушной подушке.

Судно на подводных крыльях – судно, корпус которого при движении поднимается над водой под действием подъёмной силы, создаваемой погруженными в воду крыльями. Патент на С. на п. к. выдан в России в 1891, однако применяться эти суда стали со 2-й половины 20 в. Теоретические основы движения С. на п. к. разработаны советскими учёными М. В. Келдышем, М. А. Лаврентьевым, Н. Е. Кочиным, А. И. Владимировым и др.

Судно на воздушной подушке – парящее судно, судно, которое приподнимается над поверхностью воды нагнетаемым под днищем воздухом, благодаря чему уменьшается сопротивление движению судна. Конструкцию судна, скользящего по слою сжатого воздуха между его днищем и водой, предложил в 1716 шведский учёный Э. Сведенборг; одно из первых судов на воздушной подушке — торпедный катер для австрийского военно-морского флота — построено в 1916. Теоретическое обоснование принципа движения на воздушной подушке было выполнено К. Э. Циолковским (1927). Первое советское судно на воздушной подушке разработанное под руководством профессора В. И. Левкова, прошло испытания в 1934—35 при движении над водой, снегом и землёй. Практическое использование судов на воздушной подушке началось с середины 60-х гг. в военном флоте и для пассажирских перевозок.

К середине 20 в. появились суда с энергетическими установками, работающими на ядерном топливе, в первую очередь, для подводных лодок, затем ледоколов и надводных боевых кораблей.

Современное образование в области морской техники предусматривает обучение по следующим группам специальностей и специальностям:

Кораблестроение и океанотехника

• Кораблестроение
• Судовые энергетические установки
• Судовое оборудование
• Техническая эксплуатация судов и судового оборудования
• Океанотехника

Системы объектов морской инфраструктуры

• Системы электроэнергетики и автоматизации судов
• Системотехника объектов морской инфраструктуры

Корабельное вооружение

• Морская акустика и гидрофизика
• Подводная техника

Автоматические системы управления морской техникой

• Морские информационные системы и оборудование
• Корабельные автоматизированные комплексы и информационно- управляющие системы.

↑Рекомендуемая литература

1. Петровский Н. В., Судовые двигатели внутреннего сгорания и их эксплуатация, М., 1966;

2. Гаврилов В. С., Камкин С. В., Шмелев В. П., Техническая эксплуатация судовых дизельных установок, М., 1967;

3. Плаксионов Н. П., Берете А. Г., Судовые турбинные установки, М., 1973;

4. Александров А. В., Судовые системы, Л., 1966.

5. Александров М. Н., Судовые устройства, Л., 1968.

6. Богданов К. А., Морские навигационные карты, Л., 1960;

7. Условные знаки морских карт и карт внутренних водных путей, М., 1971.

8. Муругов В. С., Яременко О. В., Морские суда на подводных крыльях, М., 1962; Зайцев Н. А., Маскалик А. И., Отечественные суда на подводных крыльях, 2 изд., Л., 1967.

9. Основы теории судов на воздушной подушке, Л., 1970; Злобин Г. П., Симонов Ю. А., Суда на воздушной подушке, Л., 1971.