Судостроение. I. Общее судостроение

Судостроение. I. Общее судостроение. Под словом судостроение в широком смысле этого понятия  надо разуметь совокупность науки и техники, относящихся к области постройки всевозможных типов судов и других плавучих сооружений, а также их главных и вспомогательных механизмов.

Судостроение  было известно человечеству в глубокой древности и, совершенствуясь с развитием общей культуры народов, оказывало огромное влияние на прогресс торговли в промышленности тех стран, которые могли иметь значительный торговый и военный флот.. Сказать с точностью, где зародилось судостроение, нельзя, так как первые суда — в виде грубо выдолбленных лодок или нескольких связанных между собой бревен, образующих плот, — появлялись так же просто, как и самой примитивной постройки человеческие жилища. Тем не менее, по дошедшим до нас памятникам древности, наиболее развитыми в судоходном отношении следует считать такие страны, как Финикия, Греция, Карфаген и Египет; в них кораблестроение достигло такого совершенства, которое позволяло этим странам вести обширную морскую торговлю, а в некоторых отдельных случаях строившиеся там суда достигали столь грандиозных размеров, что на них можно было помещать несколько тысяч гребцов и воинов, иметь роскошные помещения для внятных лиц и пр. В глубокой древности, как и теперь, флот морских стран разделялся на торговый и военный; первый из них состоял из судов коротких, по возможности, емких и снабженных, по тем временам, значительной парусностью и малым количеством весел; второй, т. е. военный флот, имел в своем составе, преимущественно, суда длинные и узкие, позволявшие достигать значительно больших скоростей благодаря обильному количеству весел и малой парусности.

По мере развития навигации и техники вообще, типы судов настолько стали совершенны в техническом и мореходном отношении, что в конце XV в. Хр. Колумбу удалось совершить на своих каравеллах поход в Америку. В дальнейшем, хотя типы кораблей и продолжали совершенствоваться, тем не менее, прогресс этот шел медленно: разница между судами XVI и начала XIX столетия была не столь значительна, как между типами кораблей последующих десятилетий. Такому быстрому прогрессу способствовало, во-первых, применение паровых машин к движению судов и замена ими парусов, а во-вторых — употребление, как главного судостроительного материала, железа. Кроме того, на военных кораблях во время Крымской войны было введено бронирование. Все эти факторы оказали могучее влияние на изменение прежних, установившихся веками, типов торговых и военных судов. Успехи металлургии, машиностроения и артиллерии дали возможность судостроителям за последние десятилетия достигнуть столь исключительных результатов, что по своим размерам современные суда превосходят величайшие гражданские сооружения, а по мощности своих механизмов достигают сотен тысяч лошадиных сил (см. табл. I).

Табл. 1

В научном отношении судостроение стояло на столь же низкой ступени развития, как и другие инженерные знания, до конца XVII в., когда впервые начали сознательно пользоваться законом Архимеда, открытым им более чем за 200 дет до н. э. Еще в XVIII столетии имели смутное понятие об остойчивости судов, причем формулу статической остойчивости дал Атвуд (Atwood) лишь только в начале XIX в. Хотя великий Ньютон (в ХVII в.) стремился постигнуть тайну зконов сопротивления воды движущимся телам и дал свою теорию, комментированную, сто лет спустя, Эйлером, тем не менее серьезное экспериментальное изучение этих вопросов относится лишь к концу XVIII и началу XIX в. С этими опытами связаны имена д’Аламбера, Кондорсе и особенно Бофуа, давшего ряд интересных испытаний. Наконец, вопросы динамической остойчивости качки, поворотливости и других мореходных качеств составили область научных исследований лишь только во второй половине XIX ст.; тут следует упомянуть имена таких ученых, как: Скотт-Россель, Попов, Модлей, Ранкин, Рид, В. Фруд, Бурачек, Кузьминский и затем наших современников: Бертена, Фруда (сына), Тэйлора, Грехнева, Крылова и Бубнова, давших ряд блестящих теорий из области сопротивления судов, вибрации, строительной механики и пр. В настоящее время наука судостроения покоится на теоретических основах высшей математики и аналитической механики, занимая почетное место среди прочих инженерных наук. Развитию научных знаний судостроительной специальности способствовал не только общий прогресс науки и техники, но также и учреждение высших и средних судостроительных школ во всех культурных странах, имеющих свой торговый и военный флот (см. судостроительные учебные заведения).

Фиг. 1

Наука судостроения представляет совокупность нескольких самостоятельных дисциплин, связанных между собой единством цели: изучить судно со стороны его навигационных и строительных качеств. К числу этих дисциплин относятся: теория корабля, рассматривающая плавучесть, остойчивость, непотопляемость, качку и сопротивление движению судов; строительная механика и вибрация судов; корабельная архитектура, изучающая конструкцию судов, технологию судостроения и проектирование судов. Рядом с перечисленными дисциплинами стоят предметы, относящиеся к изучению главных и вспомогательных судовых механизмов.

Важнейшими данными для характеристики судна являются его обводы (т. е. очертания наружной поверхности как подводной, так и надводной) — с одной стороны, и взаимное распределение весов всех отдельных устройств, входящих в его состав — с другой.

Для первой цели служит теоретический чертеж судна, который дает представление об его наружной поверхности посредством изображения в ортогональных проекциях сечений этой поверхности плоскостями, параллельными трем плоскостям проекций (фиг. 1). На этих проекциях: — вертикально-продольной (бок), горизонтальней (полуширота) и вертикально-поперечной (корпус) — показывают обводы судна в виде батоксов, ватерлиний и шпангоутов. Плавность обводов судна проверяется сечениями его поверхности плоскостями, перпендикулярными к поперечной и наклонными к продольной плоскости проекций (рыбины). Теоретический чертеж составляется на основании предварительных расчетов при помощи особых правил и приемов, причем большое значение имеет навык и искусство исполнителя; необходимыми инструментами при этом служат, кроме обычных чертежных инструментов, специальные наборы корабельных лекал — кривых линеек различной формы, а также тонкие гибкие деревянные рейки, масштабом чертежа берут, обычно, 1/50 или 1/100 натуральной величины.

Главными размерениями судна являются: длина (L) его по грузовой ватерлинии, т. е. по линии уровня воды при полной нагрузке, а также наибольшая длина, измеряемая по горизонтальному направлению между наиболее удаленными точками его корпуса; ширина (В) — наибольшая по грузовой ватерлинии; углубление (Т) корпуса при нормальной нагрузке судна; оно будет одинаково по всей длине судна, когда последнее сидит на ровный киль, и различно, когда судно имеет дифферент, т. е. сидит глубже носом или кормой. От углубления корпуса следует отличать осадку судна выступающими частями: килем, гребными винтами, кронштейнами для них и т. п.; высота борта (Н) при средине длины судна, считая от притыкания корпуса к килю и до притыкания к борту главной палубы; высота надводного борта (F), обеспечивающего судну необходимый запас плавучести.

Теоретический чертеж дает возможность определить важные теоретические элементы судна, а именно (табл. II): площадь грузовой ватерлинии (S), а также других ватерлиний, кривая распределения которых по глубине называется строевой по ватерлиниям; площадь мидельшпангоута (Θ) и других шпангоутов; кривая распределения этих площадей по длине судна называется строевой по шпангоутам; водоизмещение судна (V), т. е. объем погруженной части корпуса по ту или иную ватерлинию; распределение водоизмещения по глубине дается кривой водоизмещения; положение центра тяжести площадей ватерлиний по длине судна; положение центра тяжести объема судна — центра величины (ЦВ) — для каждого углубления, как по длине судна, так и по глубине.

Табл. 2.

Главные размерения судна находятся между собой в некоторых соотношениях, характерных для того или иного  типа судна;  основными из них являются отношение длины к ширине L:В; отношение углубления к ширине Т:В; отношение длины к высоте L:Н; коэффициенты полноты водоизмещения δ=V/LBT; коэффициент полноты площади грузовой α=S/LB; коэффициент полноты площади мидельшпангоута β=Θ/BT.

Для характеристики судна посредством распределения его отдельных весов, их подразделяют на следующие главные группы:

I) корпус со всеми устройствами, II) снабжение, III) главные механизмы, с водой в котлах и с запасными частями, IV) топливо, смазочные и другие расходные материалы и V) грузы, перевозимые судном, включая сюда пассажиров с их багажом и провизией. Обе последние группы иногда объединяются в одну под названием полной грузоподъемности (dead - weight). В военных судах последняя группа весов заключает в себе веса оборонительных и наступательных средств корабля, т. е. брони, артиллерии, мин и т. п. В виде примера на диаграмме (фиг. 2) показано распределение весов для тихоходного грузового и быстроходного пассажирского пароходов одинаковой величины.

Фиг. 2.

В таблице III приведены данные как о соотношениях между главными размерениями разного типа судов, так и о распределении весов по указанным группам.

Таблица III. Соотношения главных элементов коммерческих судов.

Расчеты по теоретическому чертежу затрудняются тем обстоятельством, что форму судна почти невозможно выразить точным математическим законом, а приходится довольствоваться снятыми с чертежа значениями координат некоторых произвольных точек этой поверхности и применять способы приближенных вычислений,  гарантирующие получение пренебрежимой для технических целей погрешности. Все такие способы можно свести к правилам приближенного вычисления площадей, ограниченных кривой произвольного вида (ср. квадратура).

Фиг. 3.

Площадь ABCD такой фигуры (фиг. 3) всегда составляет часть площади описанного прямоугольника ABEF и может быть выражена площадью равновеликого прямоугольника ABGH, высота которого называется средней ординатой данной кривой; отношение площади ABCD к площади ABBF, численно равное отношению средней ординаты к наибольшей, называется коэффициентом полноты кривой и имеет большое значение для характеристики вида кривой.

Фиг. 4.

В формулах для вычисления указанных площадей средняя ордината определяется как функция того или иного количества измеряемых ординат, причем, в зависимости от относительного размещения этих ординат, формулы разделяются на: 1) формулы с ординатами на соизмеримых, обычно равных, расстояниях и 2) формулы с ординатами на несоизмеримых расстояниях.

Наиболее употребительными из них являются:

а) формула Безу, или трапеций, с любым числом промежутков между равноотстоящими ординатами (фиг. 4):

где S —  площадь кривой, L — длина основания, n — число промежутков, у₀ — начальная и у_n — конечная ординаты; эта формула очень удобна по своей простоте и универсальности, но для получения достаточной точности требует большего числа ординат, чем другие;

б) формула Симпсона для нечетного числа равноотстоящих ординат (четного числа промежутков):

эта формула дает большую точность, чем первая, но сложнее ее и потому реже употребляется;

в) формула Чебышева с ординатами, расстояния между которыми определяются в зависимости от их числа (например, для 9 ординат, не считая конечных, расстояние их в ту и другую сторону от срединной будут: 0,1679 l; 0,5288 l; 0,6010 l и 0,9116 l, где l — полудлина основания (фиг. 5):

Эта формула очень точна даже при малом числе ординат, но так как последние находятся между собой на несоизмеримых расстояниях, то приходится их пробивать на теоретическом чертеже отдельно, что несколько осложняет работу с ними. Примером, вычисления водоизмещения и других элементов судна (по формуле трапеций) может служить табл. IV.

Судно во время своей службы должно удовлетворять целому ряду условий, важнейшими из которых являются нижеследующие.

Фиг. 5.

Плавучесть, т. е. свойство судна держаться на воде при вполне определенном положении, соответствующем состоянию его нагрузки. Это свойство, отвечающее закону Архимеда, по которому вес плавающего тела равняется весу вытесненной им жидкости — вполне применимо к плавающему судну, так как оно находится под действием двух равных и противоположных сил: собственного веса и давления окружающей судно воды. Это свойство дает возможность определить вес судна, зная количество вытесненной им воды, т. е. его водоизмещение, и плотность воды, в которой оно плавает (плотность пресной воды принимается за единицу, плотность соленой воды доходит до 1,026; вес судна или весовое водоизмещение считаются или в метрических тоннах по 1000 кг  или в английских тоннах по 1016 кг.; вес 36 куб. футов пресной воды или 35 куб. ф. морской воды равен одной английской тонне = 62 пуд.).

Табл. IV

Одно и то же судно при разной плотности воды будет сидеть в ней неодинаково (в пресной воде глубже, чем в морской); с другой стороны, всякое изменение нагрузки изменит и водоизмещение судна, а следовательно и величину его среднего углубления. Поэтому для быстрого и верного определения новых условий погружения судна необходимо иметь диаграмму изменения водоизмещения по его углублению, так называемый грузовой размер (фиг. 6). При помощи грузового размера  можно по заданному среднему углублению находить соответствующее водоизмещение и обратно. Для небольших изменений нагрузки можно пользоваться величиной в тоннах груза, изменяющего среднее  углубление судна на небольшую определенную величину, например, 1 см, равную весу слоя воды такой же толщины с площадью основания, равной площади грузовой ватерлинии, т. е. 0,01 S. ∆, где S — в кв. метрах, а ∆— плотность воды.

Фиг. 6.

При получении судном дифферента, его водоизмещение можно определить по масштабу Бонжана (фиг. 7), диаграмме распределения площадей каждого шпангоута в зависимости от углубления; отметав на этих кривых углубление каждого сечения, суммируют соответствующие им площади и, таким образом, получают  новое водоизмещение.

Фиг. 7.

Равнодействующая статического давления воды направлена вертикально вверх и проходит через центр тяжести вытесняемого объема воды, который, благодаря однородности среды, приходится в геометрическом центре этого объема и называется центром величины (ЦВ); в нормальном прямом положении судна ЦВ лежит в диаметральной плоскости, а координаты его по глубине и длине судна зависят от распределения водоизмещения в этих направлениях; для представления о положении ЦВ при различных углублениях судна строят диаграммы его положения в вертикальном и горизонтальном направлениях (табл. II).

Равнодействующая собственного веса судна направлена вертикально вниз и проходит через его центр тяжести (ЦТ); положение ЦТ можно определить или путем вычисления, зная вес и относительное расположение на судне каждого отдельного устройства или груза, или путем опытного наклонения (см. ниже остойчивость). На положение ЦТ влияет каждое перемещение какого-либо груза; поэтому определяют отдельно координаты ЦТ вполне готового, но порожнего судна, а затем для каждого отдельного случая нагрузки, зная распределение принятых грузов и положение их центров тяжести, находят положение общего ЦТ судна.

Фиг. 8.

Для того, чтобы судно находилось в свойственном ему прямом положении, необходимо, чтобы обе равнодействующие проходили по одной вертикали, иначе говоря, ЦВ и ЦТ лежали бы на одной вертикальной линии (фиг. 8); это условие заранее учитывается при проектировании судна и назначении для него нормальной нагрузки: при изменении нагрузки оно также должно быть принято во внимание, иначе судно получит крен или дифферент, исправить которые можно лишь путем приема на судно балласта, добавочный статический момент которого должен привести ЦТ на одну вертикаль с ЦВ в прямом положении судна.

Остойчивостью судна называют свойство, по которому судно, будучи выведено под влиянием внешней силы из прямого положения, стремится принять его вновь. Для упрощения исследования остойчивость судна рассматривают отдельно в двух направлениях: продольном – при наклонениях вокруг поперечной оси, и поперечном – при наклонениях вокруг продольной оси. Так как поперечные наклонения судна при том же кренящем моменте гораздо значительнее, чем продольные, то на поперечную остойчивость приходится обращать значительно большее внимание.

Фиг. 9.

При поперечном наклонении (крен) судна на некоторый угол φ (фиг. 9) один из бортов входит в воду, а другой выходит из нее; объем подводной части, оставаясь по величине постоянным, перемещается на сторону входящего борта, а с ним вместе перемещается ЦВ - С; вертикальная равнодействующая давления воды, проходящая через новое положение ЦВ, будет образовывать с прежним ее направлением (в диаметральной плоскости) угол φ и пересекать ее в некоторой точке, называемой метацентром (МЦ) – М. Так как равнодействующая веса судна сохраняет при этом вертикальное направление и проходит черев прежний ЦТ—G, то обе равнодействующие составят пару сил, стремящуюся повернуть судно в ту или другую сторону, смотря по их относительному расположению. Очевидно, если МЦ лежит выше ЦТ, то пара сил будет восстанавливать судно в прямое положение, т. е. оно будет остойчиво; если МЦ окажется ниже ЦТ, то пара сил будет стремиться еще более накренить судно, следовательно, оно является неостойчивым; наконец, если МЦ совпадает о ЦТ, то судно окажется в положении безразличного равновесия. В каждом отдельном случае величина вращающего момента будет выражаться произведением из веса судна на горизонтальное расстояние между обеими равнодействующими — GZ, так как вес судна остается постоянным, то вращающий момент будет пропорционален расстоянию GZ между равнодействующими, которое называется плечом остойчивости; из фиг. 9 видно, что GZ = MG.sin φ = МС₀.sin φ — GС₀.sin φ. величина MG  называется мета центрической высотой, МС₀ — метацентрическим радиусом; так как  МС₀ зависит исключительно от формы судна, то выражение MC₀.sin φ называется остойчивостью формы; с другой стороны, GC₀ представляет функцию от распределения грузов по высоте, поэтому выражение GС₀.sin φ называется остойчивостью веса. При небольших углах крена (до 10°—15°) положение МЦ изменяется так мало, что его можно принять постоянным, одинаковым с высотой МЦ при наклонении на бесконечно малый угол крена; в условиях такой начальной остойчивости метацентрический радиус МС₀ находится из выражения МС₀ = J/V, где J — момент инерции площади грузовой ватерлинии относительно ее продольной оси, а V — водоизмещение по эту грузовую. Для приближенного вычисления начального метацентрического радиуса можно воспользоваться выражением: МС₀ = ρ = kLB³/δLBT = k/δ·B²/T —  где величина k/δ колеблется в пределах 0,07—0,09, среднее — 0,08. Казалось бы, что для повышения остойчивости выгодно иметь возможно большую начальную метацентрическую высоту, но это связано большей частью с такими неудобствами в других отношениях (см. ниже качка), что приходится удовлетворяться сравнительно незначительной величиной MG; практика выработала следующие пределы величины MG: крупные военные суда — 1,2 m — 2,5 m; средние — 0,9 m—1,2 m; мелкие — 0,5 m — 0,7 m; в торговых судах MG значительно меньше, а именно: от 0,3 m до 0,8 m. В коммерческих судах бывают случаи нагрузки, когда ЦТ оказывается настолько высок, что МЦ находится ниже его, и, следовательно, метацентрическая высота MG становится отрицательной; при таких условиях судно является, как было сказано, не остойчивым и обычно принимает наклонное положение на правый или левый борт (кренится до тех пор, пока равнодействующая водоизмещения пройдет через ЦТ судна см. остойчивость на больших углах крена). При изменении углубления положение МЦ не остается постоянным, поэтому необходимо иметь кривую метацентров для различных углублений (табл. II), в пределах которых может изменяться, при той или иной нагрузке, среднее углубление судна; на такой диаграмме при углублении, соответствующем порожнему судну показывают положение его ЦТ; тогда при размещении принимаемых грузов можно будет правильно ориентироваться для обеспечения надлежащей остойчивости.

Фиг. 10.

Выше было указано на возможность определения положения ЦТ судна опытным путем. Обычно (фиг. 10) этот опыт производится путем переноса груза с одного борта на другой; это вызовет перемещение ЦТ судна на тот же борт и, следовательно, наклонение судна на некоторый угол. Зная вес переносимого груза р, горизонтальный путь его переноса l, вес судна D и угол φ, можно из выражения: pl  = DMG.tg φ определить  MG, откуда при помощи метацентрической кривой легко найти ЦТ.

Для порожнего судна положение ЦТ можно определить также с достаточной точностью из следующих соотношений между высотой ЦТ над килем и полной высотой судна от киля до верхней непрерывной палубы:

Быстроходные пароходы – 0,55-0,58Н

Трехпалубные грузовики с надстройками – 0,54-0,56Н

Грузовики с легкой палубой 0,56-0,58Н

Товарно-пассажирские суда с легкой палубой – 0,60-0,65Н

Паровые яхты – 0,65-0,70Н

Буксиры – 0,65-0,70Н

Парусные суда – 0,69-0,71Н

За пределами начальной остойчивости, т. е. при больших углах крена, положение МЦ не остается постоянным; поэтому его приходится вычислять по теоретическому чертежу для отдельных углов крена (через 8°—10°), доводя их до 60°—90°. Очень большое влияние на положение МЦ оказывает образование надводной части судна, главным образом высота надводного борта, так как вхождение кромки верхней  водонепроницаемой палубы в воду очень уменьшает проекцию перемещения ЦВ, а, следовательно, и плечо GZ.  Остойчивость на больших углах крена может совершенно не соответствовать характеру начальной остойчивости: судно с большой начальной MG, но имеющее низкий надводный борт, может уже при  небольшом крене войти палубой в воду и потерять остойчивость; с другой стороны — суда с очень малой начальной  MG, но высокобортные (как это, обычно, бывает на морских торговых судах), будут даже на очень больших углах крена иметь сухую палубу и достаточный восстанавливающий момент. Бывают случаи, особенно при недогруженном судне, когда высокое положение ЦТ порожнего судна не успели понизить приемкой в трюмы тяжелых грузов, когда судно, даже с отрицательной начальной MG и начинающее уже валиться на борт, получает при некотором угле крена, благодаря высокому борту, положительную метацентрическую высоту и может держаться в этом положении. (С этим обстоятельством пришлось встретиться на современных крупнейших товаро-пассажирских пароходах, где для избегания отрицательной величины MG в разгруженном состоянии судна пришлось в подводной части сделать специальные уширения корпуса).

Фиг. 11.

Для суждения о характере остойчивости на больших углах крена пользуются кривой плеч остойчивости, так называемой диаграммой Рида (фиг. 11), из которой можно видеть, при каком угле крена плечо остойчивости возрастает до максимума и где судно вовсе теряет остойчивость; на фиг. 12 даны кривые плеч остойчивости двух судов с одинаковым образованием подводной части и с одинаково расположенным ЦТ, но имеющих различную высоту надводного борта.

Фиг. 12.

Так как величина начальной метацентрической высоты еще недостаточно ясно характеризует остойчивость судна, то в качестве меры остойчивости принимают величину плеча остойчивости при некотором практически допустимом крене, например, в 30°.

Работа, которую надобно затратить для того, чтобы сообщить судну некоторый угол крена, определяет его динамическую остойчивость; так как эта работа складывается из непрерывного преодоления промежуточных восстанавливающих моментов рассмотренной выше статической остойчивости, то ее можно получить из диаграммы статических моментов, измеряя площадь кривой моментов от прямого положения судна до данного угла крена; составленная по такому способу диаграмма для различных углов крена называется диаграммой динамической остойчивости (фиг. 11). Так как работа внешней силы, накренившей судно на некоторый угол, не будет соответствовать работе сил статической остойчивости (потому что восстанавливающий момент только при этом угле крена сравнялся с моментом силы), то избыток работы силы уйдет на добавочный крен судна; если не принимать в расчет задерживающего влияния сопротивления воды, то добавочный крен может получить одинаковую величину с первоначальным, а это может повести к опасной величине крена, если статическая остойчивость окажется при нем недостаточной; поэтому внезапное действие шквала на корабль более опасно и заставляет судно более накрениться, чем влияние силы той же величины, но действующей медленно.

В отношении продольной остойчивости судно подчиняется тем же законам, как и для поперечной, с той разницей, что высота продольного МЦ над ЦВ зависит от величины продольного момента инерции площади грузовой ватерлинии относительно поперечной оси, проходящей через ее центр тяжести; так как продольный момент инерции значительно больше поперечного, то продольный метацентрический радиус значительно больше, чем поперечный, и для морских судов является, примерно, того же порядка, как и длина судна. При наклонении в продольном направлении важны не углы наклонения (которые по причине большого M_lC₀ весьма невелики), а величины погружения той или другой оконечности, образующие вынужденный дифферент судна. Можно считать, что, за исключением чисто катастрофических случаев, судно всегда находится в состоянии начальной продольной остойчивости, когда положение продольного МЦ можно принимать постоянным; в этих условиях изменение дифферента от переноса некоторого груза по длине судна будет прямо пропорционально моменту этого груза и обратно пропорционально моменту, изменяющему дифферент судна на какую-либо условную величину, например, 1,0m (этот момент = DM_lG/L, где D – весовое водоизмещение, M_lG – продольная метацентрическая высота (с очень небольшой погрешностью M_lG можно заменить величиной M_lC₀, т. е. продольным метацентрическим радиусом) и L – длина судна). Для быстрого определения элементов плавучести и начальной остойчивости судов обычного типа можно пользоваться следующими приближенными формулами французского инженера Normand:

1) отстояние ЦВ от грузовой ватерлинии =

Особого внимания заслуживает вопрос о норме остойчивости мелкосидящих озерных и речных судов, ЦТ которых находится высоко над ватерлинией. Несмотря на значительную ширину таких судов, возможность опрокидывания их далеко не исключена, как было показано несколькими катастрофами. Поэтому необходимо перед началом плавания этих судов производить опыты с креном для выяснения всех условий остойчивости; от производства таких опытов могут быть освобождены  лишь те суда, размеры которых гарантируют достаточную величину остойчивости: например, по правилам, изданным в 1912 г. министерством путей сообщения, признаком заведомо достаточной остойчивости для двухъярусных плоскодонных пароходов считалось, если MG не меньше 0,1 высоты надводного борта или не меньше 0,9 m; кроме того, выражение В²/1400 + 0,5 Т должно быть больше 0,45 высоты борта. Точно также серьезным вопросом является сохранение остойчивости при существовании на судне  жидкого (вода, нефть) или сыпучего груза (зерно), не заполняющего полностью всего объема трюма и имеющего свободную поверхность. При наклонении такого судна его ЦТ не остается на месте, но передвигается в сторону наклонения и этим уменьшает плечо остойчивости; также действует и живая сила передвигающегося груза, увеличивая крен судна. Вредное влияние такого груза зависит, главным образом, от величины  момента инерции его свободной поверхности; поэтому пользуются всеми средствами, чтобы уменьшить этот момент или путем уменьшения величины самой поверхности (устраивая, например, верхнюю часть трюма в виде узкого колодца — башенно-палубные и ящичные суда), или разбивая трюм в продольном направлении несколькими переборками на узкие отсеки, в которых способность грузов перемещаться будет значительно ограничена. Исследование условий остойчивости имеет весьма важное значение в очень многих случаях жизни судна, например, при спуске его на воду, подъеме в док, посадке на мель, а также при подъеме затонувших судов и т. д.

Фиг. 13.

Условия остойчивости в подводных судах, вполне погруженных в воду или имеющих на поверхности воды лишь небольшую башенку, значительно отличаются от обычных условий остойчивости для надводных судов. При этом (фиг. 13) для вполне погруженной лодки ЦТ должен находиться всегда ниже ЦВ, и отстоянием между этими точками измеряется как поперечная, так и продольная остойчивость лодок; из этого понятно, что продольная остойчивость подлодки является крайне незначительной, и требуется большая внимательность, чтобы при помощи специальных  приспособлений удерживать лодку в горизонтальном положении.

К числу важнейших качеств каждого судна относится его непотопляемость, т. е. способность держаться на плаву при повреждениях наружной обшивки и заполнении внутренних помещений забортной водой.  Неоднократные случаи гибели судов, не исключая самых крупных, заставили обратить на этот вопрос самое серьезное внимание. Изданные по этому случаю правительственными учреждениями и общественными организациями различных государств постановления и правила рассматривают вопрос об обеспечении непотопляемости с двух сторон: путем установления наименьшей высоты надводного борта, оставляющей судну необходимый запас плавучести, и путем распределения внутри водонепроницаемого корпуса прочных поперечных переборок. Высота надводного борта определяется в зависимости от назначения, условий плавания  судна и крепости его надводной части; ватерлиния, по которую может грузиться судно, и остающаяся высота надводного борта указываются грузовой маркой (фиг. 14), которая наносится на каждом борту судна. Запас плавучести при этом, сообразно типу судна, составляет от 20% до 35% от полного объема судна по верхнюю прочную палубу, до которой сосчитан надводный борт. Поперечные переборки, доведенные до палубы, ограничивающей принимаемый в расчет запас плавучести, и достаточно прочные, чтобы выдержать давление столба воды такой же высоты, имеют громадное влияние как на сохранение запаса плавучести в неповрежденных отсеках судна, так и на образующийся при заполнении водой поврежденных отсеков дифферент судна. Поэтому, с одной стороны, число переборок должно быть таково, чтобы подразделить судно на отсеки, заполнение водой каждого из которых (а по новейшим правилам даже любых двух соседних) не лишало бы судно запаса плавучести, а с другой — не вызывало бы вхождение в воду надводного борта по длине судна. Поэтому каждое судно должно иметь, по крайней мере, одну переборку в носовой части судна (на случай столкновения) на расстоянии от штевня не меньшем 1/20 длины судна: две переборки должны ограничивать отделение, занятое главными механизмами судна, и, наконец, на винтовых судах, кроме того, должна быть крайняя кормовая переборка, до которой доводится дейдвудная труба (кожух, в который заключен вал гребного винта, идущий от ахтерштевня до указанной переборки и оканчивающийся не пропускающим воду внутрь судна сальником). На коммерческих судах, особенно грузовых, увеличению числа переборок мешает вызываемая этим теснота трюмов и усложнение устройства для нагрузки и разгрузки судна.

Фиг. 14.

После гибели в 1912 г. крупнейшего в мире судна «Титаник», как следствия столкновения его с ледяной горой, правила о непотопляемости судов были рассмотрены весьма тщательно на Лондонской конференции 1914 года, и требования, предъявленные к вновь строящимся судам, были в этом отношении значительно усилены, а на некоторых уже построенных судах пришлось сделать добавочные изменения в подразделении судна на отсеки.

Фиг. 15.

На фиг. 15 показана кривая переборок, предписываемая правилами германского учреждения Seebemfsgenossenachaft, много сделавшего в области изучения непотопляемости судна; любая ордината этой кривой дает длину расположенного симметрично относительно нее отсека, заполнение которого водой еще не вызывает опасного для непотопляемости дифферента судна.

Качка. Рассматривая условия остойчивости судна при его наклонении, мы принимали его как бы лишенным массы и инерции. На самом деле, конечно, это не так, и судно при возвращении своем из вынужденного наклонения не только не остановится в прямом положении, но, по инерции, будет продолжать поворачиваться дальше, т. е. крениться в другую сторону, стремясь достигнуть того же угла крена, как в начале колебания; затем оно станет снова выпрямляться и т. д., пока, вследствие сопротивления воды, эти колебания совершенно не затухнут. Такое явление называется качкой судна и может происходить как в продольном, так и в поперечном направлении (ср. морская качка). Вообще говоря, чем качка медленнее и спокойнее, тем она легче отзывается на состоянии людей и грузов и на крепости самого корабля; поэтому, как при постройке его, так и при управлении на море, стараются избежать всего, что могло бы сделать качку более быстрой и порывистой.

Фиг. 16.

При поперечной качке на тихой воде судно можно уподобить маятнику, имеющему массу и момент инерции такие же, как у судна, и точка привеса которого находится в МЦ; период качания такого маятника остается постоянным, независящим от величины амплитуды, т. е. размаха с одной стороны на другую. Применительно к этому, продолжительность двойного периода колебания судна, за время которого оно возвратится на тот же борт, не принимая во внимание побочных влияний, выражается величиной (в секундах) t = 2π√J/ D.MG, где J — момент инерции судна относительно продольной оси, проходящей через ЦТ, D — весовое водоизмещение судна, MG — поперечная метацентрическая высота. Очевидно, что период качания будет тем больше и, следовательно, качка будет тем медленнее и спокойнее, чем больше момент инерции судна и меньше момент его остойчивости, т. е. для качки требования оказываются обратными, чем для остойчивости. Увеличение момента инерции судна может быть достигнуто перенесением некоторых грузов от средины судна к бортам; что же касается уменьшения момента остойчивости, то это требует большой осторожности, чтобы не произошла потеря остойчивости на больших углах крена. Для современных военных и торговых судов период свободных колебаний судна с борта на борт составляет от 5 до 7 секунд; наибольшая скорость вращения судна будет при прохождении им прямого положения.

На величину размаха имеет большое влияние сопротивление воды качанию судна; так как при плавных обводах судна и отсутствии на крупных судах наружного киля оно не может проявиться в значительной степени, то его пробовали усиливать постановкой наружных боковых килей. Опыты постановки таких килей показали, что они оказывают значительное влияние на уменьшение качки; тем не менее, ввиду того, что кили эти по различным соображениям возможно доводить лишь до определенного размера, на крупных коммерческих и военных судах  в настоящее время предпочитают устанавливать особые умерители качки. Одним из средств для уменьшения качки является установка на судне жироскопов Schlick’a или Sperry; идея того и другого жироскопа заключается в применении тяжелого, весьма быстро вращающегося вокруг вертикальной оси волчка, который при своем движении стремится сохранять положение этой оси в пространстве (ср. гироскоп). Связывая (фиг. 16) ось волчка с корпусом судна, мы заставим судно держаться в напряженном состоянии и быть гораздо менее чувствительным к внешним кренящим силам; действительно, амплитуда качки на судне, снабженном прибором подобного рода, при работе жироскопа достигала всего 6°, тогда как то же судно при неподвижном приборе качалось до 25° на каждый борт. Другим практическим способом успокоения качки являются цистерны с передвигающейся в них водой, предложенные в 1883 г. Watts’ом, но разработанные  лишь в 1911 г. профессором Frahm’oм. Эти цистерны (фиг. 17) устанавливаются на каждом борту судна, примерно на высоте его ЦТ, и с нижней стороны соединяются между собой достаточно широким каналом, по которому переливается наполняющая их вода, сверху же их соединяет  воздушный канал, позволяющий регулировать скорость переливания. При крене судна находящаяся в цистерне входящего борта вода будет стремиться перелиться в цистерну другого борта, и переливание ее можно так урегулировать, что оно в значительной степени станет противодействовать моментам, кренящим судно. За время недавнего своего существования все эти системы успокоения качки судна приобрели весьма большое распространение как на вновь строящихся военных и торговых судах, так и на судах уже выстроенных, несмотря на переделки, связанные с такими установками.

Фиг. 17.

Качка на взволнованной поверхности вносит в собственную качку судна более или  менее правильно чередующиеся переменные силы, зависящие от присутствия волн. Причиной волнения являются ветры, в зависимости от силы которых находятся направление и размеры волн, а именно: длина — т. е. расстояние от одного до другого гребня, высота гребня над подошвой и период волны, т. е. время пробега гребнем расстояния, равного длине волны, а также скорость (секундная) этого движения. Наибольшая длина штормовых океанских волн (по наблюдениям Скоресби и Пари) составляет 130—150 m, а высота — 1/20-1/50 длины, причем, чем короче волна, тем она круче; период волны можно определить из выражения t₁ = √2πl/9 ∞ 0,8√l, а скорость распространения в m/sес V=1,25√l, где l — длина волны в метрах. Современное представление о волне рассматривает ее, как следствие последовательного подъема и опускания соседних частиц воды, которые не имеют, таким образом, поступательного движения (в чем можно убедиться на небольших волнах, бросив на них кусок дерева); иначе говоря, все явление напоминает движение колосьев в поле под действием ветра. При таком движении частиц воды образуются ряды волн, профиль поверхности которых можно выразить движением точки по окружности некоторого круга, катящегося по направлению волны с одинаковой с ней скоростью (фиг.18), частицы, лежащие ниже поверхности воды, также участвуют в общем движении, но в постепенно убывающей степени, пока на известной глубине оно вовсе не затихнет. При таком трохоидальном (Scott-Russel) движении частиц воды развиваются центробежные силы благодаря которым в какой-либо точке волны, как давление воды, так и вес плавающего тела направляются уже не вертикально, как обычно, а нормально к поверхности волны. При проходе волны под судном к его, свободным колебаниям, подобным колебаниям на тихой воде и зависящим от его периода качания t, присоединяются вынужденные колебания от действия волн с их периодом t₁; комбинация этих колебаний обусловливает характер качки судна на взволнованной воде и зависит главным образом, от соотношения между обоими периодами, а именно: 1) если t < ½ t₁, то судно будет послушно следовать за волной, и его мачты в любой момент окажутся нормальны к поверхности волны; такую качку имеют слишком остойчивые суда, стремящиеся быстро выпрямиться; 2) если t > ½ t₁, т. е. имеем судно с медленными свободными колебаниями, то размахи такого судна будут всегда запаздывать по отношению к влиянию поверхности воды, и, таким образом, не успевшее еще закончить своего размаха судно будет задерживаться новой фазой волны; качка такого судна значительно более  благоприятная, чем у первого; 3) если t ≈ t₁, иначе говоря, возможен синхронизм между фазами колебаний судна и волны, то, не будь задерживающего сопротивления воды, размахи судна, постоянно подкидываемого волной, должны были бы неминуемо возрасти до предела, соответствующего его опрокидыванию; такого совпадения колебаний следует избегать, для чего в случае надобности можно или соответственными мерами изменить период свободных колебаний судна, или направить судно в ином, более благоприятном направлении к волне.

Фиг. 18.

Килевая качка судна на тихой воде, если не принимать в расчет влияния его поступательного движения, а также более значительного сопротивления воды при погружении конечностей, подчиняется тем же законам, что и бортовая, лишь только вместо момента инерции судна относительно продольной оси и поперечной метацентрической высоты придется взять момент инерции судна относительно поперечной оси, проходящей черев ЦТ и продольную метацентрическую высоту. Обычно, период свободных продольных колебаний раза в 2—3 короче, чем поперечных.

Килевая качка на волнении зависит от: а) относительной длины судна и волны, б) отношения между их периодами, в) формы оконечностей судна. Современным громадным морским судам редко приходится встречать волны, превышающие их длину; гораздо чаще под судном оказывается не меньше двух гребней сразу, что сильно уменьшает влияние волновой поверхности. Более короткие суда, благодаря малому периоду колебаний, довольно правильно следуют уклонам поверхности волны. Важное значение имеет при этом форма обводов носовых и кормовых сечений судна, которые не должны быть очень различны; вместе с тем надводной части в оконечностях судна полезно придавать достаточный развал, чтобы облегчить им всплытие на волну; для этой же цели, а также для уменьшения момента инерции не следует крупных грузов разносить в оконечности, а лучше размещать ближе к средине судна.

Фиг. 19.

Так как изучение условий качки для каждого судна имеет большое значение, то наблюдением над ней пренебрегать не следует; для отсчетов углов крена при этом приходится пользоваться специальными приборами (кренометрами), вроде маятников, подвешенных в жидкости и имеющих долгий период качания, или реек, устанавливаемых на бортах судна, по которым можно делать отсчеты, визируя видимую часть горизонта. Кроме бортовой и килевой качки на волнении, следует отметить также, хотя довольно незначительные, вертикальные колебательные движения судна, происходящие от изменения равновесия между постоянным весом судна и переменным водоизмещением; период таких колебаний можно выразить формулой t₂ = 1,9√Т, где Т — среднее углубление судна.

Сопротивление воды движению судна и зависимость его от размеров и формы последнего были известны уже древним: однако, при малых скоростях, какие доставляли современные примитивные средства передвижения, как весла и паруса, сопротивление судов, вообще говоря, было невелико и не могло побудить к его научному исследованию, а потому достижение тех или иных успехов в этой области шло чисто эмпирическим путем. Так продолжалось до половины XVII в., когда Галилеем  были предприняты опыты с падением тел в воде и воздухе; полвека спустя Ньютон дал свою чисто математическую «инерционную» теорию сопротивления движению тел в среде, лишенной сцепления между частицами. Хотя во второй половине XVIII в. опыты, проделанные Борда, показали непрактичность этой теории, все же она просуществовала около ста лет, и лишь в конце XVIII в. на смену ей пришли теории, производившие сопротивление, главным образом, от трения частиц воды между собой и о поверхность судна, для изучения законов этого трения, не поддававшихся чистой теории, оказалось существенно необходимым заняться, прежде всего, экспериментальным исследованием вопроса (опыты Бофуа); однако, слишком пристальное увлечение опытом едва не повело к тому, что теория оказалась на втором плане, и лишь в последнее время она вновь начинает продвигаться на подобающее ей место.

Уже в конце XVIII в. Дю-Буа различал, кроме встречного носового сопротивления, также влияние обтекающих кормовую часть потоков воды, образующих попутный поток и вызывающих надавление на корму; в тридцатых годах  XIX в. Скотт-Россель указал на важное значение в вопросе сопротивления условий волнообразования, которому он даже отводил первое  место. Все больше раздвигавшиеся пределы исследования дали Ранкину возможность снова отдать преимущество трению, пока, наконец, В. Фруд не примирил оба направления, указав путь, который отводил каждому из них надлежащее место. По его представлению полное сопротивление воды движению судна составляется из:  а) сопротивления от трения частиц воды о поверхность корпуса судна R₁; б) сопротивления от образования  близ поверхности судна водоворотов R₂; в) сопротивления от образования волн в районе движения судна R₃ и г) от сопротивления воздуха подводной части судна R₄.

Благодаря опытам, произведенным над буксировкой по воде досок разных размеров и при разных скоростях, сопротивление трения R₁ оказалось возможным выразить формулой:

где ∆ — плотность воды, f₁ — сопротивление в кг на 1 м² поверхности (т. н. коэффициент трения), W — поверхность подводной части в м², v — скорость в m/sec и х — показатель, равный 1,83. Сопротивление от водоворотов R₂, вызываемое трением в ближайших к поверхности судна слоях воды, можно считать, примерно, 8%—10% от R₁. Волновое сопротивление R₃ представляется гораздо более сложным, так как образуемые судном волны могут складываться в самые различные комбинации. При установившемся ходе судна на тихой воде образуются поперечные и расходящиеся волны (фиг. 19). Поперечные волны, гребни которых перпендикулярны движению судна, интерферируют друг с другом и, в зависимости от скорости судна и его длины, значительно усложняют явление; что касается расходящихся волн, образующих как бы «усы», то они держатся обособленно, причем угол их расхождения мало изменяется со скоростью. Для судов обычного типа волновое сопротивление достаточно точно может быть выражено формулой:

где D – водоизмещение в тоннах, v – скорость в узлах, L – длина в метрах и с – коэффициент, равный 0,05-0,06.

Между прочим, картина волнообразования обладает тем свойством, что для геометрически подобных судов она становится идентичной при некоторых сходственных скоростях, а именно, когда эти скорости пропорциональны корням квадратным из линейных размерений таких судов; при этом величины волнового сопротивления становятся пропорциональными кубам линейных размерений. На этом основании В. Фруд предложил воспользоваться для изучения сопротивления данного судна исследованием сопротивления его уменьшенной модели в специальном опытном бассейне; получив из опыта величину полного сопротивления модели r, он вычитал из нее сопротивление трения модели r₁ = f₂.w.v₁^1,83 (где w – смоченная поверхность модели = W(l/L)² и v₁ – скорость буксирования в узлах = v√l/L, а f₂ – соответствующий коэффициент трения); полученное остаточное сопротивление В. Фруд по вышеуказанному закону подобия распространял на судно, получая, таким образом, величину волнового сопротивления R₂ = (r-r₁).(L/l)³, где L и l линейные размерения судна и модели. Прибавляя к этой величине R₃, вычисляемую отдельно величину сопротивления трения для судна R₁ = f.W.v^1,83 он получал, следовательно, полное сопротивление для данного судна (фиг. 20).

Фиг. 20.

Опытовый бассейн представляет здание, во всю длину которого идет достаточно широкий и глубокий канал, наполненный водой (длина этого канала достигает 200 м). По обеим стенкам канала проложены рельсы, а по ним ходит тележка, способная выдержать вес приборов и нескольких человек. На тележке имеется устройство для подвешивания парафиновой модели таким образом, чтобы она сидела в воде до надлежащего уровня; тележка движется с желаемой скоростью и тянет за собою модель, причем величина встречаемого моделью сопротивления автоматически, регистрируется специальным динамометром.

На величину остаточного сопротивления имеет большое влияние форма судна; изучением влияния отдельных характеристических элементов судна занимаются по настоящее время многие ученые. Таким образом, было изучено влияние большей или меньшей величины коэффициента полноты водоизмещения, положения мидельшпангоута по длине, цилиндрической вставки^*), отношения между главными размерениями судна и т. д.

^*) Цилиндрическая вставка образуется, когда средняя часть судна на некотором протяжении имеет совершенно одинаковое поперечное сечение; это обстоятельство дает значительную выгоду при постройке судна.

С другой стороны, на величину остаточного сопротивления имеет влияние глубина воды в районе движения судна; при недостаточной глубине воды сопротивление начинает увеличиваться быстрее обычного, что продолжается до некоторой скорости (примерно, равной  6√t, где t — глубина воды в м, а скорость — в узлах), после чего сопротивление растет гораздо медленнее обычного, пока не установится такого же порядка, как на глубокой воде. Точно также на величину сопротивления оказывает влияние поперечное сечение русла, по которому движется судно (фиг. 21); поэтому для судов внутреннего плавания с этим влиянием приходится считаться, особенно, когда отношение между поперечным сечением канала и мидельшпангоутом судна опустится ниже известного предела. По опытам Беллинграта можно считать, что возрастание сопротивления пропорционально величине (m/(m-1))², где m – отношение вышеупомянутых площадей. Кроме того, ввиду вредного влияния волны, развиваемой при движении судна, на берега каналов, а также других условий, форма судов внутреннего плавания имеет другой вид, чем у глубоко сидящих морских судов.

Фиг. 21.

Полученная тем или другим путем величина полного сопротивления судна служит основанием для расчета мощности его двигателя; при этом эффективная мощность двигателя в лошадиных силах будет равна ЕНР = Rv/75 (где R — сопротивление в kg, v — скорость хода в m/sec и 75 —  эквивалент л. с. в m/kg) и выразит полезную работу, затрачиваемую на движение судна. Однако, кроме этой полезной работы, двигатель, должен снабжать энергией обслуживающие его вспомогательные механизмы, а также покрывать неизбежные потери энергии на трение, работу движителей и т. д., причем для паровой машины эти потери не меньше, если только не превосходят, полезной работы, и, следовательно, коэффициент полезного действия установки не более 50%. Поэтому индикаторная мощность машины, развиваемая в ее цилиндре, оказывается в 2,0-2,5 раза больше эффективной.

Весьма часто для определения индикаторной мощности машины пользуются эмпирическими формулами, точность которых становится значительно вероятнее если можно воспользоваться результатами испытаний, схожих по типу и размерам судов. Из таких формул наиболее употребляются:

а) адмиралтейские; — английская: IHP = D^2/3v/C и французская: IHP = Θv³/m³, где D – водоизмещение в t, Θ – площадь миделя в м², v – скорость в узлах, а С и m³ – коэффициенты, величина которых лежит в следующих пределах:

большие пассажирские пароходы: С = 240-300; m³ = 55-57;
малые пассажирские пароходы: 150-250; 40-45;
большие грузовые пароходы: 260-400; 64-75;
малые грузовые пароходы: 150-200; 40-64;
буксиры – 100-150; 15-34;
речные колесные пароходы – 165-275; 40-60.

б) инженера-механика В. И. Афанасьева:

где А₀ — коэффициент, величина которого для судов с плохо окрашенной подводной поверхностью и неважными винтами — 23, для нормальных судов и винтов — 24,  а для очень удачно подобранных обводов судна и при  лучших винтах — 25; для мелких судов внутреннего плавания А° спускается до 20; v — наибольшая скорость судна в узлах, и k — отношение L:В.

b) формула Тейлора (в форме, указанной профессором А. П. Фандер-Флитом):

ЕНР — эффективная мощность в л. с., η — коэффициент полезного действия всей установки, включая колеса, винты и т. д., W — смоченная поверхность в ф²,  v — скорость в узлах, δ — коэффициент водоизмещения, D — водоизмещение в t, L — длина по грузовой в футах.

Фиг. 22.

Приведенные формулы показывают, как сильно растет индикаторная мощность машины при увеличении скорости, например, прибавка скорости всего на 10% потребует увеличения мощности почти на 30—35%, а это, в свою очередь, вызовет в такой же мере, как излишний вес машины, так и излишний расход топлива. При постоянном весе всего судна такая добавка к весу механизмов и топлива отразится тотчас уменьшением   грузоподъемности на торговых судах и ослаблением веса наступательных или оборонительных средств на военных судах. На фиг. 22 показаны кривые мощностей для нескольких разнотипных судов.

В тесной связи с вопросами мощности двигателя находится вопрос о работе судовых движителей, как естественных (паруса), так и искусственных (весла, колеса, винты, водомет и т. д.). Из  истории судостроения видно, что почти до конца средних веков, как весла, так и паруса имели одинаково широкое применение; затем паруса получили преобладающее значение и сохраняли его до половины прошлого столетия, когда появились паровые суда с колесными и винтовыми движителями. Однако, и в настоящее время паруса продолжают применяться в качестве дешевого способа движения, особенно при перевозке громоздких и дешевых грузов: леса, руды, зерна, угля, нефти и т. п. Основной недостаток парусных судов —  полная зависимость их от ветра — в настоящее время избегается тем, что на паруснике ставят небольшой вспомогательный паровой или тепловой двигатель, который позволяет ему в момент затишья или противного ветра не останавливаться, а передвигаться, хотя и с небольшой скоростью, до нового попутного ветра.

Фиг. 23.

Давление ветра на парус зависит от скорости ветра, площади паруса и положения паруса относительно направления ветра. Обычно, для оценки силы ветра пользуются шкалой Бофорта, каждый из 12 баллов которой, начиная от полного штиля до жестокого урагана, соответствует ветру определенной скорости и давления на единицу неподвижной поверхности. Таким образом, ураган в 12 баллов имеет скорость 40 m/sec, и давление 195 kg/м²; буря в  8 баллов и средний ветер в 4 балла будут иметь соответственно: 21,5 m/sec и 56 kg/m², 10,8 m/sec и 12,6 kg/m². Вообще говоря, давление ветра на парус можно довольно точно определить из выражения: Р = 0,12 Аv², где Р — давление в kg, А — площадь паруса в m² и v — скорость ветра в m/sec; если поверхность находится под некоторым углом α к направлению ветра, то давление его на парус, по формуле Дюшмена, будет пропорционально 2sinα/(1+sin²α). Давление ветра на парус будет зависеть от относительной скорости ветра, равной разности между скоростями ветра и судна. При этом (фиг. 23) давление ветра можно, в конечном счете, разложить на две составляющих: ЕВ вдоль судна и FB перпендикулярно к борту; так как сопротивление судна в этом направлении гораздо больше, то движение судна пойдет не по направлению DB, а по некоторому Х₁Х₁, угол которого γ с диаметральной плоскостью судна называется углом дрейфа. Давление ветра на паруса можно считать приложенным в центре парусности, координаты которого по длине и высоте получатся из выражения ξ₀ = ∑Аξ/∑А, где ∑Аξ – сумма произведений площади каждого паруса на расстояние его центра тяжести от некоторой основной линии, например, грузовой ватерлинии, а ∑А – сумма площадей всех парусов. В зависимости от положения центра парусности по длине судна оно может быть или устойчивым на курсе, или рыскливым (когда центр парусности слишком впереди), или увальчивым (центр парусности слишком в корму от средины судна). Положение центра парусности по высоте весьма важно для остойчивости судна; при небольших допускаемых углах крена (4°—6°) общее уравнение поперечной остойчивости дает: sin φ = pAh/D.MG = p.1/k, где р – давление ветра на м², А.h – общий момент парусности по высоте относительно центра бокового сопротивления (принимаемого обычно в центр тяжести погруженной части диаметральной плоскости), D – водоизмещение в тоннах и MG – поперечная метацентрическая высота в метрах; величина 1/k называется коэффициентом способности судна носить паруса и колеблется от 14 кг/м² для прибрежных судов до 26 кг/м² для судов, плавающих в Индийском океане.

Фиг. 24.

Общая площадь парусности зависит от величины судна, причем отношение ее к величине D^2/3 составляет от 130—160 для крупных грузовых судов, до 200 и более для гоночных яхт. Различные типы вооружения парусных судов представлены на табл. V.

Табл. V.

Практическое применение к движению судов механических двигателей было вызвано установкой на судах парового двигателя; первым таким движителем были гребные колеса, основной принцип которых остался таким же до настоящего времени, а именно: на окружности колеса насажены в радиальном направлении лопасти (плицы), по очереди входящие в воду; благодаря упорному давлению этих лопастей о воду, судну сообщается поступательное движение. В первых типах гребных колес плицы были неподвижно закреплены на ободе, а потому входили в воду и выходили из нее почти плашмя, производя весьма немного полезной работы; поэтому вскоре же перешли к гребным колесам с поворотными лопастями (фиг. 24), в которых, при помощи эксцентрикового приспособления, лопасти удерживаются в более или менее вертикальном положении за все время прохождения их через воду. При работе гребного колеса часть энергии бесполезно расходуется на различные вредные сопротивления, в виде трения в подшипниках его механизма, трения воды о лопасти, излишние возмущения ее и т. д.; поэтому скорость, получаемая судном, не соответствует теоретической окружной скорости гребного колеса (линейной скорости центра давления плиц), а бывает всегда несколько меньше ее. Потеря скорости называется скольжением гребного колеса и для колес с постоянными лопастями составляет от 20 до 30%, а для колес с поворотными лопастями от 15 до 25%. Конструкция гребного колеса не позволяет давать ему окружной скорости больше 15 m/sec, причем число оборотов составляет от 25 до 55, редко до 70 в минуту; это условие определяет диаметр колеса, который, обычно, выходит в 3—4 раза более углубления судна. Постоянные лопасти следуют друг за другом в расстоянии около 1 м, а ширину их берут около 1/10 диаметра колеса; поворотных лопастей ставят вдвое меньше, но зато двойной ширины. Длина лопастей составляет около 1/3-1/2 от ширины судна, а крайнее погружение верхней кромки лопасти под горизонтом воды около 1/20 диаметра колеса. Гребные колеса располагаются или по обоим бортам судна, что, хотя почти вдвое увеличивает его ширину, но дает больший коэффициент полезного действия  колеса, или в корме, когда условия плавания не позволяют осуществить первый способ. Так как единственным преимуществом гребных колес является работа их на мелкой воде, то в настоящее время круг действия их все белее ограничивается внутренними путями сообщения, тем более, что сама конструкция колес очень страдает от волнения в открытом море.

Гребные винты (ср. ХVI, 475/76, прил. 1/4) в качестве судового движителя появились в сороковых  годах прошлого столетия и в настоящее время занимают преобладающее положение. Это объясняется удобством установки их на судне, большим коэффициентом полезного действия, меньшей чувствительностью к изменению осадки и волнению, а также, благодаря их полному погружению, сравнительной безопасности от обстрела артиллерийскими снарядами, что весьма важно для военных судов. Винтовая поверхность (фиг. 25) получается при одновременном вращении образующей вокруг некоторой оси и движении ее вдоль этой оси. Главными элементами винта являются: диаметр окружности, описываемой крайней точкой образующей, и шаг, на который продвигается образующая при полном ее обороте вокруг оси винта (см. винт). Образующая винта может быть прямой или кривой линией, точно также движение ее вдоль оси за время одного оборота может быть переменным, что и составляет большей частью различие отдельных типов винтов. Другим различием является форма лопастей винтов, употребляемых в количестве 3—4 взамен целой винтовой поверхности; в ней отличают: ширину и длину лопасти, измеряемые соответственно по винтовой линии и вдоль по оси винта. Кроме того, важное значение для работы винта имеют: проекционная площадь всех лопастей винта на плоскость, перпендикулярную его оси, и развернутая  поверхность всех его лопастей.

Фиг. 25.

Гребные винты устанавливаются под поверхностью воды в кормовой  части судна; поэтому им приходится работать в струе попутного потока, следующего за судном со  скоростью около 20—30% для двухвинтовых судов. Кроме этого, не все упорное давление лопастей винта передается на движение судна: часть его тратится на трение лопастей о  воду, часть на неизбежные возмущения воды и т. п.; поэтому скорость судна отличается как от теоретической скорости винта в неподвижной воде, так и от скорости его в попутном потоке.

Фиг. 26.

Потеря скорости в первом случае называется кажущимся скольжением винта, а во втором — действительным скольжением; действительное скольжение, обычно, составляет 15—20%, редко до 35% от теоретической скорости винта; что касается до кажущегося скольжения, то иногда, при очень интенсивном попутном потоке оно может сделаться даже отрицательным, что указывает на недостаточно правильный подбор элементов винта. Коэффициент полезного действия винта, колеблющийся, обычно, от 50% до 70%, имеет большое влияние на производительность всей механической установки; поэтому за последнее время были произведены многочисленные исследования моделей гребных винтов самых разнообразных форм и в различных условиях работы при посредстве опытного бассейна, которые дали весьма ценные результаты в  смысле освещения картины действия винта в воде и позволили обосновать многообещающие теории винтовых движителей.

Фиг. 27.

Важным фактором при работе винта является величина  упорного давления, его лопастей на воду;  обычно, она заключается в пределах 0,3—0,9 kg/cm² развернутой поверхности лопастей. Окружная скорость внешней кромки лопастей винта не должна превосходить 70 м/с, иначе вода не будет успевать подтекать к винту; это явление носит название кавитации и заставляет ограничивать число оборотов винта, которое в торговых судах для винтов большого диаметра (фиг. 26) составляет от 60 до 100 в минуту; для более быстроходных военных судов, где диаметр винтов ограничен особыми условиями, приходится повышать число оборотов: на крупных судах до 100—150, средних — 150—300 и для мелких судов несколько времени тому назад допускали даже 700—800 оборотов, но, с установкой передач от быстровращающегося двигателя к винтам, число оборотов их в настоящее время не превосходит 600—650 (фиг. 27).

Диаметр винта обычно составляет не более 80% от углубления судна, причем верхняя кромка лопасти не должна доходить, по крайней мере, на 0,2—0,3 m до поверхности воды. Число винтов, в зависимости от получающихся их размеров, величины коэффициента полезного  действия и других условий, делают от одного до четырех. В очень мелкосидящих судах, например, волжских пароходах, когда обычное соотношение между диаметром винта и осадкой судна не могло бы обеспечить винту достаточный коэффициент полезного действия, в кормовой части днища судна выбирают как бы свод, внутренность которого может быть выше уровня грузовой ватерлинии, и в этом своде размещают винт более благоприятных размеров; при работе винта вода засасывается в этот свод и полностью наполняет его; коэффициент полезного действия таких тоннельных винтов выше, чем кормового колеса, и общий коэффициент полезного действия всей моторной группы позволяет таким винтам конкурировать с бортовыми колесами.

Гребные винты отливаются или целиком, или же попасти отливаются отдельно от ступицы и затем уже соединяются с ней на болтах. Материалом для простых, дешевых винтов служит чугун, а для более дорогих — сталь и бронза, причем на быстроходных судах поверхность винтов для уменьшения трения на воду точно выравнивается и полируется; с этой целью недавно было предложено покрывать чугунные винты эмалью.

Что касается других типов движителей, то следует отметить попытки применить к движению судна водомет, посредством которого вода, засасываемая снаружи судна, выбрасывается из него в направлении, противоположном движению. Небольшие опытные суда, построенные с таким движением, не оправдали возлагавшихся на него надежд, как в отношении коэффициента полезного действия, так и в конструктивном отношении. Изучение форм движения рыб в воде приводит к мысли сконструировать вибрационный движитель, что и было предложено в недавнее время, но не получило практического осуществления.

Рис. 28.

Важным для маневрирования качеством судна является его поворотливость, т.   е. способность изменять направление движения. Для этой цели с давних времен употреблялось кормовое весло, которое с увеличением размеров и скорости судов превратилось в современный руль.

Управление рулем из ручного стало механическим, и ныне потребные для этой цели механизмы по своей мощности доходят до нескольких десятков, а на очень больших судах я сотен сил.

Рули коммерческих судов, обычно, представляют собою пластину (перо руля), закрепленную по своему ребру на баллере, ось которого совпадает с осью вращения руля. Баллер проходит через водонепроницаемую трубу (гельмпорт) на палубу судна и здесь соединяется с румпелем или сектором, связанным с рулевым аппаратом. Давление воды на руль судна зависит, главным образом, от площади его, квадрата скорости хода судна и угла отклонения руля к борту от диаметральной плоскости. Площадь руля на коммерческих судах составляет около 4%—5% от LT для малых я тихоходных судов и 1,2—1,5% от LT для быстроходных судов. Наибольший эффект получается при отклонении руля на угол около 35° на каждый борт. Величина момента, вращающего руль, зависит от положения центра давления воды на перо руля, следовательно, от формы пера. Чтобы, по возможности, уменьшить этот момент, в так называемых балансирных рулях, перо  руля располагают по обе стороны оси вращения; при  этом, однако, возникают значительные конструктивные затруднения, мешающие обширному применению таких, рулей (фиг. 28).

Судно, поворачивающееся под действием положенного на борт руля, описывает при этом кривую, более или менее близкую к дуге круга, диаметр которого на установившейся циркуляции составляет, примерно, около 7—8 длин судна для мореходных судов. При циркуляции судно находится под влиянием центробежной, силы, приложенной в его ЦТ и стремящейся опрокинуть его  наружу от линии вращения; при этом угол крена может оказаться настолько значителен, что судно рискует, при большой скорости вращения и малой метацентрической высоте, опрокинуться, что несколько раз наблюдалось в практике плавания.

Вращение судна может производиться и помимо руля  при помощи имеющихся на судне гребных винтов, в том случае, когда они имеются в парном количестве, а именно, когда винтам одного борта дают ход, противоположный таковому для винтов другого борта. Этим значительно уменьшается также и диаметр циркуляции. На судах, снабженных винтовым движителем, действие руля усиливается благодаря отбрасыванию на него струи воды от винтов; при этом, однако, замечается уклонение судна от курса, вызываемое вращением винта в ту или другую сторону. На двухвинтовых судах этого отклонения удается избегнуть, давая винтам противоположное направление вращения.

Фиг. 29.

В условиях работы коммерческого судна большое значение имеет его грузовместимость, т. е. объем всех его помещений, занятых перевозимым грузом, в том числе и пассажирами. Сообразно грузовместимости судну приходится уплачивать те или иные повинности, а с другой стороны, грузовместимость, рассматриваемая совместно с грузоподъемностью, лучше всего характеризует способность судна перевозить тот или иной род груза. Действительно, легкие грузы (хлопок, зерно и т. п.) требуют значительно большего объема трюмов при одинаковом весе с тяжелыми грузами (руда, металлические изделия и т. п.). Поэтому судно, предназначенное для тяжелого груза, окажется малопригодным для перевозки груза легкого, так как объема трюмов, наверное, не хватит, чтобы вместить количество такого груза, соответствующее грузоподъемности судна. С другой стороны, тяжелый груз на судне, построенном для перевозки легкого груза, хотя и загрузит судно до назначенной ватерлинии, но оставит излишек свободных помещений, за который платить все-таки придется. Кроме того, нерациональная нагрузка судна может вредно отозваться и на его остойчивости. Важным качеством, присущим грузовместимости, является и ее постоянство для данного судна во все время его службы, чего нельзя сказать относительно водоизмещения, которое находится в постоянной зависимости от веса принятого на судне груза.

Вместимость судна различают: валовую (gross  tonnage, brutto), то есть объем всех помещений как в подводной, так и в надводной части судна, включая надстройки, и чистую (net tonnage, netto), которая отличается от первой тем, что в нее не входят помещения, занятые главными механизмами, командой и необходимым снабжением (фиг. 29). Определение вместимости судна производится правительственными агентами в натуре, причем, по принятому ныне во всех странах правилу Мурсома, в нескольких местах по длине судна обмеряют внутреннюю ширину трюмов на различной высоте и по этим данным вычисляют объем по нижнюю палубу, к которому прибавляют объем вышележащих палуб и надстроек. Единицей вместимости служит регистровая тонна, равная 100 куб. ф., или 2,83 куб. м; иногда, как единицей, пользуются фрахтовой тонной, заключающей в себе 40 куб. ф. Для смешанных грузов пользуются часто расчетом, что 1 пуд груза занимает 1 куб. ф. пространства трюмов. Данные о величине вместимости судна как валовой, так и чистой, проставляются в выдаваемом ему правительственными учреждениями мерительном свидетельстве, которое служит основанием для определения размеров денежных повинностей, каковые торговые суда платят во время плавания.

Фиг. 30.

Судно, как во время своей постройки, так и во все время службы подвержено разнообразным силам, вызывающим напряжение в его корпусе. Определение этих напряжений и соответственное с ними рациональное распределение материала в главнейших судовых связях составляет предмет изучения строительной механики корабля. Способность судна выдерживать без остающихся деформаций действующие на него силы называется крепостью и имеет весьма большое значение, особенно для современных громадных судов, как в отношении безопасности плавания, так и в отношении веса и, следовательно, стоимости корпуса. Крепость судна рассматривается или общая, связанная с работой его корпуса, как целого, или местная, касающаяся отдельных частей корпуса.

Силы, возникающие при нахождении судна на плаву, вызывают в корпусе усилия, стремящиеся, главным образом, изогнуть его в продольном и смять в поперечном направлении, а также вдавить внутрь обшивку днища и бортов.

Фиг. 31.

Явление продольного изгиба имеет причиной взаимное несоответствие в распределении сил веса и поддержания воды в различных сечениях по длине судна. Особенно осложняется это явление на волнении, когда, вследствие прохода под судном волн, распределение сил поддержания постоянно изменяется, а вместе с ним изменяется и распределение усилий в корпусе. Поэтому расчет продольного изгиба делают не только для положения судна на тихой воде, но и для крайних случаев положения его на волне, т. е. на вершине и на подошве ее (длина волны принимается равной длине судна, а высота волны в 1/20-1/25 ее длины). На фиг. 30 показана картина продольного изгиба на тихой воде: распределение сил поддержания дано кривой А, идентичной со строевой по шпангоутам; вес судна (как более или менее равномерно распределяющийся по его длине, например, обшивка, шпангоуты и т. д., так и отдельные крупные грузы: машины, котлы и пр.) показан кривой В, площадь которой, очевидно, равна площади кривой А (вес судна равен его водоизмещению). Разность ординат этих кривых в каком-либо месте по длине судна дает величину нагрузки, действующей в этом сечении; распределение этих нагрузок представлено кривой С. Далее, кривая D, каждая ордината которой в соответствующем масштабе выражает площадь кривой С, взятую от оконечности до этой ординаты, показывает, как распределяются срезывающие силы, действующие в поперечных сечениях корпуса, и, наконец, кривая Е, ординаты которой выражают, таким же образом, площади кривой D, дает распределение изгибающих моментов. Как видно, наибольший изгибающий момент приходится около средины длины судна, указывая опасное сечение, которое и просчитывается надлежащим образом. Картина продольного изгиба на вершине волны (фиг. 31) показывает, что судно в этом случае получает перегиб, а на подошве волны (фиг. 32) — прогиб корпуса. Наибольшая величина изгибающего момента сказывается на вершине волны; приближенное значение ее составляет, около 1/25-1/30 DL, где D — водоизмещение в тоннах и L – длина в метрах. Полученная таким способом величина изгибающего момента должна быть несколько увеличена, вследствие динамического действия на судно качки; для некоторых случаев эта прибавка может составить значительную величину.

Фиг. 32.

При расчете крепости корпус судна принимают за пустотелую клепаную балку, момент сопротивления которой равен сумме моментов сопротивления отдельных его частей в опасном поперечном сечении (так называемый эквивалентный брус — фиг. 33). Горизонталь, проходящая через центр тяжести площади эквивалентного бруса, дает положение нейтральной оси, по обе стороны которой связи корпуса подвергаются попеременным усилиям растяжения и сжатия от продольного изгиба. Особенно значительны такие усилия в наиболее удаленных от нейтральной оси связях: наборе и обшивке днища, с одной стороны, и в настилке палуб — с другой. Для надлежащей крепости судна величина их не должна превосходить некоторых пределов, которые в отношении мягкой судостроительной стали составляют 10—15 kg/cm² для растяжения и 8—12 kg/cm² для сжатия (уменьшение предела при сжатии объясняется возможностью длинных тонких листов и связей перекашиваться и гофрироваться, отчего сопротивляемость их значительно понижается).

Фиг. 33.

Стрелка прогиба судна даже на волнении сравнительно весьма невелика; так, например, наблюдения над одним судном показали, что в бурную погоду колебания корпуса доходили до 40 м/м при миделе и до 125 м/м в оконечностях, при длине судна около 100 м.

Что касается срезывающих сил, то, как видно из картины продольного изгиба, максимум их приходится на четвертях длины судна; так как в работе сопротивления этим силам главное участие принимает обшивка бортов судна, то на прочность соединения ее листов друг с другом обращается в этих местах особое внимание.

Силы, действующие на корпус судна в поперечном направлении, стремятся смять или перекосить поперечные связи корпуса; по этой причине соединения поперечных связей между собой (особенно в образуемых ими углах) должны быть достаточно прочны, чтобы возникающие в них напряжения (принимая в расчет и влияние качки) не могли превзойти допустимых пределов. Наибольшую пользу в этом отношении приносят поперечные переборки, на которые может опираться продольный набор судна.

Что касается местной крепости, то, как один из примеров, можно отметить давление воды на наружную обшивку; вызываемые этим давлением усилия зависят от глубины обшивки под грузовой и от величины пролета, подкрепляющего обшивку набора. Поэтому толщина обшивки должна быть достаточна для того, чтобы в ней не появлялись слишком высокие напряжения. Точно  так же для судов, плавающих во льдах не только набор носовой части делается чаще, но и сама обшивка ставится толще. Другим примером местной крепости служат поперечные переборки, которым иногда, приходится подвергаться чрезвычайным усилиям, например, при поставке судна в доке и т. д.

При работе механизмов, особенно недостаточно тщательно уравновешенных, в корпусе судна возникают периодические колебания (вибрации), которые в отдельных случаях могут оказаться весьма чувствительными как для пассажиров,  так и для самого корпуса,  который колеблется при этом как упругое тело с особенным распределением узлов и пучностей. При некоторых условиях вибрация корпуса может оказаться настолько невыносимой, что становится необходимостью перемена механизмов (с целью получить другое число оборотов) и т. д.

В коммерческом судостроении, где, несмотря на многочисленность судов, число различных типов вовсе невелико, имеется возможность установить общие нормы, достаточно обеспечивающие крепость судна.   Особенно важен этот вопрос для страховых обществ, которым необходимо иметь уверенность в годности и надежности принимаемого ими на страх судна. Поэтому в различных государствах возникли специальные организации — классификационные общества, вырабатывающие такие нормы в виде правил и таблиц, дающих распределение и размеры отдельных частей корпуса, как для морских, так и для речных судов. Наиболее известными из них являются в Англии Lloyd's Register, в Германии — Germanischer Lloyd, во Франции — Bureau Veritas и у нас — Российский Регистр. Судно, зарегистрированное одним из таких обществ, получает класс, т. е. специальную характеристику, выражаемую некоторой формулой; так, например, по правилам Российского Регистра (1915), формула +IA2.MC обозначает металлическое судно, построенное под специальным наблюдением Российского Регистра, мало изношенное, разрешенное к плаванию в Черном море с выходом в Средиземное. Размеры частей корпуса находятся по таблицам в зависимости от характеристик, представляющих комбинации главных размерений судна. Так, по последним правилам Германского Ллойда, размеры продольных связей, наружной обшивки, штевней и т. д. берутся по продольной характеристике (В +Н)L, где L — длина судна, В — его ширина и Н — высота борта до главной палубы; расстояние между шпангоутами и размеры креплений в двойном дне по характеристикам В и Н, палубные бимсы по ширине палубы D_i и т. д. Правила классификационных обществ не исключают возможности применять в судостроение новые конструкции, но в каждом таком отдельном случае чертежи и расчеты должны быть представлены на утверждение общества.

Стремление современной промышленности удешевить производство путем развитие работ массового характера привело в судостроении к несколько иным методам постройки, чем прежде. В то время, как на прежних судах обвод каждого шпангоута несколько отличался от соседних, что вызывало необходимость отдельной обработки угольников, листов, разметки в них дыр для заклепок и т. д., на современных судах, особенно грузовых, средняя часть корпуса на значительной длине судна (до 40—50%) делается совершенно одинакового поперечного сечения и, следовательно, весь набор и обшивка на пространстве такой цилиндрической вставки будут одного шаблона. Если прибавить к этому прямостенность бортов и даже полную прямолинейность поперечных обводов на некоторых новых судах, то станет вполне ясной получаемая при этом экономия.

Однако, полученное таким образом удешевление постройки оставалось бы лишь прогрессом отдельной верфи, тогда как на самом деле в постройке и эксплуатации судна заинтересованы многие промышленные предприятия, изготовляющие как сырой материал, так и предметы оборудования. Обычная система постройки, при которой каждое судно строится по совершенно самостоятельному плану, получает свои особые размеры  имеет отличные от других механизмы и оборудование, доставляет много затруднений с заказом и сборкой отдельных частей судна. Поэтому в новейшей судостроительной практике различных государств начинает проводиться идея установления единообразия, как в выборе типов судов, так и их главных размерений, а также и отдельных частей до мельчайших деталей включительно. Такая стандартизация судостроения дает несомненную и значительную выгоду не только в отношении стоимости постройки, но также и в отношении быстроты и стоимости ремонта, путем замены одних износившихся частей другими, уже имеющимися на складах. Для русского торгового флота этот вопрос имеет весьма большое значение, особенно для судов внутреннего плавания, тоннаж которых до войны был наибольшим в мире, ныне же потребует чрезвычайных и планомерных усилий для своего восстановления.

По роду основного материала, идущего на постройку, суда главным образом бывают: деревянные, композитные, стальные и железобетонные.

До конца XVIII в. все суда строились исключительно из дерева; с начала XIX в. дерево, как основной судостроительный материал, стало вытесняться сперва железом, а затем мягкой судостроительной сталью. В настоящее время дерево употребляется лишь на постройку судов внутреннего и каботажного (берегового) плавания, а также промысловых, спортивных и разного рода мелких судов. Однако, замена дерева металлом произошла не сразу: долгое время железным делался лишь набор судна, а наружная обшивка продолжала оставаться деревянной; такой композитный тип судна сохранился до сих пор, хотя применяется только в исключительных случаях. Огромное большинство судов, главным образом, крупных (не говоря уже о военном судостроении), в настоящее время строится целиком из металла, и дерево (в очень ограниченном количестве) идет лишь на отделку судна. В половине прошлого века появился новый судостроительный материал — железобетон, которому, по-видимому, суждено сыграть крупную роль в судостроительной промышленности. Однако, вначале железобетон, как материал для постройки корпуса судна, был очень малоизвестен; особенного развития применение его для этой цели достигло только в начале текущего столетия, главным образом за время мировой войны, когда сказался недостаток в обычном судостроительном материале.

Для того, чтобы быть пригодным к приемке в качестве судостроительного материала, как дерево, так и сталь, и железобетон должны удовлетворять определенным техническим условиям, которые вырабатываются соответственными учреждениями сообразно с требованиями, предъявляемыми к судну.

I. Дерево. Главнейшие породы дерева, употребляемые в судостроение: дуб, сосна и ель — для основного корпуса судна; бук, ясень, тик, кедр, лиственница, береза, орех, красное дерево, баккаут и пальма – для отдельных частей и разнообразных поделок; пробка — для спасательных кругов и т. д. В работу дерево идет в виде бревен, кряжей, брусьев и досок. Хранится дерево или в штабелях на открытом воздухе или в закрытых хорошо проветриваемых помещениях, иногда в сушилках; мачтовый лес, напротив, во избежание растрескивания от сухости, затапливается для хранения в воде.

Вес и механические качества дерева показаны в нижеследующей таблице:

II. Сталь. В коммерческом судостроении применяется, главным образом, мягкая Сименс-Мартеновская сталь, из которой делаются все части корпуса; в военном судостроение для уменьшения веса корпуса применяют в наиболее ответственных местах сталь повышенного и даже высокого сопротивления. Точно также в военном судостроении, хотя и в более ограниченном количестве, применяются специальные сорта стали, например, маломагнитная (в районе компасов) и др.

Удельный вес стали, несколько отличный для отдельных ее сортов, составляет около 7,85; механические качества стали указаны в нижеследующей таблице:

На постройку судна сталь идет в виде отливок (литая) отдельных фасонных частей (штевней, якорей и т. д.) или в виде прокатанного материала (прокатная): листов, полос, угольников и др. профилей (фиг. 34), более или менее приспособленных для составления из них судовых конструкций. Размеры этих профилей, выделываемых русскими металлургическими заводами, объединены русским нормальным метрическим сортаментом.

Обработка стали производится или в холодном состоянии на различных станках: обрезных, строгальных, вальцовочных, дыропробивочных, сверлильных, высадочных и т. д., или в горячем состоянии, путем нагрева стали в калильных печах и последующей обработки ха металлическом поду.

Отдельные части стального корпуса объединяются между собой заклепками, диаметр и расстояние которых одна от другой зависят от толщины склепываемых частей в назначении шва; таким образом, отличают: обыкновенный прочный шов и водонепроницаемый шов, когда в дополнение к клепке кромка листа или угольника чеканится. Благодаря большой поверхности наружной и внутренней обшивки и настилки палуб, а также значительному числу связей в наборе судна, количество заклепок на крупных судах доходит до 1 ½  миллионов штук; поэтому в настоящее время на крупных верфях перешли к механической клепке и сверловке, а также и чеканке при помощи пневматических инструментов, дающих значительную экономию в рабочей силе и времени. С другой стороны, в самое последнее время за границей большой интерес вызвало применение в судостроении автогенной и, главным образом, электрической сварки швов, при которой, не ослабляя прочности соединения, можно почти совершенно избегнуть как клепки, так и связанных с ней работ, причем и по стоимости электрическая сварка оказывается значительно дешевле.

III. Железобетон. Бетон, употребляемый в судостроении, по своему составу несколько отличается от бетона, принятого в гражданских сооружениях, так как он должен удовлетворять не только требованиям крепости, но  также водонепроницаемости и легкости. Поэтому, вместо песка или гравия, идущих, обычно, в качестве отощателей для примешивания к цементному раствору, в легких сортах бетона употребляют обожженную глину и т. п.; что касается водонепроницаемости, то она повышается у жирных бетонов, т. е. с большим содержанием цемента. Арматура бетона состоит из прутьев мягкой стали, концы которых соединяются между собой различными способами.

Первые железобетонные суда вызвали к себе весьма  осторожное отношение со стороны страховых обществ; однако, за последние годы такое отношение в значительной степени переменилось. В настоящее время все крупные страховые общества выработали правила, удовлетворение которых дает железобетонному судну право получить как класс, так и грузовую марку.

По своему назначению торговые суда можно разделить на: а) пассажирские, если число пассажиров на судне, не считая команды, 12 и более человек. Пассажирские суда имеют более высокий надводный борт, большие надстройки, легкий корпус, сильные механизмы для сообщения судну большей скорости хода и т. д.; б) товаро-пассажирские, перевозящие, кроме пассажиров и их багажа, некоторое  количество товаров в трюмах; в) грузовые, приспособленные исключительно для перевозки грузов. Такие суда имеют тяжелый прочный корпус, меньшую длину, а большую ширину по сравнению с пассажирскими судами, более слабые механизмы и, вследствие этого, значительно меньшую скорость хода, что делает их более экономичными. Грузовые суда, приспособленные для перевозки жидких грузов (нефти, воды и т. д.), называются наливными; г) служебные, выполняющие самые разнообразные функции, главным образом, в портовой службе. К этим судам относятся: буксиры, ледоколы, спасательные и пожарные суда, плавучие доки, плавучие краны, элеваторы, землечерпательницы, землесосы, диггера и баржи, плавучие маяки и т. д. Обычно такие суда, за исключением больших морских ледоколов («Ермак»), бывают небольшого размера, отвечающего району их плавания и назначению; д) промысловые — рыболовные, китобойные, охотничьи и т. д., приспособленные для сурового плавания в холодных водах; е) спортивные — яхты, моторные лодки и т. п.; ж) мелкие суда, большей частью гребные: шлюпки, катера, баркасы, вельботы, ялы и т. д.

Фиг. 34.

По району плавания суда разделяются на: а) океанские и дальнего плавания (более 3 000 морских миль); такие суда, обычно, имеют наиболее крупные размеры и прочный корпус, а также большой запас топлива; б) каботажные, т. е. плавающие возле берегов, не отходя от них далее 200 морских миль. Смотря по дальности плавания и тому, будут ли моря, на которых плавают такие суда, открытыми или закрытыми, различают большой или малый каботаж. Каботажные суда не нуждаются в особенно прочном корпусе и большом запасе топлива и, обычно, бывают меньших размеров, чем суда первой группы; в) рейдовые, плавающие в районе морских портов или в устьях больших рек. Обычно, такие суда имеют малую осадку, позволяющую им плавать на мелкой воде; г) внутреннего плавания — озерные, речные, канальные, системные. Эти суда отличаются малой осадкой, большой полнотой корпуса, имеют, по  сравнению с осадкой, весьма большую длину и ширину; в качестве движителя на них очень часто ставятся гребные колеса.

Район и дальность плавания имеют для судна весьма большое значение в смысле предъявления к нему тех  или иных требований, как в отношении системы и крепости постройки корпуса и механизмов, так и в отношении его мореходных качеств: остойчивости, непотопляемости, качки и т. д., а также оборудования его различными устройствами, снабжения топливом того иди иного качества, провизией, пресной водой и т. п.

Конструкция судна зависит в значительной степени от устройства и расположения его палуб и надстроек. В этом отношении морские торговые суда образуют несколько гидов (см. табл. VI), основными из которых являются следующие; а) Старейший тип судна с непрерывной главной, т. е. наиболее прочной, палубой, идущей от носа до кормы; поверх этой палубы судно имеет надстройки меньшей крепости, чем основной корпус: бак – в носу, среднюю надстройку — в средней части судна и ют — в корме, служащие для размещения команды и пассажиров.

б) На паровых судах с винтовым движителем предыдущий тип, оставшийся еще от парусного флота, большей частью приходится изменить в том отношении, что кормовая часть главной палубы приподнимается, примерно, на половинную высоту междупалубного пространства. Это различие вызывается тем обстоятельством, что валы гребных винтов, идущие от машинного отделения к средние судна и до самой кормы, должны быть на воем протяжении кормовых трюмов прикрыты прочной надстройкой (называемой туннелем, или коридором гребного вала), достаточно просторной для их осмотра. Кормовой трюм при этих условиях становится менее емким, по сравнению с свободным носовым трюмом, а судно стремится получить дифферент на нос. Подъем кормовой части главной палубы возвращает кормовому трюму его прежнюю величину и, таким образом выравнивает судно. Такой тип судна называется судном с возвышенным квартердеком (кормовой палубой).

в) В некоторых случаях ют и средняя надстройка так близко подходят друг к другу, что является возможность их объединить, устроив удлиненный ют; главная палуба, таким образом, остается открытой лишь между баком и удлиненным ютом, образуя как бы колодец, отчего и тип судна называется колодезным.

г) Иногда все прочные надстройки сливают вместе и, следовательно, поверх главной палубы получается новая непрерывная палуба от носа до кормы судна; на этой палубе, в свою очередь, могут находиться еще более легкие надстройки и т. д. Смотря по прочности верхней палубы таких судов в величине надстроек на ней, они имеют различную высоту надводного борта и образуют типы спардечных судов (надводный борт которых дозволяет им загружаться выше главной палубы), штурмдечных — более легких, и, наконец, судов с защитной и тентовой палубой приспособленной лишь для защиты от непогоды и солнца.

д) Ящичнопалубные и башеннопалубные суда употребляются для перевозки насыпных и наливных грузов, когда важно, насколько возможно, уменьшить величину свободной поверхности таких грузов, влияющую на их остойчивость.

Типы речных судов, как самоходных, так и не самоходных, отличаются большим разнообразием в зависимости от назначения судна и места его постройки. Особенно различны бывают деревянные суда, постройка которых производится, большею частью, кустарным способом, применяясь к практике бассейна той или иной из наших больших рек; поэтому во многих из них ясно заметны следы народного творчества. Лишь в последнее время, в связи с необходимостью восстановления нашего речного флота, является возможность поставить дело постройки таких судов на научных основаниях.

Постройка корпуса судна производится на судостроительной верфи, на ней же устанавливаются на него главные механизмы, изготовляемые на машиностроительных заводах. Однако, крупнейшие верфи строят механизмы у себя. Такими судостроительными и механическими заводами до последнего времени были: Балтийский, Путиловский, Невский — в Ленинграде, О-во Николаевских Заводов и Верфей и Русское Судостроительное Общество — в Николаеве, Русско-Балтийское Общество — в Ревеле, Сормовский и Коломенский заводы — на Волге.

Табл. VI

Главной особенностью верфи является устройство стапеля, т. е. площадки, на которой строится судно и с которой оно спускается на воду, а также устройство глубоководных бассейнов и доков (сухих к плавучих) для достройки и ремонта судов. Так как главная работа по постройке судна производится на стапеле, то все расположение отдельных учреждений верфи должно быть приспособлено для наиболее удобного его обслуживания; в свою очередь, стапель располагается возможно ближе к воде, поперек или вдоль береговой линии, смотря по тому, будет ли судно спускаться на воду кормой вперед, как это принято в практике постройки крупных морских судов, или лагом (боком), как обычно делается в речном судостроении. Стапель бывает открытым, если это позволяют климатические условия, или закрытый от непогоды достаточно просторной во всех направлениях и хорошо остекленной надстройкой — эллингом. Величина стапеля, конечно, должна соответствовать размерам крупнейших из возможных к постройке на верфи судов; поэтому при постройке современных трансатлантических гигантов она доходила до ¼  километра. Громадная тяжесть строящихся сооружений заставляет делать фундамент стапеля весьма солидным, закладывая его основание глубоко в грунт. Вместе с тем, фундамент продолжают на значительное расстояние и под водой, чтобы спускаемое судно имело достаточную опору до момента всплытия. Поверхность стапеля над водой наклонена к горизонту под углом около 3°—4° и по всей своей длине имеет две параллельных линии спускового фундамента, оканчивающегося под водой; подводная часть стапеля заключена между двумя возвышающимися над уровнем воды дамбами, в конце которых ставится перемычка (батопорт), позволяющая осушать стапель для подготовки его к спуску. Между линиями спускового фундамента на стапель устанавливаются на небольших расстояниях друг от друга стапельблоки, сложенные из толстых и коротких брусьев: высота стапельблоков такова, что позволяет производить клепку и осмотр днища корпуса. Для поддержки судна с боков ставятся боковые ряды клеток, а также несколько рядов наклонных бревенчатых подстав, упирающихся одним концом в борт судна (на шпангоутах или переборках), а другим в стапель. Кругом строящегося судна во всю его высоту устанавливают леса в несколько ярусов. Для подъема тяжестей устанавливаются в различных местах подъемные краны, посредством которых отдельные части судна могут быстро и удобно подаваться в любое место на стапеле.

Фиг. 35. Деревянный корпус. 1. Фальшкиль. 2. Киль. 3. Шпангоут (тимберс). 4. Кильсон. 5. Верхний кильсон. 6. Водопроток. 7. Шпунтовый. пояс наружной обшивки. 8. Обшивка днища. 9. Бархоут. 10. Обшивка надводного борта. 11. Ширстрек.  12. Настилка верхней палубы. 12. Ватервейс верхней палубы. 14. Бимсы верхней палубы. 15. Пиллерсы верхней палубы. 16. Настилка главной палубы. 17. Бимсы главной палубы. 18. Пиллерсы главной палубы. 19. Трюмные (холостые) бимсы. 20. Трюмные пиллерсы. 21. Лимбербортовые поясья. 22. Внутренняя трюмная, обшивка. 23. Крепительные полосы. 24. Кницы трюмных бимсов. 25. Клямсы трюмных бимсов. 26. Привальный брус. 27. Ватервейс. 28. Спиркетингс. 29. Внутренняя междупалубная обшивка. 30. Висячие кницы бимсов главной палубы. 31. Клямсы. 32. Привальный брус. 33. Ватервейс. 34. Спиркетингс. 35. Кницы бимсов главной палубы. 36. Висячие кницы бимсов верхней палубы. 37. Клямсы. 38. Привальный брус. 39. Стойки фальшборта. 40. Обшивка фальшборта. 41. Планширь. 42. Стойки легкого фальшборта. 43. Обшивка легкого фальшборта. 44. Планширь легкого фальшборта.

Работы по постройке морского стального судна ведутся, примерно, в следующем порядке. После того, как заказ на постройку судна получен и выработаны его общие чертежи и спецификации, приступают к заказу на металлургических заводах всего потребного материала: листов, полос, угольников, заклепок и т. д., к изготовлению шаблонов для выгиба шпангоутов, обшивки и др. Для этой цели корпус теоретического чертежа разбивается уже в натуральную величину на разбивочном плазе, т. е. ровном деревянном полу, выкрашенном в черную краску, где линии проводятся сначала мелом, а затем прорезываются шилом. На плазе разбиваются, конечно, обводы всех шпангоутов, какие будут поставлены на судно, и выверяются они настолько тщательно, чтобы поверхность судна оказалась совершенно плавной. По изготовленным шаблонам выгибаются отдельные части набора, листы наружной обшивки и т. д., и предварительно собираются на сборочном плазе для проверки, а затем отправляются на стапель, где и устанавливаются постепенно на свое место. Прежде всего, на стапельблоки кладется киль – горизонтальный и вертикальный, как основа будущего судна, с размеченными на нем местами шпангоутов. К этому времени, обычно, приурочивается закладка судна, сопровождаемая церемонией, особенно торжественной в военном флоте. Вслед за килем, начиная от средины судна и идя к обеим его оконечностям, постепенно ставятся шпангоуты, флоры, стрингера и пр. набор судна, правильность установки которого постепенно проверяется длинными деревянными брусьями – рыбинами и шергенями, образующими, в конце концов, как бы корзину, по стенкам которой идут продольные и поперечные связи набора. Так как судно на стапеле строится в наклонном положении, то перпендикулярность набора к плоскости киля проверяется уклонными досками. С постановкой набора приступают к сборке листов наружной обшивки, сначала на нескольких болтах каждый лист, а затем по разметке дыр и сверловке их, на заклепках, где требуется – с чеканкой швов. Таким образом, постройка судна продвигается все далее; ставятся переборки, поперечные и продольные, крепятся к верхним концам шпангоутов палубные бимсы и настилаются на них палубные стрингера и настилки палуб. Ставятся штевни и заканчиваются оконечности судна; в кормовой части навешивается руль, выводятся наружные концы гребных валов и ставятся на них винты и т. д. Далее производятся испытания водонепроницаемости отдельных отсеков двойного дна и других внутренних помещений судна, исключая крупных, испытания которых, обычно, производятся уже на плаву. Наконец, наружная поверхность обшивки судна окрашивается в надлежащий цвет, причем подводная часть покрывается особыми составами, предохраняющими ее от обрастания водорослями и ракушками.

Фиг. 36. 1. Днище. 2. Наружная бортовая обшивка. 3. Лыжная. 4. Носовой штевень. 5. Кормовой штевень. 6. Копань. 7. Приставка. 8. Средний кильсон. 9. Боковой кильсон (третной). 10. Воротовые. 11. Подбалочные брусья (подтелины). 12. Бортовое внутреннее арочное крепление. 13. Бортовые внутренние раскосы при арках. 14. Бортовое внутреннее раскосное крепление. 15. Бортовое внутреннее крестообразное крепление. 16. Озды. 17. Бимсы. 18. Средний конь. 19. Боковой конь. 20. Схваты. 21. Кокорные стойки. 22. Подушки. 23. Пиллерсы. 24. Кресты. 25. Уклон. 26. Раскосы. 27. Арочная ферма. 28. Кокорные раскосы. 29. Палуба. 30. Ватервейс. 31. Планшир. 32. Кницы. 33. Красная доска. 34. Череповой.

Небольшие суда, главным образом коммерческие, спускаются со стапеля уже почти готовыми, с поставленными на место механизмами и котлами; на крупных судах, особенно военных, этого делать не приходится из-за громадной величины их, и на стапеле строят лишь корпус, доводя его до такой степени готовности, чтобы судно могло достраиваться на плаву у береговой линии верфи. Когда судно готово к спуску, приводится в порядок спусковой фундамент, подводятся полозья и прочно скрепляются с корпусом цепями и канатами. Накануне спуска верхняя поверхность спускового фундамента, по которой должны скользить полозья, покрывается смесью говяжьего сала с зеленым мылом. Перед спуском подставы, боковые клетки и стапельблоки постепенно убираются, и судно садится полностью на полозья, удерживаемые на стапеле лишь встречными упорными стрелами, а также задержниками из прочных канатов, охватывающих кусты (сваи) в носовой   части стапеля. В момент спуска выбиваются (одновременно с каждого борта) кормовые, средние и носовые стрелы, и, наконец, рубятся задержники: освобожденное судно, сначала медленно, а затем все быстрее скользит по стапелю и выходит на свободную воду. Чтобы всплывшее на воду судно не слишком удалилось от берега или не навалило на другой берег, а также на соседние суда, с его носовой части бросаются приготовленные для этой цели  якоря, а в некоторых случаях принимаются и другие меры. После спуска полозья отнимаются при помощи водолазов, и судно отводится на место достройки.  Спуск судна крупных размеров представляет очень интересное и красивое зрелище, однако является ответственным и сложным делом, особенно когда водное пространство нешироко или имеет сильное течение, отклоняющее выходящее на воду судно. Случаются нередко и неудачные спуски, когда судно, по самым непредвиденным обстоятельствам, упорно не сходит со стапеля, несмотря на подталкивание его длинными рычагами (вагами); в некоторых случаях приходится разбирать спусковое устройство и вновь собирать его, что связано с весьма крупными  затруднениями. Причинами неудачного спуска могут быть: недостаточный уклон фундамента, влияние температуры воздуха на коэффициент трения полозьев, выдавливание смазки и, наконец, совершенно случайные обстоятельства.

По окончании постройки судно испытывается на мерной миле для определения развиваемой им скорости, мощности машин, расхода топлива и т. д. Мерная миля для этой цели выбирается невдалеке от берега на достаточно глубокой воде с ровным дном, защищенная от сильных ветров и неправильного течения. Направление мерной мили отмечается вехами, а расстояния по ее длине определяются по створным знакам на берегу. Пространство, проходимое судном, в практике мореплавания выражается в морских  милях, а в нашей речной — в верстах; величина морской мили соответствует длине одной минуты земного меридиана, что дает для нее 1 852 м (6 080 ф.). Число морских миль, проходимое судном в час, выражает его скорость в узлах; следовательно, 1 узел составляет 0,514 м/сек (1,69 ф./сек.). Испытания судна производятся при углублении его, соответствующем полной нагрузке, для чего на судно принимается надлежащее количество балласта. Если модель судна испытывалась в опытовом бассейне, то результаты испытания его на мерной миле дают возможность определить степень утилизации его механизмов и движителей при различных скоростях судна, что дает богатый материал для оценки его качеств.

Фиг. 37.

Набор корпуса деревянного судна морского типа состоит из следующих основных частей (фиг. 35): 1) брускового наружного киля, имеющего с обеих сторон шпунты для притыкания досок наружной обшивки; по нижней кромке киля идет фальшкиль, предохраняющий его от случайных повреждений; 2) тимберсов или шпангоутов, нарезываемых на верхнюю часть киля; обычно тимберсы состоят из отдельных штук (футоксов), идущих в два слоя, причем средний футокс носит название флортимберса; 3) кильсона, положенного в диаметральной плоскости поверх тимберсов; 4) бимсов, концы которых лежат на привальном брусе, идущем по внутренним кромкам верхней ветви шпангоутов; сверху концы бимсов покрыты такого же рода ватервейсом. Чтобы сделать углы между бимсами и шпангоутами в вертикальной и горизонтальной плоскостях более жесткими, ставят деревянные или железные кницы; 5) форштевня, или схема, и ахтерштевня (старнпоста), служащих для образования носовой и кормовой оконечностей судна; узкие пространства внутри набора близ штевней заполняются сплошь деревом, образуя так называемые дейдвуды.

Наружная обшивка состоит из досок, пазы и стыки между которыми тщательно проконопачиваются. Доски обшивки при киле (шпунтовые) на уровне грузовой (бархоут) и при палубах (ширстрек) делаются несколько толще остальных. Поверх футоксов идет внутренняя обшивка из более тонких досок, а по ней кладут поперечные и диагональные железные связные полосы (ридерсы). Поверх бимсов кладутся доски палубной настилки; под бимсами проходят один или несколько продольных карленгсов (на крупных судах), удерживающих бимсы на неизменном расстоянии друг от друга, и пиллерсы, препятствующие их провисанию. Верхние концы шпангоутов (топ-тимберсы) идут несколько выше палубы, образуя стойки фальшборта, и накрываются планширем. Подводную часть деревянных судов, плавающих в теплых водах, иногда обшивают тонкими медными листами для предохранения против обрастания водорослями и ракушками.

Фиг. 38. Стальной корпус без двойного дна. 1. Киль. 2. Флоры. 3. Водопротоки. 4. Подкрепляющие угольники. 5. Средний кильсон. 6. Боковой кильсон. 7. Боковой интеркостельный кильсон. 8. Кильсон. 9. Кильсон. 10. Шпангоутный угольник прямой. 11. Шпангоутный угольник обратный. 12. Бимс верхней палубы. 13. Карленгс. 14. Пиллерс. 15. Бимс главной палубы. 16. Стрингер главной палубы. 17. Связный пояс главной палубы. 18. Пиллерс. 19. Бимс нижней палубы. 20. Стригнер нижней палубы. 21. Связный пояс нижней палубы. 22. Трюмные пиллерсы. 23. Поперечная переборка. 24. Обделочный водонепроницаемый угольник. 25. Стыковая планка. 26. Планширь. 27. Фальшорт. 28. Стойка фальшборта. 29. Стойка фальшборта. 30. Ширстрек верхней палубы. 31. Обшивка надводного борта. 32. Ширстрек главной палубы. 33. Прилегающий пояс бортовой обшивки. 34. Накрывающий пояс бортовой обшивки. 35. Скуловая часть корпуса. 36. Скуловые поясья обшивки. 37. Днищевые поясья обшивки. 38. Шпунтовые поясья обшивки.

Набор корпуса деревянных речных судов без механического двигателя (баржи, берлины, шаланды — с сравнительно острым образованием оконечностей, полулодки, тихвинки — с более полными обводами, барки и т. д.) делается значительно более простой конструкции. Главными составными частями его являются (фиг. 36): 1) днищевая и бортовая обшивка из сосновых или еловых досок; средняя доска днищевой обшивки называется лыжной, закругленная часть обшивки на скуле — подворотом, а доски на уровне грузовой — бархоутом; 2) носовой и кормовой штевни; к последнему навешивается досчатый руль; 3) шпангоуты, состоящие из лежащих поперек днища во всю его ширину копаней и связанных с ними вертикальных бортовых приставок; 4) кильсонов, идущих вдоль судна поверх копаней и связывающих их между собой; 5) воротовых и подбалочных брусьев, идущих по борту в местах соединений приставок с копанями и бимсами.

Продольная крепость речных судов, имеющих сравнительно весьма большое отношение длины к высоте борта, достигается устройством диаметрального (средний и боковые кони) и бортового креплений, представляющих, иногда, довольно сложную систему арок и раскосов (фиг. 37).

Корпус первых железных судов по расположению отдельный частей и по их назначению имел много сходного с корпусом деревянного судна, и это сходство в отдельных случаях можно отметить даже в современных постройках: лишь по мере изучения свойств стали и развития строительной механики корабля, а также вследствие все более усложнявшихся требований, предъявляемых к стальным судам, конструкция их корпуса стала принимать более своеобразные формы. Вообще говоря, корпус стального судна представляет оболочку из сравнительно тонких и длинных стальных ластов, подкрепленную изнутри набором, составленным из значительного числа перекрестных связей, идущих в продольном и поперечном направлении и выполняющих, кроме того, те или иные функции в смысле сопротивления внешним силам (см. выше — крепость судна). В зависимости от того, какие связи сделаны более прочными, система набора приближается к той или другой из основных систем: поперечной или продольной. Поперечная система набора, хотя и не в чистом своем виде, широко распространена в торговом судостроении; что касается продольной системы, то она принята преимущественно в военной флоте и лишь в последнее время настолько усовершенствовалась в  применении к торговым судам, что обратила на себя серьезное внимание. На архитектуру корпуса стального судна большое влияние оказало устройство двойного дна, вызванное, с одной стороны, необходимостью обеспечить непотопляемость при повреждениях днища, а с другой — доставить помещение для водяного балласта. Вместе с тем двойное дно позволило лучше распределить усилия, вызываемые внешними силами в обшивке и наборе днища. Таким образом, набор корпуса стального судна можно подразделить на следующие основные части (фиг. 38 и 38а).

Фиг. 38 а. 1. Киль. 2. Шпунтовой пояс обшивки. 3. Вертикальный киль. 4. Стрингеры. 5. Крайний междудонный лист. 6. Флорные шпангоуты. 7. Бракеты. 8. Настилка двойного дна. 9. Скуловой флор. 10. Уширенный шпангоут. 11.  Бортовой стрингер. 12. Ромбовидные крепительные планки. 13. Трюмные пиллерсы. 14. Бимс, главной палубы. 15.  Стрингер главной палубы. 16. Настилка главной палубы. 17. Ширстрек главной палубы. 18. Обшивка надводного борта. 19. Ширстрек верхней палубы. 20. Пиллерс верхней палубы. 21. Бимсы верхней палубы. 22. Деревянная настилка верхней палубы. 23. Стойка фальшборта. 24. Обшивка фальшборта. 25. Планширь. 26. Промежуточные обратные шпангоуты. 27. Отверстия для пролезания (лазы).

а) Продольный набор, имеющий наибольшее значение в смысле сопротивления продольному изгибу: 1) киль — на небольших судах наружный из брусков или склепанных вместе длинных полос, а на более крупных — из горизонтального и вертикального листов, идущих непрерывно по всей длине судна, и двух таких же длинных угольников в углах между ними. В носу киль переходит в литой или кованый форштевень, а в корме и — в ахтерштевень, имеющий петли для подвешивания руля; в одно- и трехвинтовых судах ахтерштевень имеет две ветви: задняя (рудерпост) служит для подвески руля, а передняя (старнпост) образует рамку, в которой вращается гребной винт; 2) средний, а также боковые и скуловые кильсоны; в судах с двойным дном вместо них стрингера двойного дна и крайние междудонные листы. Как внутренний вертикальный киль, так и крайние междудонные листы всегда делаются непрерывными и без всяких отверстий; 3) трюмные, бортовые и палубные стрингеры;  последние перекрывают бортовые концы палубных бимсов и, как удаленные от нейтральной оси связи, несут большую работу; 4) палубные связные полосы: продольные (обыкновенные и люковые) и диагональные (ридерсы); 5) наружная обшивка; особенное значение имеют поясья, наиболее удаленные от нейтральной оси, т. е. днищевые и скуловые, с одной стороны, и припалубные (ширстреки) — с другой, почему они делаются несколько толще остальных; 6) настилка палуб; однако, настилка легких верхних палуб и надстроек обычно не участвует в работе сопротивления продольному изгибу, так как в ней преднамеренно устраивают в некоторых местах по длине скользящие соединения, иначе она неминуемо бы рвалась; 7) карленгсы, т. е. продольные связи под бимсами; 8) настилка двойного дна; 9) продольные переборки; 10) машинный и котельный фундамент (в продольной крепости участвует в том лишь случае, когда идет непрерывно на значительной длине); 11) фальшборт; 12) боковые кили (если они имеются).

Фиг. 39.

б) Поперечный набор, имеющий значение в смысле сопротивления смятию корпуса в перекашиванию; в него входят: 1) шпангоуты; состоят они или из двух обращенных полками друг к другу угольников: одного — прямого, идущего по наружной, и другого — обратного — по внутренней кромке, шпангоута, или же из коробчатой (швеллерной) стали. Через некоторое число обыкновенных шпангоутов в котельных и машинных отделениях ставятся уширенные, из полосовой стали, окаймленные по внешней и внутренней кромкам угольниками, а также усиленные, более тяжелого, чем обыкновенные, профиля; 2) флоры из полосовой или листовой стали, идущие по днищу и подкрепляющие шпангоуты; угольники шпангоутов на флорах разделяются: прямой идет по наружной кромке флора, а обратный — с другой стороны по внутренней. В двойном дне флоры идут на каждом борту до крайнего междудонного листа; с другой стороны его к ним подходят скуловые флоры, связывающие днище с бортом. Часть флоров в двойном дне делается водонепроницаемой, отчего оно разбивается на независимые отсеки; промежуточные флоры имеют для уменьшения их веса отверстия, позволяющие также переходить из одной клетки (шпации) в другую; иногда вся средняя часть флоров откидывается, и остаются лишь в концах их неширокие листы (бракеты); 3) трюмные бимсы без покрывающей их настилки и 4) палубные бимсы, покрытые настилкой; 5) диагональные крепления палуб (ридерсы); 6) поперечные переборки; они имеют в данном случае весьма большое значение, так как служат опорой и для продольных связей; 7) обшивка днища и настилка двойного дна; 8) фундаменты машин и котлов (частично).

в) Набор, сопротивляющийся смятию в вертикальном направлении; в него входят:  1) флоры; 2) бортовые шпангоуты; 3) бортовая обшивка; 4) бимсы; 5) пиллерсы, т. е. круглые сплошные или пустотелые стойки, поставленные на флорах под бимсами; пиллерсы ставятся чаще или реже, в один, два или три ряда вдоль судна, а также и между палубами одни над другими; 6) продольные и поперечные переборки к которым крепятся продольные связи.

Фиг. 40.

Суда без двойного дна большей частью строятся по поперечной системе; что касается судов с двойным дном, то в них поперечная система набора применяется, главным образом, для бортов, между тем как двойное дно набирается по продольной системе, т. е. главными связями служат непрерывные киль и днищевые стрингера, а также крайние междудонные листы.

В более совершенном виде продольная система набора на коммерческих судах стала применяться лишь в последнее время; наиболее типичной конструкцией ее является система Ишервуда (Ishеrwood), показанная на фиг. 39. Как видно, в ней не только набор днища и бортов, но и набор палуб сделан, главным образом, из непрерывных продольных связей, поперечные же связи составлены из отдельных, сравнительно коротких частей.  Такая система, при одинаковой величине поперечной крепости, дает некоторое уменьшение веса корпуса, сопровождаемое значительным повышением продольной крепости.

Наружная обшивка состоит из длинных и широких стальных листов, идущих в продольном направлении. Соединения листов между собой называются пазами (для продольных кромок) и стыками (для поперечных кромок). Способы соединения кромок листов по пазам показаны на фиг. 40; а) край на край, или простой накрой, причем на шпангоутах приходится ставить узкие клиновидные прокладки, б) в накрой и в) вгладь на планках — в обоих последних способах также ставятся узкие прокладка из обрезков листов, г) с высадками, которые отгибаются на особых станках. Такими же способами соединяются и листы настилки палуб. Стыки листов делаются между шпангоутами и крепятся на планках изнутри судна. Поперечные переборки состоят из листов, подкрепленных вертикальными стойками различного профиля, принимая во внимание давление воды, которая наполнит отделение при аварии.

Фиг. 41.

Для погрузки и выгрузки товаров в настилках палуб над грузовыми трюмами делаются отверстия, иногда весьма значительных размеров — грузовые люки; края люков обделываются довольно высокими комингсами, а в углах под ними ставятся прочные пиллерсы. На время плавания люки закрываются съемными деревянными крышками и покрываются на верхней палубе брезентом.

Мачты, устанавливаемые на торговых судах с механическим двигателем, хотя и не приспособлены для несения парусов, однако являются необходимыми для установки сигнализации и беспроволочного телеграфа, а также для закрепления на них грузовых стрел (см. ниже). Смотря по величине судна, они делаются деревянные или из стальных листов; в местах прохода мачты сквозь настилку палуб ставятся дополнительные крепления — пяртнерсы; конец или шпор мачты упирается в башмак на настилке двойного дна или на коридоре гребного вала. Верхняя часть мачты оттягивается в разных направлениях вантами и штагами, имеющими винтовые соединения (талрепы) для их натягивания.

Фиг. 42.

Корпус железобетонного судна содержит те же основные связи, что и в стальном судне, лишь в несколько измененном виде, в зависимости от характера постройки. Самая постройка железобетонных судов производится либо монолитным, либо секционным способом. По первому способу корпус судна отливается целиком; для этого арматура всех частей корпуса заранее устанавливается на место и окружается опалубкой. Бетонный раствор или наливается, или накладывается при помощи так называемых цементных пушек, выбрасывающих его под большим давлением. После того, как бетон достаточно просохнет и отвердеет, опалубку снимают и заканчивают отделку судна. Секционный способ заключается в предварительной заготовке из железобетона отдельных частей корпуса, которые затем ставятся на место, арматура их соответственным образом связывается, а  образующиеся швы заливаются бетоном.

Оборудование коммерческих судов состоит из механизмов для их передвижения, вспомогательных механизмов для обслуживания различных устройств и разного рода дельных вещей.

По природе механизмов для движения судов, их можно подразделить на следующие группы:

а) Гребные суда, приводимые в движение при помощи весел, продетых сквозь уключины на бортах судна; такими в настоящее время остались лишь самые мелкие суда: лодки, катера, баркасы, вельботы (фиг. 41), ялы, гички и т. д., да спасательные шлюпки.

б) Парусные суда, развитие которых продолжается еще в наше время, применяясь к требованиям современного судоходства. Прежний рангоут (мачты и снасти) и такелаж (паруса и их оборудование) крупных парусных судов в значительной мере упростились и могут обслуживаться меньшей командой. Еще шаг вперед был сделан постановкой на таких судах вспомогательного (обычно теплового) двигателя с гребным винтом, благодаря которому парусник может не останавливаться во время затишья, а также не тратить излишнего времени на лавирование при встречном ветре. Во всяком случае, для перевозок громоздких малоценных грузов, не допускающих высоких фрахтов, парусные суда продолжают сохранять свои достоинства. Типы парусных судов можно видеть в  табл. V.

в) Суда с механическим двигателем (самоходные), которые можно разбить на две группы: пароходы и теплоходы.

Применение паровой машины к движению судна было практически осуществлено в начале прошлого века, а в России началом его надо считать 1815 г., когда Бердом были пущены по Неве первые пироскафы (как назывались тогда пароходы). Первоначальный поршневой тип паровой машины оставался единственным до конца прошлого века, когда появится родственный ему конкурент — паровая турбина, а также и другой не менее, если не более опасный — тепловой двигатель.

Фиг. 43.

Генератором силы в судовой паровой установке являются паровые котлы (ср. XXXI, 267/68, прил.), работающие на каменном угле или жидком топливе (нефть, мазут и пр.). На торговых судах применяются, главным образом, цилиндрические котлы с обратным ходом дыма, одно- и двухконечные, число топок которых доходит до 4—5 с каждого конца котла (фиг. 42). На военных судах предпочитают ставить водотрубные котлы, как более легкие и компактные, хотя и не такие долговечные; они бывают или тяжелого типа, с трубками большого диаметра (Бельвиля — фиг. 43, Никлосса и др.), или легкого, с тонкими трубками (Ярроу — фиг. 44, с прямыми трубами; Нормана, Торникрофта — с кривыми). Число котлов, несмотря на их крупную величину, на больших судах с сильными механизмами достигает нескольких десятков, а для обслуживания их требуется не одна сотня кочегаров. Котельные отделения для одного или нескольких котлов от остальных помещений судна отделяются переборками, оставляя свободное место только для кочегарных отделений, в которых помещаются также и обслуживающие котлы вспомогательные механизмы. Возле котельных отделений размещаются угольные ямы — бортовые и поперечные; что касается жидкого топлива, то оно частью хранится в отсеках двойного дна, частью в бортовых или поперечных цистернах.

Фиг. 44.

Обычная естественная тяга, при которой имеющие высокую температуру продукты горения выходят через дымовую трубу, а на их место через широкие вентиляционные трубы, раструбы которых выводятся высоко над палубой, притекает свежий воздух, весьма часто оказывается недостаточной. Для получения более интенсивного сжигания топлива приходится применять искусственную вентиляцию путем нагнетания воздуха в закрытые кочегарные отделения (система Howdеn’а) или, что делается реже, путем вытягивания продуктов горения; вентиляторные машины для этой цели на больших судах достигают иногда весьма крупных размеров. Питание котлов производится пресной водой, запас которой должен всегда быть на корабле; пар, отработавший в машине или турбине; идет в холодильник, конденсируется в нем и после очистки от масла снова идет в котел. Зола и шлаки после сжигания угля удаляются за борт при помощи особых мусорных машинок.

Первоначальные поршневые машины (ср. ХХХI, 275/87) без расширения пара скоро сменились машинами компаунд, а затем появились и машины тройного, даже четверного расширения; в настоящее время машинами компаунд снабжаются лишь небольшие суда: катера, буксиры и т. д. Для гребных колес поршневые машины делаются горизонтального или наклонного типа, а для гребных винтов — исключительно вертикальные. Число машин на винтовых судах доходит до 3—4; машинные отделения размещаются, обычно, отдельно от котельных, позади их и, реже, между ними. На винтовых судах непосредственно за машиной ставится упорный подшипник, воспринимающий на себя упорное давление винта. Холодильники поршневых машин часто делаются на одном с ними фундаменте; кроме них в машинном отделении находятся различные вспомогательные механизмы для обслуживания машин и котлов, а также судовых систем.

Паровые турбины (ср. XXXI, 287/94) представляют собой значительно более совершенный механизм, чем поршневые машины; преимущества их выявляются, главным образом, при больших мощностях и заключаются в меньшем весе, отсутствии попеременно возвратного движения частей, простоте управления и значительно меньшем расходе пара, что дает возможность уменьшить размеры котельной установки.

Хотя со времени первого применения турбин на судах (Парсонс) прошло всего лишь четверть века, тем не менее, развитие их достигло такого совершенства, что в настоящее время громадное большинство торговых судов и почти все военные строятся с турбинными двигателями, а также делаются опыты постройки турбинных колесных судов. Однако, первоначальные судовые турбинные установки давали весьма невысокий общий коэффициент полезного действия, вследствие неудовлетворительной работы гребных винтов при большом числе оборотов турбины (кавитация винтов),   необходимом для ее экономичности. Поэтому в последующих установках турбин, как реактивного (Парсонс), так и активного (Кертис, Целли и др.) типов, число оборотов турбин, связанных непосредственно с валами винтов, подбиралось таким образом, чтобы общий коэффициент полезного действия установки был наивыгоднейшим. Несмотря на  все преимущества таких установок, результаты все-таки нельзя было признать вполне удовлетворительными, так как турбины получались громоздкими и малоэкономичными. Поэтому пришлось искать выхода в другом направлении, а именно в применении передаточного механизма, который позволил бы вернуть как турбине, так и винту свойственное им число оборотов. Наиболее простым и распространенным из таких механизмов является в настоящее время зубчатая передача при помощи весьма широких зубчатых колес, работающих в закрытом, наполненном маслом кожухе; в последних конструкциях таких передач отношение  числа оборотов турбины и винта доходит до 40—50 и более, т. е. при 60—75 оборотах винта в минуту, как это обычно бывает на крупных грузовых судах, число оборотов турбины составляет около 3 000 в минуту, что для нее является вполне пригодным. Другой системой передачи, гораздо менее распространенной, служит гидравлическая передача Феттингора, представляющая комбинацию из насоса, приводимого в действие паровой турбиной, и питаемой им гидравлической турбины, расположенной на валу гребного винта.

Наконец, еще одним видом передаточного механизма является электрическая передача, при которой машинное отделение судна представляет мощную электрическую станцию с быстроходными пародинамо; энергия этой станции передается по кабелям электромоторам, находящимся на гребных валах. В этом случае электромоторы могут размещаться и вне машинного отделения, например, в ближайших к корме отделениях судна. Такие электрические установки обладают многими преимуществами, особенно для военных судов; недостатками их являются более значительный вес и высокая стоимость, препятствующие их распространению на коммерческих судах.

Недостатком турбин вообще является невозможность перемены направления вращения; поэтому, в установках с турбинами на гребных валах и с зубчатой передачей приходится ставить турбину заднего хода или совершенно отдельно, или заключая ее в общий кожух с турбиной переднего хода. В гидравлической передаче для этой цели трансформатор имеет специальную водяную турбину заднего хода, а в электрической передаче этот вопрос улаживается сам собой. Так как в начале своего развития паровая турбина наибольшие преимущества перед поршневой машиной имела при использовании пара низкого давления, то были построены комбинированные установки из поршневых машин (на двух боковых валах), работающих свежим паром высокого давления, и турбины низкого давления (на среднем валу), работавшей поступавшим из этих машин мятым паром. Однако, в настоящее время надобность в таких комбинированных установках, по-видимому, отпала, так как современные паровые турбины вполне продуктивно работают и на высоком давлении пара.

Фиг. 45.

Тепловые двигатели, под которыми обычно понимаются двигатели с внутренним сгоранием топлива, на судах применяются как газогенераторные, так и работающие на жидком топливе. Газогенераторные двигатели до сего времени не получили большого распространения, так как, с одной стороны, требуют специальных сортов горючего, а с другой — имеют пока еще слишком малую мощность. Что касается двигателей, работающих на жидком топливе, то первое место по экономичности и мощности занимают дизель-моторы различных систем как двух-, так и четырехтактные. Первые установки дизель-моторов на судах (на волжских нефтеналивных теплоходах в 1905 г.) были еще не реверсивного типа, почему для получения заднего хода приходилось ставить электрическую передачу. Современные дизеля отроятся реверсивными, мощность их доходит до 500—700 сил в цилиндре, так что 6-цилиндровый двигатель обладает мощностью в 3000—4000 сил, что делает его вполне пригодным для установки на крупнейших грузовых судах. Двигатели других систем, работающие на бензине, керосине, нефти и проч., имеют значительно меньшие мощности и ставятся преимущественно на небольших судах.

Несмотря, однако, на наибольший коэффициент полезного действия и другие преимущества двигателей внутреннего сгорания, они представляют все-таки некоторый регресс по сравнению с ротативными двигателями, какими являются паровые турбины; поэтому понятны становятся усилия сконструировать ротативный двигатель с внутренним сгоранием топлива, т. е. газовую турбину. Попытки в этом направлении, примененные к движению судов, пока еще находятся в стадии опытов.

табл. VII

В табл. VII указаны некоторые данные, касающиеся установок главных судовых механизмов разных систем (фиг. 45); при этом в вес машин вошло все машинное устройство, включая холодильники, валы и винты, в вес котлов — все их устройство, включая воду в них, дымоходы и дымовые трубы. Что касается расхода горючего, то он показан из расчета теплотворной способности угля в 7 600 кал. и нефти в 10 000 кал., причем котлы приняты работающие на угле.

Суда внутреннего плавания, не имеющие механического двигателя, приводятся в движение посредством, различного рода тяги. Прежняя тяга при помощи бурлаков и лошадей вытесняется все более и более механической тягой буксирами, большей частью паровыми с винтовым, реже с колесным движителем. За таким буксиром тянется иногда целый караван мариинок, тихвинок и др. грузовых судов. На каналах применяется иногда электрическая тяга посредством электровозов идущих по рельсам на берегу канала. Несколько времени тому назад была в употреблении туэрная тяга при помощи судов, снабженных механизмом для подтягивания цепи, проложенной по дну канала.

Главнейшими из устройств коммерческих судов являются нижеперечисленные, причем степень развития каждого из них обусловливается как величиной, так и назначением корабля.

Рулевое устройство служит для поворачивания руля на тот или иной угол. На небольших судах руль поворачивается ручным штурвалом с капитанского мостика, посредством штуртросов, идущих на корму и связанных с румпелем, в виде рычага или  сектора, надетым на голову (баллер) руля. На более крупных судах для вращения руля служит паровая машина, связанная с румпелем; управление этой машиной производится с мостика посредством различных передач, например, гидравлической (телемотор). Так как удары волн о перо руля могут принимать значительную величину, то между румпелем и рулевой машиной вводится эластичное соединение, в виде спиральных пружин или муфт трения. Рулевой аппарат во всех случаях должен снабжаться также и ручным приводом.

Фиг. 46.

Якорное устройство служит для сбрасывания якорей в воду и обратного подъема их на борт судна. Для этой цели на палубе бака устанавливается ворот с горизонтальной (брашпиль) или вертикальной осью (шпиль), на барабан которого навертывается якорный канат. Брашпили, в зависимости от величины судна, бывают ручные или паровые и ставятся  преимущественно на коммерческих судах. Якорные канаты, обычно, цепные, причем для большей прочности звенья цепи делаются с распорками (фиг. 46). При поднятом якоре канат почти целиком убирается в цепной ящик под нижней палубой, где конец его прочно крепится к корпусу; длина якорного каната на морских судах составляет 220—600 м, а диаметр 18—72 мм. Форма якорей (фиг. 47), особенно для крупных судов, в настоящее время все более и более утрачивает свой всем знакомый вид адмиралтейского якоря с поперечным штоком и острыми неподвижными лапами. Неудобства таких якорей крупных размеров в смысле подъема их на палубу и хранения на ней, заставили отказаться от поперечного штока, а лапы сделать отдельными, поворачивающимися на некоторый угол вокруг оси, проходящей через тело якоря. При подъеме на судно якоря таких систем могут втягиваться в клюз, т. е. чугунную трубу в носовой оконечности судна, настолько, что снаружи остаются лишь лапы, плотно прижатые к обшивке. Обычно на крупных судах имеется не меньше двух становых якорей, а затем запасные якоря, стоп-анкеры и верпы для служебных целей; вес якоря на таких судах доходит до 4—5 и более тонн.

Фиг. 47.

Швартовное устройство служит для зачаливания судна у пристани или у борта другого судна. Оно состоит из кнехтов и киповых планок (фиг. 48), прочно скрепленных с палубой; на них накладываются в несколько оборотов швартовы из пеньковых или проволочных канатов; на крупных судах для подтягивания швартовов можно пользоваться брашпилем или лебедками. Для входа на борт судна и спуска с него, когда судно стоит у пристани, пользуются деревянными сходнями; подъем и спуск с воды производится по забортным трапам с площадками и поручнями; по трапам же производится и сообщение между различными палубами судна.

Фиг. 48

Грузовое устройство коммерческих судов имеет весьма важное значение для их эксплуатации, так как от качества его зависит время, потребное для нагрузки и разгрузки судна, и связанные с этим стоянки в порту. Поэтому на рациональное приспособление этого устройства к назначению судна обращается особое внимание, несмотря на то, что оборудование современных портов в значительной мере облегчает его работу. Наиболее распространенным видом грузового устройства является оборудование судна грузовыми стрелами, один конец которых крепится на шарнире к мачте, а другой подтягивается в любое положение посредством цепного или проволочного топенанта к верхней части мачты. В обоих концах стрелы имеются блоки со шкивами, через которые идет трос, свободный конец которого снабжен гаком для подхватывания груза, а другой конец идет к паровой лебедке. Стрела с поднятым грузом поворачивается в желаемом направлении, барабан лебедки освобождается, и груз спускается в назначенном месте. Иногда вместо стрел устанавливаются паровые поворотные  краны. Суда, предназначенные для перевозки сыпучих грузов (зерно) снабжаются элеваторами разных систем; для наливных грузов устраивается особый трубопровод с помпами для перекачивания. Погрузка угля на коммерческих судах производится в портах при помощи грузчиков, которые длинной цепью приносят с берега уголь в корзинах или мешках и ссыпают его через отверстия в верхнем борту судна (угольные порты) или через горловины в верхних палубах в  угольные ямы; иногда погрузка угля производится с угольных барж, которые подходят для этого к самому борту судна. На военных судах устройство для погрузки угля значительно сложнее как по причине большего количества его, принимаемого на судно, так и вследствие минимального срока, который может быть в некоторых случаях назначен для погрузки;  устройство это должно быть  приспособлено и для погрузки угля в море с угольщика, даже в случае порядочного волнения (стрелы Темперлея).

Шлюпочное устройство служит как для целей спасания пассажиров и команды судна, так и для сообщения с берегом и другими судами. Спасательные средства судна должны полностью обеспечивать все количество людей, какое может быть на него принято, и пользование им должно быть возможно в любую погоду и при всяких положениях судна. Спасательные средства состоят главным образом, из специального типа шлюпок, стальных или деревянных, снабженных воздушными ящиками: величина и количество шлюпок определяется  правительственными правилами. Кроме того, на борту судна должны находиться в различных местах спасательные круги и прочие приспособления для поддержания на воде. Шлюпки на судне хранятся на самой верхней палубе, обычно на средней надстройке, в достаточной защите от волн, на особых подставках (ростры), с которых могут легко сниматься. Спуск шлюпок в воду и подъем их обратно производится посредством шлюпбалок, иногда кранов, различных систем (фи г. 49). Наиболее простыми и распространенными являются поворотные шлюпбалки, пара которых крепится к борту в оконечностях каждой шлюпки; откидные шлюпбалки устанавливаются значительно реже. В последнее время большое распространение  получили шлюпбалки  Welin’а, пара которых ставится в особых станках по обоим концам шлюпки, причем устройство ставков позволяет быстро наклонять шлюпбалки и выносить Шлюпку за борт. Подвеска шлюпок к шлюпбалкам производится на блоках, причем тросы выбираются вручную или лебедками; зацепления с блоками должны быть так устроены, чтобы на волнения можно было легко освободить шлюпку и при том одновременно от обоих шлюпбалок. Служебные шлюпки и катера, часть из которых иногда бывает с механическим двигателем, устраиваются значительно меньших размеров, чем спасательные, и не требуют для своего обслуживания сложных устройств.

Навигационное устройство служит для ориентации и управления судном во время плавания.

Местом для расположения приборов управления является капитанский мостик и рубка, которые устраиваются, обычно, над средней надстройкой. Судно снабжается одним или несколькими компасами, причем влияние на них находящихся вблизи стальных частей судна (девиация) предварительно уничтожается или ослабляется. К навигационному устройству относится и всякого рода сигнализация, например, при помощи флагов и огней разных цветов, вывешиваемых на мачтах. При плавании во льдах для наблюдения за ними помещаются в бочке, которая крепится к мачте высоко над палубой. В настоящее время большое распространение получил радиотелеграф, сеть которого натягивается между мачтами на возможно большей высоте над водой.

Фиг. 49.

Водяные устройства на судне имеют весьма различное назначение. Так, например, водоотливная система служит для удаления втекающей через пробоину забортной воды, что в некоторых случаях может иметь большое значение для его непотопляемости; для этой цели в машинном отделении ставится специальная помпа, которая трубопроводом соединена со всеми крупными отсеками корабля. Балластная система служит для приема на судно и удаления из него водяного балласта. Пожарная – для тушения пожара на судне, который возможен и на стальном судне, имеющем те или иные деревянные устройства; иногда он происходит и от возгорания грузов в трюмах или угля в угольных ямах. Водопровод пресной воды является необходимой принадлежностью морских пассажирских судов, при чем запас пресной воды пополняется в портах или получается от опреснителей на самом судне; кроме того, устраивается отдельный трубопровод для санитарных надобностей.

Вентиляция судовых помещений имеет большое значение не только для жилых помещений, но и для грузовых трюмов и других помещений судна, чтобы избегнуть сырости и порчи воздуха в них. Простейшим видом ее является естественная вентиляция при помощи вентиляционных труб, головки которых выводятся высоко над палубой судна; одни из этих труб служат для вдувания воздуха, а другие для его выхода. Однако, такой вентиляции не всегда оказывается достаточно, почему приходится снабжать отдельные помещения судна искусственной вентиляцией при помощи сильных вентиляционных машин, паровых или электрических, которые подают свежий воздух по системе трубопроводов в эти помещения. Иногда воздух, перед тем как попасть в трубопровод, проходит через термотанки, где, смотря по надобности, подогревается или же охлаждается. В некоторых случаях предпочитают устраивать вытяжную вентиляцию, когда испорченный воздух по трубопроводам вытягивается при помощи вентиляторов.

Отопление судовых помещений, в большинстве случаев, бывает паровое низкого давления или водяное, значительно реже электрическое. Пар для отопления берется от главного или вспомогательного котла и через детандеры (понижатели давления) идет в магистраль, а от нее в каждое помещение проходят отростки к грелкам. Для приготовления пищи на судне отводятся камбузы с плитами и хлебопекарными печами, устраиваемые на верхних палубах.

Освещение судовых помещений в настоящее время применяется в большинстве случаев электрическое при помощи паро- или керосино-динамо; однако, достаточно сильный дневной свет должен быть дан по возможности во все пассажирские помещения судна. Для этой цели служат иллюминаторы (круглые окна) в надводном борту судна, а также светлые люки в палубах.

Холодильное устройство является необходимой принадлежностью судов, плавающих в теплых водах или перевозящих скоропортящиеся продукты. Для этой цели на судне устанавливаются холодильные машины, работающие на углекислом или аммиачном газе, охлаждающие соляной раствор, который циркулирует в трубопроводах, проведенных в те или иные помещения; иногда охлаждение достигается путем циркуляции воздуха, который проходит непрерывно через холодильную машину. На специальных судах-холодильниках таким путем удается поддерживать в трюмах судна низкую и притом вполне определенную температуру во все время плавания, благодаря чему является возможность получать у нас в замороженном виде австралийское мясо и т. п. продукты.

Продольный разрез двухвинтового быстроходного почтово-пассажирского парохода

Фиг. 50. 1.  Прислуга II кл. 2. Курительная II кл. 3. Салон II кл. 4. Помещение рулевой машины. 5. Дамский салон II кл. 6. Столовая II кл. 7. Багажное помещение. 8. Коридор гребного вала. 9. Провизия. 10. Буфет II кл. 11.  Спальни I кл. 12. Каюта для кочегаров. 13. Машинное отделение. 14. Угольные ямы. 15. Котельное отделение. 16. Курительная I кл. 17. Кают-компания офицеров. 18. Камбуз I кл. 19. Буфет I кл. 20. Мужские уборные. 21. Малая столовая I кл. 22. Большая столовая I кл. 23. Каюты I кл. 24. Салон I кл. 25. Офицерские каюты. 26. Почтовая каюта. 27. Ванны и уборная. 28. Прислуга I кл. 29. Помещение междупалубных пассажиров. 30. Детская столовая. 31. Читальня I кл. 32. Каюта капитана. 33. Ходовая рубка. 34. Штурманская каюта. 35. Камбуз. 36. Багажное помещение. 37. Грузовой трюм. 38. Цепной ящик. 39. Провизия междупалубных пассажиров. 40. Командное помещение. 41. Шпилевое отделение. 42. Судовые запасы. 43. Малярная. 44. Двойное дно.

Устройство жилых помещений для команды на коммерческих судах носит довольно одинаковый характер; низший состав размещается, обыкновенно, в общих помещениях, оборудованных койками в два яруса таким образом, чтобы осталось достаточно места для установка столов и скамеек. На военных судах часть коек делается подвесными; на день такие койки убираются в коечные сетки на верхней палубе. Имущество команды хранится в отдельных рундуках под койками. Высший командный состав размещается частью в кормовой, частью в средней части судна в отдельных небольших каютах, обставленных скромной меблировкой, с общими столовыми и кают-компанией; капитан получает добавочную комнату для кабинета и приемной. Помещения низшего состава имеют умывальники и гальюны (уборные), а также на крупных судах общую баню; при помещениях высшего состава устраиваются ванны и ватерклозеты. На крупных судах дальнего плавания полагается иметь врача и лазарет с аптекой.

Пассажирские помещения размещаются в надводных частях судна, имеющих естественное освещение через круглые иллюминаторы в его бортах; пассажиры высших  классов занимают, обычно, более верхние палубы с большим количеством воздуха и света. Для перевозки пассажиров низшего класса отводятся чаще всего общие помещения, оборудованные койками; величина этих помещений не должна быть меньше определенных норм; так, например, по действующим у нас правилам, объем пассажирских помещений не должен быть меньше 2,04 куб. м (72 куб. ф.), площадь пола в них не меньше 1,1 кв. м (12 кв. ф.) и площадь свободной части палубы для выхода пассажиров не меньше 0,9 кв. м (9 кв. ф.) на одного человека. Для питания пассажиров имеется отдельная столовая с буфетом, а для прогулок отводится отдельная палуба. Пассажиры I и II классов размещаются по каютам с различным, довольно ограниченным числом мест, причем более дорогой класс пользуется более удобными и роскошнее отделанными каютами. Оба класса имеют отдельные столовые, гостиные и места на палубах для прогулки. Вообще говоря, пассажирские помещения на современных громадных судах поражают своей величиной и оборудованием, особенно для высших классов, пассажиры которых за свое пребывание на судне платят значительные деньги. В этом отношении наиболее интересны устройства на трансатлантических пароходах, принадлежащих различным компаниям, бешено конкурирующим друг с другом как в отношении размеров и скорости судов, так и по роскоши отделки и удобствам пассажирских помещений. Например, на них не редкость встретить двухсветные залы с площадью пола 800—1000 кв. м и высотой 8—9 м, вмещающие одновременно несколько сот человек, художественно меблированные салоны, зимние сады, гимнастические залы, даже бассейны с водой для плавания; на судне издается ежедневная газета, в которой печатаются самые свежие новости, переданные по радиотелеграфу, и т. д. (фиг. 50). Число команды на таких судах доходит до весьма больших цифр, так как к судовой команде прибавляется еще большое количество прислуги для обслуживания пассажиров. Например, на «Лузитании», пущенной во время мировой войны ко дну немецкой подводной лодкой вместе со всеми находящимися на ней людьми, число команды составляло: судовой – 69 чел., машинной – 369 чел. и прислуги – 389 чел., а всего – 827 чел.; число пассажиров было: 1 кл. – 552 чел. в 258 отдельных каютах. II кл. – 460 чел. в 145 каютах и III кл. – 1186 чел. в 302 каютах, а всего – 2198 чел., таким образом на судне могло быть одновременно 3025 чел. На наибольшем судне в свете «Leviathan» (бывший «Vaterland») команды вместе с прислугой имеется 1226 чел., пассажиров: I кл. – 980, II кл. – 535, III кл. – 850 и IV кл. – 1532,  а всего 5123 чел.

 Провизия для команды и пассажиров помещается в погребах, расположенных, обычно, в оконечностях судна; на военных судах запас провизии и пресной воды делается на более долгий срок, чем на коммерческих, которые могут возобновлять и пополнять свой запас в любом порту.

Продолжительность службы корпуса судна зависит как от качества его постройки, так и от правильного ухода за ним; в лучших случаях, при периодической окраске и ремонте с заменой износившихся частей новыми, стальной корпус торгового судна служит около 40—50 лет, деревянный изнашивается вдвое скорее, а железобетонный, по-видимому, не менее долговечен, чем стальной. Однако, судно может устареть и раньше, чем его корпус обнаружит признаки серьезной дряхлости: это в том случае, когда эксплуатация его уже не будет соответствовать современным требованиям, в этих случаях потребуется или перестройка и капитальное переоборудование судна, или использование его если это возможно, для других надобностей. Еще в большей мере это касается военных судов, развитие специальных устройств которых идет гораздо быстрее, чем может износиться их корпус.

Для возможности периодического осмотра подводной части, окраски и ремонта ее, а также вследствие весьма нередких починок различного рода повреждений, вызванных столкновениями с другими судами, посадок на мель и т. д., судно приходится вводить в док. Сухой док представляет собой огромных размеров бассейн, вырытый на берегу поперек береговой линии и соединенный с открытой водой широкими воротами, закрываемыми выдвижным батопортом. Наклонные стенки дока облицованы бетоном и имеют сходы на дно, вдоль которого идут стапельблоки. Судно вводится в открытые ворота дока, устанавливается над стапельблоками, а затем при закрытых воротах начинают выкачивать из дока воду, причем судно садится на стапельблоки и подпирается со всех сторон боковыми подставками. По окончании ремонта вода впускается по трубам в док, судно всплывает со стапельблоков и выводится через ворота на свободную воду. Плавучие доки состоят из длинных и широких стальных понтонов, по двум параллельным кромкам которых возвышаются во всю их длину другие понтоны; на палубе последних устраиваются разного рода надстройки для размещения команды и механизмов (фиг. 51). Для приема судна док затапливается настолько, что палуба основного понтона вместе с нижними частями боковых уходит под воду на такую глубину, чтобы можно было док подвести под судно; затем вода откачивается, и док всплывает вместе с судном, ставшим на его стапельблоки, пока палуба понтона не окажется над водой. Для спуска судна после окончания ремонта док снова затопляется, пока судно не всплывет, так что можно его вывести из дока.

Плавучие доки делаются также секционной системы, причем каждая секция является вполне самостоятельной и может работать отдельно от прочих при подъеме менее крупных судов; в случае необходимости поднять судно, превышающее грузоподъемность одной секции, несколько их соединяются в один док большой подъемной силы.

Фиг. 51.

Для подъема на берег небольших судов пользуются так назывым Мортоновым эллингом, вдоль наклонной поверхности которого идет по направлению к воде несколько пар рельсов; по ним ходит тележка, которая подводится под подошедшее к эллингу судно, сцепляется с ним и втягивается затем обратно на эллинг. Иногда тележка имеет также и боковой ход, благодаря чему поднятое судно можно передать на определенное место береговой линии.