Pomyśl o najpiękniejszym statku, jaki kiedykolwiek widziałeś, wyobrażałeś sobie, lub powiedzmy taki, który najbardziej zawładnął twoją wyobraźnią. Nie trzeba wspominać, że jedną z cech statków, która nigdy nie przestaje fascynować jest dziób.
Przednia część statku jest po części estetyką, a po części nauką. Twój statek porusza się w środowisku, które zapewnia znaczne opory powietrza w porównaniu do powietrza. Wymaga to zaprojektowania statku w taki sposób, aby jego opór był jak najmniejszy. Szczególnie w przypadku statków o pełniejszych kształtach, składniki Oporu Łamania Fal stają się znaczące, podczas gdy statki o smuklejszych i bardziej zakrzywionych kształtach mają mniejszy Opór Tworzenia Fal.
Na szczęście można je kontrolować poprzez sposób w jaki woda i fale oddziałują na statek przy wejściu na dziób. Dziób statku to miejsce, w którym przednia część statku po raz pierwszy styka się z wodą, jeśli chodzi o linię wodną.
Fala dziobowa
Patrząc na różne projekty dziobów statków istniejące obecnie, wydaje się, że wypróbowano większość możliwych kształtów oraz kombinację dwóch lub więcej z nich. Pojawiły się jednak nowsze projekty, a starsze, rzadziej używane, były często wypróbowywane z pewnymi zmianami po dogłębnej analizie.
Wciąż, ogólnie rzecz biorąc, niektóre typy dziobów są następujące:
- Skrzydło cebulowe
- Zwykły dziób bez cebulki
- Inne specjalne dzioby
Pion, kliper i łyżka
Zwykły dziób, jak byśmy go nazwali, rozwinął się od swojego poprzednika, którym był dziób pionowy. Kąt, jaki tworzy trzon statku z linią wodną nazywany jest pochyleniem (ang. rake). Dziób pionowy lub bez gradacji o prostej krawędzi jest znany jako dziób pionowy. Takie łuki mają maksymalną linię wodną oprócz łuku X lub łuku odwróconego. Ta długość linii wodnej pozwala na większą prędkość kadłuba.
Łuki dziobowe są używane w połączeniu z flarami (pamiętasz jak wspominałem o wyobrażaniu sobie swojego okrętu? Domyślam się, że nie zapomniałeś o rozciągającej się na zewnątrz formie kadłuba u góry, to jest to co nazywamy flarami). Flaring ma swoje własne zalety, takie jak utrzymywanie wody z dala od pokładów, a także łagodzi ruchy kołysania. Pewne wygarbienie tworzy również tak zwane „strefy zgniotu”, które zapewniają bezpieczeństwo przed zderzeniami, zanim zanurzona część kadłuba wejdzie z nim w kontakt. Pod względem stateczności podnosi środek wyporu, co z kolei zwiększa GM – jeden z filarów stateczności statku. Tradycyjnie nazywane są one Clippers.
Jak sama nazwa wskazuje, Spoon Bow przypomina łyżkę poprzez nadanie wklęsłego wyglądu na linii dziobu i pokładu. Formy te często mają wyszczerbienia i zakrzywienia na linii wodnej tworząc charakterystyczny wzór wake’a, wprowadzając do obrazu odporność na robienie fal.
Image Credits: Ynhockey / Wikipedia
Bulbous Bow
Bardzo znanym zespołem w sekcjach dziobowych prawie wszystkich morskich statków towarowych i statków o pełniejszych kształtach jest -The Bulbous Bow. Mówi się, że ten podstawowy element dzisiejszych projektów statków został raczej odkryty niż wynaleziony. Wojskowe testy holownicze w USA wykazały, że w przypadku modelu łodzi posiadanie rury wyrzutowej torpedy wysuniętej do przodu również obniżało opór. Pierwsze statki cywilne pojawiły się w latach trzydziestych XX wieku.
Łuki kuliste są badane przy użyciu ich własnych charakterystyk kształtu i mogą one pojawić się w waszych obliczeniach oporu i zasilania statku, więc warto rozważyć niektóre z nich, takie jak kształt przekroju, współczynniki powierzchni, długość rzutu i tym podobne.
Łuk cebulkowy może zredukować trzaskanie na twoim okręcie i mieć taki sam efekt jak normalny łuk w warunkach balastowych, jeśli zastosuje się ostro zwężającą się sekcję cebulkową. W zależności od kształtu statku, jak wspomniano powyżej, oś bulb jest również ważna, ponieważ wpływa na wpływ fali przy wejściu, a jeśli utrzymasz oś tak, aby opadała w dół na rufie, pozwoli to na uzyskanie lepszej charakterystyki przepływu. Statki o pełniejszych kształtach mają wysoki opór przy łamaniu fali, a ten element, który pochłania wydajność napędową, może być znacznie zredukowany poprzez zastosowanie dziobu typu Bulbous z ostro zwężającą się ku dołowi płaszczyzną wodną. Takie dzioby pozwalają także na lepsze odzyskiwanie energii przez śrubę, ponieważ straty energii spowodowane wirami na dziobie są zminimalizowane.
Skrzydła paraboliczne i cylindryczne
Czasami projektanci rozważają projektowanie statków z „tępymi” trzonami, w przeciwieństwie do ostrej natury sekcji dziobowej. Oto dziób paraboliczny, który przypomina krzywą matematyczną, parabolę.
Teraz, przypomnij sobie trochę matematyki z liceum, pół-mała oś elipsy jest tym, czym byłaby belka statku. Czasami samo zaprojektowanie parabolicznego kształtu kadłuba statku nie wystarcza, trzeba jeszcze zwrócić uwagę na przepływ wokół kadłuba i w tym celu nadać mu typową zaokrągloną formę, jak w przypadku zwykłego okrągłego kadłuba z zęzami. Paraboliczne łuki mogą być połączone z bulwami, aby uwzględnić odporność na łamanie fal, ponieważ są one popularne w konstrukcjach o pełniejszych kształtach i są obecnie stosowane w masowcach.
Image Reference: Ship Design for Efficiency and Economy
Najbliższym kuzynem tych konstrukcji są cylindryczne dzioby statków, które są również zaprojektowane dla pełniejszych form na wodnicach projektowych i są idealne do stosowania w warunkach pełnego załadunku. Łuki cylindryczne mogą mieć minimalny opór przy wytwarzaniu fal, jeśli są zaprojektowane z odpowiednią dbałością o stępienie formy i krawędzi trzonu przy różnych zanurzeniach.
Siekiera
O ile siekiera wykonuje swoją pracę, tnąc drewno, a może coś równie oczywistego, łuk okrętowy, który ją przypomina, ma swoje własne charakterystyczne cechy. Konstrukcja ta ma zazwyczaj pionową linię dziobu połączoną z długą, głęboką i wąską częścią dziobową kadłuba, przypominającą nieco topór. Kształt ten pozwala na przecinanie wody, umożliwiając łatwe przechodzenie przez fale z mniejszym przechyłem w porównaniu z normalnym dziobem. Dolna część przedniej części kadłuba, zwana stopą dziobową, rzadko wynurza się z wody, a zatem statek jest mniej podatny na zatrzaśnięcia, także.
Image Credits: US Navy
Po drugiej stronie należy wziąć pod uwagę pewne aspekty manewrowe, statek z Axe Bow wymaga większego ruchu steru, co potwierdzają badania jego parametrów hydrodynamicznych.
Image Credits: Damen.com
X-Bow: The Generation of Inverted Bows
A co powiesz na projekt, w którym dziób Twojego statku i prawie większa część kadłuba jest odwrócona do góry nogami w porównaniu z normalnym okrągłym kadłubem zęzowym lub jakimkolwiek innym kształtem kadłuba, który zazwyczaj widuje się na statkach? Odwrócony dziób jest historią sukcesu wśród odrodzenia technologii, które stały się przestarzałe w innej epoce.
Credits: BoH/wikipedia.org
Te formy kadłuba mają tę zaletę, że pozwalają na maksymalną długość linii wodnej dla statków o porównywalnych rozmiarach, co oznacza najwyższe możliwe prędkości kadłuba. Podobnie jak w przypadku Axe Bow, dzioby te charakteryzują się mniejszym rozpyleniem wody przy wejściu do portu, a także mniejszymi przechyłami i znaczną redukcją uderzeń. Dzięki temu załoga czuje się całkiem komfortowo. Zużycie paliwa jest również zredukowane o znaczący czynnik, a dziób ten może pracować całkiem wydajnie w średnim zakresie fal, głównie z powodu większej części objętości statku znajdującej się powyżej i z przodu, na którą bezpośrednio oddziałują fale.
Te formy kadłuba również podwajają się jako pokłady z przestrzenią mieszkalną dla personelu. Jednak możliwość zastosowania tych konstrukcji do tego samego poziomu poprawy strat prędkości na najbardziej wzburzonych morzach musi być obszarem ciągłej pracy. Pomijając ten fakt, statki te znalazły zastosowanie w różnych aplikacjach, takich jak statki AHTS (Anchor Handling Tug Supply), statki sejsmiczne, statki offshore i statki do układania rur, statki wiertnicze i tym podobne.
To są najczęściej używane obecnie konstrukcje dziobowe statków. Najprawdopodobniej każdy statek, który tam zobaczysz, będzie miał jeden z tych projektów, o których właśnie przeczytałeś.
Czy znasz jeszcze jakieś istotne cechy różnych konstrukcji dziobów statków stosowanych obecnie w praktyce?