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舰船构造
第一节:舰体结构
要了解舰体的结构,必须要知道舰体在水中可能遭受到的一切外力,据此以计算舰体的强度(包括舰体的总强度及一个或一组构件的局部强度),然后才能决定舰体各构件的尺寸,以及如何构造。
舰体所遭受到的外力,可以分为两种,一种是作用在整个舰体上的外力,另一种是局部所受的外力。
作用在整个舰体上的外力,使舰体产生下述现象:
纵向弯曲当舰船处在静水中静止时,作用在舰船上有重力和水压力,重力是由舰体本身重量、机械、燃料、武器、弹药及其他载荷的重量所组成的合力,其方向垂直向下通过舰船的重心;舰船浸水表面的各点上所受静水压力的总和,称为浮力,其方向与重力相反,作用在舰船浸水体积的几何中心。通常重力和浮力沿长度的分布是不一致的,如图10а,我们看到在某一部分重力超过水压力,而另一部分则相反,相抵消的结果,剩余的力迫使舰体产生如图10б和梁一样的
弯曲变形。为了保证舰体的强度,应使载重合理地分布在长度上而且不应该在局部集中过重的载荷。
当舰船处在波浪中时,则产生中拱和中垂现象。此时假设波长等于船长,因在这种情况下受力最严重,波高设为1/25船长(在小船上设为1/20船长),并且假设舰船“放置在波浪中”,即当作静力问题来考虑而不计及惯性力。
当做强度计算时所考虑的中拱现象是假设,波峰在舰体中部,波谷在两端,此时浮力集中于中部,致辞使舰体中部拱起两端下垂,发生弯曲变形。此时舰体上部受张力,下部受压力如图11-а所示。为
使舰船之载重情形发生可能最大的弯曲力矩起见,中部各舱室设为空舱,两端设为满舱。
中垂现象与前恰相反,即波峰在两端,而波谷在中部,此时浮力集中于两端,致使两端翘起而中部下垂,发生弯曲变形,此时上部受力,下部受张力如图11-б所示。
上述受力情况,往往为连续交替地产生,因而对舰船结构影响最大。
横向变形舰船处夺静水中,由于重力及水压力经常作用,可能使舷板、甲板及底板在横向产生变形,如图12(1)及(2)所示。当舰船置于船坞中时,因失去浮力的支特,其本身的重量将使舰体引起如图12(4)之变形,舷部由于支架作用也可能向内凹进。
由于摇摆的惯性力而产生的变形舰船在波浪中摇摆时,甲板上载重及上层建筑等所产生的惯性力与作用在舰体上之水压力形成力偶,引起甲板构件与舷部之间的扭转,发生横向变形,如图12(3)所示。
局部受力舰体局部受的外力是由下列因素产生的:如射出炮弹及鱼雷时的反作用力;当舱室进水时隔墙上所受之水压力;当舰船运动时在部分外壳板上所受的动水压力及波浪冲击力;宛座及机座下的集中受力;由机器及螺旋桨作用而引起的振动;舵上的水压力等。
舰船的各种受力情况,已如前述,因此作为一艘舰船而言,应该采取怎样的构造,才能适应海洋中各种不同情况而不致损坏,这就成为舰船建造学中讨论的主要问题。舰船外壳的各个部分布亦应与外力作用的影响相适应,以便在重量最轻的条件下,满足舰体的总强度及局部强度。由此看来,仅由钢板组成的水密围壳,是无法承受各种外力的,因此一个舰体应包括各其本组成部分:
外壳板:舰体舷部,舭部及底部的水密外壳。
甲板:由上面复盖舰体内部容积的水密围壳。
双层底板:水密及油密的内部围壳。
舰体构架:由纵、横向的钢材组成,为壳板形成了坚固的骨架。
水密隔墙:是垂直的纵、横围壳,将舰体内部分为各种水密舱,并增加舰体的强度。
除了上述舰体的其成组成部分之外,还有各种局部的增强结构。组成舰体各构件的名称及其所在位置可参看(图13)。现把一些主要的
构件分述于后:
龙骨龙骨是能过舰体基本的由艏柱到艉柱的一个主要的纵向构件,其断面形状是简单型钢或组成型钢。当舰船在波浪中航行时,它要承受纵向弯曲时的力;当舰船搁浅或进坞修理时,它要担负舰体大部分的重量,并有保护底部的作用。小船上龙骨是由锻钢或锻铁制成,在大船上则由钢钣制成。龙骨的种类有下列几种:
立龙骨:这是一种旧式龙骨,由木龙骨演化而来,位于船底中央,断面为长方形的一根钢梁(图14-а),其两端分别与艏柱及艉柱嵌接。
为了提高强度,需增加龙骨的深度,但由于连接上的困难,长方形的钢梁又为多层钢钣所代替(图14-б)。立龙骨的缺点是重量较大,暗加吃水及进坞和搁浅时不能稳定。但是,由于它突出船底,因此可起一部分防止船体摇摆的作用;同时构造成上也比较简单。现在这种龙骨只用在小艇、舢板及木船上。
平龙骨:为了减轻重量,龙骨的式样和尺寸不断地改进,逐渐出现了现代舰船所常用的平龙骨。平龙骨是由舰底中央较壳板稍厚的钢钣(一层或二层),即平龙骨板和垂直此平龙骨的钢钣即中央龙骨立板,以及复盖于中央龙骨立板之上的龙骨盖板三者所组成,形成了很坚固的工字形结构,如图15所示。
槽龙骨:在大型军舰上,为保持足够强度以承受重大的纵向弯曲及在坞中的受力,增加了龙骨立板