Судно — это сложное инженерное сооружение, способное передвигаться по воде (обычные надводные суда), под водой (подводные суда) и над водой (суда на подводных крыльях и на воздушной подушке). Суда бывают самоходными и несамоходными.
Самоходное судно состоит из корпуса, главного двигателя, который приводит судно в движение с помощью движителя (винта, колес) и различных устройств, обеспечивающих безопасность плавания и соответствующих назначению судна. Несамоходное судно не имеет главного двигателя и движителя и передвигается только с помощью буксира.
Обломки деревьев были, возможно, первыми средствами передвижения людей по воде. Потом научились связывать несколько бревен или пучки сухого тростника или папируса в плот. Еще древние люди догадались выдолбить в бревне углубление, в котором мог бы поместиться человек. Так появился челн. Челн легче и маневреннее плота, а это очень важно для плавания по воде. Жители древней Месопотамии плавали на надутых кожаных бурдюках и в плетеных корзинах, залитых смолой или обтянутых кожей. Этот способ изготовления примитивных судов знали и в Европе. Обтянутый корой или кожей морского зверя каркас служил для плавания по рекам и морям жителям севера Азии и Америки. А в Древнем Египте 5000 лет назад суда изготовляли из многих кусков дерева, скрепленных друг с другом и проконопаченных снаружи по пазам и стыкам. Способ постройки судов из отдельных частей — каркаса и обшивки — привел к увеличению размеров и улучшению мореходности судов.
Первоначально челны, плоты передвигались по течению с помощью шестов и весел. Потом человек научился использовать для движения судов силу ветра: впервые паруса появились примерно за 3000 лет до н. э. в Средиземном море. В XIX в. самыми быстроходными парусниками были трех- и четырехмачтовые клиперы. Они перевозили ценные грузы (чай из Китая, шерсть из Австралии) в Европу и Америку со скоростью до 16 узлов (33330 км/ч). Рекорд скорости, поставленный чайным клипером «Катти Сарк», — 21 узел (33339 км/ч) — не побит до сих пор ни одним из парусных судов, даже специальными гоночными яхтами.
С появлением на судах паровых машин паруса постепенно теряют свое значение. Первый речной пароход «Клермонт» был построен в США в 1807 г. по проекту Р. Фултона, а первый морской — появился в России в 1815 г. На «Елизавете» — так называлось это судно — была установлена паровая машина мощностью 2,8 кВт. Судовой паровой котел с высокой трубой топили дровами.
В 1894 г. было построено первое судно с паровой турбиной в качестве главного двигателя. Сейчас турбина — самый мощный судовой двигатель. На многих судах работают паровые турбины мощностью в несколько десятков и даже сотен тысяч киловатт.
В 1903 г. на Волге построили первое в мире дизельное судно — танкер «Вандал». С этих пор начинается широкое распространение теплоходов — так называются суда, у которых главным двигателем служит двигатель внутреннего сгорания (ДВС). Малоэкономичные паровые поршневые машины постепенно вытеснялись. Они теперь на судах почти не применяются.
Для выработки пара используют и тепло, выделяемое в ядерном реакторе. Такие установки появились сначала на военных кораблях. Первое гражданское судно на ядерном топливе — советский атомный ледокол «Ленин» — работает в Арктике с 1959 г.
Суда имеют специфические особенности, связанные с способностью плавать, их называют мореходными качествами: это плавучесть, непотопляемость, остойчивость, умеренность качки, ходкость, управляемость и др.
Важнейшее качество всякого судна — плавучесть, т. е. способность держаться на воде. Объем надводной части корпуса характеризует запас плавучести.
Способность судна плавать при подводной пробоине и не опрокидываться называют непотопляемостью. Чтобы обеспечить судну непотопляемость, его корпус делят поперечными непроницаемыми переборками на отсеки. Переборки не позволяют в случае подводной пробоины затопить все подпалубные помещения.
Остойчивость — это способность судна возвращаться в первоначальное положение равновесия после прекращения действия сил, вызвавших его наклонение. Подобное свойство все мы наблюдали у игрушки ваньки-встаньки. При недостаточной остойчивости судно может перевернуться, при избытке оно испытывает неприятную для экипажа порывистую качку.
Ходкость судна зависит в первую очередь от формы корпуса, а также от эффективности движителя и от того, насколько сильно судно заливает при волнении. С повышением скорости сопротивление движению судна резко возрастает. Например, при повышении скорости в 2 раза сопротивление может увеличиться в 8—10 раз и даже больше.
В этом причина сравнительной тихоходности судов.
Под управляемостью понимают способность судна слушаться руля и держаться на курсе, не уклоняясь от него.
Размеры судна характеризуются прежде всего его водоизмещением — массой воды, вытесняемой судном. Другая важная характеристика размеров судна — вместимость (объем внутренних помещений), выражаемая в регистровых тоннах (регистровая тонна равна 2,83 м3). Грузовые суда характеризуются также грузоподъемностью (массой принимаемого на борт груза) и грузовместимостью (объемом всех помещений для груза).
Линейные размеры судна выражаются главными размерениями: это длина судна, его ширина, высота борта (расстояние от киля до главной палубы) и осадка (расстояние от самой нижней части корпуса до поверхности воды).
Корпус судна состоит как бы из скелета (его называют набором), к которому прикрепляется наружная обшивка, а также палубы, переборки и др. Наружную обшивку изгибают так, чтобы очертания корпуса были плавными и не возникало большое сопротивление движению.
Каждая часть корпуса имеет свое название: вертикальный набор по борту — шпангоуты, горизонтальный поперечный набор по днищу — флоры, по палубам — бимсы. Вдоль всего судна в центральной части днища идет прочная балка — киль, который в носу судна переходит в форштевень, в корме — в ахтерштевень. Боковые продольные балки по днищу — днищевые стрингеры, или кильсоны, по борту — бортовые стрингеры, по палубам — карлингсы .
На крупных судах устраивают двойное дно, суда некоторых типов имеют и двойные борта. Кроме поперечных иногда устанавливают и продольные переборки (на танкерах, рудовозах). У большинства пассажирских и многих грузовых судов несколько палуб. Над верхней палубой возвышаются надстройки: спереди — бак, сзади — ют, а в середине — средняя надстройка. Надстройки, не доходящие до борта, называют рубками.
В верхней части одной из надстроек находится ходовая рубка. Отсюда управляют движением судна. Ниже находятся каюты для экипажа и пассажиров, столовые, комнаты отдыха, камбуз (судовая кухня), лазарет, прачечная, кладовые и другие вспомогательные помещения. Подпалубные пространства между поперечными переборками (трюмы) и межпалубные помещения (твиндеки) используют для размещения груза. Главные двигатели и другие механизмы располагаются в отдельном отсеке — машинном отделении. Запасы жидкого топлива и пресной воды хранятся в цистернах, называемых танками.
Для изменения курса судна на ходу служит рулевое устройство, стоянку в море на мелком месте обеспечивает якорное устройство, а у причала — швартовное. Каждое судно снабжено спасательным устройством, включающим шлюпки и плоты.
Накапливающуюся в судовых помещениях воду удаляют по осушительному трубопроводу. Специальные насосы служат для приема и выкачки водяного балласта, приведения в действие водяной противопожарной системы, подачи топлива к главному двигателю, воды для его охлаждения и т. д. Каюты, общественные и служебные помещения имеют установки искусственного климата, системы вентиляции, отопления. По отдельным трубам удаляется использованная вода (сточная и фановая системы). Вспомогательная энергетическая установка, независимая от главного двигателя, обеспечивает электроэнергией судовые системы и устройства, приборы связи и управления судном.
На современных судах работа главного двигателя, судовой электростанции и котельной установки автоматизируется. Управляют ими с центрального поста в машинном отделении или из ходовой рубки, наблюдая за их работой по приборам дистанционного контроля (см. Дистанционное управление).
На военных кораблях устанавливаются вооружение и специальные устройства (например, для сбрасывания мин, запуска ракет, постановки дымовых завес), имеются на них погреба для боезапаса, места для размещения самолетов, вертолетов. Промысловые суда имеют специальные ловецкие приспособления и оборудование для переработки добычи.
Одна из основных частей судна — движитель. Простейший движитель — это весло, требующее приложения мускульной силы. Более прогрессивным движителем был парус, использующий энергию ветра. Первым движителем, преобразующим работу механического двигателя в движение судна, стало гребное колесо. Но если на реке, где вода сравнительно спокойна, гребные весла применялись вплоть до последнего времени, то на море, при сильном волнении, они оказались малопригодными. Гребной винт, пришедший на смену гребному колесу, сейчас устанавливают почти на всех самоходных судах, морских и речных. Гребной винт, у которого лопасти поворачиваются вокруг собственной оси, может двигать судно не только вперед, как парус, но и назад, при этом направление вращения главного двигателя менять не надо.
Некоторыми ценными качествами обладают движители других типов. Например, наиболее удобен для судов, плавающих по мелководью, водометный движитель. Это насос, создающий струю, сила отдачи которой и движет судно. А крыльчатый движитель — расположенный на днище горизонтальный диск с вертикальными лопатками — позволяет судну двигаться не только вперед и назад, но и вбок: для этого надо повернуть лопатки движителя вокруг своей оси.
Водить суда помогают различные приборы и аппаратура (см. Навигационные приборы ).
По назначению все современные суда можно разделить на 4 основные группы: транспортные, промысловые, военные и различные вспомогательные (в том числе обслуживающие, спортивные, научно-исследовательские и др.).
Транспортные суда перевозят грузы и пассажиров. 97% всех судов транспортного флота — это грузовые суда, и только 3% — пассажирские.
Грузовые суда бывают сухогрузные и наливные, существует и смешанная группа сухогрузно-наливных судов.
Сухогрузные суда подразделяются на универсальные, пригодные для перевозки разнообразных сухих грузов, и специализированные, приспособленные для грузов одного или нескольких видов, например: рефрижераторные суда, лесовозы-зерновозы, суда для навалочных грузов, рудовозы, навалочники-контейнеровозы.
Универсальные сухогрузные суда советского флота имеют грузоподъемность от нескольких сотен тонн («Керчь») до 15 тыс. т и более (теплоход «Капитан Кушнсренко», турбоход «Ленинский комсомол» и др.). Рефрижераторные суда («Чапаев», «Арагви») перевозят скоропортящиеся пищевые грузы — мясо, рыбу, фрукты, овощи. Их скорость несколько выше, чем у других сухогрузных судов. Суда для перевозки леса имеют усиленные корпуса для плавания во льдах Арктики.
В последнее время строятся многочисленные суда, перевозящие грузы крупными единицами — в пакетах (пакетовозы), в контейнерах (контейнеровозы), в автомобильных прицепах (трейлеровозы), в железнодорожных вагонах (паромы) и даже в баржах грузоподъемностью 200—700 т и более (лихтеровозы). Основное преимущество таких судов — быстрая погрузка и выгрузка.
Суда для перевозки руды и других навалочных грузов (навалочники) — самые крупные из сухогрузных. Это однопалубные суда с машинным отделением в корме. Один из крупных навалочников — теплоход «Зоя Космодемьянская» может возить железную руду, каменный уголь или зерно без тары. В грузовых помещениях некоторых навалочников, когда в них нет руды, можно перевозить нефть: грузовые люки таких судов (навалочников-танкеров) снабжают нефтенепроницаемыми крышками.
Наливные суда, или танкеры, — самые большие среди грузовых судов (их грузоподъемность достигает 500 тыс. т), хотя и есть танкеры грузоподъемностью всего в несколько сотен тонн. Крупнейший из советских танкеров — «Крым» грузоподъемностью 150 тыс. т — имеет длину 295 м, ширину 45 м, высоту борта 25,4 м, осадку с грузом 17 м; его главный двигатель — паровая турбина мощностью 22 000 кВт.
В связи с опасным характером груза нефтеналивные суда оборудуют воздушно-пенными противопожарными установками, системами тушения пожаров паром и углекислым газом, системой заполнения танков инертным газом (см. Противопожарная техника).
На специализированных танкерах перевозят пищевое масло, вино, кислоты и другие жидкости. Сжиженные газы (аммиак, бутан, пропан и др.) перевозят на газовозах в цистернах.
Пассажирские суда, от катеров до крупных океанских лайнеров, строятся с расчетом на особую безопасность, они имеют повышенную непотопляемость, противопожарную защиту. Еще одна их особенность — комфортабельность.
Крупные суда нередко строят специально для многосуточных морских путешествий (круизов) . Здесь к услугам пассажиров спальные каюты, рестораны, музыкальные салоны, кинозалы, танцевальные и спортивные залы и площадки, парикмахерские, поликлиники, почтовые отделения, плавательные бассейны, сады-оранжереи. Суда оснащают лифтами, эскалаторами, успокоителями качки, установками искусственного климата.
Самые большие океанские пассажирские суда принимают на борт более 2 тыс. пассажиров, их скорость — до 67 км/ч.
Известные советские пассажирские суда — дизель-электроходы «Иван Франко», «Александр Пушкин», «Тарас Шевченко» и др. Их длина — 176 м, ширина — 23,6 м, высота борта — 13,5 м, скорость — 37,6 км/ч. Кроме кают для 750 пассажиров, 220 членов экипажа и обслуживающего персонала на палубах имеется еще 500 мест для сидения.
Промысловые суда по разнообразию мало уступают транспортному флоту. Наиболее многочисленны рыбопромысловые суда — траулеры, дрифтеры, сейнеры, отличающиеся друг от друга способом лова. На самых крупных из них улов тут же перерабатывается, более мелкие — отвозят его на плавучие перерабатывающие заводы.
Вспомогательные суда обеспечивают работу морских и речных судов различного назначения. Это, например, дноуглубительные суда (землесосы, землечерпалки, грунтоотвозные шаланды), которые прокладывают и ремонтируют водные пути и строят порты. При входе в порт и выходе из него, при подходе к причалам крупным судам помогают буксиры. Они водят за собой на тросе или толкают, упираясь носом, несамоходные баржи, плоты.
Для продления навигации в замерзающих портах и для проводки судов во льдах служат ледоколы. Прообразом современных арктических ледоколов послужил знаменитый «Ермак», построенный в 1899 г. по чертежам адмирала С. О. Макарова. Это был первый в мире арктический ледокол.
Заостренный нос и наклонный форштевень позволяют ледоколу с ходу вползать на лед и ломать его своей тяжестью, а поломанные льдины раздвигать корпусом в стороны. Если лед очень толстый, то в носу судна заполняют водой специальную цистерну, что увеличивает силу, разрушающую лед. Когда воду из носовой цистерны перекачивают в кормовую цистерну, нос ледокола поднимается, и он сползает со льда задним ходом, затем разгоняется и снова вползает носом на лед. Если ледокол застрял во льду, то он может освободиться из ледового плена, накреняясь то на один, то на другой борт при попеременном заполнении балластных бортовых цистерн.
Первый в мире атомный ледокол «Ленин» (1111959) имеет длину 134 м, ширину 27,6 м, водоизмещение 17 277 т. Общая мощность 4 главных паровых турбин — 32,4 МВт, скорость на воде, свободной от льда, — 36,5 км/ч. Корпус способен выдержать арктические ледовые сжатия, толщина его обшивки достигает 52 мм.
Энергия ядерных реакторов ледокола используется для получения пара, который поступает в турбины, приводящие в движение электрогенераторы. Ток от главных генераторов направляется к электродвигателям, которые вращают 3 гребных винта (2222 бортовых и 1 средний). Средний электродвигатель (его мощность — 14,4 МВт, масса — 180 т) вращает вал диаметром 74 см, на который насажен 30-тонный гребной винт.
Энергетическая установка с обслуживающими ее механизмами работает автоматически. Для управления и контроля за ее работой оборудованы 2 поста — основной и резервный, где сосредоточено множество приборов. Толстый слой воды, стальные плиты и бетон надежно защищают обслуживающий персонал от радиации.
На судне нет больших топливных бункеров: обычное жидкое топливо расходуется только на стоянках при ремонте и перезарядке реакторов. Расход ядерного горючего настолько незначителен (несколько граммов в сутки), что запаса урана в реакторе хватает на много месяцев работы. А при сжигании в топках котлов мазута его потребовалось бы более 200 т в сутки!
Ледокол «Леонид Брежнев» (до 1982 г. — «Арктика») водоизмещением 23 460 т; мощность его энергетической установки 55 МВт, наибольшая скорость 39 км/ч. В 1977 г. этот ледокол первым из надводных кораблей достиг Северного полюса.
В 1977 г. вошел в строй ледокол «Сибирь», проектируются еще более крупные арктические ледоколы. Главное назначение ледоколов — проводить транспортные суда по Северному мирскому пути.
С моря нашу Родину охраняют военные корабли: вертолетоносцы, ракетные крейсеры, ракетные корабли, ракетные катера, корабли на воздушной подушке и подводных крыльях, подводные лодки и др.
Аварийную службу на воде несут пожарные и спасательные суда. Ремонтируют суда с помощью плавучих доков (поднимающих судно целиком над поверхностью воды), плавучих кранов и мастерских. Изучать моря и океаны, животный и растительный подводный мир ученым помогают специально оборудованные научно-исследовательские суда.
Суда обслуживают также добывающую промышленность, строительство, связь и другие отрасли народного хозяйства, и не только перевозкой необходимых грузов. Так, плавучие драги моют золото, землесосы добывают песок и намывают плотины. Суда-кабелеукладчики прокладывают кабели телеграфной и телефонной связи по дну морей и океанов; Европу и Америку связывает уже не один десяток подводных кабелей. С плавучих буровых платформ ведут добычу и разведку подводных месторождений нефти и газа. На реках работают лесосплавные суда и суда многих других «специальностей».
Огромен флот спортивных судов — тренировочных, гоночных и прогулочно-туристских, гребных, парусных и моторных. Большинство из них плавают вблизи берегов в защищенных от волнений местах, но многие способны пересекать моря и океаны, например парусные и парусно-моторные яхты.