الهيكل (المركبة المائية)

This article needs additional citations for verification. Please help improve this article by adding citations to reliable sources. Unsourced material may be challenged and removed. Find sources: "Hull" watercraft – news · newspapers · books · scholar · JSTOR (February 2021) (Learn how and when to remove this message)

الهيكل هو الجسم المقاوم للماء للسفينة أو القارب أو الغواصة أو القارب الطائر . قد ينفتح الهيكل من الأعلى (مثل القارب الصغير )، أو قد يكون مغطى بالكامل أو جزئيًا بسطح. قد يكون أعلى السطح غرفة سطح السفينة وهياكل علوية أخرى ، مثل القمع أو الرافعة أو الصاري . يُطلق على الخط الذي يلتقي فيه الهيكل بسطح الماء اسم خط الماء .

هناك مجموعة متنوعة من أنواع الهياكل التي يتم اختيارها لملاءمتها لاستخدامات مختلفة، ويعتمد شكل الهيكل على احتياجات التصميم. تتراوح الأشكال من صندوق مثالي تقريبًا في حالة زوارق التجديف إلى سطح حاد للغاية في حالة قارب شراعي متعدد الهياكل للسباق. يتم اختيار الشكل لإيجاد التوازن بين التكلفة والاعتبارات الهيدروستاتيكية (الإقامة وحمل الحمولة والاستقرار) والهيدروديناميكا (السرعة ومتطلبات الطاقة والحركة والسلوك في الممر المائي) والاعتبارات الخاصة بدور السفينة، مثل القوس المستدير لكاسحة الجليد أو القاع المسطح لمركب الإنزال .

في السفن الفولاذية الحديثة النموذجية، سيكون للهيكل أسطح مقاومة للماء، وعناصر عرضية رئيسية تسمى الحواجز . قد تكون هناك أيضًا عناصر وسيطة مثل العوارض والروافد والشبكات ، وعناصر ثانوية تسمى الإطارات العرضية العادية أو الإطارات أو الطولية، اعتمادًا على الترتيب الهيكلي . يمكن تسمية السطح المستمر العلوي بـ "السطح العلوي" أو "سطح الطقس" أو "سطح الصاري" أو " السطح الرئيسي " أو ببساطة "السطح". يعتمد الاسم المحدد المعطى على السياق - نوع السفينة أو القارب أو الترتيب أو حتى المكان الذي يبحر فيه.

في القارب الشراعي الخشبي النموذجي، يتكون الهيكل من ألواح خشبية، مدعومة بإطارات عرضية (غالبًا ما يشار إليها بالأضلاع) وحواجز، والتي يتم ربطها معًا بواسطة أوتار طولية أو سقف. غالبًا ولكن ليس دائمًا يوجد عنصر طولي في المنتصف يسمى العارضة . في الهياكل المصنوعة من الألياف الزجاجية أو المركبة، قد يشبه الهيكل السفن الخشبية أو الفولاذية إلى حد ما، أو يكون من ترتيب أحادي الهيكل . في كثير من الحالات، يتم بناء الهياكل المركبة عن طريق وضع جلود رقيقة معززة بالألياف فوق قلب خفيف الوزن ولكنه صلب بشكل معقول من الرغوة أو خشب البلسا أو ورق العسل المشرب أو مادة أخرى.

ربما كان المصريون القدماء هم أول من صنعوا الهياكل المناسبة للسفن ، حيث عرفوا بحلول عام 3000 قبل الميلاد كيفية تجميع الألواح الخشبية في الهيكل. ^[1]

تأتي الهياكل بأنواع عديدة ويمكن أن يكون لها شكل مركب (على سبيل المثال، مدخل جيد للأمام وشكل جرس مقلوب في الخلف)، ولكن يتم تجميعها بشكل أساسي على النحو التالي:

• ذات الذقن المسننة وذات الذقن الصلبة. ومن الأمثلة على ذلك الهيكل ذو القاع المسطح (ذقن)، والقاع على شكل حرف V، والهيكل متعدد الذقن (عدة ذقن صلبة أكثر نعومة، ولكنها ليست ناعمة). تحتوي هذه الأنواع على مفصل واحد على الأقل بارز على طولها بالكامل أو معظمها.
• مُشكل أو مُستدير أو ذو ذقن ناعم . جميع أشكال الهياكل هذه لها انحناءات ناعمة. ومن الأمثلة على ذلك الهيكل الدائري، والهيكل شبه الدائري، والهيكل على شكل حرف S.

• هيكل الإزاحة: هنا يتم دعم الهيكل حصريًا أو بشكل أساسي عن طريق الطفو . تتحرك السفن التي تحتوي على هذا النوع من الهياكل عبر الماء بمعدل محدود يتم تحديده بطول خط الماء باستثناء الهياكل الضيقة بشكل خاص مثل السفن الشراعية متعددة الهياكل التي تكون أقل تقييدًا بهذه الطريقة.
• هيكل التخطيط: هنا، تم تكوين شكل هيكل التخطيط لتطوير ضغط ديناميكي إيجابي بحيث تقل مسودة السفينة مع زيادة السرعة. يقلل الرفع الديناميكي من السطح المبلل وبالتالي يقلل السحب أيضًا . تكون هذه الهياكل أحيانًا ذات قاع مسطح، وأحيانًا ذات قاع على شكل حرف V، ونادرًا ما تكون ذات قاع مستدير. الشكل الأكثر شيوعًا هو وجود عمود واحد على الأقل، مما يجعل التخطيط أكثر كفاءة ويمكنه إلقاء الرذاذ للأسفل. تكون هياكل التخطيط أكثر كفاءة عند السرعات العالية، على الرغم من أنها لا تزال تتطلب المزيد من الطاقة لتحقيق هذه السرعات. يجب أن يكون هيكل التخطيط الفعال خفيفًا قدر الإمكان مع أسطح مستوية تتوافق مع الحفاظ الجيد على البحر. يجب أن تبحر القوارب الشراعية التي تطير بكفاءة أيضًا في وضع الإزاحة في الرياح الخفيفة.
• شبه الإزاحة أو شبه التخطيط: هنا يكون شكل الهيكل قادرًا على تطوير كمية معتدلة من الرفع الديناميكي؛ ومع ذلك، لا يزال معظم وزن السفينة مدعومًا من خلال الطفو.

في الوقت الحاضر، الشكل الأكثر استخدامًا هو هيكل السفينة المستدير. ^[2]

مع حمولة صغيرة، يكون جزء أقل من هيكل هذه المركبة تحت خط الماء ، مما يعطي مقاومة أقل وسرعة أكبر. مع حمولة أكبر، تكون المقاومة أكبر والسرعة أقل، لكن انحناء الهيكل للخارج يوفر أداءً أكثر سلاسة في الأمواج. وعلى هذا النحو، فإن شكل الجرس المقلوب هو شكل شائع يستخدم مع هياكل التخطيط. ^{[ بحاجة لمصدر ] [ بحاجة لتوضيح ]}

لا يوجد انتقال دائري سلس بين القاع والجوانب في الهيكل المائل. وبدلاً من ذلك، يتم مقاطعة محيطه بزوايا حادة حيث تلتقي الألواح الطولية للهيكل. وكلما كان التقاطع أكثر حدة (كلما كانت الزاوية أكثر حدة)، كلما كان "الميل" أكثر صلابة. ومن الممكن وجود أكثر من ميل واحد لكل جانب.

يعتبر القارب الكاجوني مثالاً على الحرف اليدوية ذات الهياكل الصلبة.

تشمل فوائد هذا النوع من الهياكل انخفاض تكلفة الإنتاج المحتملة وقاع مسطح (عادةً) إلى حد ما، مما يجعل القارب أسرع في التخطيط . يقاوم الهيكل الصلب ذو الذقن التدحرج (في المياه الهادئة) أكثر من الهيكل ذو القعر المستدير (يخلق الذقن اضطرابًا وسحبًا يقاوم حركة التدحرج، بينما يتحرك عبر الماء، يوفر الذقن المستدير مقاومة تدفق أقل حول المنعطف). في البحار الهائجة، يمكن أن يؤدي هذا إلى تدحرج القارب أكثر، حيث تسحب الحركة أولاً إلى الأسفل، ثم إلى الأعلى، على الذقن: تكون القوارب ذات الذقن المستدير أكثر لطفًا بالبحر في الأمواج، نتيجة لذلك.

قد يكون للهياكل المسننة أحد الأشكال الثلاثة التالية:

• هياكل ذات قاع مسطح ومدببة
• هياكل متعددة الأضلاع
• هياكل ذات قاع على شكل حرف V. تسمى أحيانًا بالهياكل الصلبة.

تتميز كل من هياكل الشين هذه بخصائصها واستخداماتها الفريدة. يتمتع الهيكل ذو القاع المسطح بثبات أولي مرتفع ولكن بمقاومة عالية. وللتغلب على المقاومة العالية، تكون أشكال الهيكل ضيقة ومدببة بشدة في بعض الأحيان عند القوس والمؤخرة. ^{[ بحاجة لمصدر ]} وهذا يؤدي إلى ضعف الاستقرار عند إمالة القارب الشراعي. ^{[ بحاجة لمصدر ]} وغالبًا ما يتم التغلب على ذلك باستخدام صابورة داخلية ثقيلة في الإصدارات الشراعية. وهي الأنسب للمياه الساحلية المحمية. كانت قوارب السباق المبكرة جيدة للأمام ومسطحة للخلف. وقد أنتج هذا أقصى قدر من الرفع وركوبًا سلسًا وسريعًا في المياه المسطحة، ولكن شكل الهيكل هذا ينزعج بسهولة في الأمواج. يقترب الهيكل متعدد الشين من شكل الهيكل المنحني. لديه مقاومة أقل من القارب ذي القاع المسطح. تعد الهياكل متعددة الشين أكثر تعقيدًا في البناء ولكنها تنتج شكل هيكل أكثر صلاحية للإبحار. وهي عادة هياكل إزاحية. تتمتع قوارب الشين ذات القاع المقوس أو V بشكل V  بين 6 درجات  و23 درجة. يُطلق على هذه الزاوية اسم زاوية الانحدار . الشكل الأكثر تسطحًا للهيكل بزاوية 6 درجات سوف ينحدر مع رياح أقل أو محرك أقل قوة حصانية ولكنه سوف ينحدر أكثر في الأمواج.  الشكل V العميق (بين 18  و23  درجة) مناسب فقط للقوارب ذات القدرة العالية على الانحدار. إنها تتطلب محركات أكثر قوة لرفع القارب على المستوى ولكنها توفر رحلة أسرع وأكثر سلاسة في الأمواج. تتمتع الهياكل ذات الذقن الإزاحية بمساحة سطح مبللة أكبر، وبالتالي مقاومة أكبر، من الشكل المستدير المكافئ للهيكل، لأي إزاحة معينة.

This article contains translated text and needs attention from someone with dual fluency. Please see this article's entry on Pages needing translation into English for discussion. If you have just labeled this article as needing attention, please add {{subst:Needtrans|pg=Hull (watercraft) |language=unknown |comments= }} ~~~~ to the bottom of the WP:PNTCU section on Wikipedia:Pages needing translation into English. (August 2022)

الهياكل المنحنية الملساء هي الهياكل التي تستخدم، تمامًا مثل الهياكل المنحنية، لوحة مركزية أو عارضة متصلة. ^{[ بحاجة لمصدر ]}

تعتبر هياكل السفن شبه الدائرية أقل دائرية إلى حد ما. تتمثل ميزة الهياكل شبه الدائرية في أنها تشكل وسطًا لطيفًا بين الهيكل ذي القاع على شكل حرف S ^{[ بحاجة لتوضيح ] والهيكل ذي الذقن. يمكن العثور على أمثلة نموذجية لهياكل السفن شبه الدائرية في} قوارب الإبحار الصغيرة من طراز Centaur و Laser .

هياكل السفن الشراعية ذات القاع على شكل حرف S هي هياكل قوارب شراعية ذات مقطع عرضي في منتصف السفينة على شكل حرف S. ^{[ بحاجة لتوضيح ]} في القاع على شكل حرف S، يحتوي الهيكل على تجاويف دائرية ويندمج بسلاسة مع العارضة ، ولا توجد زوايا حادة على جوانب الهيكل بين خط وسط العارضة وخط الانحدار. قد تحتوي القوارب ذات شكل الهيكل هذا على عارضة طويلة ثابتة عميقة، أو عارضة ثابتة ضحلة طويلة مع عارضة متأرجحة ذات لوحة مركزية بالداخل. قد يكون الصابورة داخلية أو خارجية أو مزيجًا. كان شكل الهيكل هذا أكثر شيوعًا في أواخر القرن التاسع عشر وأوائل إلى منتصف القرن العشرين. ^{[ بحاجة لمصدر ]} ومن الأمثلة على القوارب الشراعية الصغيرة التي تستخدم شكل حرف S هذا Yngling و Randmeer .

• يمكن تركيب أجهزة تحكم مثل الدفة أو علامات التشذيب أو زعانف التثبيت.
• يمكن تركيب عارضة على الهيكل لزيادة الاستقرار العرضي أو الاستقرار الاتجاهي أو لإنشاء الرفع .
• تشمل الملحقات القابلة للسحب الألواح المركزية وألواح الخنجر . ^[3]
• يُطلق على النتوء الأمامي الموجود أسفل خط الماء اسم القوس المنتفخ . يتم تركيب هذه القوس في بعض الهياكل لتقليل مقاومة الأمواج وبالتالي زيادة كفاءة الوقود .

• خط الأساس هو خط مرجعي للمستوى يتم من خلاله قياس المسافات الرأسية.
• القوس هو الجزء الأمامي من الهيكل.
• منتصف السفينة هو الجزء الأوسط من السفينة في الاتجاهين الأمامي والخلفي.
• الميناء هو الجانب الأيسر من السفينة عندما تكون في مواجهة القوس من على متن السفينة.
• الجانب الأيمن هو الجانب الأيمن للسفينة عند مواجهة القوس من على متنها.
• المؤخرة هي الجزء الخلفي من الهيكل.
• خط الماء هو خط وهمي يحيط بالهيكل ويتطابق مع سطح الماء عندما لا يتحرك الهيكل.

يتم تعريف أشكال الهيكل على النحو التالي:

التدابير الكتلية التي تحدد الأبعاد الرئيسية وهي:

• العارضة أو العرض ( B ) هو عرض الهيكل. (على سبيل المثال: BWL هو الحد الأقصى للعارضة عند خط الماء)
• المسودة ( d ) أو ( T ) هي المسافة الرأسية من أسفل العارضة إلى خط الماء .
• الحد الحر ( FB ) هو العمق بالإضافة إلى ارتفاع هيكل العارضة مطروحًا منه المسودة .
• الطول عند خط الماء ( LWL ) هو الطول من أقصى نقطة أمامية لخط الماء مقاسة بالملف الشخصي إلى أقصى نقطة مؤخرة لخط الماء.
• الطول بين العمودين ( LBP أو LPP ) هو طول خط الماء للحمل الصيفي من عمود المؤخرة إلى النقطة التي يعبر فيها مقدمة السفينة . (انظر أيضًا p/p )
• الطول الكلي ( LOA ) هو الطول الأقصى من أحد الطرفين إلى الطرف الآخر.
• عمق القالب ( D ) هو المسافة الرأسية المقاسة من أعلى العارضة إلى الجانب السفلي من السطح العلوي على الجانب. ^[4]

اصنع مشتقات صيغية يتم حسابها من الشكل وقياسات الكتلة. وهي:

• الإزاحة ( Δ ) هي وزن الماء المكافئ للحجم المغمور للهيكل.
• مركز الطفو الطولي ( LCB ) هو الموضع الطولي لمركز ثقل الحجم النازح، والذي يُعطى غالبًا على أنه المسافة من نقطة مرجعية (غالبًا منتصف السفينة) إلى مركز ثقل الحجم النازح الثابت. لاحظ أن مركز الثقل الطولي أو مركز وزن السفينة يجب أن يتماشى مع مركز الطفو الطولي عندما يكون الهيكل في حالة توازن.
• مركز الطفو الطولي ( LCF ) هو الموضع الطولي لمركز منطقة المستوى المائي، والذي يتم التعبير عنه عادةً على أنه المسافة الطولية من نقطة مرجعية (غالبًا منتصف السفينة) إلى مركز منطقة المستوى المائي الثابت. يمكن تصور ذلك على أنه المنطقة التي تحددها سطح الماء والبدن.
• مركز الطفو الرأسي ( VCB ) هو الموضع الرأسي لمركز حجم الإزاحة، والذي يتم إعطاؤه عمومًا كمسافة من نقطة مرجعية (مثل خط الأساس) إلى مركز حجم الإزاحة الثابت.
• الحجم ( V أو ∇ ) هو حجم الماء الذي يزيحه الهيكل.

تساعد المعاملات ^[5] في مقارنة أشكال الهيكل أيضًا:

1. معامل الكتلة ( C _b ) هو الحجم (V) مقسومًا على L _WL × B _WL × T _WL . إذا رسمت مربعًا حول الجزء المغمور من السفينة، فسيكون ذلك هو نسبة حجم الصندوق الذي تشغله السفينة. ويعطي إحساسًا بمقدار الكتلة المحددة بواسطة L _{WL والشعاع (B) والمسودة (T) التي يملأها الهيكل. سيكون للأشكال الكاملة مثل ناقلات النفط C b} عاليةبينما سيكون للأشكال الدقيقة مثل القوارب الشراعية C _b منخفضة .$${\displaystyle C_{b}={\frac {V}{L_{WL}\cdot B_{WL}\cdot T_{WL}}}}$$
2. معامل منتصف السفينة ( C _m أو C _x ) هو مساحة المقطع العرضي (A _x ) للشريحة في منتصف السفينة (أو في أكبر مقطع لـ C _x ) مقسومًا على الشعاع x المسودة. ويعرض نسبة أكبر مقطع تحت الماء من الهيكل إلى مستطيل بنفس العرض الكلي وعمق المقطع تحت الماء من الهيكل. وهذا يحدد امتلاء الجزء السفلي من الهيكل. يشير C _m المنخفض إلى مقطع أوسط مقطوع ويشير C _m المرتفع إلى شكل مقطع مربع. تحتوي القوارب الشراعية على مقطع أوسط مقطوع مع C _x منخفض بينما تحتوي سفن الشحن على مقطع مربع مع C _x مرتفع للمساعدة في زيادة C _b .$${\displaystyle C_{m}={\frac {A_{m}}{B_{WL}\cdot T_{WL}}}}$$
3. معامل المنشور ( C _p ) هو الحجم (V) مقسومًا على L _WL x A _x . ويعرض نسبة الحجم المغمور للهيكل إلى حجم المنشور بطول مساوٍ للسفينة ومساحة مقطعية تساوي أكبر قسم تحت الماء للهيكل (قسم منتصف السفينة). ويُستخدم هذا لتقييم توزيع حجم الجزء السفلي من الهيكل. يشير _معامل المنشور المنخفض أو الدقيق إلى قسم أوسط كامل ونهايات دقيقة، ويشير _معامل المنشور المرتفع أو الكامل إلى قارب بنهايات أكثر امتلاءً. تميل هياكل التخطيط والهياكل عالية السرعة الأخرى إلى معامل منشور أعلى _. تميل هياكل الإزاحة الفعالة التي تسير برقم فرويد منخفض إلى أن يكون لها _معامل منشور منخفض .$${\displaystyle C_{p}={\frac {V}{L_{WL}\cdot A_{m}}}}$$
4. معامل المستوى المائي ( C _w ) هو مساحة المستوى المائي مقسومة على L _WL x B _WL . يعبر معامل المستوى المائي عن امتلاء المستوى المائي، أو نسبة مساحة المستوى المائي إلى مستطيل بنفس الطول والعرض. يشير رقم C _{w المنخفض إلى نهايات دقيقة ويشير رقم C w} المرتفع إلى نهايات أكثر امتلاءً. يحسن C _w المرتفع الاستقرار بالإضافة إلى سلوك المناورة في الظروف القاسية.$${\displaystyle C_{w}={\frac {A_{w}}{L_{WL}\cdot B_{WL}}}}$$

ملحوظة: $${\displaystyle C_{b}=C_{p}\cdot C_{m}}$$

لقد حل استخدام التصميم بمساعدة الكمبيوتر محل الأساليب الورقية لتصميم السفن والتي اعتمدت على الحسابات اليدوية ورسم الخطوط. منذ أوائل التسعينيات، تم تطوير مجموعة متنوعة من حزم البرامج التجارية والمجانية المتخصصة في الهندسة المعمارية البحرية والتي توفر إمكانيات الرسم ثلاثي الأبعاد جنبًا إلى جنب مع وحدات حسابية للهيدروستاتيكا والهيدروديناميكا. يمكن الإشارة إلى هذه الأنظمة باسم أنظمة النمذجة الهندسية للهندسة المعمارية البحرية. ^[6]

• هايلر، ويليام ب.؛ كيفير، جون م. (2003). دليل البحارة التجاريين الأمريكيين . مجلة كورنيل البحرية. رقم ISBN 0-87033-549-9.
• توربين، إدوارد أ.؛ ماك إيوان، ويليام أ. (1980). دليل ضباط البحرية التجارية (الطبعة الرابعة). سينترفيل، ماريلاند: مطبعة كورنيل البحرية. رقم ISBN 0-87033-056-X.