الهندسة البحرية
الهندسة المعمارية البحرية ، أو الهندسة البحرية ، هي تخصص هندسي يشتمل على عناصر الهندسة الميكانيكية والكهربائية والإلكترونية والبرمجيات والسلامة كما يتم تطبيقها على عملية التصميم الهندسي وبناء السفن والصيانة وتشغيل السفن والهياكل البحرية. [1] [2] تتضمن الهندسة المعمارية البحرية البحث الأساسي والتطبيقي والتصميم والتطوير وتقييم التصميم (التصنيف) والحسابات خلال جميع مراحل عمر المركبة البحرية. التصميم الأولي للسفينة وتصميمها التفصيلي وبنائها وتجاربها وتشغيلها وصيانتها وإطلاقها وإرسائها في الحوض الجاف هي الأنشطة الرئيسية المشاركة. حسابات تصميم السفن مطلوبة أيضًا للسفن التي يتم تعديلها (عن طريق التحويل أو إعادة البناء أو التحديث أو الإصلاح ). تتضمن الهندسة المعمارية البحرية أيضًا صياغة لوائح السلامة وقواعد السيطرة على الأضرار والموافقة على تصميمات السفن وإصدار الشهادات لها لتلبية المتطلبات القانونية وغير القانونية.
المواضيع الرئيسية
تشمل كلمة "سفينة" كل وصف للمركبات المائية ، وخاصة السفن والقوارب ، ولكنها تشمل أيضًا المركبات غير الإزاحية، والمركبات ذات المحركات الدوارة والطائرات المائية ، المستخدمة أو القابلة للاستخدام كوسيلة نقل على الماء . [3] يتم تفصيل العناصر الرئيسية للهندسة المعمارية البحرية في الأقسام التالية. [4]
الهيدروستاتيكا
تتعلق الهيدروستاتيكا بالظروف التي تتعرض لها السفينة أثناء سكونها في الماء وقدرتها على البقاء طافية. يتضمن هذا حساب الطفو والإزاحة وخصائص هيدروستاتيكية أخرى مثل المحاذاة (قياس الميل الطولي للسفينة) والاستقرار (قدرة السفينة على استعادة نفسها إلى وضع مستقيم بعد إمالتها بسبب الرياح أو البحر أو ظروف التحميل). [5]
الديناميكا المائية
- يتعلق علم الهيدروديناميكا بتدفق المياه حول بدن السفينة ومقدمتها ومؤخرتها ، وفوق أجسام مثل شفرات المروحة أو الدفة ، أو عبر أنفاق الدافع.
- تتعلق مقاومة السفينة والدفع بمقاومة الحركة في الماء الناتجة في المقام الأول عن تدفق المياه حول الهيكل. يتم حساب القدرة على الدفع بناءً على ذلك.
- يستخدم الدفع لتحريك السفينة عبر الماء باستخدام المراوح والدوافع ونفاثات المياه والأشرعة وما إلى ذلك. تعتمد أنواع المحركات بشكل أساسي على الاحتراق الداخلي . تعمل بعض السفن بالطاقة الكهربائية باستخدام الطاقة النووية أو الشمسية .
- تتضمن حركات السفن حركات السفينة في البحر واستجاباتها في الأمواج والرياح. [6]
- تتضمن القدرة على التحكم (المناورة) التحكم في موضع السفينة واتجاهها والحفاظ عليهما.
التعويم والاستقرار
أثناء وجود الجسم العائم فوق سطح سائل، يكون لديه 6 درجات من الحرية في حركاته، ويتم تصنيفها إما إلى انتقال أو دوران.
- ترجمة
- التأرجح: عرضي
- الارتفاع: للأمام والخلف
- رفع: عمودي
- تناوب
- الانحراف: حول المحور الرأسي
- الميل أو الضبط: حول محور عرضي
- اللفة أو الكعب: حول المحور الأمامي والخلفي
الاستقرار الطولي بالنسبة للميلان الطولي، يعتمد الاستقرار على المسافة بين مركز الثقل والمركز الطولي. بعبارة أخرى، الأساس الذي تحافظ به السفينة على مركز ثقلها هو المسافة التي تفصلها بشكل متساوٍ عن كل من القسم الخلفي والأمامي من السفينة.
بينما يطفو الجسم على سطح سائل فإنه لا يزال يواجه قوة الجاذبية التي تدفعه إلى أسفل. من أجل البقاء طافيًا وتجنب الغرق، توجد قوة معاكسة تعمل ضد الجسم تُعرف باسم الضغوط الهيدروستاتيكية. يجب أن تكون القوى المؤثرة على الجسم بنفس المقدار ونفس خط الحركة من أجل الحفاظ على الجسم في حالة توازن. هذا الوصف للتوازن موجود فقط عندما يكون الجسم العائم بحرية في الماء الراكد، عندما تكون هناك ظروف أخرى يتغير حجم هذه القوى بشكل كبير مما يخلق حركة اهتزازية للجسم. [7]
قوة الطفو تساوي وزن الجسم، أو بعبارة أخرى كتلة الجسم تساوي كتلة الماء الذي يزيحه الجسم. وهذا يضيف قوة صاعدة إلى الجسم بمقدار مساحة السطح مضروبة في المساحة النازحة من أجل خلق حالة توازن بين سطح الجسم وسطح الماء.
إن استقرار السفينة في أغلب الظروف قادر على التغلب على أي شكل أو قيد أو مقاومة تواجهها في البحار الهائجة؛ ومع ذلك، فإن السفن لها خصائص تدحرج غير مرغوب فيها عندما يكون توازن التذبذبات في التدحرج ضعف توازن التذبذبات في الرفع، مما يتسبب في انقلاب السفينة. [8]
الهياكل
تتضمن الهياكل اختيار مادة البناء، والتحليل البنيوي للقوة العالمية والمحلية للسفينة، واهتزاز المكونات البنيوية والاستجابات البنيوية للسفينة أثناء الحركات في الممر المائي . اعتمادًا على نوع السفينة، يختلف الهيكل والتصميم في المواد المستخدمة وكذلك كمية هذه المواد. تصنع بعض السفن من البلاستيك المقوى بالزجاج ولكن الغالبية العظمى من السفن مصنوعة من الفولاذ مع بعض الألمنيوم في البنية الفوقية. [7]
تم تصميم الهيكل الكامل للسفينة بألواح على شكل مستطيل تتكون من صفائح فولاذية مدعومة على أربعة حواف. تُشكِّل الشبكات، مجتمعة في مساحة سطح كبيرة، هيكل السفينة والسطح والحواجز مع توفير الدعم المتبادل للإطارات. على الرغم من أن هيكل السفينة قوي بما يكفي لتماسكها معًا، إلا أن القوة الرئيسية التي يتعين عليها التغلب عليها هي الانحناء الطولي الذي يخلق إجهادًا ضد هيكلها، ويجب تصميم هيكلها بحيث يتم وضع المادة قدر الإمكان للأمام والخلف. [7]
العناصر الطولية الرئيسية هي السطح، وبطانة الغلاف، والقاع الداخلي، وكلها على شكل شبكات، وامتدادات طولية إضافية لهذه العناصر. أبعاد السفينة مرتبة بحيث تخلق مسافة كافية بين الدعامات لمنع الانبعاج. استخدمت السفن الحربية نظامًا طوليًا للتدعيم تبنته العديد من السفن التجارية الحديثة. تم استخدام هذا النظام على نطاق واسع في السفن التجارية المبكرة مثل SS Great Eastern ، ولكن تحول لاحقًا إلى هيكل مؤطر عرضيًا وهو مفهوم آخر في تصميم هيكل السفينة أثبت أنه أكثر عملية. تم تنفيذ هذا النظام لاحقًا على السفن الحديثة مثل ناقلات النفط بسبب شعبيته وتم تسميته بعد ذلك بنظام Isherwood . [7]
يتألف ترتيب نظام إيشروود من تقوية الأسطح الجانبية والسفلية بعناصر طولية، وهي منفصلة بما يكفي بحيث تكون المسافة بينها مساوية للمسافة بين الإطارات والعوارض. يعمل هذا النظام عن طريق تباعد العناصر العرضية التي تدعم العناصر الطولية بحوالي 3 أو 4 أمتار، مع التباعد الواسع الذي يؤدي إلى قوة العرض المطلوبة عن طريق إزاحة مقدار القوة التي توفرها الحواجز. [7]
الترتيبات
تتضمن الترتيبات تصميم المفهوم والتخطيط والوصول والحماية من الحرائق وتخصيص المساحات وبيئة العمل والسعة .
بناء
.jpg/1280px-The_bow_of_'Naess_Crusader'_nears_completion_(24461836489).jpg)
تعتمد عملية البناء على المواد المستخدمة. فعند استخدام الفولاذ أو الألومنيوم، يتضمن ذلك لحام الألواح والمقاطع بعد الدرفلة والترميز والقطع والانحناء وفقًا لرسومات أو نماذج التصميم الهيكلي ، يليها التركيب والإطلاق . وتُستخدم تقنيات ربط أخرى لمواد أخرى مثل البلاستيك المقوى بالألياف والبلاستيك المقوى بالزجاج . ويتم التفكير في عملية البناء بعناية مع مراعاة جميع العوامل مثل السلامة وقوة الهيكل والديناميكا المائية وترتيب السفينة. ويقدم كل عامل يتم النظر فيه خيارًا جديدًا للمواد التي يجب مراعاتها بالإضافة إلى اتجاه السفينة. وعند النظر في قوة الهيكل، يتم النظر في أفعال تصادم السفينة بالطريقة التي يتم بها تغيير هيكل السفينة. لذلك، يتم النظر في خصائص المواد بعناية حيث تتمتع المادة المطبقة على السفينة المضروبة بخصائص مرنة، ثم تنحرف الطاقة التي تمتصها السفينة المضروبة في الاتجاه المعاكس، لذلك تمر كلتا السفينتين بعملية الارتداد لمنع المزيد من الضرر. [9]
العلوم والحرف
تقليديًا، كانت الهندسة المعمارية البحرية أكثر حرفية من كونها علمًا. كان يتم الحكم على مدى ملاءمة شكل السفينة من خلال النظر إلى نصف نموذج لسفينة أو نموذج أولي. كانت الأشكال غير المتناسقة أو التحولات المفاجئة تُنظر إليها باستياء باعتبارها معيبة. وشمل ذلك الحبال وترتيبات السطح وحتى التركيبات. تم استخدام أوصاف ذاتية مثل غير متناسقة وكاملة ودقيقة كبديل للمصطلحات الأكثر دقة المستخدمة اليوم. كانت السفينة، ولا تزال ، توصف بأنها ذات شكل "عادل". يُقصد بمصطلح "عادل" الإشارة ليس فقط إلى الانتقال السلس من المقدمة إلى المؤخرة ولكن أيضًا إلى الشكل الذي كان "صحيحًا". يشمل تحديد ما هو "صحيح" في موقف معين في غياب تحليل داعم نهائي فن الهندسة المعمارية البحرية حتى يومنا هذا.
لقد مكنت أجهزة الكمبيوتر الرقمية الحديثة منخفضة التكلفة والبرامج المخصصة ، جنبًا إلى جنب مع البحث المكثف لربط خزان القطر بالحجم الكامل والبيانات الحسابية، المهندسين المعماريين البحريين من التنبؤ بأداء المركبة البحرية بدقة أكبر. تُستخدم هذه الأدوات للاستقرار الثابت (السليم والتالف)، والاستقرار الديناميكي، والمقاومة، والتشغيل، وتطوير الهيكل، والتحليل الهيكلي ، ونمذجة المياه الخضراء، وتحليل الارتطام. تتم مشاركة البيانات بانتظام في المؤتمرات الدولية التي ترعاها RINA ، وجمعية المهندسين المعماريين البحريين ومهندسي البحرية (SNAME) وغيرها. يتم تطبيق ديناميكيات السوائل الحسابية للتنبؤ باستجابة جسم عائم في بحر عشوائي.
المهندس البحري
نظرًا للتعقيد المرتبط بالعمل في بيئة بحرية، فإن الهندسة المعمارية البحرية عبارة عن جهد تعاوني بين مجموعات من الأفراد ذوي المهارات الفنية والمتخصصين في مجالات معينة، وغالبًا ما يتم تنسيقهم بواسطة مهندس معماري بحري رائد. [10] يعني هذا التعقيد المتأصل أيضًا أن الأدوات التحليلية المتاحة أقل تطورًا بكثير من تلك المستخدمة في تصميم الطائرات والسيارات وحتى المركبات الفضائية. ويرجع هذا في المقام الأول إلى ندرة البيانات حول البيئة التي يتعين على المركبة البحرية العمل فيها وتعقيد تفاعل الأمواج والرياح على الهيكل البحري.
المهندس البحري هو مهندس مسؤول عن تصميم وتصنيف ومسح وبناء و/أو إصلاح السفن والقوارب وغيرها من السفن البحرية والهياكل البحرية، سواء التجارية أو العسكرية، بما في ذلك:
- السفن التجارية - ناقلات النفط ، ناقلات الغاز ، سفن الشحن ، ناقلات البضائع السائبة ، سفن الحاويات
- عبارات الركاب/السيارات ، سفن الرحلات البحرية
- السفن الحربية - الفرقاطات ، المدمرات ، حاملات الطائرات ، السفن البرمائية
- الغواصات والمركبات تحت الماء
- كاسحات الجليد
- المركبات عالية السرعة – المركبات الهوائية ، والسفن متعددة الهياكل ، والمركبات المائية
- قوارب العمل - الصنادل ، قوارب الصيد ، سفن إمداد القاطرات للتعامل مع المرساة ، سفن إمداد المنصات ، قوارب القطر ، سفن الإرشاد، قوارب الإنقاذ
- اليخوت والقوارب البخارية وغيرها من المركبات المائية الترفيهية
- المنصات البحرية والتطورات تحت سطح البحر
بعض هذه السفن من بين أكبر السفن (مثل ناقلات النفط العملاقة )، وأكثرها تعقيدًا (مثل حاملات الطائرات )، وأكثرها قيمة بين الهياكل المتحركة التي أنتجها البشر. وهي عادةً الطريقة الأكثر كفاءة لنقل المواد الخام والمنتجات في العالم. الهندسة الحديثة على هذا النطاق هي في الأساس نشاط جماعي يقوم به متخصصون في مجالاتهم وتخصصاتهم. يدمج المهندسون البحريون هذه الأنشطة. يتطلب هذا الدور القيادي المتطلب صفات إدارية والقدرة على الجمع بين المطالب المتضاربة غالبًا لقيود التصميم المختلفة لإنتاج منتج مناسب للغرض. [11]
بالإضافة إلى هذا الدور القيادي، يتولى المهندس البحري أيضًا وظيفة متخصصة في ضمان إنتاج تصميم آمن واقتصادي وصديق للبيئة وصالح للإبحار . للقيام بكل هذه المهام، يجب أن يكون المهندس البحري على دراية بالعديد من فروع الهندسة ويجب أن يكون في طليعة مجالات التكنولوجيا العالية. يجب أن يكون قادرًا على الاستفادة بشكل فعال من الخدمات التي يقدمها العلماء والمحامون والمحاسبون ورجال الأعمال من مختلف الأنواع.
يعمل المهندسون البحريون عادةً لصالح أحواض بناء السفن ، وأصحاب السفن، وشركات التصميم والاستشارات، ومصنعي المعدات، وجمعيات التصنيف ، والهيئات التنظيمية ( قانون الأميرالية )، والقوات البحرية ، والحكومات. كما تعمل غالبية صغيرة من المهندسين البحريين في مجال التعليم، حيث تم اعتماد 5 جامعات فقط في الولايات المتحدة ببرامج الهندسة المعمارية البحرية والهندسة البحرية. تعد الأكاديمية البحرية للولايات المتحدة موطنًا لأحد أكثر أساتذة الهندسة المعمارية البحرية دراية؛ الكابتن مايكل بيتو، USN.
انظر أيضا
- الحاجز (الفاصل) – فاصل عمودي داخل السفينة
- كولير (سفينة) - سفينة شحن بضائع سائبة لنقل الفحم
- هندسة السواحل – فرع من فروع الهندسة المدنية
- ضابط المحرك – بحار مرخص مسؤول عن أنظمة الدفع وأنظمة الدعم
- الهيكل (المركبة المائية) – جسم السفينة أو القارب العائم المقاوم للماء
- الهندسة الهيدروليكية – فرع من الهندسة المدنية
- الديناميكا المائية – دراسة السوائل المتحركة
- علم الهيدروستاتيكا – فرع من ميكانيكا الموائع يدرس الموائع في حالة السكون
- المنظمة البحرية الدولية – وكالة متخصصة تابعة للأمم المتحدة
- قائمة الكليات البحرية
- التأطير الطولي – نوع هيكل السفينة
- الهندسة المعمارية البحرية – فرع من الهندسة المعمارية يركز على البناء الساحلي والقريب من الشاطئ والبعيد عن الشاطئ
- الهندسة البحرية – هندسة وتصميم أنظمة السفن
- الدفع البحري – أنظمة توليد الدفع للسفن والقوارب على الماء
- سفينة بحرية – سفينة عسكرية تستخدمها البحرية
- هندسة المحيطات – هندسة وتصميم أنظمة السفن
- البناء البحري – تركيب الهياكل والمرافق في البيئة البحرية
- المعهد الملكي للمهندسين البحريين – منظمة دولية تمثل المهندسين البحريين
- الحفاظ على البحر – استجابة السفينة لظروف البحر
- صلاحية الإبحار – استجابة السفينة لظروف البحر
- بناء السفن – بناء السفن والسفن العائمة
- جمعية تصنيف السفن – المنظمة التي تضع المعايير الفنية للسفن والهياكل البحرية
- حركة السفن – مصطلحات مرتبطة بالدرجات الست لحرية الحركة
- استقرار السفينة - استجابة السفينة للاضطرابات الناجمة عن حالة الوقوف المستقيم
- جمعية المهندسين المعماريين البحريين والمهندسين البحريين – جمعية مهنية عالمية
مراجع
- ^ "وظائف في الهندسة البحرية". www.rina.org.uk . مؤرشف من الأصل في 2017-10-20 . تم الاسترجاع في 2019-08-13 .
- ^ بيران، أدريان؛ (2003). هيدروستاتيكا السفينة واستقرارها (الطبعة الأولى) – باتروورث-هاينمان . ISBN 0-7506-4988-7
- ^ اتفاقية القواعد الدولية لمنع التصادم في البحر ، 1972، المعدلة؛ المنظمة البحرية الدولية ؛ ISBN 92-801-4167-8
- ^ Lewis V, Edward (Ed.); (يونيو 1989). Principles of Naval Architecture (2nd Rev.) Vol. 1 – Society of Naval Architects and Marine Engineers . ISBN 0-939773-00-7
- ^ "EN342". www.usna.edu .
- ^ "ملاحظات دورة الإبحار والمناورة في الأكاديمية البحرية الأمريكية بقلم القاضي CQ و A. Ibrahim". www.usna.edu .
- ^ abcde Tupper, Eric (1996). Introduction to Naval Architecture . Oxford, England: Butterworth-Heinemann.
- ^ نيفز، ماس (2016). "الاستقرار الديناميكي للسفن في البحار المنتظمة وغير المنتظمة - نظرة عامة". هندسة المحيطات . 120 : 362– 370. رمز Bibcode : 2016OcEng.120..362N. doi : 10.1016/j.oceaneng.2016.02.010.
- ^ Prabowo, AR (2017). "تأثيرات ارتداد سفينة ضاربة على قدرة تحمل الاصطدام الهيكلي أثناء تصادم سفينة بسفينة". الهياكل ذات الجدران الرقيقة . 115 : 225– 239. doi : 10.1016/j.tws.2017.02.022 .
- ^ الجمعية الأمريكية للمهندسين البحريين أرشيف 26 ديسمبر 2008، على موقع واي باك مشين . كتيب الهندسة البحرية.
- ^ "معيار عائلة الوظائف للعمل المهني في مجموعة الهندسة والعمارة، مكتب إدارة الموظفين بالولايات المتحدة، ص 43-45" (PDF) . مؤرشف من الأصل (PDF) في 12 مايو 2009.
قراءة إضافية
- فيريرو، لاري د. (2007). السفن والعلوم: ولادة الهندسة المعمارية البحرية في الثورة العلمية، 1600-1800 . مطبعة معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. رقم ISBN 978-0-262-06259-6.
- فيريرو، لاري د. (2020). بناء الجسور بين البحار: صعود العمارة البحرية في العصر الصناعي، 1800-2000 . مطبعة معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. رقم ISBN 978-0-262-53807-7.
- Paasch, H. قاموس المصطلحات البحرية، من العارضة إلى الشاحنة . لندن: G. Philip & Son، 1908.
