A hajóépítés , meghajtás az összes olyan rendszerek, amelyek lehetővé teszik a hajók és csónakok mozogni. Ezt végzi karrierista hajtja a motor . A tolóerő lehet:
A meghajtórendszer számos célt teljesít:
Számos lebegő szerkezet nem rendelkezik önálló meghajtási rendszerrel, és a mozgáshoz külső beavatkozásra van szükség. Ez a helyzet a folyó uszályok : ők egykor húzzák a lovak séta a bankok egy csatorna, néha az emberek, amikor a hajó volt elég világos. Az ilyen típusú meghajtáshoz a vontatókötelet egy árboc hordozta, amely megközelítőleg a hajó első harmadában volt elhelyezve; ezt a pólust arbouvier-nek (a "fa" -nak) nevezik .
Csónakok vagy kompok is hajtott vidám - go - kerek az ökrös vagy lovas fedélzetén, a körhinta aktiváló lapátkerék vagy vontató lánc .
Ebben a kifejezésben a "meghajtás" kifejezés valójában a motort, nem pedig a hajtóanyagot jelöli. Az angolok a " human powered " pontosabb kifejezést használják . A meghajtás akkor emberi, ha egy személy hajtóanyagként használja a kezét (és a lábát) a vízen vagy a víz felett történő mozgáshoz.
Ez a fajta emberfuvarozás a folyami hajók hőmotorjainak általánosításáig tartott (Franciaországban "Halage à la bricole " -nak hívták ).
Oszlop vagy evező használata, ha a mélység kellően sekély (jobbra szemközti kép).
Az izomerő valószínűleg az első hajtóerő, amelyet egy hajón használnak, mint például Cheops evezőrendszerével ellátott napelemes barque- jén .
EvezzÁltalánosságban elmondható, hogy ez a hajtástípus egy fogantyúval és egy merülő lapáttal kialakított evező működtetéséből áll ; A vonat vagy lehet csatlakoztatni a hajó egy vagy két oarlocks egy evező vagy vitorlás feeder , vagy mindkét kézzel tartani. Az elvégzett művelet szabályos oda-vissza mozgásból áll, váltakozva a lapát toló fázisával a vízben és egy lapáttal a fázisból a vízből, vagy váltakozva a teljes vízben lévő toló fázisokkal az evező felé.
A lapát vízben történő működése kétféle: a lapáttal a lapát szárnyként viselkedik , csökkentett beesési szöggel fenntartva az áramlást a lapát mindkét oldalához; az evezés hatására a lapát közvetlenül a csónak hátulja felé tolja a vizet, teljesen le nem akasztva.
Alkalmazások:
A propellert karral vagy főtengellyel lehet működtetni: első autonóm tengeralattjárók izomenergiával, a Teknős , Robert Fulton Nautilus , vagy egy hajtókarnak köszönhetően, például kerékpáron. Ez utóbbi rendszert néhány szárnyashajó típusú gyorsjármű használja, különösen a vízibicikli típusú , tengerparti kishajók , amelyeknél a légcsavart néha lapátkerék váltja fel.
LégcsavarA légcsavart pedál működteti: Dekavitátor hajtómű, sebessége 18,5 csomó.
A vitorláshajtás abból áll, hogy a szél erejét (a motort) használják vitorlás meghajtására , leggyakrabban a vitorláknak (a tolóerőnek) köszönhetően . A vitorlák sokféle alakja és elrendezése sokféle felszerelést eredményezett , de kifejezetten az ilyen típusú meghajtáshoz tervezett hajótest-alakzatok is.
Az evező lapátjához hasonlóan a vitorla kétféleképpen működhet:
A lombkorona hordozásához szükség van egy megemelt támaszra (általában árbocra ), a lombkorona (halyards) létesítésére és a különböző kötelek (lepedők) általi tájolására . A vitorlatípustól függően szükség lehet további varrókra , például gémre vagy whishbone-ra a fővitorla, az oszlopra egy orsó vagy a spinnaker számára . A vitorlák különböző formája és egy vagy több árbocra való felhelyezése lehetővé teszi a fúrótornyok jellemzését .
Kétféle fúrótorony, földrajzi eredetükkel ellentétben, végül a hatékonyság és a rugalmasság szempontjából ideális vitorla megszerzéséhez kapcsolódott:
Ha az első vitorlásoknak csak egy vitorlája volt, akkor több vitorla kombinációja magasságban és hosszúságban való eloszlásával lehetővé teszi a hajó manőverezhetőségének javítását és a vitorláknak a vitorlázási körülményekhez való alkalmazkodását. A különböző formájú vitorlák kombinációja egyetlen csónakban a kocsiszekrénnyel történik ; az utána épített hajók nagy feltaláltságot mutatnak a kötélzetben. Jelenleg a fúrótornyokat ismét egyszerűsítették, és csak két vagy három vitorlát integráltak, gyakran szintetikus anyagokba.
A vitorlákat, mivel nagyon gazdaságosak, és autonómiát tesznek lehetővé, a legtöbb hajón még a gőz megérkezése után is használták, egészen a XIX . Század végéig , ahol a navigációs vitorlázás négy- és ötárbocos hajókkal érte el műszaki csúcsát. több mint 100 m hosszú, kis legénység vezetésével. Ezt követően a működés gyorsaságának és szabályszerűségének szükségessége, a Diesel által megengedett autonómia és a munkaügyi törvény kettő helyett három szélessávot vezetett be, és ez először a hadihajók, majd a kereskedelem eltűnéséhez vezetett. Az utolsó nagy kereskedelmi hajók, amelyek ellenálltak a hosszú távú nehéz rakományoknak, például a chilei nitrátoknak, az 1950-es években néhány év alatt eltűntek ( 1957-ben elsüllyedt a Pamir ). Néhány niche felhasználása maradt egészen az 1970-es. Manapság, vitorlák még mindig használják a kis vitorlások és bizonyos luxus jachtok , az öröm (szabadidő) vagy sport navigáció .
Voltak olyan kísérleti rendszerek, amelyekben a szél energiáját egy légcsavar rögzítette (jellemzői szerint meglehetősen hasonló a szélturbina propelleréhez).
A "szabad" vitorlát nem állítják fel a fúrótoronyra; ez egy hajlékony szárny, amelyet feszítő kábel köt össze a hajóval. Alakjának (siklóernyős típus) meg kell adnia a levegőben tartásához szükséges aerodinamikai stabilitást. A vontatási kite jelenleg kidolgozás alatt a német cég Skysails annak érdekében, hogy az üzemanyag-megtakarítás, amely 10-től 30%. A tényleges tesztekre 2004 - ben került sor2007. decembera rakomány típusú Beluga Skysails (132 méter hosszú, 9 770 tonna). A 100 és 300 méter közötti magasságban repülő szárny felülete 160 m 2 , a vontatási erő 5 tonna nagyságrendű. Ennek az edénynek a sebessége 15,5 csomó vagy a Froude-szám 0,22. Ennél a sebességnél a relatív ellenállás 0,0025 nagyságrendű, ami 25 tonnás nagyságrendű ellenállást (az előre haladással szembeni ellenállás) ad. A vitorla tapadása ekkor megéri a húzóerő 20% -át.
A rendszer korlátai egy 50 ° -os vakfolt a szél irányának mindkét oldalán, és az edény sebessége kevesebb, mint 16 csomó.
A motoros meghajtás abból áll, hogy egy hajtóművet motorral működtetnek. Ezt a rendszert a XIX . Század elején vezették be azzal, hogy a gőzgép működtette a járókereket , a szén elégetésével szolgáltatott energiát . Az első munkákat és gyakorlati alkalmazásokat az amerikai Robert Fulton végezte el 1803-ban . Azóta más, hatékonyabb rendszereket hoztak létre.
Bármely motoros meghajtásnál négy fő funkciót különböztethetünk meg:
Fosszilis tüzelőanyagok (szén, nehéz fűtőolaj, dízel, benzin), atomenergia, villamos energia, (izomenergia). Tárolás a fedélzeten.
A motor felelős az üzemanyag primer energiájának mechanikus és / vagy elektromos energiává alakításáért , néha hidraulikussá. A két fő kategória a külső égésű motorok (kazánok és gépek vagy gőzturbinák) és a belső égésű motorok ( dízelmotorok , benzinmotorok és gázturbinák ).
Külső égés: gőzEz a rendszer a legrégebbi. Ez jellemzi a felosztás két részből áll: a kazán energiát termel melegítésével vizet , hogy gőz használatával az üzemanyag; a motor ezt a kalóriaenergiát mechanikai munkává alakítja.
A kazánok egy lezárt testből állnak, amelyet fűtőcsövek haladnak át, ahol a melegítendő folyadék kering, amely körülvesz egy kandallót, ahol az égés történik . Az első létrehozott modellek az akkori kohászat korlátai miatt meglehetősen egyszerűek , a fűtőcsövek rézből készülnek, és a belső nyomás nagyon alacsony. Az acél felhasználása ezt követően lehetővé teszi a hatékonyság nagyon erős növelését a játékban lévő nyomás növelésével és a létrehozott energia nagy részének visszanyerésével, nagyon kifinomult technikákkal. A XIX . Század végén a szén kezd helyet adni az olajnak, mint üzemanyagnak, ami csökkenti a működéshez szükséges munkaerőt, megszünteti a kazánokat tápláló járművezetők hordáit és leegyszerűsíti a mára folyékony üzemanyag tárolását. . E technológia fénykora az 1920-as években következett be . A második világháború után alacsonyabb hatékonyságuk miatt végérvényesen kiszorították őket, de a gőztermelés funkcióját akkor találták meg olyan atomreaktorokban, amelyeknek az az előnye, hogy szinte kimeríthetetlen üzemanyagot használnak; lásd a nukleáris energia cikket .
A motor lehet gőzgép vagy gőzturbina :
A külső égésű rendszerek lehetővé teszik a nagy teljesítmény (70 MW) elérését alacsony minőségű üzemanyagokkal, de nagy fogyasztással (380 kg / MWh) és alacsony hőhatékonysággal. Beállításuk is nagyon hosszú (4 óra), és sok helyet igényelnek. Ezeket továbbra is jellemzően speciális alkalmazásokhoz használják: katonai épületeken, amelyek nukleáris energiát használnak a jobb autonómia érdekében, és cseppfolyósított gáz-hordozókon, ahol a bunkerekből származó gáz újrafelhasználható.
Belső égés: a belső égésű motorFrançois Isaac de Rivaz , majd Rudolf Diesel munkájának eredményeként a belső égésű motor végül az első világháború előtt elérte a haditengerészet számára elfogadható erőket . A legkisebb hajók kivételével Diesel típusúak . Magas hozamot és ennélfogva alacsonyabb fogyasztást tesznek lehetővé, de kevesebb durva üzemanyagra van szükségük, amelyhez kőolajtermékeket kell finomítani . Megkülönböztetünk:
Miután a második világháború , a gázturbinák származó repülőgépről motorok adunk a listához. Ezek általában „pácolt” repülési turbinák (tengely és korrózióálló anyagok hozzáadása). Nagy teljesítményt (43 MW-ig ) tudnak biztosítani alacsony tömeg esetén (tömeg / teljesítmény arány körülbelül 1,2–4 kg / kW), és rendkívül rövid, két perc nagyságrendű indítási időt is lehetővé tesznek, ezért gyakran alkalmazzák őket katonai hajókon a gyorsulás érdekében. A nagyon nagy légáramlás miatt a turbinákhoz nagy be- és elszívó levegő járatokra van szükség. Mindenekelőtt nagyon drága megvásárolni és működtetni őket, mert többet (250–300 kg / MWh) fogyasztanak, és nagyon jó minőségű üzemanyagot igényelnek.
A 2000-es években a polgári hajók által használt nehéz fűtőolajban megengedett maximális kéntartalom 3,5 % volt . A Nemzetközi Tengerészeti Szervezet elfogadta a2016. október 27 dátuma 1 st január 2020-asa maximális kénküszöbérték 0,5 % -nál történő általánosításához, 2019-ben pedig a maximálisan tolerálható 1,5 % . A haditengerészet a NATO kiszabására kéntartalma 0,1 % , mivel körülbelül 1980.
A nukleáris hajtású hajók egy vagy több atomreaktort használnak. Az előállított hőt egy hőátadó folyadékba továbbítják, amelyet vízgőz előállítására használnak, működtetve:
Körülbelül 400 nukleáris meghajtású hajó létezik a világon, túlnyomórészt katonai, különösen tengeralattjárók , de repülőgép-hordozók és cirkálók , valamint néhány polgári hajó ( jégtörő ). A rakományból a Nuclear is tapasztalható volt az 1960-as és 1970-es években (az Egyesült Államok NS Savannah-ja , a német Otto Hahn és a japán Mutsu ), de használatuk nem bizonyult jövedelmezőnek, ezeket a kísérleteket abbahagyták.
A nukleáris meghajtás beruházási és üzemeltetési költségei csak katonai felhasználásra és különösen a tengeralattjárókra teszik igazán érdekessé. Ez az energia:
A nukleáris meghajtás tehát meghatározó előnyt nyújt a tengeralattjáróknak, oly mértékben, hogy a hagyományos tengeralattjárókat egyszerű tengeralattjáróknak minősíthetjük.
Az előállított mechanikai energiát továbbra is tovább kell vinni a tolóerőhöz. Történelmileg az alkalmazott módszer volt a legegyszerűbb: egy motor tengely, amely közvetlenül a propellert vagy a kerék tengelyt hajtja. Számos igény kielégítése azonban az átadás bizonyos összetettségéhez vezethet.
Inverter / reduktor dobozEz a két rendszer általában a sebességváltó házában található.
Ebben az esetben a fő motorok villamos generátorként működnek (mint az akkor szinte kizárólag a meghajtásra szánt generátor készlet ) , a propeller tengelyeket pedig villanymotorok hajtják (néha elmerülve) . Ha az elektromos átvitel általános elvei 1940 körül léteznek, a teljesítményelektronika legutóbbi fejleményei sok technikai innovációt eredményeztek. A hüvely technikai fúziója nemrégiben történt és 1990 körül alakult ki. Összességében az elektromos hajtóműnek a műszaki fejlődéssel együtt egyre több előnye van. Versenyképes eszközzel rendelkezik, amelyet szennyezés miatt ritkán használnak a hajókon, a hidrosztatikus (vagy más néven hidraulikus) erőátviteli mechanikai előnyökkel, amelyek hasonlóak az elektromos sebességváltókhoz:
Az elektromos meghajtás csendesebb használják búvár fázisok felhasználásának köszönhetően az akkumulátorok a tengeralattjárók ( dízel-elektromos ) 1935 óta (a snorkeling fázisban a zaj nagy, mivel a dízelmotorok töltse fel az elemeket) . Ezeknek a még mindig használt haditengeralattjáróknak van egy légcsavar tengelye. Hajtóműves motorjaik a tengeralattjárón belül vannak. A felderítő tengeralattjárókon annyi külső elektromos tolóerő van, mint például a POD-ok, ahány belső villanymotoros tolóerő van. A nukleáris tengeralattjárókon számos megoldás létezik: a belső meghajtómotor lehet gőz vagy elektromos turbina, és léteznek külső elektromos hüvelyek is.
A tolóerő-végberendezés a mechanikai energiát tengelyirányú erővé alakítja (a hajó tengelyében) . Szinte minden rendszerben a hajóerőt az ér hátulján fejtik ki. Valóban, a sebesség, a hullámok hajlamosak megemelni az íjat . Másrészt a hajótest tolása által kiszorított vízmennyiség korlátozza a víz turbulenciáját a hátsó fele alatt, szabályozva a hajtóerőket, csökkentve a rezgéseket és ezáltal javítva az általános hatékonyságot. A legáltalánosabb esetben, egy hosszú tengely (vagy akár több) , majdnem párhuzamosan a hajótest (ferde hátrafelé a 4 és 10 °) lehetővé teszi, hogy eltolja a forrása a primer mechanikus energia (belül) a tolóerő eszköz. ( külső) . A modern hajókon e két mechanikai oszlop (elsődleges mechanikai energia és mechanikus tolóerő) között technológiai újítások kúsznak be ( mechanikus, elektromos vagy hidraulikus erőátvitelek ) . Ha általánosságban elmondható, hogy a tolóerő-végberendezések a vízre gyakorolt közvetlen hatással működnek, mint a repülésben, a tolóerő jelentős része a fúvókában csatornázott folyadéktömeg gyorsulásával is létrejöhet ( reakció- tolóerő ) .
VízikerékA lapátkerék az első olyan rendszer, amelyet történelmileg használtak gőzgéppel folyó vagy parti hajózáshoz, valamint az első transzatlanti hajókhoz. De a kerék alacsony hatékonysága, oldalmérete, sérülékenysége (hadihajók) vezetett a légcsavaros rendszerek cseréjéhez . Ezt a hajtóanyagot csak néhány belvízi útnál használják: például a Genfi - tó kompjainál .
Merülő légcsavarA propeller jelenleg a legszélesebb körben használt hajtóanyag. Általában a hajó hátsó részén helyezik el, és vízszintes vagy kissé ferde tengely körül forog. A lapátok „teljes sebessége” (a forgási sebesség és az előre haladó sebesség összege) olyan tolóerőt generál, amely az edényt előre mozgatja.
A hüvelyt a legáltalánosabb esettel szemben definiálják, amikor a légcsavart egy hosszú motor tengely hajtja, amely egy hegesztett csapágyon halad át a hajótesten; egyszerű kapocscsapágy tengelycsapágy , amelyet néha egy második külső is kiegészít (a légcsavar konzolos a motor tengelyének végén). A "Pod" -nak nincs hosszú tengelye, amely keresztezi a hajótestet. A hajótestnek a hüvelynek nevezett kiemelkedése nagyon szilárdan tartja a propellert, míg egy belső mechanikus eszköz biztosítja a légcsavar meghajtó energiáját. Ez a nacelle leggyakrabban függőlegesen elfordul, hogy a hajó hatékony forgását szolgálja. Ezek a hüvelyek tartalmazhatnak úgynevezett "traktoros" propellert, amely a nacelle elején helyezkedik el, vagy egy propeller-propellert. Lehet két tandembe szerelt propeller is, az egyik elöl, a másik hátul, vagy két ellentétesen forgó propeller.
Végül az a módszer, ahogyan a mechanikus energia eléri a légcsavar tengelyét, két nagyon különböző típusú hüvelyt különböztet meg, amelyek szemben állnak egymással.
Irány; a nacelle rögzíthető, de leggyakrabban orientálható. Rögzített hüvelyek esetén a hajócsavar egy kis kormánytagja ad irányt az edény felé. "
Felszíni légcsavarokEzek félig merülő légcsavarok, sajátos lapátprofillal a profil "szellőzésének" elkerülése érdekében. Ebben a konfigurációban a sebességváltó tengely a kereszttartóból jön ki a víz felett; nincs kormány, a légcsavar tengelyének oldaliránya biztosítja a manőverezhetőséget (vektoros tolóerő). Ezt a rendszert gyors csónakokban használják (több mint 30 csomó).
Vízsugarak vagy vízsugarak.A légcsavar egy csatornába kerül; a vizet a hajótest alá pumpálják, és a kereszttartó szintjén, a szabadba engedik. A sugár irányát az oldalirányban szabályozzuk, hogy biztosítsuk az irányt, a függőleges síkban pedig a tolóerő irányának megfordulását (hátramenet), ezzel helyettesítve a kormányt és az irányváltót.
Ezt a típusú hajtóművet először kisméretű, nagyon manőverezhető kikötőhajókon alkalmazták a Schottel márkanév alatt. Gyakran használják (25 csomótól) személyszállító hajókon, és ez a leggyakrabban használt rendszer nagy sebességgel (több mint 30 csomó): gyors jachtok , nagy sebességű kompok ( NGV ), szárnyashajók katonai célokra. A vízsugarakat biztonsági okokból a légcsavarok helyett szabadidős járművekre, például jet-ski vagy vízi járművekre szerelik .
Voith-Schneider típusú hajtóműMindig párban vannak felszerelve . Függőleges tengely mentén forognak, a pengék fóliákként működnek ; A vízáramlás irányának nagyon gyors beállításának képessége különösen érdekessé teszi ezt a rendszert a vontatóhajók számára, de összetettsége hátrányos helyzetbe hozza a Z-meghajtók vagy azimut-tolókerekek javát .
Manőverező légcsavarokVégül a keresztirányú tolókerekek vagy a „tolók” (angolul: „ íj-hajtómű ” és „ hátsó hajtómű ”) olyan hajócsavarok, amelyek keresztirányban hatnak a hajótestet keresztező alagútban, hogy elősegítsék és megkönnyítsék a hajók manővereit , különösen a folyami hajózásban és a kikötőben megközelít. Hajtják őket dízelmotorral , mechanikusan vagy hidraulikus rendszerrel , vagy elektromos rendszerrel .
Az 1775-ös teknős függőleges és vízszintes légcsavarjainak rajza
A hüvelyekre szerelt dupla légcsavarok
Propeller és egy modern teherhajó kormánya
Fúvóka propeller
A nagyon sekély merülésű vízi járművek ( szárnyashajók ) és a víz felett mozgók ( emelőhajók , légpárnás légpárnák és földi repülőgépek ) léghajtóművet használnak
Az állatszállítást fokozatosan felváltotta a különböző módon előállítható mechanikus tapadás:
A nem hajtott bárka előnye, hogy bizonyos rugalmasságot és nagyobb jövedelmezőséget enged a műveleteknek: míg az uszály a kikötőben végzi a be- és kirakodási műveleteket (ez időbe telik), addig a vontatót egy újabb mozdulatra fel lehet engedni. A vontató- és uszályrendszert továbbra is használják tavakon és nagy folyókon, valamint a nyílt tengeren, hogy olajplatformokat hozzanak működésük helyére. Egyes hajók életük végén átalakulnak azáltal, hogy eltávolítják az elavult meghajtó gépeiket, és mobil vagy rögzített uszályokká alakítják őket; ez különösen vonatkozik bizonyos tartályhajókra, amelyek úszó tároló egységként szolgálnak.
A mágneses hidrodinamikai meghajtás a Laplace-erőn alapul : ha elektromos áramot vezetnek át egy mágneses mezőnek kitett testen, akkor ez a test erőnek van kitéve . A tengervíz azonban vezető . Elméletileg tehát elegendő egy (nagy) mágnest behelyezni egy hajóba, majd elektromos áramot keringtetni a létrehozott mágneses mezőnek kitett vízben, mozgatni a vizet a hajóhoz képest, azaz - azaz (szimmetrikusan), hogy az edényt a vízhez képest mozgásba hozzuk. Ezt mozgó alkatrészek, tehát zaj, örvények és anélkül, hogy a vizet az edény belsejébe kellene vezetni. A kormányok is feleslegesek: csak meg kell változtatnia az áram irányát (vagy a mágneses mezőt, ha elektromágneset használunk), hogy megfordítsuk az erőt a hajó egyik oldalán, és ezáltal irányítsuk. Az áramnak fázisban kell lennie a mágneses térrel, ezért folyamatosnak kell lennie, ha a mágnes állandó és rögzített, de ezen kívül számos konfiguráció lehetséges (különösen egy elektromágnes esetén).
A hátrányokat azonban nem ismerik el megfelelően: elektromos és mágneses kockázatok, tengervíz elektrolízise (az elektromos hatékonyság csökkenése és az életre káros és a berendezésekre agresszív termékek, például klór és hidrogén előállításának kockázata ), erős mágnesek iránti igény, gyenge területi egységenkénti tolóerő stb. Ez a folyamat ezért továbbra is kísérleti jellegű. A korai 1990-es évek , Mitsubishi készített egy hajót, a Yamato 1 használatával MHD meghajtására. Héliummal hűtött szupravezető mágnesekkel működött, és 15 km / h sebességgel tudott haladni .
Először Tom Clancy rendezte A vadászat a vörös októberre című kémregényében. Az MHD meghajtási módját később a regény 1990. évi Vörös október nyomában című filmadaptációjában mutatták be a nagyközönségnek .
Sugárhajtása: egy hasonló elvet a sugárhajtású repülőgép , gázbuborékok kiadja egy fúvóka; az így okozott folyadék tágulása előremozdulást eredményez. A gázt előállíthatjuk sűrített levegővel vagy a víz kémiai reakciójával "üzemanyaggal", például nátriummal vagy lítiummal . Az eddigi eredmények nem túl biztatóak a nagyon alacsony hatékonyság, a felhasznált termékek veszélye és a segédrendszer beindításának szükségessége miatt.
A szárnyashajó szárnyának meghajtása, csapkodása vagy lengése. Az ember által hajtott versenyző tengeralattjárókon végzett kísérletek egyre kielégítőbb eredményeket hoznak.