Sanalla ’alus’ tarkoitetaan kaikkea vesikulkuneuvon kuvausta, mukaan lukien syrjäyttämättömät vesikulkuneuvot, WIG-veneet ja vesilentokoneet, joita käytetään tai voidaan käyttää vesiliikennevälineenä. Laiva-arkkitehtuurin pääelementit ovat:
HydrostatiikkaEdit
Hydrostatiikka koskee olosuhteita, joille alus on alttiina ollessaan levällään vedessä, sekä kykyä pysyä pinnalla. Tähän liittyy kelluvuuden, syrjäytymisen ja muiden hydrostaattisten ominaisuuksien, kuten trimmin (aluksen pituussuuntaisen kaltevuuden mitta) ja vakavuuden (aluksen kyky palautua pystyasentoon sen jälkeen, kun se on kallistunut tuulen, meren tai lastausolosuhteiden vaikutuksesta) laskeminen.
HydrodynamiikkaEdit
Hydrodynamiikka koskee veden virtausta laivan rungon, keulan ja perän ympärillä ja kappaleiden, kuten potkurin lapojen tai peräsimen, yli tai potkuritunneleiden läpi. Vastus – vedessä tapahtuvan liikkeen aiheuttama vastus, joka johtuu pääasiassa veden virtauksesta rungon ympärillä. Propulsio – aluksen liikuttaminen vedessä potkureiden, työntövoimalaitteiden, vesisuihkujen, purjeiden jne. avulla. Moottorityypit ovat pääasiassa polttomoottoreita. Joidenkin alusten käyttövoimana on sähkökäyttö ydinvoimalla tai aurinkoenergialla.Aluksen liikkeet – käsittää aluksen liikkeet meriväylällä ja sen reaktiot aaltoihin ja tuuleen.Ohjattavuus (manööverointi) – käsittää aluksen sijainnin ja suunnan hallinnan ja säilyttämisen.
Kelluminen ja vakavuusEdit
Nesteen pinnalla kelluvalla kappaleella on liikkeissään 6 vapausastetta, jotka luokitellaan joko rotaatioon tai translaatioon.
- Eteen ja taakse tapahtuvaa translaatiota kutsutaan aallokoksi.
- Transversaalista translaatiota kutsutaan huojumiseksi.
- Vertikaalista translaatiota kutsutaan kohoamiseksi.
- Transversaalisen akselin ympärillä tapahtuvaa pyörimistä kutsutaan trimmiksi tai kallistukseksi.
- Taivaan ja keulan välissä olevan akselin ympärillä tapahtuvaa pyörimistä kutsutaan kallistukseksi tai kallistukseksi.
- Pystysuoran akselin ympäri tapahtuvaa pyörimistä kutsutaan kallistukseksi.
Pituussuuntainen vakavuus Pituussuuntaisissa kallistuksissa vakavuus riippuu painopisteen ja pituussuuntaisen metakeskipisteen välisestä etäisyydestä. Toisin sanoen perusta, jolla alus säilyttää painopisteensä, on sen etäisyys, joka on asetettu yhtä etäälle sekä aluksen perä- että keulaosasta.
Kun kappale kelluu nestepinnalla, se kohtaa edelleen painovoiman, joka painaa sitä alaspäin. Jotta kappale pysyisi pinnalla ja välttyisi uppoamiselta, siihen kohdistuu vastakkainen voima, jota kutsutaan hydrostaattiseksi paineeksi. Kappaleeseen vaikuttavien voimien on oltava samansuuruisia ja samansuuntaisia, jotta kappale pysyy tasapainossa. Tämä tasapainon kuvaus on olemassa vain silloin, kun vapaasti kelluva kappale on tyynessä vedessä, kun muut olosuhteet ovat vallitsevia, näiden voimien suuruus muuttuu rajusti luoden kappaleen huojuvan liikkeen.
Avovoima on yhtä suuri kuin kappaleen paino, toisin sanoen kappaleen massa on yhtä suuri kuin kappaleen syrjäyttämän veden massa. Tämä lisää vartaloon ylöspäin suuntautuvaa voimaa pinta-alan kertaa syrjäytetyn pinta-alan verran, jotta vartalon pinnan ja veden pinnan välille syntyy tasapaino.
Laivan vakavuus pystyy useimmissa olosuhteissa voittamaan kaikenlaiset rajoitteet tai vastukset, joita kovassa merenkäynnissä kohdataan; laivoilla on kuitenkin epätoivottuja kallistumisominaisuuksia, kun kallistumisessa tapahtuvien värähtelyjen saldo on kaksi kertaa niin suuri kuin nostovoimassa tapahtuvien värähtelyjen saldo, mikä aiheuttaa laivan kaatumisen.
RakenteetEdit
Rakenteet käsittää rakennusmateriaalin valinnan, aluksen globaalin ja paikallisen lujuuden rakenteellisen analyysin, rakenneosien värähtelyt ja aluksen rakenteelliset vasteet merenkäynnin liikkeiden aikana. Alustyypistä riippuen rakenne ja suunnittelu vaihtelevat sen suhteen, mitä materiaalia käytetään ja kuinka paljon sitä käytetään. Jotkin alukset on valmistettu lasivahvisteisesta muovista, mutta suurin osa aluksista on terästä ja mahdollisesti jonkin verran alumiinia päällysrakenteissa. Aluksen koko rakenne suunnitellaan suorakaiteen muotoisilla paneeleilla, jotka koostuvat neljästä reunasta tuetuista teräslevyistä. Yhdistettynä suureksi pinta-alaksi ritilät muodostavat aluksen rungon, kannen ja laipiot samalla kun ne tukevat toisiaan rungoilla. Vaikka aluksen rakenne on riittävän tukeva pitääkseen itsensä kasassa, suurin voima, joka sen on voitettava, on pituussuuntainen taivutus, joka synnyttää rasitusta runkoa vasten, sen rakenne on suunniteltava siten, että materiaali on sijoitettu mahdollisimman paljon eteen ja taakse. Tärkeimmät pituussuuntaiset elementit ovat kansi, kuorilaudoitus, sisäpohja, jotka kaikki ovat ritilämuotoisia, ja näihin lisätään pituussuuntainen venytys. Aluksen mitat ovat sellaiset, että jäykisteiden välille saadaan luotua riittävä etäisyys nurjahduksen estämiseksi. Sota-aluksissa on käytetty pitkittäisjäykistysjärjestelmää, jonka monet nykyaikaiset kauppa-alukset ovat omaksuneet. Tätä järjestelmää käytettiin laajalti varhaisissa kauppalaivoissa, kuten SS Great Eastern -aluksessa, mutta myöhemmin siirryttiin poikittaiseen runkorakenteeseen, joka osoittautui käytännöllisemmäksi laivan rungon suunnittelussa. Tämä järjestelmä otettiin myöhemmin käyttöön nykyaikaisissa aluksissa, kuten säiliöaluksissa, sen suosion vuoksi, ja sitä kutsuttiin Isherwood-järjestelmäksi. Isherwood-järjestelmän järjestely koostuu kansien jäykistämisestä sekä sivuilla että pohjassa pituussuuntaisilla elementeillä, jotka on erotettu toisistaan niin paljon, että niiden välinen etäisyys on sama kuin runkojen ja palkkien. Tämä järjestelmä toimii siten, että pituussuuntaisia tukevat poikittaisjäsenet ovat noin 3 tai 4 metrin etäisyydellä toisistaan, leveällä etäisyydellä tämä aiheuttaa tarvittavan poikittaislujuuden siirtämällä laipioiden antaman voiman määrää.
JärjestelytEdit
Järjestelyihin liittyy konseptisuunnittelu, pohjapiirustus ja kulkuyhteydet, palontorjuntatekniikka, tilojen jako, ergonomia ja kapasiteetti.
RakentaminenEdit
Rakentaminen riippuu käytetystä materiaalista. Kun käytetään terästä tai alumiinia, siihen kuuluu levyjen ja profiilien hitsaus valssauksen, merkitsemisen, leikkaamisen ja taivuttamisen jälkeen rakennesuunnitelmapiirustusten tai -mallien mukaisesti, minkä jälkeen seuraa pystytys ja käyttöönotto. Muihin materiaaleihin, kuten kuituvahvisteiseen muoviin ja lasivahvisteiseen muoviin, käytetään muita liitostekniikoita. Rakennusprosessi suunnitellaan huolellisesti ottaen huomioon kaikki tekijät, kuten turvallisuus, rakenteen lujuus, hydrodynamiikka ja aluksen järjestely. Jokainen huomioon otettava tekijä tuo esiin uuden vaihtoehdon materiaaleista, joita on harkittava, sekä aluksen suuntauksen. Kun rakenteen lujuus otetaan huomioon, aluksen törmäystilanteet otetaan huomioon siten, että aluksen rakennetta muutetaan. Siksi materiaalien ominaisuuksia tarkastellaan huolellisesti, koska osuman saaneeseen alukseen sovelletulla materiaalilla on elastisia ominaisuuksia, osuman saaneen aluksen absorboima energia taipuu vastakkaiseen suuntaan, joten molemmat alukset käyvät läpi palautumisprosessin estääkseen lisävahinkojen syntymisen.
