Ujuvus, mere- ja eksplomadused (0)

Kapten Rein Raudsalu MNI Loengud Eesti Mereakadeemias
Teema 3. Koostatud 30.12..2004.
Laevade ehitus. Täiendatud 23.07.2012.
Laevade ehitus. Teema 3.
Laeva ujuvus , mere- ja ekspluatatsiooniomadused.
Selles teemas vaadeldakse laeva mere- ja ekspluatatsiooniomadusi ning neid iseloomustavaid näitajaid.
Pärast selle teema omandamist õppur

• omab algteadmisi laeva ujuvusest, mahulistest ja kaalulistest näitajatest;
  
• oskab arvutada laeva raskuskeskme koordinaate, kasutada lastiskaalat ja teha arvutusi keskmise süvise muutumisest lasti laadimisel/lossimisel ning veetiheduse muutumisel;
  
• omab ettekujutust laeva hukkumatusest, vabaparda kõrgusest, laadungi-omärgist ja laeva tugevusest;
  
• saab algteadmised laeva püstuvusest, käikuvusest, juhitavusest, meretaluvusest;
  
• omab algteadmisi laeva ekspluatatsiooniomadustest: dedveit , lastimahu-tavus, kiirus, registermahutavus ;
  
• saab algteadmised laeva tugevusest
  

3.1 Ujuvus.
Ujuvus on laeva võime püsida määratud asendis vee peal, kandes ettenähtu lasti.
3.1.1 Tihedus, mass ja maht (ruumala)
Tihedus on füüsikaline suurus, mis näitab aine massi ruumalaühikus. Seda tähistatakse reeglina sümboliga ρ ning mõõdetakse ühikutes kg/m3 (SI-süsteemi põhiühik ) või t/m3 või g/cm3.
Näide 3.1.1
Alumiiniumist tahuka mõõtmetega 1,5 m x 2,0 m x 0,5 m mass on 4,052 tonni
Leida alumiiniumi tihedus.
Näide 3.1.2
Terastahukas mõõtmetega 1,5 m x 2,0 m x 0,5 m omab tihedust 7,80 t/m3.
Leida tahuka mass.
Näide 3.1.3
Kütuse kulutangi mõõtmed on: pikkus 4,5 m, laius 3,6 m, kõrgus 6,0 m
Tankis on kütus tihedusega 0,86 t/m3, mõõdetud kütusetaseme kõrgus on 4,15 m.
Leida kütuse mass kulutankis.
Laeva teoreetilistes arvutustes kasutatakse mageda vee ( fresh water) tihedusena
merevee (salt water) tihedusena , mis on 35‰ soolsusega merevee tihedus.
Kui arvutuste tegemisel on vee täpne tihedus arvesse võetud ja see jääb kahe eelpoolnimetatu vahele, nimetatakse seda dokivee (dock water) tiheduseks .
3.1.2 Archimedese seadus
Archimedese seadus on hüdro - ja aerostaatika seadus, mille kohaselt igale vedelikus või gaasis asetsevale kehale mõjub üleslükkejõud , mis on võrdne selle keha poolt väljatõrjutud vedeliku või gaasi kaaluga.
Vana-aja mõttetarkade töödest on tänapäeva kooliharidusse jõudnud vaid üksikud. Matemaatikud tutvustavad Pythagorase teoreemi ning Heroni valemit, füüsikas räägitakse vast kõige enam Archimedese seadusest:
Vette asetatud kehale mõjub üleslükkejõud, mis on võrdne keha poolt välja tõrjutud vedeliku kaaluga.
Archimedes ise sõnastas selle seaduse pisut teistmoodi: keha kaotab oma kaalust just nii palju, kui palju kaalub tema poolt välja tõrjutud vedelik. Mõte on täpselt sama, aga pisut erinev sõnastus annab meile ootamatu vihje: kaaludes keha vedelikus ja võrreldes tulemust sama keha kaaluga kuival , võrdleme me tegelikult keha tihedust vedeliku tihedusega.
Teeme kohe selgeks ka massi ja kaalu suhte.
Kaal on vektoriaalne füüsikaline suurus, mis näitab jõudu, millega kehale mõjub gravitatsioon. Tähis P. SI-süsteemi mõõtühik N (njuuton) või kN (kilonjuuton). Kuid juurdunud arusaama kohaselt oleme harjunud kaalu ja ka jõudu mõõtma tonnides.
Kaal 1 tonn on võrdne raskusjõuga 9,81 kN
Sama võib öelda näiteks ühe tonni tõmbejõu kohta. Kuna aga praktikas on sügavalt juurdunud tonn, kui kaaluühik nii laeva andmetes kui lastikäsitluses, siis eristame selles kursuses massi ja kaalu vaid siis, kui see on selguse või korrektsuse huvides hädavajalik.
3.1.3 Ujuvusjõud (üleslükkejõud) ja ujuvus
Laev ujub seetõttu, et surub välja oma kaaluga võrdse veehulga. Väljasurutud vesi tekitab ülespoole suunatud jõu, mida nimetame ujuvusjõuks. See jõud tuleneb sellest, et väljasurutud vesi püüab taastada oma häirimatu taseme. Antud juhul tegutseb Newtoni kolmas seadus, mida saab sõnastada järgmiselt: Jõud tekivad kahe keha vastastikmõjus alati paarikaupa. Need kummalegi kehale mõjuvad jõud on absoluutväärtuselt võrdsed ja vastassuunalised.
Kui laevakere maht on küllaldane ja see sisaldab väikse tihedusega materjali (kaasa arvatud õhk), siis on tema kaal küllalt väike, et väljasurutud vesi suudaks teda oma üleslükkejõuga kompenseerida laeva raskusjõudu. Kui nüüd laevale lisada lasti või täita ruum suurema tihedusega materjaliga, suureneb laeva kaal. Selleks, et kompenseerida suurenenud raskusjõudu, on vaja suuremat väljasurutud vee mahtu (Joon. 3.1).
Joon. 3.1.
Osa laevakere mahust, mis jääb ülespoole veeliini , kujutab endast ujuvusvaru . Kui kogu laeva suletud maht on täielikult vee all, ei jää enam ujuvusvaru ja edasine lasti lisamine (kaalu suurenemine) ei kutsu esile väljasurutud vee hulga suurenemist ning see ei ole enam võimeline laeva veepinnal hoidma. Üleslükkejõud tegutseb endiselt, kuid see on nüüd väiksem kui laeva suurendatud kaal. Seega laev upub.
Samuti võib laev uppuda, kui tema veetihedas keres on auk ja vesi täidab ruumi. Laeva kaal jääb samaks, kuid veega täidetud ruum ei suru enam vett välja ning ujuvusjõud väheneb. Laev vajub vees allapoole, kuid ta võib jääda ujuma uue suurema süvisega, kui küllaldane ujuvusvaru suudab kompenseerida uputatud ruumi mahu. Kui aga ujuvusvaru ei ole selleks küllaldane, laev upub. Ujuvusjõud on küll olemas, kuid see on väike, tekitatud vaid laeva talastiku ja kereplaadistuse mahu poolt välja surutud vee kaalust (Joon. 3.2). Joon. 3.2.
Näide 3.1.4

Laevakraana, millel on dünamomeeter, tõstab kailt teraskuubi.
Mida näitab dünamomeeter?

Kraanajuht laseb teraskuubi vette (dokivee tihedus ρ=1.020 t/m3) selliselt , et pool kuubist on vees.
Mida näitab nüüd dünamomeeter?

• Osa teraskuubist on nüüd vees. Vee all oleva osa maht on 2×2×1=4 m3
  
• Väljatõrjutud vee mass on võrdne ujuvusjõuga
  

• Dünamomeetri näit:
  

Kui kraanajuht laseb teraskuubi vette nii, et see on tervenisti vees, mida näitab siis dünamomeeter?

• Vees on nüüd kogu kuup mahuga
  

• Väljatõrjutud vee mass, mis on võrdne ujuvusjõuga
  

• Dünamomeetri näit:
  

3.1.4 Raskuskese ja ujuvuskese.
Juba eespool defineerisime: Ujuvuseks nimetatakse laeva võimet seista vee peal (ujuda) teatud asendis ja kanda endal ettenähtud lasti.
Rahulikul ( vaiksel ) veel mõjuvad laevale tema enda raskusjõud ja temal paiknevate lastide raskusjõud. Nende jõudude ühisnäitaja P rakenduspunkt asub punktis G, mida nimetatakse raskuskeskmeks (RK). See raskusjõud P on suunatud vertikaalselt allapoole. (Vt. Joon. 4.1.)
Joon. 3.3.
Raskusjõud tasakaalustatakse vee rõhuga laevakerele (või teisisõnu vee tõstejõuga või ujuvusjõuga). Selle ühisnäitaja  rakenduspunktiks on punkt B, mida nimetatakse suuruskeskmeks (SK) või veeväljasurve keskmeks (ka ujuvuskeskmeks). Ujuvuskese on ühtlasi laeva veealuse osa mahukese. Ujuvusjõud on suunatud vertikaalselt üles.
Vee peal ujuva laeva tasakaalutingimuseks on raskusjõu ja ujuvusjõu võrdsus ja nende rakenduspunktide paiknemine ühel vertikaalsel sirgel. (Vt. Joon. 3.4.)
P=Δ
xg=xb yg=yb
See tähendab, et iga veepinnal ujuva laeva mass on võrdne tema poolt välja tõrjutud vee massiga.
Kui vesi ei ole mage (tihedus ρ≠1,0t/m3) ja omab teistsugust tihedust ρ kui magevesi siis

Δ=ρV

Joon. 3.4.
Merevee tiheduseks teoreeti-listes arvutustes on võetud ρ=1,025t/m3.

Veeväljasurve. (Joon. 3.5).
Vaiksel veel ujuv laev, nagu iga teinegi ujuv keha, alludes Archimedese seadusele, surub välja veehulga, mille kaal on võrdne laeva enda kaaluga. Veeväljasurve on veehulk , mille ujuv laev välja tõrjub. Teisiti võiks öelda, et laeva kaal on võrdne vee kaaluga, mille ääreni täis basseinist tõrjub välja sellesse basseini asetatud laev. Veeväljasurvet mõõdetakse ruumala- ja massiühikutes – kuupmeetrites või tonnides. Kaaluline veeväljasurve (Δ) on laeva ja tema pardal oleva lasti ning varude kogumass tonnides. Mahuline veeväljasurve (V) võrdub laeva veealuse osa ruumalaga (mahuga) kuupmeetrites.
Joon. 3.5.
Eristame tühja laeva (Δ0) ja täislastis laeva (Δmax) veeväljasurvet. Nende kahe näitaja vahe on laeva täielik kandevõime ehk dedveit (DW).
Püsiva kaalulise veeväljasurve juures võib laeva mahuline veeväljasurve (veealuse osa maht) muutuda olenevalt vee tihedusest (soolsusest). Kuna veealuse osa maht oleneb laeva süvisest, siis muutub vee tiheduse muutudes ka laeva süvis .
Δ=γV
Joonis 3.5 annab ettekujutuse väljatõrjutava vedeliku massi ja laeva massi võrdsusest.

• Mahuline veevälja-surve V on laeva veealuse osa maht kuupmeetrites (m3)
  

• Kaaluline veevälja-surve on laeva kaal  tonnides.
  
• Kui vedeliku tihedus γ=1,00 t/m3, on kaaluline ja mahuline veeväljasurve arvuliselt võrdne.
  
• Nii V kui Δ suurus oleneb laeva süvisest. (Vt. Joon. 3.6)
  

Joon. 3.6.
Ekspluatatsioonis veeväljasurve pidevalt muutub. Väikseim veeväljasurve on tühja laeva veeväljasurve Δ0. Suurim on veeväljasurve täislastis ΔTL.
Tühja laeva veeväljasurve ehk laeva enda kaal kujutab endast kõigi alatiselt kohal olevate masside summat ja hõlmab laevakere massi koos mehhanismide , seadmete, süsteemide, sisustuse , alatise inventari ja varustusega (näit. avariivarustus, klassifikatsiooniühingu nõuetes ette nähtud varuosad), veega kateldes ja õliga mehhanismides ja alalise kuiva ballastiga (kui selline on olemas). Siia kuulub ka “surnud varu” - vedellasti ja kütuse jäägid tsisternides, mida on võimatu välja pumbata .
Veeväljasurve täislastis on suurima normaalse ekspluatatsiooni käigus lubatava süviseni (kõrgeima lubatud veeliinini) lastitud laeva mass.
Täislastis laeva ja tühja laeva veeväljasurve vahet nimetatakse dedveidiks.

Dedveit, täielik kandevõime,
Dedveit on lubatud maksimaalse süviseni laaditud laeva täielik kandevõime, mis sisaldab endas puhast lastikandevõimet ja lisaks sellele kütuse, vee ja määrdeõlide varu (välja arvatud vesi kateldes ja õli töötavates mehhanismides), meeskonda koos pagasi, toiduvaru ja mageda joogi- ning pesuveevaruga. Siia kuulub ka ballastvesi kui seda vaja on ( Vt. Joon. 3.7)..
Joon. 3.7. Veeväljasurve, dedveit ja lastikandevõime.
Seega kujutab dedveit kõigi muutuvate lastide summat s.t. neid, mis võivad muutuda reisi kestel (nagu laeva varud) või reisist reisi (nagu kasuliku lasti mass). Samal ajal on DW püsiv muutumatu suurus antud laeva jaoks.
Dedveit on püsiv muutumatu suurus antud laeva jaoks.
Liites tühja laeva veeväljasurve ja dedveidi DTL+DW saame täieliku veeväljasurve.
Tänapäeva veolaevadel on DW umbes 65-75% täielikust veeväljasurvest (suurtel tankeritel 82-85%).
3.1.7 Laeva raskuskeskme koordinaatide määramine.
Tühja laeva raskuskeskme koordinaadid on teada. Need arvutatakse välja kreenikatse abil.
Kasutame raskuste staatiliste momentide teoreemi:
Xg=
Üks neist kaaludest pi on tühja laeva kaal ja tema raskuskeskme abtsiss.
Samal meetodil leitakse ka yg ja zg .
Arvutamine toimub tabeli vormis (vt. Joon. 38 ja 3.9). Siin näitena toodud tabelist saame:
ja
Joon. 3.8.
Joon. 3.9. Laeva raskuskeskme arvutus.
3.1.8 Laeva keskmise süvise muutumine koormuse muutudes. (Joon. 3.10.)
Joon. 3.10.
Lepime kokku, et võtame maha või lisame väikese lasti s.o. alla 10% veeväljasurvest. Olgu see P. Muutub kaaluline veeväljasurve δΔ=P. Muutub ka mahuline veeväljasurve δV võrra.
Kuna Δ=ρV, siis δΔ=ρδV ehk P=ρδV.
Kui lasti P lisamine ei tekitanud kreeni ega muutnud trimmi, siis võib δV olla loetud kui kere lisamaht, mis on vette vajunud. Seda mahtu saab leida korrutades tegutseva
veeliini pindala AW (mööndusega, et süvise vähese muutumise piires veeliini pindala praktiliselt ei muutunud, AW=AW1) süvise muutusega δT:
δV=AWδT
asendades δV valemis P tarvis, saame: P=AwδTρ
kust juba: ja uus süvis T’=T+δT,
kusjuures lasti mahavõtmisel on δT negatiivne ja lasti lisamisel positiivne.
Kui võtta δT=1cm, siis saame tonnide arvu, mis muudab süvist 1cm võrra:
TPC (Tonnes per centimetre immersion), vahel kasutatakse sümbolit q, kujutab endast tonnide arvu, mille lisamine laeva massile suurendab laeva keskmist süvist 1 sentimeetri võrra.
Joon. 3.11.
Süvise suurenemisel ühe sentimeetri võrra suureneb laeva veealuse osa maht (mahuline veeväljasurve):
Kaaluline veeväljasurve magedas veer suureneb sellest:
Kaaluline veeväljasurve merevees suureneb sellest:
Seega:
Magedas vees :
ehk
Soolases vees:
ehk
Seda näitajat (TPC) on samuti võimalik leida teoreetilise joonise kõverates (Joon. 3.12, kõver 7)
Joon. 3.12.
Veeväljasurve muutumine olenevalt süvise muutumisest kajastub ka eelnimetatud kõverate alusel koostatud tabelist, mida nimetatakse lastiskaalaks. Selles tabelis kantakse ka TPC (ehk q) suurus olenevalt süvisest. (Joon. 3.13.)
Joon. 3.13.
Joon. 3.14. Lastiskaala kasutamine
3.1.9 Süvise muutumine vee tiheduse muutumisel.
Merevesi on mageveest tihedam. Seega on sama kaalulise veeväljasurvega laeva süvis merevees väiksem kui magedas vees (näiteks jões). Ka mahuline veeväljasurve merevees on väiksem kui magedas vees.
Kui laeval on vee tiheduse ρ1 juures veeväljasurve V1, ja tiheduse ρ2 juures veeväljasurve V2, siis veeväljasurve muutus on
δV=V2V1
ehk Δ kaudu
Kuid δV võib olla väljendatud ka teisiti: δV=AWδT kust asendades saame:
ja sellest:
See on väga tähtis arvutus, mida praktilises tegevuses tuleb väga tihti teha.
3.1.10 Mageveeparandus
Mageveeparandus (Fresh Water Allowance – FWA) näitab millimeetrites (või sentimeetrites) kui palju muutub laeva süvis minnes soolasest mereveest (tihedusega 1,025 t/m3) magedasse vette (tihedus 1,000 t/m3) või vastupidi.
Selgituseks kasutame järgnevat joonist (Joon.3.15 ):
Joon. 3.15.
Loeme, et laev on soolases vees laaditud suvise maksimaalse veeliinini WL. Välja tõrjutud vee vaht (mahuline veeväljasurve soolases vees) selle süvise juures on V.
Olgu uue veeliini W1L1 korral magedas vees välja tõrjutud vee mass võrdne eelmisega. La olgu „v“ see täiendav maht, mida laev omab magedas vees.
Välja tõrjutud mageda vee maht (mahuline veeväljasurve magedas vees) on V+v.
Mass = maht × tihedus
Välja tõrjutud soolase vee mass = 1025×V
Välja tõrjutud mageda vee mass = 1000×(V+v)
Välja tõrjutud mageda vee mass = Välja tõrjutud soolase vee mass
1000×(V+v) = 1025×V
1000×V + 1000×v = 1025×V
1000×v = 25×V
v = V/40
Kui lugeda, et soolase vee mass mahus „v“ on võrdne „w“ tonnides ja olgu W soolase vee mass mahus V tonnides, siis
w = W/40
kuid
[mm]
3.1.11 Bonjeani maastaap. (Joon. 3.16.)
Ekspluatatsiooni käigus, eriti aga avariisituatsioonides võib laeval olla väga suur trimm, mille korral vööri ja ahtri süviste vahe on väga suur. Sel juhul valem δV=AWδT ei anna õiget vastust. Siis kasutatakse Bonjeani maastaapi ehk kaarte pindalade kõveraid. Kõverad on tegelikult kaarepindalade integraalkõveraid.
Joon.3.16.
See on hulk kõveraid, millest igaüks näitab kaare pindala olenevalt veeliini kõrgusest tema kohal. Pikkuse, kõrguse ja pindalade jaoks on eri maastaabid.
Kasutamine:

Ahtri- ja vööriloodile kantakse süvisele vastavad näidud, mis ühendatakse sirgega.

Vastavalt veeliini asukohale leitakse kaarekõvera kaugus tema alusest tõmmatud vertikaalist, mis maastaabis kujutab endast kaare pindala.

summeerides kaartevahelised mahud leiame ruumala.
3.2 Püstuvus ehk stabiilsus.
Püstuvus on laeva võime pöörduda tagasi tasakaaluasendisse kui teda sellest välja viinud välisjõu mõju lakkab.
Vaatleme põikipüstuvust ehk püstuvust külgkalde korral. Kallet mõõdetakse kreeninurgaga .
Eristame algpüstuvust (väikeste kalletega) ja püstuvust suurtel kalletel.
3.2.1 Algpüstuvus. (Joon. 4.17.)
Joon. 3.17.
Kui laev kaldub mingi välismõju (näiteks tuul) survel , siis nihkub veealuse osa kuju muutumise tagajärjel ka veeväljasurve kese algsest asendist B uude asendisse B1 tekitades taastumismomendi
MT=Δl
kus l on taastava momendi õlg .
punkt M - põikisuunaline metatsenter, punkt, mille ümber liigub mahukese B raadiusega r (ehk BM),
lõik BM = r - metatsentriline raadius,
lõik GM = h - metatsentriline kõrgus,
see on üks tähtsamaid püstuvuse iseloomustusi.
h=zc+rzg
või
h=r(zgzb)
kus: zb - suuruskeskme kõrgus (KB)
zg - raskuskeskme kõrgus (KG)
r - metatsentriline raadius (BM)
zb ja r saadakse teoreetilise joonise kõverate järgi või arvutatakse ligikaudsete valemi- te abil, zg leitakse kaalulise koormuse arvutusega nagu näidatud eespool.
Joonis. 3.18 selgitab staatilise püstuvuse olemust.
Joon. 3.18.
Staatilise püstuvuse diagramm näitab taastuva õla pikkust olenevalt kreeninurgast. Teatud hetkel (joonisel on see kreen 370) saavutab õlg l maksimaalse väärtuse. Kreeni edasisel suurenemisel jätkab tegutsemist , kuid muutub kreeni suurenedes üha väiksemaks. Lõpuks (joonisel kreen 820) muutub õlg olematuks, l=0. Seda punkti nimetatakse staatilise püstuvuse diagrammi loojanguks ja vastavat kreeninurka – kaadumisnurgaks. Kreeni jätkuval suurenemisel muutub õlg negatiivseks ja hakkab soodustama laeva pöördumist kiiluga ülespoole.
Rahvusvahelised ohutusnõuded ja klassifikatsiooniühingud normeerivad eri tüüpi laevade jaoks staatilise püstuvuse kõvera näitajaid (maksimaalse õla kreeninurk ja diagrammi loojang)
Kreeninurga korral alla 10o saab taastumismomenti leida valemist :
MT=Δh sin
Seda valemit nimetatakse põikpüstuvuse metatsentriliseks valemiks.
3.2.2 Vedellasti mõju püstuvusele.
Vedellast (juhul kui teda sisaldav laevaruum ei ole lõplikult täidetud ja vedelik omab vaba pinda) valgub kalde suunas. (Vt. Joon. 3.19.) Kuna sel puhul nihkub paigast ka laeva raskuskese G, muutub taastav õlg endise l0 asemel omandades suuruse l. Jooniselt on näha, et l0>l. Siit järeldub, et vedellast, vaba pinna olemasolu korral, halvendab laeva püstuvust. Negatiivne mõju on väiksem kui vaba pind saab jagatud osadeks pikivaheseintega (Joon. 3.20.).
Nii ei ole laevas ühtegi tsisterni vedela lasti või ballasti jaoks, mis ulatuksid pardast pardani. Enamatel juhtudel on tsistern jagatud kaheks osaks pikivaheseinaga. Sageli jagatakse tsistern veelgi enamate pikivaheseintega, näiteks kolme pikivaheseinaga neljaks osaks. Samuti püütakse ekspluatatsiooni käigus vältida vaba vedelikupinna tekkimist mitmes tsisternis.
Joon. 3. 19. Joon. 3.20.
3.2.3 Kreenikatse
on operatsioon ehitatud või rekonstrueeritud tühja laeva raskuskeskme kõrguse leidmiseks. Üksikasjad ja katse praktilise teostamise kirjeldus kuulub õppeaine “Laeva teooria” valdkonda.
3.2.4 Raskuskeskme kõrguse mõju püstuvusele.
Raskuskeskme tõusmisel kõrgemale
metatsentrist, see tähendab metatsentrilise
kõrguse h muutumist negatiivseks, kaob püstuvus täielikult (Joon. 3.21)
Joon. 3.21.
2.2.5 Pikipüstuvus.
Joon. 3.22.
Pikkupidine trimmiv moment pöörab laeva ümber tema põiktelje (näiteks kiilõõtsumisel).(Vt. Joon. 3.22.) Tagajärjeks on trimmi (ahtri ja vööri süviste) muutumine. Ka siin on olemas pikkupidine metatsentriline kõrgus H0 (GML) ja metatsentriline raadius R (ehk BML).
Metatsentriline valem on sama;
MTR=ΔH0sinψ
ehk MTR=ΔH0ψ
kus MTR – on trimmiv moment.
Moment, mis trimmib laeva 1cm võrra tuuakse ära teoreetilise joonise kõverates.

Uppumatus .
Uppumatus on laeva võime säilitada vajalikul määral ujuvust ja püstuvust ning jääda ujuvasse asendisse kui osa ruume on veega täidetud.
3.3.1 Ujuvusvaru.
Laeva süvis suureneb vee sattudes laevaruumi. Veega täidetud laevakere maht ei võta osa üleslükkejõu tekitamisest, mistõttu üleslükkejõud väheneb. Puudu jääv üleslükke- jõud kompenseeritakse laevakere täiendava vettevajumisega. Laev jääb ujuma kuni vettelaskunud vigastusteta ruumide maht on suurem laeva sattunud vee mahust. Mida suurem on ujuvusvaru, seda enam vett võib temasse sattuda, seda suurem on uppumatuse aste. (Joon. 3.23)
Joon. 3.23.
3.3.2 Veetihedad vaheseinad
Laeva ruumidesse sattuva vee hulga vähendamiseks jagatakse laeva kere veetihedate piki- ja põikvaheseintega (Joon. 3.24) väiksema ruumalaga osadeks - sektsioonideks.
Joon. 3.24. Veetihedad vaheseinad
Laeva ujuvusvaru peab olema selline, et ühe või ka mitme veetiheda sektsiooni täitumine veega ei vii laeva hukkumisele, kui vesi ei tungi edasi teistesse veetihedatesse sektsioonidesse. Rahvusvaheliste ohutusnõuete kohaselt, mida kirjutab ette Rahvusvaheline konventsioon inimelude ohutusest merel (SOLAS 1974/1978), määratakse igale laevale olenevalt kasutuseesmärgist sektsioonide arv, mille täitumisel veega ujuvusvaru peab tagama laeva uppumatuse.
Sellised veetihedad vaheseinad olid juba Titanic’ul, kuid jäämägi, mis lõhestas parda , lõikas läbi mitu järjestikust veetihedat vaheseina ja lubatust rohkem sektsioone täitus veega. Lisaks osutusid terveksjäänud vaheseinad liiga nõrgaks, ei suutnud vastu pidada täitunud sektsioonide vee survele, hakkasid murduma ja vesi tungis kogu laevakeresse.
Ujuvuse tagamine ei garanteeri veel laeva uppumatust. Peale ujuvuse tuleb tagada ka vigastatud laeva püstuvus, mis süvise suurenemisel järsult väheneb. Eriti ohtlik on olukord siis, kui veega täitunud laevaruumid paiknevad diametraaltasandi suhtes ebasümmeetriliselt. Niisugune olukord võib tekkida laevadel, mille kere on peale põikvaheseinte ka pikivaheseintega osadeks jagatud või millel paiknevad parraste ääres tsisternid.
Praktika näitab, et kõige sagedamini tekivad laevakere vigastused just parrastel. See- tõttu võib veetihedate pikivaheseintega laeval ühe parda ääres asetsevate ruumide veega täitumine põhjustada ohtlikku kreeni (Joon. 3.25).
Suure kreeni vältimiseks võib ühe parda ruumidesse kogunenud vett lasta torustike abil üle voolata (või üle pumbata) ka teisele pardale . Sõjalaevadel ja jäämurdjatel on selleks vastavad süsteemid - kreenisüsteemid. Üheks võimaluseks on ka täiendava veehulga võtmine vastasparda tsisternidesse kui ujuvusvaru seda lubab.
Joon. 3.25.
3.3.3 Vabaparda kõrgus ja laadungimärk.
Vabaparda kõrgus, mis määrab laeva ujuvusvaru on limiteeritud Rahvusvahelise laadungimärgi konventsiooni 1966 ( Load Lines 1966) (LL-66) nõuetega. Vastav märk - vabapardamärk või lastimärk kantakse laeva pardale klassifikatsiooniühingu järelvalve all.
Vabaparda kõrgust reglementeeriti juba vanas Roomas, kus lastide ja laeva säilivuse nimel ei tohtinud laeva liiga täis laadida . Kehtisid sellekohased reeglid.
Aegade jooksul jäeti vabaparda kõrgus silma järgi kasutades kogemusi ja kainet mõistust.
XIX sajandi teisel poolel asus ametiühingutegelane S.Plimsoll võitlusse vabaparda kõrguse normeerimise nimel tuues põhjuseks meremeeste elu ohtu seadmise laevade arutu ülelaadimise tõttu kasumi nimel. Ta saavutas Briti valitsuse vastava seaduse sätestamise, mis kohustas laeva pardale kandma teatud märki, millest sügavamale laeva lastida ei tohtinud. See oligi esimene vabapardamärk. Veel tänapäeval kannab see Plimsolli ketta nime.
Tänapäeval nimetatakse seda märki sagedamini laadungimärgiks, kuna ta lubab laeva lastida teatud veeliini tasemeni (teatud keskmise süviseni) arvestades kliimavööndit ja aastaaega. Kliimavööndite piirid ja aastaaegade kestvus on kirjeldatud ja vastava kaardiga illustreeritud ülalnimetatud rahvusvahelises konventsioonis. Plimsolli ketta horisontaaljoone ülemine serv näitab lubatud süvist suvistes tingimustes merevee tiheduse 1,025 juures. Vööri poole asub nn. kamm , millele märgitakse veeliini maksimaalne kõrgus suvel, talvel, talvel Põhja-Atlandil, troopikas , magedas vees ja magedas vees troopikas. (Joon. 3.26. ja 3.27.)
Joon. 3.26.
Joon. 3.27.
Lastiruumides ja tekil metsamaterjali vedavatel laevadel loetakse nõuete-kohaselt paigutatud ja kinnitatud tekilast laevakere osaks, mis annab täiendava ujuvusvaru, seetõttu lubatakse sellistel laevadel lastida end kõrgema veeliinini (suurema süviseni) jättes väiksema vabaparda kõrguse. Vastav metsalastimärk kantakse laeva pardale Plimsolli kettast ahtri poole (Joon. 3.27.).
Kokkuleppeliselt võivad vahetekiga (või mitme vahetekiga) laevad kasutada kahe erisuguse registertonnaažiga konversioonisüsteemi, mis annab neile kaks erinevat mõõdukirja. N.n. teise seisundi korral loetakse peatekiks mitte laeva ülatekk vaid vahetekk ja lähtudes sellest määratakse laeva registermahutavus (registermahutavusest käsitatakse selles teemas hiljem). Vastav vabapardamärk, mida sel juhul nimetatakse tonnaažimärgiks (Joon. 3.28) kantakse laeva pardale Plimsolli kettast ahtri poole.
Joon. 3.28.

Käikuvus .
Käikuvus on laeva võime liikuda vees ettenähtud kiirusega temale rakendatud liikuma- paneva jõu mõjul.
Liikumapaneva jõu tekitab sõuajam, puksiirtrossi tõmme, tuule surve purjedele. Jõu suurus oleneb peajõuseadme võimsusest, sõuajami tüübist, puksiirlaeva võimsusest, purjepinna suurusest ja tuule tugevusest.
Liikumapanev jõud kulutatakse laeva liikumisel tekkiva takistuse ületamiseks. Liikumistakistus koosneb vee- ja õhutakistusest. Käikuvusele mõjub kõige enam veetakistus, mis jaguneb erinevatel põhjustel tekkivaks takistuseks:

• hõõrdetakistus Rh, tekib kere hõõrdumisest vees, vee viskoossusest ja laevakere ebatasasustest (karedusest) ,
  

• kujutakistus Rk, on põhjustatud laeva ahtriosas tekkivatest keeristest,
  
• lainetakistus Rl, on põhjustatud laeva liikumisel tekkivatest lainetest.
  

Laeva õhutakistus Rõ sõltub laeva veepealse osa purjesuspindala suurusest, laeva enda ja tuule kiirusest ning suunast.
Laeva üldtakistus on vee- ja õhutakistuse summa
R=Rh+Rk+Rl+Rõ
Hõõrdetakistus on arvutatav laeva veealuse osa välispinna suuruse järgi.
Kuju- ja lainetakistuse summat ehk jääktakistust määratakse laeva mudeli katsetamisega katsebasseinis.
Õhutakistust saab määrata laeva mudeli katsetamisel aerodünaamilises torus.
Laeva üldtakistus on võrdne tema pukseerimiseks vajaliku jõuga.
Olenevalt jõuseadme võimsusest ja laeva takistusest liigub lae vees teatud kiirusega. Kiirust vaatleme selles teemas allpool kui laeva ekspluatatsiooniomadust.
Käikuvusega seoses võib vaadelda ka laeva inertsiga seotud omadusi. Nii huvitab meid teekonna pikkus ja peatumiseks kuluv aeg pärast sõuajami peatamist. Seda nimetame väljajookuks. Pidurdusteekonna näitajad huvitavad meid ka aktiivse pidurdamise korral, kui selleks kasutatakse sõuajami tagasikäiku erinevatel võimsustel. Seda nimetatakse pidurdusteekonnaks. Samuti huvitab laevajuhti kui kiiresti saavutab paigallseisust liikumist alustav laev täiskiiruse. Üksikasjalisemalt vaatleme neid omadusi ja nendega kaasnevaid nähtusi kursuses „Laeva juhtimine“.
3.5 Õõtsuvus.
Õõtsuvuseks nimetatakse vabalt veepinnal ujuva laeva võnkuvat liikumist välisjõudude mõjul. Õõtsumine lakkab peale mõju lõppemist hõõrdumise ja õhutakistuse mõjul. (Joon. 3.29).
Joon. 3.29.
Õõtsuvust iseloomustavad järgmised parameetrid :

• amplituud – suurim kõrvalekalle tasakaaluasendist kraadides või meetrites,
  
• ulatus – kahe teineteisele järgneva amplituudi summa,
  
• õõtseperiood – ühe täisvõnke tegemiseks kuluv aeg ehk kahe täisulatuse ajaline kestus sekundites,
  
• õõtsesagedus – täisvõngete arv ühes ajaühikus.
  

Külgõõtsuvuseks ehk rullumiseks (roll, бортовая качка) nimetatakse laeva võnkeid ümber pikitasandis asuva pikitelje (Joon. 3.30.), tekib laevaga risti või nurga all jooksvatest lainetest ja muudest juhuslikest dünaamilistest mõjudest. Võnkeperiood 6 - 20 sek, amplituud 10o-30o. Tekivad ebameeldivad kiirendused. Periood oleneb lasti paigutusest laevas. Mida suurem on laeva metetsentriline algkõrgus, seda väiksem on külgõõtsumise periood, seda järsem ja raskem on õõtsumine.
Joon. 3.30.
Pikiõõtsuvuseks (pitch, килевая качка) nimetatakse laeva võnkumist ümber horisontaalse põiktelje (Joon. 3.31). Võrreldes eelnevaga on siin amplituud märksa väiksem, tuntavat võnkeperioodi aga laevasolijad ei märka. Vaatamata väiksele amplituudile võivad isegi väikeste pikikallete korral vööris ja ahtris tekkida suured kiirendused, mis võivad ületada külgõõtsumisel tekkivaid. Täävid, eriti vöör, võivad sügavale vette sukelduda või saada tugevate löökide osaliseks slamminguks nimetatava nähtuse puhul.
Joon. 3.31.
Seegamine (yaw, рыскание) on perioodilistest ja juhuslikest mõjutustest tulenev horisontaaltasandis võnkumine vertikaaltelje ümber ehk teisisõnu - hälbimine kursist paremale ja vasakule (Joon. 3.32.). Selle võnkumise periood ja amplituud ei ole etteaimatavad ehkki põhiliseks mõjutajaks on lainetus .
Joon. 3.32.
Vertikaalõõtsuvuseks (heave, вертикальная качка) nimetatakse laeva võnkumist vertikaalpinnas üles-alla (Joon. 3.33.). Seda põhjustab lainetus. Kui lainehari asub laeva keskkohas, tõuseb mahukas keskosa üles- tõukejõu suurenemise tõttu laineharjale. Kui aga laeva keskosa asub laine põhja kohal, vajub laev sügavamale vette. Sellise õõtsumise periood võrdub lainete perioodiga. Amplituud aga oleneb laeva suurusest ja lainete kõrgusest.
Joon. 3.33.
Külgsuunaline- või põikiliikumine (sway, боковое смещение) esineb külglaines, kui laev koos laines toimuva veeosakeste liikumisega kantakse kurd ühe, siis teise parda poole.
Pidurdumine ja kiirendumine (surge) esineb tagant- ja eestlaines, kui laev laineharjal kiirendub või vastu jooksva laine löögist pidurdub.
Õõtsumisel on negatiivne mõju:

• tekitab merehaigust,
  

• võib põhjustada lasti nihkumist ja ohtlikku kreeni,
  
• tekitab laevakeres ohtlikke pingeid,
  
• halvendab mehhanismide töötingimusi,
  
• halvendab sõuseadme töötingimusi,
  
• suurendab laeva veetakistust,
  
• põhjustab kiiruse langust,
  
• põhjustab kütusekulu suurenemist.
  

Õõtsuvuse vähendamiseks kasutatakse õõtsesummuteid, mida võib tööpõhimõtte järgi jagada passiivseteks ja aktiivseteks (juhitavateks).
Kimmikiilud (Joon.3.34) on passiivsed õõtse-summutid. Need on laeva kimmiosa külge kinnitatud kitsad plaadid , mis paiknevad kere keskosas umbes 1/3 ulatuses laeva pikkusest. Kimmikiilud tekitavad külgõõtsumisel täiendava takistuse ja vähendavad seega amplituudi 1,5 kuni 2 korda. Kuid kiirus väheneb sellest samuti umbes 2-3%. Jääoludes võivad kimmikiilud vigastatud saada.
Joon. 3.34.
Kasutatakse ka passiivseid stabiliseerimistsisterne, mis paigutatakse parraste äärde. Alt on tsisternid ühendatud ülevoolukanaliga, ülevalt - ventiiliga varustatud õhutoru abil. Tsisternid täidetakse teatud ulatuses veega. Külgõõtsumisel voolab vesi ühest tsisternist teise, kusjuures ümbervoolamise kiirust saab reguleerida ventiili avamise või sulgemisega. Ümbervoolamise kiirus reguleeritakse selliseks , et veemass tsisternis toimiks õõtsumisele vastupidises suunas. Selliste tsisternide stabiliseerimisvõime ulatub 50%-ni (Joon. 3.35).
Joon. 3.35.
Aktiivsed külgroolid (Joon. 3.36) on vaga tõhusad õõtse-summutid. Nad paiknevad laeva keskosas kimmi piirkonnas mõlemal pardal. Neid saab vajadusel laeva keresse sisse tõmmata. Aktiivseid külgroole juhitakse hüdrauliliste masinate abil millele juhtsignaalid tulevad güroskoopiliselt- ehk vurrandurilt. Õõtsumist on võimalik summutada kuni 90%.
Joon. 3.36. Aktiivne õõtsesummuti.

Juhitavus.
Juhitavus on laeva võime püsida ettenähtud kursil ja muuta seda vastavalt vajadusele.
Juhitavus on laeva kahe, teineteise suhtes vastandliku omaduse – kursilpüsivuse ja pööratavuse – kompromiss . Mõlemad need omadused olenevad laevakere kujust , peamõõtmete suhetest ja juhtimisvahendite tõhususest antud kiirusel. Juhitavusele avaldavad mõju välised tegurid: tuul, sügavus kiilu all, kalda või teiste laevade lähedus jm. Juhitavuse teatud näitajate suhtes on kehtestatud rahvusvahelised nõuded. Juhitavusega seonduvat käsitletakse põhjalikult kursuses „Laeva juhtimine“.
Kohe pärast rooli pikitasandist välja keeramist alustab laeva raskuskese roolilehele mõjuvate jõudude toimel liikuma mööda kõverjoont, mida nimetame tsirkulatsiooniks (Joon. 3.37). Manöövri esimestel hetkedel toimub liikumine pöördele vastupidises suunas sest jõud Ry lükkab laeva külgsuunas. Kaugust lt, mille võrra laev kõrvale triivib, nimeta-takse tagasinihkeks
Varsti aga hakkab laev pöörduma rooli mõjul ettenähtud suunas ja tema raskuskese hakkab liikuma mööda korrapärast ringjoont. Laeva diametraaltasandi ja liikumissuuna vaheline nurk, triivinurk  jääb sealjuures konstantseks. Rooli maksimaalse kalde puhul 35o on triivinurk tavaliselt 12-15o.
Kaugust, mille läbib laeva raskuskese manöövri algusest kuni laeva pöördumiseni 90o le nimetatakse edasinihkeks.
Suurimat laeva poolt kursi suunas läbitud kaugust lo nimetatakse otsenihkeks.
Joon. 3.37.
Laeva pöördel moodustuva korrapärase ringjoone läbimõõtu Do nimetatakse tsirkulatsiooni läbimõõduks.
Kaugust DT manöövri algusest kuni laeva pöördumiseni 180o võrra, mõõdetuna risti laeva otsekursiga, nimetatakse tsirkulatsiooni taktiliseks diameetriks.
Laeva pööratavust hinnatakse tsirkulatsiooniringi läbimõõdu järgi, mis enamikul laevadel on 3-5 laeva pikkust.
NB! Laeva tsirkulatsiooni diameeter mõõtmed ei olene laeva kiirusest vaid jäävad muutumatuks iga kiiruse juures. Kuid laeva süvise ja trimmi muutmine muudab ka tsirkulatsiooni elementide suurust.
Andmed tsirkulatsiooni elementide kohta peavad olema laeva sillas nähtaval kohal välja pandud tahvlil, mida nimetatakse Wheelhouse Poster.
Laeva kursilpüsivust saab hinnata selle järgi mitu rooli ümberpaigutamist ühelt poolt teisele poole pikitasandit on vaja teha minutis, laeva hoidmiseks otsekursil. Harilikult on see arv 4-6 ümberpaigutust 3-5o ulatuses.
3.6 Ekspluatatsioonilis-tehnilised andmed (ekspluatatsiooniomadused).
Laeva ekspluatatsiooniomadused peavad tagama kasutamiseesmärgist tulenevate ülesannete täitmise. Selliste omaduste hulka tuleb lugeda:

Dedveit ja puhas kandevõime

Lastimahutavus ja erimahutavus

Kiirus

Kütusekulu, sõidukaugus ja autonoomsus .
Reisilaevade jaoks on tähtis reisijatemahutavus, kalapüügilaevadel aga püügivõime, puksiiridel – veojõud. Kõigi laevade jaoks on tähtis laeva, lasti ja reisijaid teenindava laevapere suurus, mis suuresti ripub ära automatiseerimise astmest.
3.6.1 Dedveit, täielik kandevõime, (DW)
Eespool vaadeldu põhjal teame, et dedveit on lubatud maksimaalse süviseni laaditud laeva täielik kandevõime, mis sisaldab endas puhta kandevõime ja lisaks sellele kütuse, vee ja määrdeõlide varu (välja arvatud vesi kateldes ja õli töötavates mehhanismides), meeskonda koos pagasi, toiduvaru ja mageda joogi- ning pesuveevaruga. Siia kuulub ka ballastvesi kui seda vaja on.
Seega kujutab dedveit kõigi muutuvate lastide summat s.t. neid, mis võivad muutuda reisi kestel (nagu laeva varud) või reisist reisi (nagu kasuliku lasti mass). Samal ajal on DW püsiv muutumatu suurus antud laeva jaoks.

Puhas kandevõime (Joon. 3.38)
See on kasuliku lasti mass, kui kütuse, vee ja muude varude täiskomplektiga varustatud laev on lastitud ettenähtud maksimaalse süviseni. Puhta kandevõime hulgas arvestatakse ka reisijate, nende pagasi ja nende jaoks vaja mineva vee ja produktide kaal.
See ei ole laeva kasulik ehk lastikandevõime. Kasulik lasti hulk võib muutuda koos lubatud maksimaalse süvise muutumisega olenevalt sesoonivööndist. Kasulikku lasti võib laevas olla ka sellest rohkem juhul kui see last võetakse varude mittetäieliku komplekti arvel.
Joon. 3.38.
3.6.3 Lastimahutavus (stowage capacity , грузовместимость)
Ruume laevas, mis on ette nähtud lasti veoks iseloomustab nende kubatuur - maht. Kõigi lastiruumide summaarset mahtu nimetatakse lastimahutavuseks. Mõõdetakse kuupmeetrites (ja ikka veel ka kuupjalgades). Laeva üldine lastimahutavus on kõikide lastiruumide mahutavuse summa. Lastiruumi pikkuse, laiuse ja sügavuse korrutisest või teoreetilise joonise abil arvutatavast mahust (teoreetilisest mahust) tuleb maha arvata ruumi sisse jäävate konstruktsioonidetailise ( kaared , stringerid, vahetekid, piimid, torustikud , trepid jm) maht. Sellisel moel leitakse nn puistlasti- või viljamahutavus (grain capacity, зерновая грузовместимость). See moodustab umbes 95% teoreetilisest mahust.
Vedelikumahutavus vedellastide mahutamiseks ette nähtud ruumides on puistlastimahutavusest väiksem vedeliku soojuspaisumiseks vajaliku ruumi võrra.
Tükilasti ( kastid , tünnid, kotid, pakendid) vedamisel ei saa kasutada teatud mahtu, mis jääb parrastel kaarte ja tekkide all piimide vahele või higilaudade (nende olemasolul ) ja parraste vahele. Kasutatava ruumi mahtu on tükilastimahutavus (bale capacity, киповая грузовместимость). See moodustab 85-90% teoreetilisest mahust. (vt. Joon. 3.39)
Joon. 3.39.
Teatud spetsialiseeritud laevade puhul, näiteks konteinerilaevad, eristatakse konteinerimahutavust. See väljendub standardsete 20-jalaste konteinerite arvuga (TEU, twenty foot equivalent unit), mida laev on võimeline vedama nii lastruumides kui ka neist väljaspool (tekil). Kuna tänapäeval ehitatakse kõigi kuivlastilaevade lastiruumid selliste mõõtmetega, mis on kordsed 20-jalaste konteinerite mõõtmetega, siis lisatakse nende lastimahutavuse andmetesse ka konteinerimahutavus.
Ratastehnikat vedavatel laevadel, näiteks parvlaevadel, mõõdetakse lastimahutavust liinimeetritega, mis näitab laevale mahutatava ratastehnika (autod, vagunid) üldpikkust.
Erimahutavus ( specific capacity, удельная вместимость) - mahu ja puhta kandevõime suhe: Igal kaubal (lastil) on oma lastimaht, mis väljendub kuupmeetrites (kuupjalgades), mida on vaja ühe tonni lasti mahutamiseks laevas (näit.: tinakangid 0,2 m3/t, maak 0,4-0,5 m3/t, nisu puistes 1,25-1,30 m3/t, saematerjal 2,3-2,7 m3/t, ratastehnika 10-20 m3/t, keskmiselt tükikaup 1,9-2,1 m3/t). Seega väljendub erimahutavus kui lastiruumide mahu (eraldi puistlasti ja tükilasti tarvis) suhe puhta kandevõimega W/PL m3/t. See näitaja valitakse vastavalt laeva tegevuseesmärgile ja tulevasele lastile ning märgitakse ära juba laeva projektülesandes. Universaalsetel kuivlastilaevadel on see 1,9-2,2 m3/t, puistlastilaevadel 1,4-1,6 m3/t, metsaveolaevadel 2,3-2,7 m3/t ja tankeritel 1,1-1,4 m3/t. Erinevate lastiruumide erimahutavus võib vähesel määral erineda laeva üldisest lastimahutavusest.
Reisijatemahutavus (passenger capacity, пассажировместимость)
Teadaolevalt loetakse reislaevaks iga laev, mis võtab pardale 12 või enam reisijat. Reisijatemahutavus on suurim arv reisijaid, mis on lubatud vedada antud laeval. Selle arvu määrab spetsifikatsioon ja kinnitab Reisilaeva ohutuse tunnistus, mis antakse välja päästevahendite olemasolust ja nõuetele vastavusest lähtudes. Olenevalt reisilaeva tüübist peavad olema tagatud ka reisijate olmetingimused. Lühikesi reise tegevatel laevadel ei pea kõigil reisijatel olema magamiskoht, küllaldane on istumiskoha olemasolu.
3.6.3 Registermahutavus (registred tonnage, регистровая вместимость).
Laevade mõõdistamisel ja võrdlemisel kasutatakse registermahutavuse ehk register -tonnaaži mõistet.
Siin võib segadusse viia sõna „tonnaaž“, mis assotsieerub kaaluühikuga “tonn”. Kuid kaaluga ei ole siin mingit sidet. Algselt tähendas ingliskeelne sõna ton Hispaaniast ja Portugalist Inglismaale veetavat veinitünni. Laeva mahtu mõõdeti tünnide arvuga, mida laev oma lastiruumi mahutada sai.
Seega on jutt mahust mitte kaalust!
Esimesed ametlikud laevade mõõdistamise eeskirjad kehtestati Suurbritannias 1694. Aastal, mille puhul ühikule ton kinnitati kindel maht. Oli ka teisi mõõdistamise süsteeme.
1845. aastal võeti kasutusele admiral D. Moorsomi poolt välja töötatud mõõdistamise süsteem. Selleks leiti ka mõõtühik – registertonn.
Registertonni aluseks võeti sel ajal maailmas tegutsevate laevade lastiruumide summaarne maht kuupjalgades ja laevade summaarne kandevõime. Saadi 98,2 kuupjalga 1 tonni kandevõime kohta. Tulemus ümardati 100 kuupjalaks ja sellele anti nimetus – registertonn.
Seega:
1 registertonn = 100 kuupjalga = 2,83 m3
Praktikas kasutatil järgmisi näitajaid:
BRT - kogumahutavus ehk brutomahutavus ehk brutotonnaaž. BRT mõõtühikuks on mahumõõt100 kuupjalga (jalg on 12 tolli, ning toll on täpselt 25,4 mm), seega pärast
arvutusi BRT ~ 2,83 m3. BRT oli kõigi laevaruumide ja kinniste tekiehitiste mahu mõõt, millest oli maha arvatud topeltpõhja ja mõningate teenistuslike ruumide mahud.
NRT – puhasmahutavus ehk netotonnaž saadi kommertskauba ja reisijate paigutamiseks mitte sobivate ruumide mahu kogumahutavusest maha arvamise teel. Tegelikult kasutati nii BRT kui NRT määramisel ruumide mahu juures keerulist koefitsientide süsteemi.
Nii määrati mahutavust kuni 1982. aastani nn. Moorsomi süsteemi järgi.
Registermahutavus määratakse tänapäeval Laevade mõõtmise rahvusvahelise konventsiooni (International Convention on Tonnage Measurement of Ships, ICTM 1969) ette nähtud mõõdureeglite järgi. Need reeglid jõustusid uute laevade jaoks 18.07.82., vanade laevade jaoks 18.07.94.
Mõõdetud peab olema iga laev pikkusega 24 m ja enam.
Kogumahutavus ehk brutotonnaž, Gross Tonnage (GT) annab ettekujutuse laevast tervikuna . See on kõigi kere ja suletud tekiehitiste ruumide maht. (Joon. 3.40).
Kus VKR on kõikide laevaruumide ja kinniste tekiehitiste täielik ruumala kuupmeetrites.
Joon. 3.40.
Puhasmahutavus ehk netotonnaaž, Net Tonnage (NT) näitab lasti ja reisijateruumide s.o. tulutoovate ruumide mahtu. (Joon. 3.41).
Kus: VC – lastiruumide üldmaht kuupmeetrites;
D – parda kõrgus meetrites
T – laeva süvis meetrites
N1 – reisijate arv kuni 8-kohalistes kajutites
N2 – muude reisijate arv
N1+N2 – reisijate üldarv vastavalt reisilaeva ohutuse tunnistusele
Joon. 3.41.
Reisilaevade puhasmahutavus (NT) saadakse valemist:
Kus
Nii GT kui NT on ühikuta suurused ja NT ei tohi olla väiksem kui 0,30GT. Kui NT osutub väiksemaks, siis loetakse see ikkagi võrdseks 0,30GT.
GT ja NT on mõõtühikuta suurused. Näitena võib tuua laeva, mille kinniste ruumide maht on 10000 m3. Kasutades toodud valemit saame laeva kogumahutavuseks GT= 2800.
Mõõtmise tulemused kantakse Mõõtekirja (tonnage certificate). GT ja NT on kasutusel laevade võrdlemiseks, nende alusel võetakse sadama-, riigi- ja kanalimakse, lootsitasu jne,, neid kasutatakse klassifikatsiooniühingute reeglites ja mujal.
Suessi ja Panama kanali administratsioonid teostavad mõõtmisi oma, erinevate reeglite järgi.

Kiirus.
Kiiruse juures on tähtsad järgmised näitajad:

• tehniline kiirus – jõuseadme täisvõimsusel täislastis laevaga saadav kiirus;
  
• ekspluatatsiooniline kiirus – reisi jooksul praktiliselt saavutatav keskmine kiirus, millest lähtudes tehakse kõik ekspluatatsioonilised arvutused;
  
• ökonoomne kiirus – kiirus, mille puhul ühe meremiili läbimiseks kulutatakse minimaalne hulk kütust.
  

Mida suurem kiirus - seda suurem veovõime, kuid seda suurem kütusekulu. Seega tuleb iga laevajaoks olenevalt tema eesmärgist ja peamiselt veetavast lastist valida optimaalne kiirus, mis tähendab vastava peamasina võimsuse valikut. Selleks kasutatakse majandusarvutuslikke meetodeid .
Kiirurust mõõdetakse sõlmedes.
1 sõlm = 1 meremiil/tunnis = 1852 m/h = 0,514 m/s
Kiiruseühiku nimetus tuleneb purjelaevade ajastul kasutatavast kiiruse mõõtmise meetodist. Kiirust mõõdeti logiga, mis ajalooliselt kujutas endast lihtsat käsiriista (Joon.3.42). Tuleneb ingliskeelsest sõnast log, mis tähendab puutükki. Logi külge kinnitatud liinile seoti sõlmed vahedega 47 jalga 3 tolli (14,4 meetrit). Vette heidetud logi tõmbas logiliini läbi meremehe pihu . Loeti 28 sek jooksul läbi pihu jooksnud sõlmede arvu. Kiiruse juures 1 sõlm jooksis logiliin läbi pihu kiirusega 20,25 tolli sekundis. Nii saadi kiirus 1851 ,66 m/tunnis, mis võrreldes tänapäevaste riistadega andis vea 0,02%. See on muidugi vaid teoreetiline tagasiarvutus. Tegelik täpsus oli tunduvalt madalam.
1 sõlm = 1 meremiil/tunnis
1 sõlm = 1852 meetrit/tunnis
1 sõlm = 0,514 meetrit/sekundis
1 sõlm = 1,1516 maamiili/tunnis
1 sõlm = 2025,37 jardi/tunnis
1 sõlm = 6076,5 jalga/tunnis
1 sõlm = 1,6878 jalga/sekundis
Joon. 3.42.
3.6.4 Sõidukaugus.
Täiskäigul läbitav maksimaalne kaugus ilma kütuse-, katlavee- ja õlivarude täiendamiseta. Kaubalaevadel on see harilikult 15000-20000 miili
3.6.5 Autonoomsus.
Aeg, mille kestel laev võib täita oma ülesandeid ilma kütuse, magevee, proviandi, õli jm. varusid täiendamata tagades laevaperele ja reisijatele normaalsed elutingimused ja olme. See näitaja võib olla 2-3 päeva, 1-2 kuud harilikult ja kuni 1 aasta ekspeditsioonilaevadel.
Praktikas on vaja arvesse võtta veel terve rida erinevaid omadusi, mille vajadus kerkib üles laeva kasutamise käigus, näiteks – laeva elamiskõlblikkus
3.7 Laeva tugevus (teoreetilised alused).
3.7.1 Laevale mõjuvad jõud.
Laevale mõjuvad jõud võib jagada kahte kategooriasse:

• alalised või alaliselt mõjuvad, mis avaldavad mõju kogu ekspluatatsiooniaja vältel:
  

• kere kaal,
  
• mehhanismide ja seadmete kaal,
  
• lasti kaal,
  
• vee rõhk veealusele osale vaiksel veel ja lainetuse korral, jne.
  

• juhuslikud jõud, mis tegutsevad ajaühiku jooksul või perioodiliselt:
  

• lainete löögid ,
  
• inertsjõud õõtsumisel,
  
• jää surve,
  
• löögid sildumisel,
  
• vee rõhk avariiolukorras,
  
• kiilplokkide reaktsioon dokis, jne.
  

Nimetatud jõudude mõju võib olla staatiline või dünaamiline.
Jõud võivad avaldada oma mõju mitmesugustes kombinatsioonides. Üheargselt mõjuvate jõudude süsteemi nimetatakse laeva koormuseks. Laev peab olema võimeline sellele vastu panema .
Koormusest tulenevad üld- deformatsioonid , millest tähtsamad on üldpikipaine ja üldvääne. Laeva võimet vastu panna ülddeformatsioonidele nimetatakse üld- tugevuseks.
Välisjõud põhjustavad ka kohalikke deformatsioone. Võimet nendele vastu panna nimetatakse kohalikuks tugevuseks.
Arvutuslikeks koormusteks tugevusarvutuste tarvis valitakse suurimad koormused, mida laeval ekspluatatsiooni käigus tuleb taluda. Laeval peab olema ka mingi tugevuse varu erakorraliste koormuste talumiseks.
Vaatleme üldpikipainet.
Raskused ja painutavad jõud, mis laevakerele mõjuvad, on sageli väga mitmekesised ja keerukad, kuid neid on võimalik leida samade meetoditega, mida kasutatakse tavaliste talade juures. Graafilise meetodi korral osutub see töö mitte eriti keeruliseks.
Joon. 3.43.
Vaiksel veel seisvale laevale rakenduvatest jõududest on tähtsaimad kere, mehhanismide, seadmete, kütuse ja lastide kaal ning vee rõhk veealusele osale. Vee rõhk mõjub veealusele osale risti tema pinnaga. Rõhud mõlemal pardal on võrdsed ja horisontaalkomponendid tasakaalustavad teineteist vastastikku (vt. Joon. 3.43). Seega mingit üldpainet nendest ei teki.
Vee rõhu vertikaalkomponendid moodustavad ujuvusjõu, mis on suunatud otse üles. Kuid laeva iga osa kaal ja sellele mõjuv üleslüke pole omavahel tasakaalus. Laeva eri piirkondades prevaleerivad kas ujuvus- või raskusjõud. Koormus igas laeva punktis on selles punktis tegutsevate ujuvus- ja raskusjõu vahe. Tekivad laeva painutavad jõud – paindejõud ja lõikepinged. Koormuste, paindejõudude ja lõikepingete leidmiseks kasutatakse graafilisi meetodeid. Selleks tuleb esmalt välja joonistada ujuvus- ja raskusjõudude püürid piki laeva ja neid omavahel võrrelda (Joon. 3.44). Summaarsed jõud sellel joonisel kujutavad laeva koormust antud punktis.
Joon. 3.44.
Lihtsam on koostada püüre jagades laeva sarnaselt teoreetilise joonisega kahekümneks võrdseks lõiguks.
Kaalujõudude epüür , mis näitab kaalu jaotust piki laeva. Eri lõikudes kantakse teatud maastaa-bis laeva jooksva meetri keskmine kaal selles lõi-gus. Epüüri pindala võr -dub teatud maastaabis laeva kogukaaluga (Joon. 3.45) .
Joon. 3.45.
Ujuvusjõudude epüür näitab ujuvusjõudude jaotust piki laeva. Selle epüüri pindala on võrdeline kogu veealuse osa üleslükkega, ehk laeva poolt välja tõrjutud vee kaaluga (Joon. 3.46). Laeva kaalu ja üleslükke võrdsuse tõttu peavad nende kahe epüüri pindalad olema võrdsed. Joon. 3.46.

Koormuse epüür (Joon. 3.47) ehitatakse mõlema epüüri ordinaatide vahe järgi. See näitab summaarse, laeva üldpainet põhjustava koormuse jaotumist vaiksel veel. Kuna laev ujudes on tasakaalus, siis peab ülalpool olev pindala võrduma allpool olevaga.
Koormuse epüüril on näha, et laeva erinevates osades mõjuvad jõud ei ole tasakaalus. Selle tagajärjel tekivad põikjõud , mis väldivad osade omavahelise nihke. Need jõud leitakse meetoditega, mida kajastab rakendusteadus Laevaehitusmehhaanika (uurib laeva tugevust), leitakse need põikjõud. Olles need jõud leidnud, ehitatakse ka nende jõudude epüür.
Joon. 3.47.
Põikjõudude epüür ehk lõikejõudude epüür (Joon. 3.48). Kuna laeva otstes on lõikejõud 0, saab seda püüri koostada integreerides koormuste püüri kogu laeva pikkuses . Kokkuleppeliselt alustatakse ahtripoolsest otsast.
Joon. 3.48.
Paindemomentide epüür (Joon. 3.49), arvestades, et ka paindemomendid laeva otstes puuduvad, saab koostada integreerides lõikejõudude püüri vastupidises suunas – vöörist ahtri poole.
Joon. 3.49.
Vaiksel veel sõltub ujuvus-jõudude jaotus vaid veealuse osa kujust ehk veealuse osa ruumala jaotusest piki laeva. Seega on ujuvusjõudude epüüri kuju antud veeväljasurvel muutumatu.
Kaalujõudude epüüri kuju sõltub lasti, kütusevaru, ballastvee ja muude raskuste jaotusest piki laeva.
Joon. 3.50

Kui suured raskused on paigutatud laeva keskele , leiab aset läbipaine (Joon. 3.50a). Laeva tekis ilmnevad survepinged, põhjas aga tõmbepinged. Läbipainde korral joonistatakse paindemomentide epüür baasjoonest ülespoole.
Suuremate raskuste paigutamisel laeva otstele esineb ülepaine (Joon. 3.50b) ja laeva põhjas tekivad survepinged ning tekis tõmbepinged. Seega tuleb laeva lastimisel, eriti pika laeva korral jälgida, et pinged laevas juba lastimise käigus laeva ära ei lõhuks. Ülepainde korral joonistatakse paindemomentide epüür baasjoonest allapoole.
Kursil, mis on lainerindega nurga all, ei jaotu veerõhk laeva otstes pikitasandi suhtes sümmeetriliselt ja tekib üldvääne. Suurim vääne tekib kui laine jooksu kursinurk on 45o, ja kui laine põhi on miidli kohal ning laineharjad laeva otste all (Joon. 3.51.). See pinge ei ole eriti suur, kuid teda peab arvestama ühetekiliste avatud tekiga (pikkade ja laiade laadluukidega) laevadel.
Joon. 3.51.
Kohaliku tugevuse vaatlemisel võetakse uurimisele kohalikud jõud: laevapõhjale altpoolt mõjuv vee rõhk, ülalt – laevaruumides ja tekil oleva lasti ja mehhanismide kaal, jääsurve , lainete löögid, tekile sattuva vee kaal jne. Vaheseintele mõjub vee, kütuse, puistlasti rõhk. Veetihedate vaheseinte puhul arvestatakse avariiolukorras tekkivat vee rõhku täituvas sektsioonis .
Kohalikud jõud mõjuvad enamasti põiki laeva surudes teda kokku. Suurema osa reaktsioonist võtavad enda peale vaheseinad ja eriti tugevatena konstrueeritud raamkaared.
Joon. 3.52.
Arvestada tuleb ka vibratsiooni, mis mõjub halvasti inimestele ja võib muutuda ohtlikuks konstruktsioonidele resonantsnähtuste ilmnemisel .
3.7.2 Laeva tugevus.
Laeva tugevus on laeva võime purunemata ja praktilist kasutamist raskendavate deformat-sioonideta vastu panna ekspluatatsiooni käigus esinevatele välisjõududele.
Merelaeva üldtugevus on arvestatud lainetava mere tarvis, kus ujuvusjõudude jaotuses piki laeva toimuvad pidevalt suured muutused, kusjuures ülepaine vaheldub läbipaindega (Joon. 3.52). Muutub pidevalt ka koormuse epüür (Joon. 3.54), leiavad aset suured lisapinged, kusjuures ülepaine vaheldub läbipaindega.
Kõige intensiivsem ülepinge esineb olukorras, kus laev on lainetega risti ja laine pikkus (kaugus kahe naaberlaine harja vahel) on ligikaudu võrdne laeva pikkusega. Sel juhul satub laev vaheldumisi kord keskosa (miidliga), kord otstega (täävidega) laineharjale. Tekivad suurimad üle- ja läbipained. Üldpikipainde arvutuse aluseks on võetud n.n. staatiline lainele asetamine. Laine pikkus võetakse võrdne laeva
Joon. 3.53.
pikkusega. Laine kõrgus valitakse olenevalt laeva pikkusest:
kui L120m võetakse laine kõrgus h=L/30+2 m.
Arvutustes kasutatakse laine kujutisena kõverat – trohhoidi (Joon. 3.53), kus r=h/2 ja f=L/2. See on tegelikkuses esinevate lainete mõõtmetele kaunis ligilähedane.
Joon. 3.54.
Arvutus näitab, et suurim paindemoment tekib miidli piirkonnas, suurim põikjõud aga 0,25L kaugusel miidlist vööri ja ahtri poole.
Maksimaalne paindejõud miilil, mille laev tavalise ekspluatatsiooni käigus peab välja kannatama:
Mmax=ΔL/k [kNm],
kus kuivlastilaevadel k=250-360
tankeritel k=350-420
reisilaevadel k=300-350
Välisjõudude toimel tekivad pinged ei tohi ületada metalli elastsuspiiri (voolavuspiiri) s.t. pärast mõju lakkamist deformatsioonid kaovad ja ei teki jäävaid kujumuutusi. Kuid ka elastsed deformatsioonid peavad olema võimalikult väikesed. Laev peab olema küllalt jäik.
Praktikas väljakujunenud konstruktsioonid on küllaldase tugevusega ja küllalt jäigad. Laeva projekteerimisel tänapäeval valitakse konstruktsioonid klassifikatsiooni- ühingute ehituseeskirjade alusel või prototüüpide eeskujul.
Tugevusarvutus kujutab endast järgmisi arvutusi:

arvutuslike välisjõudude suuruse ja iseloomu määramine (tänapäeval neid jõude normeeritakse enamiku laevatüüpide jaoks),

lubatud pingete määramine,

arvutuslike välisjõudude mõju võrdlemine lubatud pingetega ehk tugevus- tingimuste kontrollimine.
Lubatud pinged määratakse eraldi iga konstruktsiooni jaoks. Need peavad olema teatud osa ohtlikest pingetest ( voolavuspiir , väsimuspiir, nõtkepinge jne.). Teki- ja põhjakonstruktsioonidel läbi- ja ülepaindel - 50% voolavuspiirist.
Minimaalse tugevusvaru määramisel tuleb arvestada järgmisi asjaolusid:

võimalik arvutuslike ja tegelike jõudude mittevastavus;

arvutusmeetodite ja valemite ebatäiuslikkus ja ebatäpsus;

materjali omaduste määramise ebatäpsus;

konstruktsioonide valmistamise tehnoloogia mõju materjali omaduste muutumisele;

analoogiliste konstruktsioonide ehitamise ja ekspluateerimise kogemus;

antud konstruktsiooni purunemisel saabuvate tagajärgede olemus ja raskus;

vajalik kulumisvaru.
Üldtugevust arvutatakse staatilise lainele asetamise tulemusena leitud paindemomentide ja lõikejõudude alusel. Tegeliku laeva asemel vaadeldakse ekvivalenttala (Joon. 3.55). See kujutab endast tinglikku tala, mille ristlõikeks on pikitasandisse koondatud täisnurksete kujundite kogum, mille pindala ja inertsimoment vastab kere konstruktsioonide läbilõigete pindalale ja inertsimomendile. Arvutustes on see lubatav, kuna tegeliku seest tühja tala (mida laev endast kujutab) vastupidavus ei olene sidemete paigutusest laiuti vaid ainult nende paigutusest kõrgust pidi (Joon. 3.56).
Ekvivalenttala koosseisu lülitatakse vaid pikiseosed, millel on üldpaindes oluline osa: kõik katkematud kere pikiosad, mille pikkus on üle 15% laeva pikkusest
Kui üldtugevust kontrollitakse laeva mitme erineva ristlõike järgi, kusjuures iga lõike pikiosad on erinevad, siis saadakse mitu ekvivalentset tala.

Joon. 3.55.
Joon. 3.56.
Ekvivalentse tala neutraaltelg asub tavaliselt põhjale lähemal, kuna põhjas on palju pikisidemeid veerõhule vastu panemiseks: zp=0,4-0,45H.
Surutud seoseid tuleb kontrollida nõtkele (vt. Joon. 3.57). Sel juhul arvestatakse ka põiktalastiku ja põikvaheseintega kuna need suurendavad oluliselt pikiseoste stabiilsust. Tekiplaate tuleb kontrollida põikitalade vahelises ulatuses ning pikitalasid – põiktalade ja põikvaheseinte vahelises ulatuses. Koos pikiseosega töötab n.n. lisavöö. See on pikitala külge keevitatud plaadistuse teatud osa. Seega aitab stabiilsust ja ka üldtugevust parandada iga jäikusribi (Joon. 5.58).
Joon. 3.57.
Joon. 3.58. Plaatide nõtkumine.
Kohaliku tugevuse arvutustel vaadeldakse;

Plaatide tugevust vee rõhu vastu võtmisel;

Plaate toetavate talade tugevust.
Siia kuulub ka põhja, parda, teki ja vaheseinte üksikute plaatide ja talade tugevusarvutus. Vaadeldakse ka kaareraamide, vundamentide ja mastide tugevust.
Üld- ja kohaliku tugevuse arvutuste põhjal saadud pinged summeeritakse ja võrreldakse lubatud pingetega. Arvutuslikud ei tohi ületada lubatud pingeid. Tunduvalt alapingestatud seosed näitavad konstruktsiooni ebaratsionaalsusele ja materjali ebaotstarbekale kasutamisele.
Tänapäeva tugevusarvutuste meetodid on küllalt kindlad, võimaldavad luua kergeid ja tugevaid konstruktsioone.
44