Casco (embarcação)

Linhas da forma do casco, longitudinal e transversal

Um casco é o corpo estanque de um navio, barco ou barco voador. O casco pode abrir no topo (como um bote), ou pode ser total ou parcialmente coberto por um convés. No topo do convés pode haver uma casa de convés e outras superestruturas, como um funil, guindaste ou mastro. A linha onde o casco encontra a superfície da água é chamada de linha d'água.

Recursos gerais

Navio acima da água com todo o casco visível

Existe uma grande variedade de tipos de cascos que são escolhidos para adequação a diferentes usos, sendo a forma do casco dependente das necessidades do projeto. As formas variam de uma caixa quase perfeita, no caso de barcaças, a uma superfície de revolução pontiaguda, no caso de um veleiro multicasco de corrida. A forma é escolhida para encontrar um equilíbrio entre custo, considerações hidrostáticas (acomodação, carga e estabilidade), hidrodinâmica (velocidade, requisitos de energia e movimento e comportamento em alto mar) e considerações especiais para o papel do navio, como a proa arredondada de um quebra-gelo ou o fundo plano de uma embarcação de desembarque.

Em um navio de aço moderno típico, o casco terá conveses estanques e grandes membros transversais chamados anteparas. Também pode haver membros intermediários, como vigas, longarinas e almas, e membros menores chamados de pórticos transversais comuns, pórticos ou longitudinais, dependendo do arranjo estrutural. O convés contínuo superior pode ser chamado de "convés superior", "convés meteorológico", "convés spar", "convés principal" ou simplesmente "deck". O nome específico dado depende do contexto - o tipo de navio ou barco, o arranjo ou até mesmo onde ele navega.

Em um típico veleiro de madeira, o casco é construído com tábuas de madeira, suportadas por estruturas transversais (muitas vezes chamadas de nervuras) e anteparas, que são amarradas por longarinas longitudinais ou teto. Freqüentemente, mas nem sempre, há um membro longitudinal central chamado quilha. Em fibra de vidro ou cascos compostos, a estrutura pode se assemelhar a vasos de madeira ou aço até certo ponto, ou ser de um arranjo monocoque. Em muitos casos, os cascos compósitos são construídos pela colocação de películas finas reforçadas com fibra sobre um núcleo leve, mas razoavelmente rígido, de espuma, madeira de balsa, favo de mel impregnado ou outro material.

Talvez os primeiros cascos apropriados tenham sido construídos pelos antigos egípcios, que por volta de 3.000 aC sabiam como montar pranchas de madeira em um casco.

Formas do casco

Os cascos existem em muitas variedades e podem ter uma forma composta (por exemplo, uma entrada fina à frente e uma forma de sino invertida à ré), mas são agrupados principalmente da seguinte forma:

• Esvaziado e duro. Exemplos são o plano-bottom (chined), v-bottom, e multi-chine hull (vários tons duros mais suaves, ainda não liso). Estes tipos têm pelo menos uma fivela pronunciada ao longo de todo ou a maioria de seu comprimento.
• Moldado, redondo bilged ou macio-chined. Estas formas de casco todos têm curvas lisas. Exemplos são o bilge redondo, semi-redonda bilge e s-bottom hull.

Cascos de planagem e deslocamento

Guerra Mundial da Marinha Real MTB planejando a velocidade na água calma mostrando seu casco de chine duro com a maioria da parte frontal do barco fora da água.

• casco de deslocamento: aqui o casco é suportado exclusivamente ou predominantemente por flutuabilidade. Vasos que têm este tipo de casco viajar através da água a uma taxa limitada que é definida pelo comprimento da linha de água, exceto para cascos especialmente estreitos, tais como vela multihulls que são menos limitados desta forma.
• Plano de casco: aqui, a forma de casco de planejamento é configurada para desenvolver pressão dinâmica positiva para que seu projeto decrescente com velocidade crescente. O elevador dinâmico reduz a superfície molhada e, portanto, também o arrasto. Às vezes, elas são planas, às vezes V-bottomed e mais raramente, rodada-bilged. A forma mais comum é ter pelo menos um chine, o que faz para planejar mais eficiente e pode lançar spray para baixo. Os cascos de planificação são mais eficientes a velocidades mais altas, embora ainda exijam mais energia para alcançar essas velocidades. Um casco de planificação eficaz deve ser o mais leve possível com superfícies planas que são consistentes com boa manutenção do mar. Veleiros que o avião também deve navegar eficientemente no modo de deslocamento em ventos leves.
• Semi-deslocamento, ou semi-planagem: aqui a forma de casco é capaz de desenvolver uma quantidade moderada de elevador dinâmico; no entanto, a maioria do peso da embarcação ainda é suportado através da flutuabilidade.

Formas de casco

Atualmente, a forma mais utilizada é o bojo redondo.

Com uma carga útil pequena, essa embarcação tem menos casco abaixo da linha d'água, oferecendo menos resistência e mais velocidade. Com uma carga útil maior, a resistência é maior e a velocidade menor, mas a curvatura externa do casco proporciona um desempenho mais suave nas ondas. Como tal, a forma de sino invertido é uma forma popular usada com cascos planos.

Cascos com quinas e quinas duras

Um casco chined não tem uma transição arredondada suave entre o fundo e os lados. Em vez disso, seus contornos são interrompidos por ângulos agudos onde os painéis predominantemente longitudinais do casco se encontram. Quanto mais nítida a interseção (mais agudo o ângulo), mais "mais difícil" o chinelo. Mais de um lombo por lado é possível.

A "piroga" é um exemplo de embarcação com lombos duros.

Os benefícios deste tipo de casco incluem um custo de produção potencialmente mais baixo e um fundo (geralmente) bastante plano, tornando o barco mais rápido na planagem. Um casco com ressalto duro resiste ao rolamento (em águas calmas) mais do que um casco com porões arredondados (o ressalto cria turbulência e arrasto resistindo ao movimento de rolamento, à medida que se move pela água, o bojo arredondado oferece menos resistência ao fluxo na curva). Em mar agitado, isso pode fazer o barco rolar mais, pois o movimento se arrasta primeiro para baixo, depois para cima, em um lombo: os barcos de porão redondo são mais gentis com o mar nas ondas, como resultado.

Cascos chanfrados podem ter uma das três formas:

• Tonalidades de batom plana
• Tochas de vários queixos
• Os cascos tortuosos. Às vezes chamado de esculpida.

Cada um desses cascos chine tem suas próprias características e usos. O casco de fundo plano tem alta estabilidade inicial, mas alto arrasto. Para combater o alto arrasto, as formas do casco são estreitas e às vezes severamente afuniladas na proa e na popa. Isso leva a uma estabilidade ruim quando adernado em um veleiro. Isso geralmente é combatido usando lastro interno pesado em versões à vela. Eles são mais adequados para águas costeiras protegidas. Os primeiros barcos a motor de corrida estavam bem à frente e à ré. Isso produziu sustentação máxima e um passeio suave e rápido em águas calmas, mas essa forma de casco é facilmente instável em ondas. O casco multi-chine se aproxima de uma forma de casco curvo. Tem menos arrasto do que um barco de fundo plano. Multi chines são mais complexos de construir, mas produzem uma forma de casco mais navegável. Eles são geralmente cascos de deslocamento. Barcos em V ou com fundo em arco têm um formato de V entre 6° e 23°. Isso é chamado de ângulo morto. A forma mais plana de um casco de 6 graus planará com menos vento ou um motor de menor potência, mas baterá mais nas ondas. A forma V profunda (entre 18 e 23 graus) é adequada apenas a barcos planadores de alta potência. Eles exigem motores mais potentes para erguer o barco até o avião, mas oferecem uma navegação mais rápida e suave nas ondas. Cascos com quinas de deslocamento têm mais área de superfície molhada, portanto, mais arrasto, do que uma forma equivalente de casco redondo, para qualquer deslocamento.

Cascos com curvas suaves

Cascos de curva suave são cascos que usam, assim como os cascos curvos, uma placa central ou uma quilha anexada.

Os cascos de porão semirredondos são um pouco menos redondos. A vantagem do semi-redondo é que é um bom meio entre o fundo em S e o casco chined. Exemplos típicos de um casco de porão semi-redondo podem ser encontrados nos botes Centaur e Laser.

Comparação de três tipos de cascos:

1. casco de fundo
2. casco de chine duro e
3. casco de chinelo macio

Os cascos de fundo em S são cascos de veleiros com uma meia-nau transversal em forma de s. No fundo do casco, o casco tem porões redondos e se funde suavemente com a quilha, e não há cantos vivos nas laterais do casco entre a linha central da quilha e a linha de inclinação. Os barcos com esta forma de casco podem ter uma quilha fixa longa e profunda, ou uma quilha fixa longa e rasa com uma quilha giratória no centro. O lastro pode ser interno, externo ou uma combinação. Esta forma de casco foi mais popular no final do século 19 e início e meados do século 20. Exemplos de pequenos veleiros que usam essa forma de s são o Yngling e o Randmeer.

Apêndices

• Dispositivos de controle como um leme, aparar abas ou estabilizar barbatanas podem ser equipados.
• Um quilha pode ser montado em um casco para aumentar a estabilidade transversal, estabilidade direcional ou para criar elevador.
• Os apêndices retráteis incluem placas de centro e painéis de adaga.
• Uma protrusão para a frente abaixo da linha de água é chamada de arco bulboso. Estes são equipados em alguns cascos para reduzir a onda fazendo a resistência arrastar e assim aumentar a eficiência do combustível. Os bulbos montados na popa são menos comuns, mas realizar uma tarefa semelhante.

Termos

• Linha de base é uma linha de referência de nível a partir da qual as distâncias verticais são medidas.
• Arco é a parte frontal do casco.
• Em meio é a parte média da embarcação na direção da fore e da popa.
• Porto é o lado esquerdo do vaso quando virado o arco a bordo.
• Starboard é o lado direito da embarcação quando enfrenta o arco de a bordo.
• Stern é a parte traseira do casco.
• Linha de água é uma linha imaginária circunscrevendo o casco que combina com a superfície da água quando o casco não está se movendo.

Métricas

Medições de casco principal

"LWL & LOA"

Formas de casco são definidas da seguinte forma:

Medidas de bloco que definem as dimensões principais. Eles são:

• Viga ou largura (B) é a largura do casco. (ex: BWL é o feixe máximo na linha de água)
• Projecto (D) ou (T) é a distância vertical da parte inferior do quilha para a linha de água.
• Freeboard (em inglês)FB) profundidade mais a altura da estrutura de quilha menos projecto.
• Comprimento na linha de água (LWL) é o comprimento do ponto mais avançado da linha de água medida no perfil ao ponto mais populoso da linha de água.
• Comprimento entre perpendiculares (LBP ou LPP) é o comprimento da linha de água de carga de verão do posto de popa para o ponto onde cruza a haste. (ver também p/p)
• Comprimento total (LOA) é o comprimento extremo de uma extremidade para a outra.
• Profundidade moldada (D) é a distância vertical medida do topo do quilha para o lado inferior do convés superior ao lado.

Derivadas de forma que são calculadas a partir da forma e das medidas do bloco. Eles são:

• Deslocamento (?) é o peso da água equivalente ao volume imerso do casco.
• Centro longitudinal de flutuabilidade (LCB) é a posição longitudinal do centroide do volume deslocado, muitas vezes dado como a distância de um ponto de referência (frequentemente midships) ao centroid do volume deslocado estático. Note que o centro longitudinal de gravidade ou centro do peso do vaso deve alinhar-se com o LCB quando o casco estiver em equilíbrio.
• Centro longitudinal de flotação (LCF) é a posição longitudinal do centroide da área do avião, geralmente expressa como distância longitudinal de um ponto de referência (frequentemente médios) ao centro da área do avião estático. Isso pode ser visualizado como sendo a área definida pela superfície da água e pelo casco.
• Centro vertical de flutuabilidade (VCB) é a posição vertical do centroide do volume deslocado, geralmente dado como uma distância de um ponto de referência (como a linha de base) para o centro do volume deslocado estático.
• Volume (V ou ?) é o volume de água deslocada pelo casco.

O volume do casco de um navio abaixo da linha de água (sólido), dividido pelo volume de um sólido retangular (linhas) do mesmo comprimento, altura e largura, determinar o coeficiente de bloqueio de um navio.

Coeficientes também ajudam a comparar as formas do casco:

1. Coeficiente de bloco (C_b)) é o volume (V) dividido pelo L_WL × B_WL ×_WL. Se você desenhar uma caixa em torno da parte submersa do navio, é a razão do volume da caixa ocupada pelo navio. Dá uma sensação de quanto do bloco definido pelo L_WL, feixe (B) & rascunho (T) é preenchido pelo casco. Formas completas como petroleiros terão um C elevado_b) onde formas finas como veleiros terão um C baixo_b).
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2. Coeficiente de Midship (C_m ou C_x) é a área transversal (A)_x) da fatia em navios médios (ou na maior seção para C_x) dividido por feixe x rascunho. Ele exibe a proporção da maior seção subaquática do casco para um retângulo da mesma largura geral e profundidade como a seção subaquática do casco. Isso define a plenitude do corpo. Um C baixo_m indica uma seção média de corte e um C alto_m indica uma forma de seção boxy. Veleiros têm uma seção média de corte com baixo C_x Considerando que os navios de carga têm uma secção de boxe com C elevado_x para ajudar a aumentar o C_b).
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3. Coeficiente prismático (C_p) é o volume (V) dividido por L_WLx A_x. Exibe a relação do volume imerso do casco a um volume de um prisma com comprimento igual ao navio e área transversal igual à maior seção subaquática do casco (seção de meio). Isto é usado para avaliar a distribuição do volume do underbody. Um C baixo ou fino_p indica uma seção média completa e extremidades finas, um C alto ou cheio_p indica um barco com extremidades mais completas. Os cascos de planificação e outros cascos de alta velocidade tendem para um C maior_p. Os cascos de deslocamento eficiente que viajam em um número baixo de Froude tendem a ter um C baixo_p.
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4. Coeficiente de avião (C_{O quê?}) é a área do avião dividida por L_WL x B_WL. O coeficiente de hidroavião expressa a plenitude do avião, ou a relação da área do avião a um retângulo do mesmo comprimento e largura. Um C baixo_{O quê?} figura indica extremidades finas e um alto C_{O quê?} figura indica extremidades mais completas. Alta C_{O quê?} melhora a estabilidade, bem como lidar com o comportamento em condições ásperas.
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Nota:

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Design assistido por computador

O uso de projeto auxiliado por computador substituiu os métodos baseados em papel de projeto de navios que dependiam de cálculos manuais e desenho de linhas. Desde o início da década de 1990, uma variedade de pacotes de softwares comerciais e freeware especializados em arquitetura naval foram desenvolvidos, fornecendo recursos de desenho 3D combinados com módulos de cálculo para hidrostática e hidrodinâmica. Estes podem ser referidos como sistemas de modelagem geométrica para arquitetura naval.