Ναυπηγική

Η Ναυπηγική (Naval Architecture) είναι η επιστήμη και τεχνική που έχει ως αντικείμενο τη μελέτη, σχεδίαση και κατασκευή πλοίων.

Ιστορική ανασκόπηση
Από ιστορικής άποψης διακρίνονται τρία είδη πλοίων τα οποία γενικά ταυτίζονται με αντίστοιχες ιστορικές περιόδους. 
Στην πρώτη περίοδο, την εποχή των κωπήλατων σκαφών, στη δεύτερη περίοδο που κυριαρχούν τα ιστία (πανιά), δηλαδή των ιστιοφόρων σκαφών και τέλος στην τρίτη των (πάσης φύσεως) μηχανοκίνητων σκαφών.

Κωπήλατα πλοία
Σε αυτό που τουλάχιστον συμφωνούν όλοι οι αρχαιολόγοι, ιστορικοί ερευνητές αλλά και φιλόλογοι είναι ότι η "γέννηση" του πλοίου ανάγεται στην προϊστορική εποχή. Ακριβώς τότε που ο άνθρωπος όταν βρισκόμενος δίπλα σε επιπλέοντα κορμό δένδρου ανέβηκε σε αυτό και κατάφερε ακουμπώντας είτε τα χέρια είτε τα πόδια στο νερό να τον κατευθύνει μετατρέποντάς τον σε σκάφος. Αυτή είναι η πρώτη ναυπηγική κατασκευή!

Η εξέλιξη της ναυπηγικής τέχνης την εποχή εκείνη ήταν πολύ αργή, όπως και με τις άλλες δραστηριότητες του ανθρώπου. Για πολλά χρόνια οι άνθρωποι χρησιμοποιούσαν κωπήλατα μονόξυλα, πλοιάρια δηλαδή τα οποία ήταν λαξευμένα από έναν και μόνο κορμό δένδρου, τα οποία είχαν τη δυνατότητα μεταφοράς εμπορευμάτων. Μάρτυρες της εμπορικής χρήσης των μονόξυλων είναι τα εργαλεία από οψιανό που έχουν βρεθεί σε αρκετούς προϊστορικούς οικισμούς. Το ηφαιστειογενές αυτό πέτρωμα υπάρχει μόνο στη Μήλο, στο Γυαλί της Νισύρου και στην Αντίπαρο. Υποστηρίζεται ότι τουλάχιστον από τη Μεσολιθική εποχή (8η χιλιετία π.Χ.) οι κάτοικοι του Αιγαίου είχαν τη δυνατότητα να διασχίζουν το Αρχιπέλαγος και να μεταφέρουν το απαραίτητο ορυκτό στον τόπο τους από τη Μήλο. 

Για να λάβει το μονόξυλο τη μορφή της σχεδίας (σύνδεση κορμών) και από αυτή τη μορφή της "διήρους" και της "τριήρους" πέρασαν πολλές εκατονταετίες, ίσως και χιλιετίες. Άξιο προσοχής όμως είναι η διατήρηση του επιμήκους σχήματος που είχε απ' αρχής το πλοίο. Οι παλαιότερες αναπαραστάσεις πλοίων προέρχονται από πήλινα τηγανόσχημα σκεύη της Πρωτοκυκλαδικής ΙΙ περιόδου (2800-2300 π.Χ.). Στα βασικά στοιχεία αυτών των μορφών διακρίνονται ένα είδος εμβόλου στην ελαφρώς ανασηκωμένη πλώρη, οι σειρές κουπιών εκατέρωθεν του σκάφους και η ογκώδης ανασηκωμένη πρύμνη. 

Διά μέσου των αιώνων η εξέλιξη διαπιστώνεται στο μέγεθος (δυνατότητα μεταφοράς) και στη ταχύτητα (με αύξηση των αριθμών των κουπιών). Όμως, ο τρόπος ναυπήγησης σε συνδυασμό με τη χρήση ξύλου καθώς και η ελικτική ικανότητα, δεν επέτρεψαν την αύξηση του μήκους πέρα από ένα όριο, με συνέπεια την ανάπτυξη πολύκωπων πλοίων (900-700 π.Χ.). Ταυτόχρονα, παρατηρείται για πρώτη φορά ο διαχωρισμός εμπορικών και πολεμικών πλοίων. Τα πολεμικά πλοία, για λόγους ευελιξίας ήταν ελαφρά, στενά και χαμηλά σκάφη. Διέθεταν έμβολο στην πλώρη ως επιθετικό όπλο(*), υπερυψωμένο κατάστρωμα που προαναγγέλλει τη δεύτερη σειρά κουπιών καθώς και, λίγο αργότερα, την παρεξειρεσία (προεξοχή των πλευρών για την τοποθέτηση των κουπιών). Οι ανάγκες της νέας πολεμικής τακτικής του εμβολισμού οδήγησαν στην καθιέρωση των πολύκωπων πλοίων, τα οποία είναι γρήγορα και ευέλικτα αφού το μήκος τους υποδιπλασιάζεται τουλάχιστον. Τα πιο κοινά πολεμικά πλοία την εποχή αυτή είναι η τριακόντορος και και η πεντηκόντορος, με τριάντα και πενήντα κουπιά αντίστοιχα, διατεταγμένα σε μία ή δύο σειρές, οπότε και ονομάζονταν μονήρη και διήρη. Αντίθετα τα εμπορικά σκάφη που χρειάζονταν όγκο για μεταφορική ικανότητα, ήταν φαρδύτερα, ψηλότερα και βαθύτερα. Είχαν λιγότερους κωπηλάτες και μεγαλύτερη επιφάνεια ιστίων. Τα σκάφη αυτά ήταν γνωστά ως "στρογγυλά" ενώ τα πολεμικά ως "μακραί νήες".

Από τον 8ο έως τον 6ο αι. π.Χ. οι "μακραί νήες" εξελίσσονται ακόμα περισσότερο με αποκορύφωμα τη δημιουργία των τριήρεων, που κατά πάσα πιθανότητα ναυπηγούνται στην Κόρινθο. Το κορυφαίο αυτό πλοίο θα καθιερωθεί στη συνέχεα σε όλα τα ελληνικά ναυτικά κέντρα. Με συνολικό μήκος 38-40 μ. και αναλογία μήκους προς πλάτος ένα προς δέκα, οι τριήρεις προωθούνταν από 170 κουπιά και αντίστοιχους κωπηλάτες, διατεταγμένους σε τρεις σειρές καθ' ύψος (τους θαλαμίτες, τους ζυγίτες και τους θρανίτες). 

Στους Ελληνιστικούς χρόνους οι ισορροπίες δυνάμεων μετατοπίζουν την ναυτική ισχύ από την Ελλάδα στην Αίγυπτο των Πτολεμαίων αλλά και στη Ρόδο, την κορυφαία ναυτική δύναμη στο Αιγαίο την εποχή εκείνη. Η ναυπηγική δεν εξελίσσεται ιδιαίτερα, όμως ναυπηγούνται αξιόλογα πλοία όπως η ναυαρχίδα του Πτολεμαίου του Φιλοπάτορα (3ος π.Χ. αιώνας).

Οι αρχαίοι Έλληνες, κατ' εξοχήν ναυτικός λαός, συνέβαλαν ιδιαίτερα στην εξέλιξη της ναυπηγικής. Επινόησαν πλείστες κατασκευαστικές μεθόδους στη ναυπηγική τέχνη που διατηρούνται ακόμα μέχρι και σήμερα. Η αναφορά του Ομήρου στην κατασκευή πλοίου από τον Οδυσσέα δεν διαφέρει σε τίποτα από τον σημερινό τρόπο κατασκευής των ξύλινων σκαφών. Αλλά και η προ του Τρωικού πολέμου, η Αργοναυτική εκστρατεία καταμαρτυρά σπουδαίες γνώσεις ναυπηγικής και πλεύσης και να καταστεί έτσι πολύ μεγάλη στην εποχή της ναυτική επιχείρηση

Ιστιοφόρα πλοία
Εποχή από τον 16ο αι. μέχρι τον 19ο αιώνα.

Τα ιστία (πανιά) χρησιμοποιήθηκαν από τους αρχαιότατους χρόνους. Λέγεται ότι με αυτά οι Αιγύπτιοι βοηθούσαν τους εργάτες που έσερναν τεράστιες σχεδίες κατά μήκος του Νείλου. Αλλά και η εμπορική επέκταση στον Εύξεινο Πόντο, γνωστότερη κατά την παράδοση ως Αργοναυτική Εκστρατεία, έγινε με τη βοήθεια των ιστίων, όπως και η μετάβαση (διαπόρθμευση) των Ελλήνων κατά την Εκστρατεία της Τροίας στηρίχτηκε στη δύναμη των "ούριων ανέμων". Καταφανής και η γνώση των αιολικών δυνάμεων.

Η επικράτηση όμως των ιστιοφόρων επί των κωπήλατων σκαφών ολοκληρώθηκε με την ανακάλυψη της Αμερικής, όταν οι νέοι θαλάσσιοι δρόμοι που προέκυψαν, εκτός της Μεσογείου, για τα κωπήλατα σκάφη ήταν πλέον μακρινοί, δύσκολοι έως αδύνατοι και άσκοποι.

Η ανακάλυψη της ιστιοπλοΐας (μανουβράρισμα πολλών πανιών) και της πυξίδας με την εξέλιξη της ναυπηγίας (σε θέματα ευστάθειας) ήταν οι κύριοι συντελεστές της επικράτησης των ιστιοφόρων σκαφών. 
Μέγα ορόσημο της επικράτησης αυτής υπήρξε η Ναυμαχία της Ναυπάκτου (7 Οκτωβρίου 1571) όταν ο στόλος των Ευρωπαϊκών δυνάμεων (από ιστιοφόρα) κατατρόπωσε τον Οθωμανικό στόλο (από κωπήλατα σκάφη).

Μηχανοκίνητα
(Από τον 19ο αι. μέχρι σήμερα).

Οι επαναστατικές εφευρέσεις εντός μικρού σχετικά χρονικού διαστήματος κατά τον 19ο αι. δημιούργησε τον τύπο του μηχανοκίνητου πλοίου ώστε να φθάσουμε τελικά στη σύγχρονη εποχή της Ναυπηγικής.

Ενώ στις δύο προηγούμενες εποχές το υλικό κατασκευής των πλοίων ήταν το ξύλο, στην εποχή των μηχανοκίνητων, υλικό κατασκευής πλέον ήταν ο χάλυβας, υλικό που έμελλε να προσφέρει τεράστιες δυνατότητες στη περαιτέρω εξέλιξη. 

Κύριες εφευρέσεις που μετέβαλαν ριζικά την όψη του πλοίου είναι:
Η ατμομηχανή, η έλικα, η φθηνή παραγωγή του χάλυβα, το ραντάρ, το πυροβόλο γραμμωτής (εσωτερικά) κάνης, τα εκρηκτικά βλήματα πυροβόλου, η τορπίλη και οι πύραυλοι.

Αν και οι τέσσερις τελευταίες εφευρέσεις είναι καθαρά πολεμικά μέσα, εντούτοις πρωτοστάτησαν στην εξέλιξη της ναυπηγικής. Χαρακτηριστικό παράδειγμα ήταν όταν οι Γάλλοι κάλυπταν τα πλευρά του ξύλινου πολεμικού τους πλοίου Gloire (εκτοπ. 5000 τόν.) με χαλύβδινο θώρακα προκειμένου να το προστατεύσουν από τα επικίνδυνα βλήματα του εχθρού (που εκτοξεύονταν από μακρινή απόσταση χάρις στη γραμμωτή κάνη). Με τη τοποθέτηση όμως της ατμομηχανής οι πυρκαγιές των ιστίων από τους εξερχόμενους των καπνοδόχων σπινθήρες ήταν αναπόφευκτες. Έτσι όχι μόνο τα ιστία καταργήθηκαν σύντομα αλλά και τα καταστρώματα και οι υπερκατασκευές αντικαταστάθηκαν από χαλύβδινα.

Τύποι πλοίων
Για τους τύπους - κατηγορίες εμπορικών πλοίων δείτε σχετικά παράγραφο 6 στο Πλοίο. Για τους τύπους κατηγορίες πολεμικών πλοίων δείτε σχετικά παράγραφο 3 στο Πολεμικό Πλοίο. Για το είδος του "Πυρπολικού" δείτε σχετικά Το Ναυτικό του 21.

Νηογνώμονες
Γενικά για τους Νηογνώμονες δείτε το πλήρες άρθρο Νηογνώμονες.

Για τη κατάταξη των πλοίων και τα πιστοποιητικά που εκδίδει ο Βρετανικός Νηογνώμονας δείτε το άρθρο Βρετανικός Νηογνώμονας, για εκείνα του Γαλλικού Νηογνώμονα δείτε το άρθρο Γαλλικός Νηογνώμονας, ενώ για τα πιστοποιητικά του Αμερικανικού Νηογνώμονα δείτε το άρθρο Αμερικανικός Νηογνώμονας.

Γεωμετρία σκάφους

Οι Ναυπηγικές γραμμές και οι κύριες διστάσεις του πλοίου όχι μόνο ολοκληρώνουν μια πλήρη γεωμετρική εικόνα του πλοίου. Στην ανάλυση των ναυπηγικών γραμμών και των διαστάσεων θα αναφερθούν μόνο οι αναγκαίοι επί μέρους όροι για τη πληρέστερη αντίληψη.

Βασικό χαρακτηριστικό του σχήματος του πλοίου είναι η συμμετρία. 

(Μοναδική ίσως περίπτωση ασύμμετρης ναυπήγησης είναι οι "γόνδολες" λόγω ανάγκης έκκεντρης ώθησης της κώπης).

Ναυπηγικές γραμμές
Ως ναυπηγικές γραμμές θεωρούνται οι:

Εγκάρσιες ναυπηγικές γραμμές ή γραμμές νομέων (frame lines)

Διαμήκεις ναυπηγικές γραμμές ή κάθετοι (Longitudinal lines, Vertical lines, Buttocks)

Οριζόντιες ναυπηγικές γραμμές ή παρίσαλοι ή ίσαλοι (Water lines) και οι

Διαγώνιες βοηθητικές ναυπηγικές γραμμές (Diagonals)

Για όλες τις παραπάνω δείτε το άρθρο Ναυπηγικές γραμμές καθώς και για το τρόπο σχεδίασής των.

Κύριες διαστάσεις
Για τις κύριες διαστάσεις Μήκος σκάφους (Length), Πλάτος σκάφους (Breadth ή Beam) και Κοίλο σκάφους δείτε το επί μέρους άρθρο Κύριες διαστάσεις πλοίου

Ναυπ. μονάδες μέτρησης
Στη Ναυπηγική λόγω της επί σειρά ετών επικράτησης των Βρετανών το αγγλικό σύστημα μετρήσεων έχει ευρύτατη χρήση.

Παρατίθενται οι συντελεστές μετατροπής των μονάδων μέτρησης από το αγγλικό σύστημα στο μετρικό των πλέον εύχρηστων στη ναυπηγική.

Μονάδα Μήκους (Length):
 Δάκτυλος, κοινώς ίντσα (inch συμβολίζεται: in ή ΄΄ ) 1in = 25,4 mm.
 Πους, κοινώς πόδια (foot συμβολίζεται: ft ή ' ) 1 ft = 304,8 mm (=12in).
 Υάρδα, κοινώς γιάρδα (yard συμβολίζεται: yd ) 1 yd = 914,4 mm (= 36in = 3ft).
 Μίλιον, κοινώς μίλι (Statue mile or mile) 
1 mile = 1609958 mm (=1759,684 yd = 5281,998 ft = 63384,04 in).
 Ναυτικό μίλι (nautical mile or mile)
1 mile = 1853190 mm (=2025,536 yd = 6080 ft = 72960,09 in)

Ευρέως χρησιμοποιούμενο υποπολλαπλάσιο του δακτύλου είναι το 1/8 αυτού, 1/8΄΄= 3,175 mm.
Για τη ταχύτερη εύρεση των πολλαπλάσιων του 1/8΄΄ σε mm μετατρέπουμε αυτά σε όγδοα, έτσι το 1/4΄΄=2/8΄΄, 3/8΄΄, 1/2΄΄=4/8΄΄, 5/8΄΄, 3/4΄΄=6/8΄΄ και τέλος 7/8΄΄ αρκεί να πολλαπλασιάσουμε τα 3,175mm επί 2,3,4,5,6 και 7 αντίστοιχα.

Δείγμα γραφής μήκους στο σχέδιο κατά το αγγλοσαξονικό σύστημα: 54'-5  5/8΄΄. Αυτό σημαίνει 54 πόδες (54'Χ304,8=16459,2mm) συν 5 δάκτυλοι (5Χ25,4=127,0mm) συν 5/8 δακτύλου (5Χ3,175=15,9mm). Ήτοι 54'-5 5/8΄΄= 16602,01 mm ή 16,602μ.

Ιδιαίτερη προσοχή: παύλα μεταξύ ποδών και δακτύλων δεν είναι σημείο αφαίρεσης, επίσης ως η ελληνική υποδιαστολή, στο αγγλικό σχέδιο είναι η τελεία.

Σε πολλά σχέδια αναγράφονται ενδείξεις όπως 0,24΄΄ ή .24΄΄. Αμφότεροι οι τρόποι σημαίνουν το αυτό δηλ. 24 εκατοστά της ίντσας. Για σύντομη προσεγγιτική μετατροπή αυτών σε mm διαιρούμε το 24 διά του 4 (δηλ. διά του λόγου 100/25,4=3,94 κατά προσέγγιση 4).

Οι Αμερικανοί για το πάχος των ελασμάτων αναγράφουν το βάρος αυτών σε λίβρες (Pounds) ανά τετραγωνικό πόδι και το συμβολίζουν με την ένδειξη #.

Μονάδα Βάρους (Weight):
 Μετρικός Τόνος (metric ton) συμβολίζεται mt ή mton ή ton.   1mt = 1000 Kg

 Λίβρα (pound) συμβολίζεται lb. 1lb = 0,45359 kg

 Μακρύς Αγγλικός τόνος ή Αγγλικός τόνος ( Long Ton ή  Gross Ton ) συμβολίζεται gt  ή gton ή ton.  
1 gton = 1016,05 Kg (=2240 lbs).

 Βραχύς τόνος (Sort Ton ή Net Ton) συμβολίζεται nt ή nton ή ton.  

1 nton = 907,185 Kg (= 2000 lbs = 0,89286 ton).

 Χάντρεντγουέιτ (Hundredweight), συμβολίζεται cwt.  1 cwt = 50,8024 Kg (= 112lbs = 0,05gton).

Σημ: Όταν αναφέρεται η λέξη τόνος χωρίς άλλη διευκρίνιση νοείται ο μετρικός τόνος, όταν διευκρινίζεται αγγλικός τόνος χωρίς επί μέρους διευκρίνιση νοείται ο μακρύς τόνος (2240lbs)

Διαγωγή και Ευστάθεια
Δείτε σχετικά άρθρα:
Διαγωγή πλοίου
Ζυγοστάθμιση πλοίου
Ταλάντωση πλοίου
Ευστάθεια πλοίου

Αντοχή
Η αντοχή της κατασκευής του πλοίου συνίσταται στη διερεύνηση της συμπεριφοράς του πλοίου ως δοκού στην επιφάνεια της θάλασσας καθώς και στη συμπεριφορά των επιμέρους κατασκευαστικών στοιχείων υπό τις συνθήκες φόρτισης που προδιαγράφονται από τις λειτουργικές και επιχειρησιακές ανάγκες.

Αντίσταση και πρόωση

Ελικτικότητα

Σημειώσεις

Εξωτερικοί Σύνδεσμοι

 Ιστοσελίδα Ναυπηγών ΕΜΠ
 Ιστοσελίδα Ναυπηγών ΑΤΕΙ ΑΘΗΝΑΣ 
 Ναυπηγικές ιστορικές καταγραφές - Αρχεία Αλέξανδρου & Κωνσταντίνου Φιλίππου

Επιστήμες Μηχανικών