ばら積み貨物船
世界のばら積み貨物輸送は大変な量に上っており、2005年時点で17億トンの石炭・鉄鉱石・穀物・ボーキサイト・リン酸塩が船で輸送された。こんにち、1万載貨重量トン以上のばら積み貨物船は世界で6,225隻あり、全船舶に占めるトン数は40 パーセント、船舶数では39.4 パーセントとなっている。小型の船も合わせると、ばら積み貨物船は総合計で3億4600万載貨重量トンの容量がある。兼用船はわずかな割合しかなく、この容量のうちの3 パーセント未満に過ぎない。五大湖のばら積み貨物船は、98隻320万載貨重量トンで、やはり全体に占める割合は少ない。
2005年現在、ばら積み貨物船の平均船齢は13年ほどである。全ばら積み貨物船の約41 パーセントは船齢10年未満、27 パーセントが10年から20年、残りの33 パーセントが20年以上である。五大湖で登録されている98隻全てのばら積み貨物船は船齢20年以上である。
ばら積み貨物船は6つの大きさに分類される。小型、ハンディサイズ、ハンディマックス、パナマックス、ケープサイズと超大型である。超大型ばら積み貨物船と超大型鉱石輸送船はケープサイズに分類されるが、しばしば別な分類とみなされる。
地域輸送では他の分類もあり、例えばギニアのカムサ港 (Port Kamsar) で積み込みのできる最大の長さであることから、最大長229 メートルの船をカムサマックス (Kamsarmax) という。他に地域輸送で現れる単位としては、瀬戸内マックス (Setouchmax))、ダンケルクマックス (Dunkirkmax)、ニューカッスルマックス (Newcastlemax) などがある。
1万載貨重量トン以下の小型船の分類の中では、小型ばら積み貨物船が多くを占めている。小型ばら積み貨物船は500から2,500 トンの貨物を積み、1つの船倉を持ち、河川航行ができるように設計されている。しばしば橋の下を潜ることができるように設計され、3人から8人の少人数の乗務員で運航できる。
ハンディサイズとハンディマックスは一般目的で使われる。
ばら積み貨物船の航海は市場の力によって決定され、航路と積み荷はしばしば変更される。収穫期には穀物輸送に関わった船が、それ以外の時期には他の貨物を輸送したり、他の航路に移ったりする。不定期輸送に関わる沿岸輸送船舶の場合、船員は積み荷が完全に搭載されるまで、次の寄港地を知らないことがしばしばある。
ばら積み貨物は積み降ろしが難しいため、ばら積み貨物船は他の種類の船に比べて寄港時間が長い。小型ばら積み貨物船に関する調査によれば、積み込みに比べて積み降ろしには平均で2倍の時間が掛かっていた。小型ばら積み貨物船は55時間寄港していた一方で、同じ大きさの木材輸送船は35時間であった。この寄港時間は、ハンディマックスで74時間、パナマックスで120時間に伸びる。コンテナ船の12時間、自動車輸送船の15時間、大型タンカーの26時間の寄港時間に比べ、ばら積み貨物船の船員は上陸時間を長くすることができる。
二重船殻はまた船のバラスト容量を増大し、軽い貨物を輸送する時に役に立つ。安定性や耐航性のためにバラスト水を増やして喫水を増さなければならないことがあるからである。
近年のHy-Conと呼ばれる設計は、単船殻と二重船殻の長所を組み合わせようとしている。ハイブリッド・コンフィギュレーション (Hybrid Configuration) の略で、この設計は最前部と最後部を二重船殻にし、他は単船殻のままにする。この方法では、船の重要な部分を頑丈にできる一方で、全体の重量を削減することができる。
二重船殻の採用は単なる構造上の決定からではなく経済的なものであるため、二重船殻の船は総合的な検討が欠けており、潜在的な腐食の問題があるという批判がある。
貨物船は常に船が2つに割れてしまう危険にさらされており、このため縦方向の強度が第1の構造的な関心事である。これを一般的に縦強度(Hull Girder)という。船舶設計者は縦強度と応力の問題に対処するために縦強度と、材料寸法と呼ばれる船体の厚さの組み合わせの相関関係を利用する。船体は各部材から構成されている。これらの部材の寸法の組み合わせが船の材料寸法 (ship's scantlings) と呼ばれる。船舶設計者は、船が受ける応力を計算し、安全率を加算し、これにより必要とされる材料寸法を計算することができる。
ハッチ (Hatch) は船倉の上部にある開口部であり、ハッチの蓋に相当する開閉部はハッチ・カバー (Hatch cover) と呼ばれる。通常はハッチの周囲には、ハッチ・コーミング (Hatch Coaming) と呼ばれる立ち上がり部があり、ハッチ・カバーと共に波浪雨水の浸入を防ぐと同時に強度維持に貢献する。
一般にハッチは船の幅の45%-60%、船倉の長さの57%-67%ほどある。積荷の積下効率の向上には大きなハッチが求められるが、船体を構成する上甲板の開口部であるハッチは、船体強度の低下要素となる。船体へ加わる圧縮と引張の応力はハッチの縁に集中するため、耐航性能を保つにはこれらを補強する必要があり、特に長い船体である程、サギング/ホギングに対する強度を維持するためにハッチ周囲の部材厚を厚くしたり、補強部材を追加したりして補強してある。こうした措置により船体が重くなるという弊害もあり、高価ではあるが軽量化を求めて高強度鋼を用いる場合もある。
1950年代まで、ハッチのカバーは開いたり閉じたりするのではなく、手作業で破壊したり再建したりする木造のものが使われていた。
ばら積み貨物船の設計は主にそれが運ぶことを予定している貨物によって決定される。載荷係数とも呼ばれる、貨物の密度が重要な要素である。一般的なばら積み貨物の1 立方メートルあたりの密度は、軽い穀物の0.6 トンから鉄鉱石の3 トンまで多様である。
鉄鉱石輸送船の設計では、積み荷の密度がとても高いので、全体の積み荷の重量が制約する要素となる。一方で、たいていのばら積み貨物船は石炭を積むと最大喫水に達する前に船倉が一杯になるので、石炭輸送船においては全体の容積に制約される。
与えられたトン数の中で、船の寸法を決定する2番目の要素は、その船が航行を予定している港や水路の大きさである。例えば、パナマ運河を通過する予定の船は、横梁の長さや喫水の深さが制限される。ほとんどの設計で、長さと幅の比は5から7の間で、平均は6.2である。長さと高さの比は11から12の間である。
ばら積み貨物船は建造しやすく、効率よく貨物を搭載できるように設計されている。建造を容易にするため、ばら積み貨物船は単一の船体曲率で建造される。同様に、バルバス・バウにより船は効率的に航海できるにも拘らず、設計者は大型船では単純な垂直船首を好む。大きな方形係数のために、フルハルがほとんど全てで採用されており、この結果としてばら積み貨物船は本質的に低速である。これはその効率性で相殺される。載貨重量トン単位の船の輸送能力を、その軽貨重量と比較することは、船の効率性を測る1つの方法である。小型のハンディマックスの船は、その重量の5倍の積み荷を運ぶことができる。大型の設計では効率はさらによくなり、ケープサイズの船はその重量の8倍以上の積み荷を運ぶことができる。
ばら積み貨物船は、多くの商船の典型的な断面をしている。船倉内の上側と下側の隅部は、二重底の部分と同様にバラストタンクとして用いられている。隅部のバラストタンクは強化されており、船のバランスを制御する以外にも目的を持っている。隅部のタンクの角度は、搭載する貨物の安息角より小さくなるように設計される。これにより積み荷が船内で移動することをかなり防ぐことができる。積み荷の船内移動は船に危険をもたらすことがある。
二重底もまた設計上の制約がある。二重底構造は構造強度上も非常に重要で,この二重底深さ(内底板から船底外板の距離)が大きくなればなるほど一般的に強度上有利になりうる。