Wyporność statków i okrętów według zasady Archimedesa

W 14 epizodzie serii „Za kulisami przemysłu okrętowego”, Marcin Ryngwelski, były prezes stoczni Remontowej Shipbuilding, przybliża tajemnice wyporności statków i okrętów, eksplorując, jak zasady fizyki stosowane przez Archimedesa wciąż definiują nowoczesne metody budowy jednostek pływających.
W artykule
Zastanawialiście się kiedyś, dlaczego ogromne statki i okręty nie toną, mimo że są wykonane z materiałów, które samodzielnie zatopiłyby się w wodzie? Odpowiedź leży w jednej z podstawowych zasad fizyki, odkrytej przez starożytnego greckiego uczonego Archimedesa, która jest kluczowa w projektowaniu każdej jednostki pływającej.
Zasada Archimedesa w przemyśle stoczniowym
Zasada Archimedesa mówi, że ciało zanurzone w płynie doznaje wyporu równego ciężarowi wypartego przez nie płynu. To fundamentalne prawo fizyki jest podstawą projektowania każdego statku lub okrętu, które muszą być zaprojektowane tak, aby ich średnia gęstość była mniejsza niż gęstość wody, co umożliwia im utrzymywanie się na powierzchni wody.

W przemyśle okrętowym zasada Archimedesa jest kluczowa przy projektowaniu statków i okrętów. Stocznie projektują kadłub tak, aby maksymalizować objętość powietrza wewnątrz, co obniża średnią gęstość jednostki, umożliwiając jej utrzymanie się na powierzchni wody. Wyporność, czyli masa wody wypieranej przez kadłub, musi równać się lub przekraczać masę statku, aby ten mógł pływać. Dokładne obliczenia wyporności, wykorzystując zaawansowane narzędzia do symulacji i obliczeń, są niezbędne do precyzyjnego określenia tych parametrów w przemyśle okrętowym podczas projektowania nowych jednostek.
Rodzaje wyporności na wszystkich jednostkach pływających
- Wyporność pełna: Obejmuje całkowitą masę statku lub okrętu z załogą, zapasami, paliwem i wszystkim wyposażeniem.
- Wyporność standardowa: Obejmuje masę jednostki pływającej bez części zapasów, co jest używane głównie w celach militarnych do określenia klasy okrętu.
W przemyśle okrętowym różnice w sposobach określania wielkości jednostek pływających między okrętami wojennymi a statkami cywilnymi wynikają z ich różnych funkcji i potrzeb operacyjnych.
Wyporność dla okrętów wojennych jest kluczowym parametrem, ponieważ jest bezpośrednio związana z ich zdolnościami bojowymi, stabilnością i możliwościami manewrowymi. Wyporność pełna, uwzględniająca całe wyposażenie, załogę oraz zapasy, daje pełny obraz obciążenia, jakie okręt może bezpiecznie nieść i jakie są jego rzeczywiste możliwości operacyjne. Wyporność standardowa, bez pełnych zapasów, jest często używana do klasyfikacji okrętów, umożliwiając porównania ich wielkości i mocy w sposób standardowy, bez wpływu tymczasowo naładowanego wyposażenia czy zapasów.
Z kolei pojemność netto i brutto oraz DWT (deadweight tonnage) są preferowane dla statków cywilnych, ponieważ odzwierciedlają one ich zdolności komercyjne, takie jak ładowność i przestrzeń ładunkową. Pojemność brutto odnosi się do całkowitej objętości zamkniętych przestrzeni statku, co jest istotne dla celów administracyjnych i rejestracji. Pojemność netto, będąca odjęciem przestrzeni używanych na potrzeby załogi i nawigacji od pojemności brutto, odnosi się bezpośrednio do przestrzeni dostępnej dla ładunku i pasażerów. DWT określa maksymalną masę ładunku, paliwa, zaopatrzenia, załogi i pasażerów, jaką statek może bezpiecznie transportować.
Te różnice w pomiarach wynikają z fundamentalnych różnic w przeznaczeniu okrętów wojennych i statków handlowych. Okręty wojenne są projektowane z myślą o maksymalnej efektywności bojowej i obronnej, podczas gdy statki cywilne są optymalizowane pod kątem efektywności ekonomicznej i maksymalizacji przestrzeni ładunkowej. Zrozumienie tych różnic jest kluczowe zarówno dla projektantów, jak i operatorów jednostek morskich, a także dla regulacji bezpieczeństwa i klasyfikacji statków.
Wyporność statków okrętów: kluczowe aspekty projektowania
Zbyt niska wyporność może prowadzić do problemów z statecznością, co w przemyśle okrętowym i stoczniowym jest powodem do rygorystycznego przestrzegania zasad projektowania przez inżynierów. Przekroczenie założonej wyporności często skutkuje odrzuceniem statku lub okrętu przez klienta, co stanowi znaczące ryzyko dla stoczni. Zrozumienie i stosowanie zasady Archimedesa w praktyce jest kluczowe, aby uniknąć takich problemów.

Historia dostarcza wielu przykładów, gdy błędy w obliczeniach wyporności prowadziły do katastrof morskich oraz sukcesów w konstrukcji okrętów, takich jak lotniskowce czy nowoczesne okręty podwodne, co świadczy o tym, jak daleko zaszła technologia. Jednym z takich przykładów jest katastrofa promu Estonia, która miała miejsce 28 września 1994 roku na Bałtyku. Podczas sztormowej pogody, prom nagle zaczął nabierać wody i przechylać się, co spowodowało, że już po pięciu minutach od wystąpienia pierwszych problemów, statek znalazł się pod powierzchnią wody. Tragedia, w której zginęło 852 osoby, była wynikiem oderwania się furty dziobowej od kadłuba, co pokazuje, jak krytyczne dla bezpieczeństwa na morzu są precyzyjne obliczenia i prawidłowa konstrukcja wyporności statków.
Według oficjalnego raportu z 1997 roku przyczyną katastrofy Estonii były wady konstrukcyjne furty dziobowej, która nie wytrzymała naporu wody i została urwana. To miało spowodować wlanie się do statku takiej ilości wody, że zatonął w ciągu 5 minut. Raport estońsko-szwedzko-fińskiej komisji wzbudził jednak wiele kontrowersji.
Precyzyjne stosowanie zasady Archimedesa w praktyce podkreśla, jak nauka może wpływać na rozwój nowoczesnego przemysłu okrętowego. Zrozumienie zasad wyporności i ich prawidłowe zastosowanie ma zasadnicze znaczenie nie tylko dla bezpieczeństwa, ale także dla efektywności operacyjnej jednostek pływających. Każdy nowo zaprojektowany statek czy okręt jest świadectwem tego, jak nauka może przyczyniać się do postępu w technologii, jednocześnie zwiększając bezpieczeństwo i niezawodność na morzach i oceanach świata.
Kolejny epizod już wkrótce… ⚓️
Źródło: Marcin Ryngwelski/LinkedIn

Stocznia Szczecińska „Wulkan” i ekosystem przemysłowy

Stocznia Szczecińska „Wulkan” przestaje być kojarzona wyłącznie z wynajmem infrastruktury. Z deklaracji zarządu wynika, że zakład ma rozwijać się jako ośrodek produkcyjny oparty na partnerstwie z firmami prywatnymi, z jasno wskazanymi inwestycjami oraz ambicją realizacji jednostek „pod klucz” i stopniowego wejścia do łańcucha dostaw dla sektora zbrojeniowego.
W artykule
Stocznia Szczecińska „Wulkan” jako „rdzeń” ekosystemu
Do koncepcji Stoczni Szczecińskiej „Wulkan” jako ośrodka skupiającego i porządkującego potencjał przemysłowy regionu wracamy po kilku miesiącach przerwy. To dobry moment, by przypomnieć założenia modelu, który od początku miał odróżniać szczeciński zakład od klasycznego obrazu stoczni funkcjonującej w oderwaniu od otoczenia gospodarczego.
Szczeciński zakład buduje swoją opowieść wokół prostego założenia: w realiach dzisiejszego rynku przewagę daje sieć kompetencji, nie sama powierzchnia nabrzeży. Zarząd stoczni wskazuje, że na jej terenie działa blisko 70 firm, zaś razem z podmiotami współpracującymi z zewnątrz ma to być około 100 przedsiębiorstw tworzących środowisko wykonawcze. Ten model ma pozwalać na realizację projektów w formule partnerskiej, co w praktyce ma wzmacniać zdolność do pełnej obsługi zleceń, od przygotowania po wykonanie.
W tym ujęciu zakłady stoczniowe ze Szczecina stają się organizatorem pracy przemysłowej, który porządkuje procesy, koordynuje dostęp do infrastruktury, pilnuje kosztów, po czym składa kompetencje wielu podmiotów w jedną ofertę rynkową. Taki przekaz dobrze promuje Szczecin jako miejsce, w którym „da się zbudować projekt”, nie tylko „da się go gdzieś ulokować”.
240 mln zł na infrastrukturę. Inwestycja, która ma zmienić skalę
W planach inwestycyjnych pada konkretna liczba: 240 mln zł środków przewidzianych na rozwój infrastruktury. Największy strumień finansowania, blisko 170 mln zł, ma zostać skierowany na dokończenie budowy doku pływającego dla Morskiej Stoczni Remontowej „Gryfia”. Zarząd opisuje tę inwestycję jako przejętą w stanie niedokończonym, bez zapewnionego finansowania na finalizację, mimo wydatkowania znacznej części wcześniejszego budżetu. Termin wskazywany w wypowiedziach to 2027 rok.
Równolegle zapowiadane są inwestycje w zwiększenie mocy produkcyjnych stoczni: nowe hale, rozbudowa placów produkcyjnych, unowocześnianie parku maszynowego oraz stanowiska robocze pozwalające przyspieszyć prace. W komunikacji promocyjnej ten wątek ma istotną wartość, ponieważ pokazuje, że zakład nie opiera się na jednorazowym „porządku”, tylko buduje narzędzia pracy pod wzrost wolumenu.
Offshore i konstrukcje dla innych stoczni. Dwa kierunki, jeden mianownik
Z zapowiedzi zarządu wynika, że „Wulkan” chce wzmacniać trzy piony działalności. Pierwszy obejmuje produkcję dla offshore, w tym na potrzeby morskich farm wiatrowych oraz sektora oil & gas. Drugi dotyczy konstrukcji okrętowych, rozumianych jako duże elementy kadłubów i nadbudówek wykonywane dla innych stoczni w Europie. Trzeci filar ma pozostać związany z udostępnianiem infrastruktury firmom prywatnym, tylko w formule bardziej uporządkowanej.
Wątek offshore jest ważny promocyjnie z dwóch powodów. Pokazuje stabilny rynek zamówień, pokazuje też logikę rozwoju kompetencji. Rynek wymaga konstrukcji złożonych, powtarzalnych, realizowanych w terminie, co wymusza porządek produkcyjny. Dokładnie to ma potwierdzać narracja o dyscyplinie kosztowej i kontroli realizacji.
Powrót do jednostek „pod klucz”. Stawiacz pław jako projekt otwierający
W promocji zakładu szczególnie nośny jest temat budowy stawiacza boi i pław dla Urzędu Morskiego w Szczecinie. W wypowiedziach zarządu projekt przedstawiany jest jako krok w kierunku jednostek specjalistycznych, realizowany w ścisłej współpracy z partnerami przemysłowymi działającymi w otoczeniu stoczni. Pada tam również określenie „próba generalna”, która ma sprawdzić zgranie kooperantów, koordynację procesów oraz zdolność do prowadzenia budowy w formule „na gotowo”.
Istotne jest także to, czego stocznia nie obiecuje. W przekazie nie ma ambicji wejścia w rynek masowców czy tankowców. Pojawia się natomiast segment jednostek specjalistycznych, gdzie liczy się integracja, precyzja wykonania i zdolność do seryjnego powtarzania zamówień. Zarząd mówi też o analizie kolejnych projektów tego typu oraz celu pozyskania 5–7 jednostek do budowy na ten rok.
Partner przemysłowy zamiast „stoczni od okrętów wojennych”
W komunikacji pojawia się także wątek wejścia do sektora obronnego, choć w jasno określonych ramach. Stocznia nie deklaruje budowy okrętów wojennych „od A do Z”. Zarząd wskazuje rolę partnera przemysłowego, który może wspierać głównych wykonawców, dostarczając kadłuby, sekcje, komponenty lub kompletne jednostki pomocnicze i zabezpieczające.
W tym kontekście pojawia się termin „dual-use”, użyty w znaczeniu konstrukcji mogących pracować w zastosowaniach cywilnych, choć w razie potrzeby spełniać funkcje wsparcia w strukturach obronnych. Zarząd podkreśla też potrzebę uzyskania certyfikatów, koncesji i pozwoleń, co porządkuje przekaz i ogranicza ryzyko zbyt daleko idących deklaracji.
Kadry. Szczecin ma fachowców, brakuje dopływu nowych
Promocja zakładów nie może pomijać ludzi. W wypowiedziach zarządu pada liczba około 250 zatrudnionych w samej stoczni, przy jednoczesnym wskazaniu, że na terenie zakładu pracuje ponad 2000 osób w firmach funkcjonujących w jego otoczeniu. Ten obraz dobrze pasuje do modelu „ekosystemu”, w którym kompetencje nie zniknęły po upadku dużych podmiotów, tylko rozproszyły się po prywatnych przedsiębiorstwach.
Zarząd podkreśla, że Szczecin dysponuje dziś realnym zapleczem kompetencyjnym w obszarze produkcji morskiej i offshore, opartym na doświadczeniu tysięcy specjalistów pracujących w lokalnym przemyśle. Równolegle prowadzone są rozmowy z uczelniami oraz samorządem, których celem jest systemowe wzmacnianie zaplecza edukacyjnego i szkoleniowego, tak aby w perspektywie kolejnych dekad zapewnić ciągłość kompetencji i stabilny rozwój przemysłu okrętowego w regionie.
Przekaz promocyjny, który się broni
Z przekazanych informacji układa się spójna narracja promocyjna, w której Stocznia Szczecińska „Wulkan” wraca do przemysłu stoczniowego poprzez kilka równoległych działań: uporządkowanie finansów i portfela kontraktów, inwestycje infrastrukturalne z dokiem pływającym dla „Gryfii” jako projektem o największej wadze, rozwój produkcji offshore oraz stopniową odbudowę kompetencji w zakresie jednostek specjalistycznych realizowanych w formule „pod klucz”. Najbliższe miesiące pokażą, czy przy utrzymaniu tego kierunku i stabilnym otoczeniu rynkowym model partnerski, oparty na szerokiej grupie firm działających w otoczeniu stoczni, pozwoli w Szczecinie zbudować realny i trwały potencjał produkcyjny – na wzór tego, jaki przez lata konsekwentnie wypracowała sobie Stocznia Crist z Trójmiasta.










