નૌસ્થાપત્ય (naval architecture) : ઇજનેરી વિદ્યાની એક શાખા. તેનો સંબંધ વિવિધ કદનાં જહાજોની ડિઝાઇન અને બાંધકામ સાથે છે. નાની હોડી કે લૉંચથી માંડીને મોટું પ્રવાસી જહાજ, વિરાટકાય તેલજહાજ (tanker) કે જથ્થાબંધ માલવાહક જહાજ હોય – આ બધાં સાથે આ વિદ્યાશાખાને સંબંધ છે. પોલાદ અને વરાળયંત્રના આગમન પૂર્વે હલેસાં અને સઢ સંચાલિત જહાજો બાંધવા માટે લાકડાનો પુષ્કળ પ્રમાણમાં ઉપયોગ થતો હતો. લાકડાનું વહાણ બાંધવા માટે પશ્ચિમના દેશોમાં ઓકનો અને ભારતમાં મુખ્યત્વે સાગ, સાદડ વગેરેનો ઉપયોગ થતો હતો. ઓકનાં વહાણો પંદર વરસ સુધી અને સાગનાં વહાણો પચાસથી સાઠ વરસ સુધી ઉપયોગમાં લેવાતાં હતાં; પરંતુ ઓગણીસમી સદીના અંતભાગ સુધીમાં બધાં વેપારી અને નૌકાસૈન્યનાં યુદ્ધજહાજો બનાવવા પોલાદ(સ્ટીલ)નો ઉપયોગ થવા લાગ્યો. તેમનું સંચાલન વરાળશક્તિથી સંચાલિત પેડલ વ્હિલ અને સ્ક્રૂ પ્રોપેલર દ્વારા થતું હતું.
આકૃતિ 1
દુનિયાની ત્રણ ચતુર્થાંશ સપાટી પાણીથી ઢંકાયેલી છે. તેથી પાણીની સપાટી ઉપર નૌવહન માટે માનવી વિવિધ ઉપાયો અને સાધનોનો ઉપયોગ કરે તે સ્વાભાવિક છે. તેનો પ્રારંભ સદીઓ પૂર્વે ક્રમશ: વૃક્ષમાંથી કોરી કાઢેલ થડ, લાકડાના પાટડાના તરાપાથી અને પછી હોડી તથા વહાણના બાંધકામથી થયો હતો. મિસર, મીનોઅન, ફિનિશિયન, ગ્રીક, રોમન અને ભારતીય ઉપખંડનાં પ્રાચીન વહાણો અને હોડીઓની વિગત સાહિત્ય, શિલ્પ, ચિત્રો અને પ્રાચીન સ્થાપત્યો વગેરે દ્વારા પ્રાપ્ત થાય છે. ભોજ નરપતિ લિખિત ‘યુક્તિકલ્પતરુ’ ગ્રંથમાં પ્રાચીન જહાજી ઉદ્યોગની કેટલીક માહિતી છે. પ્રાચીન ભારતીય જહાજોના બે પ્રકાર હતા : સામાન્ય વર્ગ અને વિશેષ વર્ગ. સામાન્ય પ્રકારનાં જહાજો નદી અને સરોવરના રક્ષિત પાણીમાં નૌવહન માટે, જ્યારે વિશેષ વર્ગનાં જહાજો ખુલ્લા સમુદ્રમાં નૌવહન માટે વપરાતાં હતાં. આ જહાજોનું સૂચિત પરિમાણ સારણી 1 અને સારણી 2 મુજબ હતું.
આધુનિક જહાજ બાંધવાનો પ્રારંભ ઓગણીસમી સદીના વચલા ગાળામાં જહાજના બાંધકામની સામગ્રી તરીકે પોલાદનો અને મુખ્ય વાહક બળ તરીકે વરાળનો ઉપયોગ કરીને થયો હતો : 1859માં 207 મી. લાંબું ‘ગ્રેટ ઇસ્ટર્ન’ નામનું ઉતારુ જહાજ બે પેડલ વ્હિલ અને એક સ્ક્રૂ પ્રોપેલર સાથે બંધાયું. 1882માં ‘ઔરાનિયા’ અને 1890માં ટ્યૂટોનિક બંધાયાં ત્યારે સ્ક્રૂ પ્રોપેલરનો ઉપયોગ સર્વવ્યાપી થઈ ચૂક્યો હતો.
જહાજના પ્રકાર : જહાજોમાં નીચે પ્રમાણેનાં જૂથો જોવા મળે છે :
જૂથ 1 : માલવાહક જહાજો : સામાન્ય માલવાહક જહાજ, જથ્થાબંધ માલવાહક જહાજ, ધાતુવાહક જહાજ, તેલવાહક જહાજ, જથ્થાબંધ ધાતુવાહક (OBO) જહાજ, રોલ-ઑનરોલ-ઑફ (Roll-on–Roll-off–RoRo) જહાજ, ગૅસવાહક (LPG/LNG) જહાજ, પાત્ર (container) જહાજ, લૅશ (Lash) જહાજ.
જૂથ 2 : ઉતારુ જહાજો : ઉતારુ લાઇનર, ખાડી/નદી પાર માટેની હોડી (cross channel ferry), ઉતારુ લૉંચ (passanger launch).
જૂથ 3 : સહાયક (auxiliary) જહાજો : ટગ બોટ, ડ્રેજર, તરતી ક્રેન, તરતી ગોદી (floating dock), બરફભંજક (ice-breaker), સંશોધક જહાજ, અપતટ (off shore), પુરવઠા જહાજ, ચોકિયાત હોડી (patrolling boat).
જૂથ 4 : નૌકાસૈન્ય જહાજો : ફ્રિગેટ, કોરવેટ્ટ – વળાવિયા જહાજ, વિમાનવાહક જહાજ, સુરંગ ખસેડતું જહાજ (mine-sweeper), પનડૂબી (ડૂબક કિસ્તી અથવા અવતલ નૌકા – submarine), વિનાશિકા (destroyer), ક્રૂઝર, યુદ્ધજહાજ (battleship), તોપવાહક હોડી (gun boat).
સારણી 1 : સામાન્ય વર્ગનાં જહાજો
| નામ | લંબાઈ | પહોળાઈ | ઊંચાઈ |
| (ક્યૂબીટ) | (ક્યૂબીટ) | (ક્યૂબીટ) | |
| ક્ષુદ્ર | 16 | 4 | 4 |
| મધ્યમ | 24 | 12 | 8 |
| ભીમ | 40 | 20 | 20 |
| ચપલ | 48 | 24 | 24 |
| પાતાલ | 64 | 32 | 32 |
| ભય | 72 | 36 | 36 |
| દીર્ઘ | 88 | 44 | 44 |
| પત્રપૂત | 96 | 48 | 48 |
| ગર્ભર | 112 | 56 | 56 |
| મંથર | 120 | 60 | 60 |
સારણી 2 : વિશેષ વર્ગનાં જહાજો
| નામ | લંબાઈ (ક્યૂબીટ) | પહોળાઈ (ક્યૂબીટ) | ઊંચાઈ (ક્યૂબીટ) |
| (1) દીર્ઘ પેટાવિભાગ | |||
| દીર્ઘકા | 32 | 4 | 3 |
| તરણી | 48 | 6 | 4 |
| લોલા | 64 | 8 | 6 |
| ગત્વરા | 80 | 10 | 8 |
| ગામિની | 96 | 12 | 9 |
| તરી | 112 | 14 | 11 |
| જંઘાલ | 128 | 16 | 12 |
| પ્લવિની | 144 | 18 | 14 |
| ધરિણી | 160 | 20 | 16 |
| બેગિની | 176 | 22 | 17 |
| (2) ઉન્નત પેટાવિભાગ | |||
| ઊર્ધ્વ | 32 | 16 | 16 |
| અનૂર્ધ્વ | 48 | 24 | 24 |
| સ્વર્ણમુખી | 64 | 32 | 32 |
| ગર્ભિણી | 80 | 40 | 40 |
| મંથર | 96 | 48 | 48 |
વહાણની સાટી–કાઠું (hull shape) : વહાણનો સામાન્ય આકાર આકૃતિ 1માં દર્શાવ્યો છે; જેમાં સૌથી આગળનો ભાગ તે ‘બો’ અને સૌથી છેવાડાનો ભાગ તે ‘સ્ટર્ન’ કહેવાય. આ બંને છેડાઓ વચ્ચે જહાજનો આગળનો ભાગ, મધ્યભાગ અને છેવાડાનો ભાગ – એમ ત્રણ ભાગ સમાવિષ્ટ થાય છે. બો તરફ મોઢું રાખી ઊભા રહીએ તો ડાબી બાજુ તે પૉર્ટ બાજુ અને જમણી બાજુ તે સ્ટાર-બોર્ડ બાજુ કહેવાય. જહાજનો મધ્યભાગ એ મુખ્ય અને મોટો ભાગ છે. સ્ટર્ન તરફ નીચેના ભાગે જહાજને ગતિ આપનાર સાધન જેને પ્રોપેલર કહેવાય તે હોય છે (જુઓ આકૃતિ 1). જહાજની દિશાનું નિયંત્રણ કરનાર રડર પ્રોપેલર પાસે ગોઠવવામાં આવે છે.
જહાજની વાહક શક્તિ તેના સ્થાયી વજન ગુણાંક(dead weight coefficient)થી નિર્દિષ્ટ થાય છે. સ્થાયી વજન ગુણાંક એ સ્થાયી વજન અને ખસેડાતા વજનનો ગુણોત્તર છે.
સ્થિરતા : જ્યારે વહાણ/જહાજ દરિયાના શાંત પાણી પર તરતું હોય ત્યારે તેના પર લાગતાં બળો તે તેનું ગુરુત્વાકર્ષણ કેન્દ્ર G-માંથી નીચે લાગતું બળ અને બોયન્સી કેન્દ્ર Bમાંથી ઉપર (ઊર્ધ્વ દિશામાં) લાગતું ઊર્ધ્વ બળ (up – thrust). આ બંને બળો સરખાં વિરુદ્ધ દિશામાં અને એક જ બિંદુએ આવેલાં હોઈ એકબીજાને સમતોલ કરે છે અને જહાજનું આ સમતોલન, સ્થાયી, અસ્થાયી કે તટસ્થ (neutral) રહે તેનો આધાર મેટાસેન્ટર M એ કેન્દ્ર Gથી ઉપર, નીચે કે તેની સાથે (એક બિન્દુએ) છે તેના પર છે. આકૃતિ–2માં આ બાબત દર્શાવી છે. બિન્દુ G અને M વચ્ચેના અંતર GMને મેટા-સેન્ટ્રિક ઊંચાઈ કહેવાય છે.
આકૃતિ 2
આલેખન : જહાજનું માળખાકીય આલેખન (structural designing) એ બહુ અટપટું અને અઘરું કાર્ય છે. સામાન્ય રીતે જુદી જુદી સંસ્થાઓ જેવી કે લોયડ્ઝ રજિસ્ટર ઑવ્ શિપિંગ, અમેરિકન બ્યૂરો ઑવ્ શિપિંગ, ભારતીય રજિસ્ટર ઑવ્ શિપિંગ, બ્યૂરો વેરીટાઝ અને અન્યના માર્ગદર્શન અને અનુભવોનો આધાર લઈ આ કાર્ય કરવામાં આવે છે. આ સંસ્થાઓ જહાજના બાંધકામ તેમજ વર્ગીકરણ અંગેના નિયમો નિયમિત ધોરણે બહાર પાડે છે. તેના આધારે જહાજોનું વિગતવાર આલેખન થાય છે.
પ્રતિબળ અને શક્તિદર (resistance and powering) : જહાજ ગતિમાં હોય ત્યારે તેને હવાના પ્રતિરોધ અને પાણીનો પ્રતિરોધ – એમ બે બળોનો સામનો કરવો પડે છે. હવા કરતાં પાણી 980ગણું ઘટ્ટ હોઈ પાણીનો પ્રતિરોધ કુલ પ્રતિરોધના 98 % જેટલો થતો હોય છે. પાણીનો કુલ પ્રતિરોધ (RE) પાણીની સ્નિગ્ધતાને કારણે (Rv) અને પાણીનાં મોજાં જળતરંગોને કારણે (Rw) હોય છે. Rt = Rv + Rw. Rvની કિંમત સહેલાઈથી આંકી શકાય, પરંતુ Rwની કિંમત આંકવી મુશ્કેલ છે, કારણ કે પાણીનાં મોજાંનું સ્વરૂપ અને ગતિવિજ્ઞાન (dynamics) અઘરું છે. પ્રયોગશાળામાં જુદાં જુદાં મોજાંનાં સ્વરૂપો તૈયાર કરી જહાજના મૉડલ પર લાગતું પ્રતિબળ માપીને Rwની કિંમત જે તે મૉડલના જહાજ માટે નક્કી કરાય છે. Rtની કિંમત નક્કી થયે જહાજને જો ગતિ (મહત્તમ ગતિ) V પર ચલાવવું હોય તો મહત્તમ શક્તિદર (power) P = Rt V જોઈએ. સામાન્ય રીતે જહાજો સ્ક્રૂ પ્રોપેલરોથી હલેસાય (ગતિ મેળવે) છે. નળાકાર હબ (બોસ) પર ત્રણથી છ વાળેલાં પાંખિયાં લગાડી પ્રોપેલર બનાવાય છે. વેપારી/માલવાહક જહાજોમાં સામાન્ય રીતે એક પ્રોપેલર અને નૌકાસૈન્યનાં જહાજોમાં બે (twin) પ્રોપેલરો હોય છે. પ્રોપેલરો ખાસ પ્રકારની કાંસા કે પિત્તળની બિનલોહધાતુમાંથી બનાવાય છે અને તેનું વજન 10 થી 25 ટન સુધીનું હોય છે.
જહાજની ગતિઓ : દરિયા પર તરતું જહાજ જુદી જુદી છ ગતિઓ અનુભવી શકે – ત્રણ સ્થાનાંતરી (translational) ગતિઓ અને ત્રણ દોલનાત્મક (oscillatory) ગતિઓ. સ્થાનાંતરી ગતિઓમાં સર્જ ફોર અને એફ્ટ અક્ષ તરફની, સ્વે સર્જને કાટખૂણે અને ત્રીજી યૉ (yaw) ઊર્ધ્વ અક્ષ તરફની હોય છે. દોલન ગતિઓ રોલ ક્ષૈતિજ અક્ષને ફરતી, પીચ ક્ષૈતિજને ક્ષૈતિજતલમાં કાટખૂણે આવેલ અક્ષ ફરતી અને ત્રીજી હીવ (heave) ઊર્ધ્વ અક્ષ ફરતી હોય છે. આમાં ત્રણેય આંદોલન ગતિઓ(રોલિંગ, પીચિંગ, હીવિંગ)નો જહાજની લંબાઈ, આકાર, વજન વગેરે પર આધાર હોય છે. દરેક આવર્ત સમયમર્યાદામાં રહે તે જરૂરી હોય છે. 100 મી. લંબાઈના જહાજનો રોલિંગ સમય 8.4 સેકન્ડ, પીચિંગ સમય 4.7 સેકન્ડ અને હીવિંગ સમય 3.2 સેકન્ડ હોય તો તે મર્યાદામાં છે તેમ કહેવાય. દોલનગતિઓને મર્યાદામાં રાખવા માટે અનેક ઉપાયો કરાય છે; જેમાં ‘બીલ્જ કીલ્સ’, રોલિંગવિરોધી પાંખો (anti-rolling fins) અને રોલિંગવિરોધી ટાંકીઓ (anti-rolling tanks) મુખ્ય છે.
જહાજનું દિશા-નિયંત્રણ (ship manoeuvring) : જહાજની દિશાનું નિયંત્રણ સ્ટર્ન (પાછળના ભાગ) નીચે મુકાયેલ રડર વડે થાય છે. વ્હિલ હાઉસમાંથી ટેલિમોટર વડે રડરની સ્થિતિ બદલાય છે. રડર એ એક છેડે ઊર્ધ્વધરીની આસપાસ ફરી શકે તેવું મોટું પાટિયું હોય છે. તે ઊર્ધ્વધરીની આસપાસ બંને દિશા(પૉર્ટ અને સ્ટારબોર્ડ)માં 35° સુધી ફરી શકે તેવી વ્યવસ્થા હોય છે. જ્યારે રડરને પૉર્ટ દિશા તરફ ફેરવવામાં આવે ત્યારે જહાજ પૉર્ટ દિશા તરફ વળે અને જો તેથી વિરુદ્ધ દિશામાં ફેરવવામાં આવે તો સ્ટારબોર્ડ તરફ વળે. આ રીતે જહાજની દિશાનું નિયંત્રણ થાય છે.
જહાજની-ધ્રુજારી (ship vibration) : જહાજનું મોટું, અટપટું, સ્થિતિસ્થાપક બાંધકામ (structure) હોય છે. તેમાં સમગ્રતયા ઊર્ધ્વ, આડી અને વળકૃત (torsional) ધ્રુજારી શક્ય છે. જહાજની ડિઝાઇન તૈયાર થઈ રહી હોય તે સમયે જ એ જોવાય કે તેમાં, તેના ચાલુ કાર્યસમય દરમિયાન સંપ્રેરિત ધ્રુજારી (forced vibration) કેવા અને કેટલા આવર્તનની રહેશે. જહાજની કુદરતી ધ્રુજારીના આવર્તનની કિંમત અને સંપ્રેરિત ધ્રુજારીના આવર્તનની કિંમત સરખી થાય તો તે ગંભીર બાબત ગણાય. આ સ્થિતિ નિવારવી જોઈએ. ડિઝાઇન-સ્તરે આ બાબતનું ખાસ ધ્યાન રાખવું પડે છે.
જહાજને તરતું મૂકવાની ક્રિયા (ship launching) : જહાજ જમીન પર બાંધવામાં આવે છે અને બાંધકામ પૂરું થયે તેને દરિયામાં તરતું મુકાય છે. જો જહાજ ડ્રાય ડૉકમાં બાંધવામાં આવે તો તેને તરતું મૂકવું સહેલું બને છે; પરંતુ જો તેને ઢાળવાળી જગ્યા પર તૈયાર કર્યું હોય તો તેને તરતું મૂકવા માટે ‘ગ્રાઉન્ડ વે’ની જોડી અને ‘સ્લાઇડિંગ વે’ની જોડી તૈયાર કરવાની થાય. સ્લાઇડિંગ વે ગ્રાઉન્ડ વે પર સરકે અને તે રીતે જહાજને તરતું મુકાય છે. આ રીતમાં ઘણી ગણતરીઓ અને તૈયારીઓ કરવી જરૂરી બને છે. જહાજને તરતું મૂકવામાં કોઈ નુકસાન ન થાય તે માટે ખૂબ કાળજી રાખવી પડે છે.
જહાજની ડિઝાઇન : જહાજ બહુ કીમતી વાહન છે. તેનો ઉપયોગ બહુધા લાંબા અંતરના માલવહન અને મુસાફરી માટે થાય છે. તેની ડિઝાઇન, નિર્માણ અને સંચાલન (operation) ખર્ચાળ હોય છે. જહાજના પ્રકાર અને ઉપયોગને ધ્યાનમાં લઈને તેની ડિઝાઇન તૈયાર કરાય છે. પ્રથમ પદમાં જહાજની લંબાઈ, પહોળાઈ, ડ્રાફ્ટ, સ્થાનાંતર (displacement) અને હલનો સ્વરૂપ ગુણાંક (hull form coefficient) નક્કી કરાય. ત્યારબાદ ફ્રીબોર્ડ, ‘રિઝર્વ બોયન્સી’, સ્થિરતા વગેરે નક્કી થાય. દરિયાઈ જરૂરિયાત જેવી કે ‘બો ફ્રીબોર્ડ’ અને ડૅકની ભીનાશનો અંદાજ (estimation) મુકાય. હવા, પાણી અને મોજાંનો પ્રતિરોધ અને ગતિ નક્કી કરી કેટલો શક્તિદર (power) જોઈશે તે અંદાજાય અને તેના પરથી પ્રોપેલર શાફ્ટ અને તેને લગતી અન્ય બાબતો નક્કી કરાય. જહાજ માટે દીવા, પાણી, વાતાનુકૂલન, શીતન વગેરે માટે જરૂરી પાવરદર અંદાજી કુલ કેટલો પાવર જરૂરી બનશે તે નક્કી થાય. ઊર્જા માટે જરૂરી બળતણ (fuel) અંદાજી જહાજ માટે કુલ કેટલા ઘનફળની જરૂરિયાત અંદાજાય અને તે મળી રહેશે કે કેમ તે ચકાસાય છે. નૌકાસ્થપતિ છેવટે જરૂરી બધી યંત્રસામગ્રી, લોખંડ અને અન્ય માલસામાનનું કુલ કેટલું વજન થશે તે અંદાજે છે. આ અંદાજ પછી જહાજ માટે મહત્તમ સ્થાનાન્તર (extreme displacement) નક્કી થાય છે. તેના પરથી જહાજનાં મુખ્ય પરિમાણો અને મહત્વના ગુણાંકોની ગણતરી કરીને નિર્ણય લેવાય છે. આ બધી ગણતરીઓ માટે કમ્પ્યૂટર પ્રોગામોનો સારા પ્રમાણમાં ઉપયોગ કરાય છે.
નૌસ્થપતિ (Naval architect) : નૌસ્થપતિ એ વ્યવસાયી ઇજનેર (professional engineer) હોય છે. તેનું મુખ્ય કાર્ય અને જવાબદારી જહાજોના આલેખન (design) અને નિર્માણ અંગેની હોય છે. જહાજસમૂહમાં નૌકાસૈન્યનાં જહાજો, સબમરીનો, ટગબોટો, ડ્રેજરો, ફિશિંગ ટ્રોવેલરો, હૉવરક્રાફ્ટ વગેરેનો સમાવેશ થાય છે. નૌસ્થાપત્યમાં દિનપ્રતિદિન મોટા ફેરફારો સાથે વિકાસ થઈ રહ્યો છે. છેલ્લા દાયકાઓમાં વિશાળકાય તેલ-જહાજો, અણુઊર્જા-સંચાલિત સબમરીનો, અપતટ-તેલ-પ્લૅટફૉર્મો વગેરે ઉચ્ચ ટૅકનૉલૉજીવાળી રચનાઓ તૈયાર થયેલ છે. તેમાં નૌસ્થપતિનું મોટું પ્રદાન રહ્યું છે.
ભારતમાં નૌસ્થપતિનો ડિગ્રી-અભ્યાસ સૌપ્રથમ ખડગપુરમાં આવેલ ઇન્ડિયન ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઑવ્ ટૅક્નૉલૉજીમાં 1952માં શરૂ કરાયો હતો. પછી આ પ્રકારનો અભ્યાસ આઇ.આઇ.ટી., ચેન્નાઈ અને કોચીન તેમજ આંધ્ર યુનિવર્સિટીમાં પણ શરૂ થયેલ છે.
જોગેશ્વરપ્રસાદ ઘોષ