Контакты

Морское Дело,
Возрождение забытого искусства
.
Инженер Иванов.
maineditor@sobdelo.ru

Напишите мне: выгодные сотрудничество, предложения, а также новые идеи приветствуются.

Плюс - ответы на все ваши вопросы.

Мой телеграм канал Морское Дело https://t.me/nauticalworld

Выберите дату в Календаре и просмотрите все материалы за этот день.

April 2024
M T W T F S S
1234567
891011121314
15161718192021
22232425262728
2930  
28.05.2024

Морское Дело

ВОЗВРАЩЕНИЕ ЗАБЫТОГО ИСКУССТВА

Как рассчитать прочность лодки 3

Сегодня мы продолжим рассмотрение связей корпуса лодки, которые определяют его прочность.

Views: 8

Сегодня мы продолжим рассмотрение связей корпуса лодки, которые определяют его прочность. Напомню, речь идёт о шпангоутах, стрингерах, кницах, усиленных мест палубы – ширстреке и клампе, и о собственно палубном настиле.

Автор описывает конструкцию корпуса деревянных лодок, в том числе и лодок с фанерной обшивкой. Я не стал сокращать рассказ и оставил всё как есть у автора. Мы изучим все основные конструкции из дерева и отберём то, что нам будет необходимо. Итак, продолжим рассмотрение. Автор пишет:

Малка на согнутых на пару шпангоутах

Еще одно преимущество согнутых на пару шпангоутах заключается в том, что их можно закручивать одновременно с изгибом при установке на место к продольным балкам. Это означает, что гнутые на пару шпангоуты могут быть обрезаны под прямым углом по всему периметру и при этом иметь “правильную малку” автоматически в процессе сгибания (если угол закрутки не слишком большой). Такие гнутые шпангоуты образуют угол в месте соприкосновения с флором, который является плоским и прямоугольным в поперечном сечении. Соответственно, в местах соприкосновения с этими шпангоутами флоры должны быть скошены и/или подогнаны (снята малка), чтобы обеспечить плотное прилегание.

Шпангоуты из пиломатериалов в носовой и кормовой частях круглоскулых корпусов

В круглоскулых корпусах есть места, где шпангоуты из пиломатериалов имеют смысл и могут сэкономить труд. В носовой части корпуса, где корпус имеет грубо коническую форму, шпангоуты почти прямые. Здесь шпангоуты из пиломатериалов можно вырезать так, чтобы волокна шли почти вдоль всего шпангоута. В идеале эти шпангоуты должны быть изготовлены из досок с естественным направлением волокон, похожим на желаемую кривизну. Такие шпангоуты почти так же прочны, как и согнутые на пару. В то же время в носовой части угол малки наибольший, и закрутить его здесь может оказаться невозможным. Шпангоуты из пиломатериалов можно вырезать, а затем снять малку, что обеспечит лучшее прилегание и позволит состыковать флоры под прямым углом. Аналогичным образом, на транце в корпусах с выраженным обратным изгибом борта (особенно в корпусах с транцами “в форме бокала”) шпангоуты из пиломатериалов могут быть получены легче, чем гнутые. Однако в этом случае шпангоуты из пиломатериалов слабее, чем гнутые. Тем не менее, почти невозможно согнуть шпангоуты вблизи транца на корпусе с плотными усиленным поясом обшивки, глубоким дейдвудом и заваленными внутрь бортами в верхней части транца. Шпангоуты из пиломатериалов могут быть единственным практическим решением (и вполне приемлемым). Обычно используются одиночные шпангоуты из пиломатериалов.

Шпангоуты из пиломатериалов на круглоскулых корпусах

Когда шпангоуты из пиломатериалов используются на круглоскулом корпусе, они должны иметь поперечное сечение вдвое больше, чем у гнутых шпангоутов и состоять из двух частей, рам установленных вместе, причем стыковые соединения в каждой части из пиломатериалов или футоксе должны быть расположены в шахматном порядке. Такие шпангоуты называются двойными из пиломатериалов. На очень больших тяжелых судах с Sns более 10 часто используются шпангоуты из пиломатериалов того же удвоенного размера в продольном направлении нос-корма, но разделенные на три продольных слоя или суб шпангоута (т.е. тройные шпангоуты из пиломатериалов). При правильном расположении всех футоксов в шахматном порядке такой шпангоут еще немного прочнее, а отдельные балки меньше и легче обрабатываются при изготовлении.

Шпангоуты из пиломатериалов на корпусах с острыми скулами

На корпусах с острыми скулами шпангоуты из пиломатериалов работают хорошо. По сравнению с корпусами с круглыми скулами, корпуса с острыми скулами имеют довольно прямые части шпангоутов от киля до скулы и от скулы до палубы. В результате волокна в шпангоутах из пиломатериалов на корпусах с острыми скулами идет вполне прямолинейно по всей длине. Корпуса с острыми скулами почти всегда строятся с шпангоутами из пиломатериалов, хотя некоторые корпуса с острыми скулами могут иметь выраженную кривизну в носовой и верхней частях в носу. В этих местах иногда целесообразно использовать гнутые шпангоуты. В корпусах с острыми скулами шпангоуты из пиломатериалов должны иметь соединения только на скуле. В этом случае днищевые и верхние футоксы соединяются кницами. Такие шпангоуты называются одинарными из пиломатериалов.

Врезка шпангоутов в киль

Одна из самых странных практик в строительстве деревянных лодок – врезка шпангоутов в киль. Врезка – сложная работа, и если она вообще выполняется, то должна производиться с обеих сторон киля для каждого шпангоута. Загадка в том, что некоторые из лучших строителей на протяжении всей истории придерживались этой практики. Все, что я могу вам сказать, это то, что это всегда неправильно! Никогда не делайте пазы на киле под шпагнгоуты – никогда! Недостатки многочисленны:

  • Пазы ослабляют киль.
  • Пазы образуют карманы для развития грибков и гниения.
  • Пазы создают множество мелких углов, которые могут привести к образованию трещин во время циклов набухания/сжатия.
  • Пазы не придают каркасу и его креплению к килю абсолютно никакой прочности.
  • Конструкция пазов препятствует нормальному дренажу через лимберы в трюме.
  • Изготовление пазов требует значительного количества времени – тратится впустую.

Флоры и только флоры передают нагрузку от шпангоутов на киль (и на всю лодку). Действительно, можно установить шпангоуты полностью над килем, прикрепляя их только к флорам. Это, по сути, отличная строительная практика. Затем можно вырезать отверстие для водопротока в самом крайнем углу флора, где он соприкасается с шпунтовым поясом. Это обеспечивает наилучший дренаж в трюме.

Обшивка доской

Обшивка доской имеет больше вариантов и разновидностей, чем любая другая часть конструкции корпуса, включая одинарный обшивку вгладь; двойную обшивку вгладь (обычно называемый двойной обшивкой); реечная обшивка; лапстрик или клинкер или клинкерная обшивка; двойная диагональная обшивка; обшивка Ашкрофта; обшивка из тонких планок; обшивка “елочкой”. Приведенное ниже правило скэнтлин укладки скатов в первую очередь относится к обшивке вгладь, однако для других способов обшивки даются поправки.

Обшивка вгладь

Обшивка вгладь – это традиционная конструкция, состоящая из одинарной “доски на наборе”, при этом герметичность обшивки обеспечивается за счет конопатки и естественного разбухания самих досок. Доски укладываются встык. Этот метод требует среднего мастерства. Для обшивки вгладь существует один из самых простых методов ремонта, поскольку каждую доску можно открутить, снять и заменить, не задевая при этом другие доски или внутренности лодки.

Двойная обшивка или двойная обшивка вгладь

Двойная обшивка – это два слоя доски вгладь, уложенные так, чтобы пазы внутреннего слоя приходились примерно на середину доски внешнего слоя. Двойная обшивка требует высокого уровня мастерства, поскольку все доски обоих слоев должны очень плотно прилегать друг к другу. Преимуществом является то, что двухслойные корпуса, как правило, лучше сплочены и более гладкие (меньше швов), чем при одинарной обшивке. Традиционно два слоя досок укладываются друг на друга с помощью толстого слоя шеллака. В результате образуется несколько эластичный слой, который к тому же достаточно водостойкий.

Обшивка рейкой

Конструкция из рейки прочна и герметична. При высыхании она практически не склонна к раскрытию пазов и протеканию. По принципу действия она похожа на обычную доску на наборе, но отдельные рейки гораздо более узкие – квадратного или почти квадратного сечения, которые прибиты по кромкам и склеены друг с другом по всей длине. Обычная, традиционная конструкция из реек требует меньше навыков, чем любой другой метод обшивки, однако многочисленные рейки, скрепленные по кромкам, требуют много сил и работы при установке. Решение заключается в том, чтобы организовать большую, хорошо организованную бригаду по установке обшивки из реек. Команда из семи человек (т. е. по три с каждой стороны и один прораб) может уложить 40 футов (12 м) всего за несколько дней. Современная деревянно-эпоксидная конструкция из реек с небольшим отрывом – является моим выбором для строительства однотипных корпусов. Он даже проще, чем традиционный метод обшивки рейкой, стабилен по размерам и исключительно устойчив к гниению (почти, но не совсем). Обшивку рейкой не так легко ремонтировать, как обшивку вгладь, но это проще, чем клинкер, и ремонт обычно можно проводить без вторжения во внутренности лодки.

Обшивка клинкерная (лапстрик или клинч обшивка)

Клинкерная обшивка корпуса обычно легче, чем аналогичные корпуса из однослойных или двухслойных досок или реек. Пазы клинкера имеют гораздо меньшую склонность к протеканию, чем пазы обшивки вгладь, когда корпус высыхает и впоследствии вновь спускается на воду. Это сочетание легкости и герметичности в сухом состоянии сделало клинкер излюбленным выбором для небольших катеров.

Клинкер требует большего мастерства, чем обшивка вгладь. Требуется большое терпение, особенно для формирования пазов между досками, когда они переходят в форштевень, а иногда и в транец или ахтерштевень. Еще один недостаток заключается в том, что широкую доску, необходимую для больших корпусов, сегодня найти практически невозможно. По этой причине на некоторых больших корпусах моторных лодок используется фанерный клинкер. Однако в этом случае важно помнить о более низкой продольной прочности фанеры.

Двойная диагональная обшивка

Двойная диагональная обшивка – это два слоя досок, уложенных на корпус под углом от 35 до 45 градусов к продольной оси. Как в традиционной конструкции, так и в холодной формовке, это одна из самых прочных конструкций для своего веса; однако она трудоемка и более сложна в ремонте, чем обшивка вгладь. В традиционной конструкции двойная диагональная обшивка требует большого мастерства.

Холодноформованная двойная- (или более) диагональная обшивка

Современный вариант двойной диагональной доски – это два или более слоев досок, уложенных под углом 35-45 градусов к продольной оси. Если используется три или более слоев, каждый третий слой укладывается продольно. Все слои склеиваются между собой и покрываются эпоксидной смолой. Получается исключительно легкая, жесткая, монококовая оболочка корпуса, абсолютно водонепроницаемая. Хотя для изготовления двойной диагональной обшивки холодного формования требуется несколько меньше навыков, чем для изготовления традиционной двойной диагональной обшивки, это все равно требует значительных знаний и терпения. При использовании трех и более слоев работа может занять очень много времени. В отличие от холодноформованной реечной обшивки, многослойная диагональная обшивка не так хорошо подходит для быстрой работы больших бригад плотников.

Обшивка Ашкрофта

Обшивка Ашкрофта – это двойная диагональная обшивка, в которой оба диагональных слоя идут одинаково, но перекрываются, как в двойной обшивке вгладь. Обшивка начинается у киля и идет под углом примерно 40 градусов к вертикали. Эта система настила некоторое время была очень популярна в Великобритании, но я не вижу в ней никаких преимуществ при использовании современных строительных материалов и методов.

Обшивка на подкладных планках

Обшивка на подкладных планках – это обычная обшивка вгладь на небольших опорных планках – баттенах, проходящими под каждым пазом. Это помогает уменьшить протечки в высохших корпусах при повторном спуске на воду. Обшивка на подкладных планках почти повсеместно используется на корпусах с острыми скулами. Отдельные подкладные планки должны быть тщательно врезаны в шпангоуты, с них должна быть тщательно снята малка, чтобы обшивка легла гладко и ровно на них и на шпангоуты. Для этого требуется довольно высокий уровень мастерства. Как и в случае с обшивкой Ашкрофта, конструкция с подкладными планками устарела благодаря современным материалам и методам. На подходящих частях корпуса можно использовать фанеру. Если нет, то корпус может быть обшит как обычной доской, так и рейкой.

Фанерная обшивка

Фанерная обшивка очень привлекательна для любителей. Она позволяет быстро обшивать большие поверхности с минимальными замерами и подгонкой. Однако фанерная обшивка – это не волшебная пуля и не панацея. Фанере нельзя придать двойную кривизну. Поэтому, большинство традиционных корпусов не могут быть обшиты фанерой. Корпуса должны быть специально спроектированы (или специально изменены по форме) для использования фанеры. Поверхность корпуса должна иметь цилиндрическую или коническую форму, что позволяет избежать двойной кривизны.

Кроме того, фанера состоит из слоев шпона, волокна которых расположены под прямым углом друг к другу. Это значительно повышает прочность фанеры поперёк волокон, поскольку нет истинного направления “поперек волокон”. К сожалению, в любом направлении проходит только половина волокон, что примерно вдвое снижает прочность фанеры в продольном направлении. Например, прочность доски из пихты Дугласа на растяжение по длине (модуль разрыва) составляет 12 200 фунтов на квадратный дюйм (84 мПа), однако прочность фанеры из пихты Дугласа составляет всего 5570 фунтов на квадратный дюйм (38,3 мПа).

При многократном воздействии больших деформаций (при изгибах) во влажной среде внутренние дефекты в отдельных слоях шпона и между слоями могут вызвать локальное внутреннее расслоение, которое часто невозможно обнаружить снаружи. Эти дефекты существенно снижают прочность фанерной обшивки. При повторной высокой нагрузке эта область может резко увеличиться. Соответственно – вопреки распространенному мнению – фанерную обшивку не следует делать намного легче, чем обычную вгладь на том же корпусе.

Обшивка днища “ёлочкой”

На корпусах с острой скулой обшивка днища может быть выполнена из относительно толстых досок, уложенных по диагонали “елочкой”, причем доски начинаются от киля и отходят назад под углом примерно 45-55 градусов к корме. Настил “елочкой” обычно крепится гвоздями, и его легко и быстро установить. Он подходит для большинства поверхностей корпуса, включая те, которые имеют сложную кривизну (в отличие от фанеры). Настил “елочкой” отлично подходит для традиционных корпусов с острой скулой. Верхняя часть таких корпусов, как правило, обшивается досками или планками; однако они могут быть и клинкерными, что выглядит вполне красиво и экономит вес. На холодноформованных корпусах с острой скулой рейки на днище могут быть уложены “елочкой”. Это иногда проще и быстрее, чем укладывать полосы продольно вдоль днища, и так же прочно. Некоторые строители обшивают корпуса с V-образным днищем не по диагонали, а под прямым углом к ДП, поперёк днища.

Палубы

Палубы и палубные бимсы должны быть очень прочными. Они должны не только выдерживать вес экипажа и снаряжения, но и выдерживать вес морской воды, падающей на лодку в бурную погоду. Еще важнее то, что палуба образует верхнюю часть коробчатой балки корпуса. Если палуба слишком слабая, то весь корпус судна будет прогибаться и деформироваться.

Сплочённая палуба

Традиционные палубы имеют конструкцию либо из сплочённых досок, тщательно проконопаченных, либо из реек, прибитых по пазам и склеенных, часто с прокладкой конопатки в пазах в верхней трети пазов между ними. Обе эти системы были склонны к протечкам, поскольку отдельные доски все равно многократно сжимаются и расширяются при изменении влажности – на палубах эти изменения регулярны, выражены и часты. Палубы могут быть исключительно сухими после нескольких дней без дождя на якоре под жарким солнцем. Через день та же палуба будет полностью промочена пресной водой после ливня. В последующий день палуба будет пропитана соленой водой при движении острым курсом против волны.

Палуба покрытая парусиной

Другой традиционный способ обработки палубы заключался в том, что палубу настилали обычными гладкими досками, но покрывали их парусиной, пропитанной краской. В результате получались очень гладкие, плотные, водонепроницаемые палубы, которые к тому же были довольно легкими. (Окрашенная парусина расширяется и сжимается вместе с расширением и сжатием досок под ним. При правильном изготовлении такие палубы прослужат долгие годы без протечек.

Палубы из фанеры

Сегодня нет лучшей палубы, чем морская фанера, покрытая слоем или двумя стеклоткани на эпоксидной смоле. Фанерные палубы такие же легкие, как покрытые парусиной, гораздо более постоянные по размерам, а также обладают диагональной жесткостью (сопротивлением к скручиванию), которой нет у дощатых палуб. Фанерные настилы, как правило, гораздо быстрее и проще в изготовлении и установке, чем любые традиционные настилы палуб.

Слой стеклоткани настоятельно рекомендуется для защиты и герметизации волокон верхнего слоя шпона фанеры. В прошлом стеклоткань часто укладывали на полиэфирную смолу. Хотя это может сработать, если все сделано правильно, полиэстер не обладает прочностью, удлинением и прочностью на отрыв, необходимыми для обеспечения постоянного водонепроницаемого соединения в таких случаях. Эпоксидная смола – вот правильный ответ. Если фанерный настил также загерметизирован и покрыт эпоксидной смолой с нижней стороны и по всем краям, он будет практически защищен от гниения, а также будет иметь высокое постоянство размеров.

Палубные бимсы

По той же причине, по которой сами палубы должны быть прочными, прочными должны быть и палубные бимсы. Палубные балки часто бывают более прочными, чем балки шпангоутов. Палубные бимсы должны быть надежно прикреплены к топам тимберсов шпангоутов в традиционной конструкции, а также хорошо прикреплены к шельфу и/или клампу.

Шельф, кламп и скуловой стрингер

Помимо киля, есть еще несколько критически важных продольных элементов, необходимых для обеспечения надлежащей прочности.

Шельф и кламп

Вверху у ширстрека, вдоль внутренней стороны шпангоутов, прямо под палубными бимсами, находятся шельф и кламп. Эти продольные элементы связывают шпангоуты между собой в продольном направлении и служат прочным основанием для палубных бимсов. Кламп представляет собой продольную балку, которая обычно имеет высоту больше, чем её ширина в поперечном направлении. Шельф обычно имеет приблизительно квадратную форму и крепится болтами к внутренней верхней кромке клампа. На небольших судах иногда используется только кламп. Даже на более крупных судах и на корпусах, изготовленных методом холодной формовки, можно обойтись без шельфа, но в этом случае кламп должен быть несколько больше, и его труднее установить, если только он не ламинируется на месте. Кламп и шельф, левого и правого борта, должны быть связаны вместе у форштевня большой кницей, называемой брештуком. Брештук прикручивается к внутренней стороне форштевня, а кламп и шельф крепятся к брештуку. И шельф, и кламп должны быть аналогично привязаны к транцу четвертными кницами.

Скуловой стрингер

На повороте обшивки корпуса от днища к борту устанавливается продольный элемент, называемый скуловым стрингером. Он проходит внутри шпангоутов и крепится к ним. Скуловые стрингеры левого и правого бортов также должны быть связаны вместе и к форштевню – брештуком , а к транцу – четвертными кницами.

Другие конструктивные элементы

Помимо основных, уже рассмотренных, корпус судна состоит из множества других конструктивных элементов, включая кницы вертикальные и горизонтальные, степс и пяртнерс мачты, фундаменты двигателей, подкладные планки, диагональную обвязку, конопатку, конструкции кают и кокпитов, а также балластные кили. Эти вопросы подробно рассматриваются в правилах скэнтлина в следующих главах.

Продолжение следует…

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *