КОНСТРУКЦИЯ КОРПУСА судна. Корпус яхты и катера

  

Вся электронная библиотека >>>

 Катера >>>

 

 

 

 БЫСТРОХОДНЫЕ КАТЕРА


Раздел: Техника

 

ГЛАВА 8 КОНСТРУКЦИЯ КОРПУСА

  

При проектировании корпуса, который сможет удовлетворять всем поставленным требованиям и будет нести определенную нагрузку военного или иного назначения при плавании в море на больших скоростях, одна из наиболее важных задач состоит в разработке системы набора, позволяющей обеспечить заданную форму и прочность корпуса и, в то же время, дающей возможность размещения необходимого вооружения или другого специального оборудования и снаряжения.

Вполне очевидно, что корпус должен сочетать высокую прочность с малым весом. Для осуществления этой цели необходимо обеспечить более качественное и тщательное проектирование, чем при создании водоизмещающих судов с меньшими скоростями хода. В большинстве случаев для определения размеров различных элементов набора обычных судов используют специальные правила или нормы, разработанные такими классификационными обществами, как, например Английский Ллойд или французское Бюро Вернтас. непригодные для катеров.

Если принять во внимание, что водонепроницаемая оболочка корпуса состоит из наружной обшивки днища и бортов, которые перекрываются палубой, то можно сделать вывод о том, что продольные и поперечные саязи, составляющие набор корпуса, должны служить опорным контуром для листов наружной обшивки ( 73 и 74). Основными элементами набора, выполняющими эту функцию, являются шпангоуты, придающие корпусу поперечную прочность. Форма шпангоутов, к которым крепится наружная обшивка, должна соответствовать контурам днища и бортов. С этой целью шпангоуты могут быть установлены непосредственно на обшивку. В других схемах набора функция шпангоутов может быть косвенно выполнена стрингерами, представляющими собой непрерывные продольные саязи. В этом случае шпангоуты примыкают только к стрингерам, крепящимся к обшивке. Продольная система обладает рядом преимуществ, поскольку, помимо создания продольных элементов жесткости и некоторого увеличения общей продольной прочности корпуса, она, вместе с системой шпангоутов, уменьшает саободный контур пластин обшивки.

В деревянном корпусе эти стрингеры могут гакже служить в качестве пазовых реек, тем самым значительно повышая надежность крепления обшивки, особенно, если последняя набирается в продольном направлении.

Если шпангоуты устанавливаются нижней кромкой на стрингеры, то для обеспечения прочности зазор между шпангоутами и обшивкой рекомендуется заполнять облегченными заполнителями.

Как отмечалось выше, поперечная прочность корпуса создается, главным образом, системой набора, а также поперечными переборками, количество которых должно удовлетворять весовой нагрузке, а размещение — требованиям удобства обслуживания судовых механизмов.

Система набора крупных судов, испытывающих в условиях эксплуатации более значительные нагрузки, имеющие иногда довольно сложный характер, включает применение усиленных шпангоутов, устанавливаемых через определенные промежутки по длине корпуса. Усиленный шпангоут ставится вместо обыкновенного бортового шпангоута примерно через 5 шпаций.

Корпус рассматривается как балка, общая продольная прочность которой обеспечивается прочностью бортов, усиленных шпангоутами (образующими вместе с продольными саязями, идущими внутри корпуса, рамные стенки профиля), днища и настила верхней палубы (усиленной непрерывным ширстрекоч, а также палубными стрингерами, идущими по всей длине судна, или равноценными им связями).

Поскольку непрерывность верхней палубы имеет важное значение для обеспечения продольной прочности корпуса, следует, насколько это возчожпо, избегать создания в ней больших вырезов под матичные люки и т. п.

Для поддержания палубных бимсов всюду, где это целесообразно, особенно в местах расположения таких палубных грузов как орудия, торпеды и т. д., а также иод большими перекрытиями, не опирающимися на переборки, должны ставиться пиллерсы.

Напряжения, испытываемые корпусом торпедного катера в условиях эксплуатации, значительно больше, чем это может казаться на первый взгляд.  

Носовая часть днища катера в том месте, где она рачрезает поверхность воды, т. е. на расстоянии примерно 1/8 длины от носа, подвергается весьма интенсивному воздействию внешних нагрузок. В этом районе необходимо дополнительное усиление конструкции. Для снижения нагрузок шпацию в данном районе на некотором протяжении по длине корпуса принято уменьшать вдвое. Внутренний привальный брус, также испытывающий довольно значительные напряжения, должен быть уложен таким образом, чтобы он создавал продольный пояс, к которому может быть прикреплена деревянная или металлическая обшивка. Увеличению общей продольной прочности судна способствует наличие утолщенного ширстрека.

Испытываемые корпусом внешние нагрузки достигают максимальной величины при движении катера на больших скоростях против волны, причем наиболее интенсивные

местные нагрузки возникают в том участке, где скула разрезает поверхности волны.

Когда катер погружается во встречную волну, то он несколько задерживается в этом положении, а его нос стремится к зарыванию, особенно, если в носовой части корпуса сосредоточены значительные весовые нагрузки. В результате носовая оконечность катера стремится оторваться от остальной части корпуса.

Вследствие этого могут произойти разрыв или деформация верхнего нояска эквивалентного бруса. Происходит ослабление крепежа в районе привального бруса или ширстрска, а в случае отсутствия последнего верхняя часть бортовой обшивки будет стремиться к отрыву от привального бруса. Тенденция к отрыву от привального бруса в этом районе может возникнуть и в настиле палубы. В результате общего ослабления конструкции может произойти деформация деревянной или металлической обшивки борта вблизи привального бруса ( 75).

При назначении размеров элементов набора для заданных условий работы и определении запаса на износ расчеты не дают удовлетворительных результатов, однако в главе X, посвященной применению алюминия, приводятся некоторые случаи, когда такие расчеты оправдывают себя.

Большая часть достижений, имеющихся к настоящему времени в области проектирования быстроходных катеров, основана на использовании положительно зарекомепдовавших себя конструкций существующих типов малых судов с учетом требований, предъявляемых к более быстроходным, крупным или рассчитанным на более высокие нагрузки судам.

Таким образом, практически выполнимый расчет конструкции корпуса быстроходного катера будет скорее служить целям сравнения выбранных элементов корпуса проекта с конструкцией прототипа, показавшего хорошие результаты в условиях эксплуатации." Точно так же, в случае необходимости применения материалов с различными отношениями прочности к весу, расчеты дают воз» можность сравнить размеры частей набора из различных материа-, лов для одной и той же нагрузки.

Расчеты, применяемые в судостроении, например при определении размеров деталей набора пассажирского судна, основаны на риде допущений, учитывающих наиболее неблагоприятные ожидаемые условия эксплуатации, причем конструкция корпуса в целом должна удовлетворять двум случаям нагрузки. В первом случае допускается, что корпус находится на подошве волны и поддерживается гребнями двух соседних волн, расположенными у оконечностей судна, а во втором,—что корпус находится на вершине волны, расположенной в районе миделя.

Торпедный катер или такого же типа быстроходный сторожевой катер, в том случае, если бы их конструкция была рассчитана только на указанные случаи нагрузки, не могли бы выдержать описанных ранее условий эксплуатации, главным образом, из-за наличия ускорений от килевой качки в носовой оконечности катера и воздействия ударной нагрузки.

Нагрузки на корпус, возникающие при движении катера на полной скорости в условиях волнения, весьма значительны и намного превышают нагрузки, испытываемые корпусом гидросамолета, даже если учесть то обстоятельство, что в условиях их эксплуатации имеется существенное различие. Как отмечалось выше, многое в этом отношении зависит от формы днищевых шпангоутов, особенно, расположенных в нос от миделя.

Тем не менее, и в этом случае опасно придерживаться каких- либо строгих правил, поскольку известны примеры, когда обводы днища с хорошей килеватостыо, выгодные с точки зрения ослабления ударов о воду, лишаются такого преимущества из-за развала бортов. Если корпус имеет острые образования носа, то при погружении катера во встречную волну может произойти поломка набора. Форма обводов носовой части корпуса с применением развала получила за последние годы широкое распространение как для кру- глоскулых, так и для остроскулых судов, поскольку резко выраженный развал бортов обеспечивает отражение брызговой струи и предупреждает или задерживает зарывание судна носом на попутном волнении.

Однако применение V-образной носовой оконечности корпуса требует решения ряда конструктивных проблем, с которыми рано или поздно приходится сталкиваться проектанту. В начале этой главы мы упомянули о трудностях, саязанных с выполнением расчетов по определению размеров частей набора и объясняющихся отсутствием надежны^ данных о реальных условиях работы конструкции корпуса В этом отношении весьма полезно проведение соответствующих испытаний.

Так, например, испытания натурного катера позволяют судить о действительном давлении на его днище и получить представление о режиме работы обшивки и набора днища в наихудших возможных условиях эксплуатации. При этом следует принимать во внимание явление усталости, возникающее с течением срока службы конструкции. Не приходится и говорить о том, что давление является величиной переменной и достигает своего максимвльного значения на отдельных участках сравнительно редко.

Конструкция катера должна выдерживать ударные нагрузки, возникающие в наиболее неблагоприятных условиях эксплуатации, исключая случаи недопустимого превышения скорости хода на волнении или выбрасывания на берег.

Показания приборов для измерения ускорения, размещенных в различных точках катера, в дальнейшем могут быть с успехом использованы при расчете прочности и надежности различных узлов машинной установки, вооружения и прочего оборудования. Можно сказать, однако, что система набора катеров военного времени, если учесть свойства материалов, имевшихся в то время в распоряжении катеростроителей, была предельно легкой. В большинстве случаев (если не во всех) на стадии отработки опытного образца происходили аварии и устранение обнаруженных недостатков осуществлялось непосредственно в процессе производства. Это говорит о том, что прочность конструкций, во всяком случае, не была чрезмерно высокой.

Возвращаясь к вопросу, которого мы вкратце коснулись выше, отметим эксперимент, проведенный английской фирмой «Воспер». Конструкторы фирмы предположили, что в результате усовершенствования методов производства можно добиться облегчения конструкции торпедного катера в целом при сохранении той же прочности. Была исследована возможность повсеместного применения элементов набора из клееной многослойной фанеры, включая составные шпангоуты вместо вырезанных из сплошного куска фанеры. Обшивка должна была быть фанерной (с использованием листовой фанеры) там, где кривизна бортов незначительна, и двойной диагональной для участков с большей кривизной.

Метод выбора оптимального материала для катера новой конструкции состоял в изготовлении частей набора из фанеры (с учетом новейших достижений технологии производства фанерных изделий) и испытании их с постепенным увеличением нагрузки до разрушения, одновременно с испытанием элементов набора прежней конструкции. Этот эксперимент по использованию фанерных элементов набора в конструкции быстроходных катеров продолжался несколько лет и дал много полезных сведений. С целью устранения отрицательных последствий усталости, возникающей в результате длительного срока службы конструкции, было признано необходимым выполнить местное подкрепление отдельных участков. Можно не сомневаться в том, что пат ученные в то время двнные принесут неоценимую пользу и при создании будущих проектов.

Один из результатов проведенного эксперимента заключался в том, что применение многослойной фанеры позволило уменьшить вес корпуса на 18Vu при сохранении его прочности. При этом следует отметить, что система набора в целом не изменилась, так как фанерные составные шпангоуты заменили аналогичные элементы набора в прежней конструкции.

Если говорить о максимальном использовании преимуществ фанеры, то, вероятно, вполне оправдало бы себя уменьшение толщины листов обшивки, благодаря чему свою функцию обшивка смогла бы выполнять при меньшем весе. С этой целью, очевидно, было бы желательным применить подходящие П-образные или угловые профили из фанеры, алюминия или пластмассы для создания системы ребер жесткости или стрингеров, несколько аналогичной стрингерам, которые ставятся в конструкции гидросамолета или цельнометаллического катера.

Настил палубы катера может быть выполнен из фанеры, а такие части набора как форштевень, киль, привальный и скуловые брусья могут быть с успехом изготовлены из слоистой древесины канадского виза.

По широте диапазона допускаемых напряжений ни один материал не может сравнился с цельной древесиной в том случае, если напряжения действуют параллельно оси ствола древесины, но в условиях работы на сложные напряжения целесообразно изготовление элементов набора из фанеры или иного подходящего металла.

Простейший способ постройки быстроходного катера или любого мелкого судна вообще состоит в создании цельнопрессован- ного или цельноформованного корпуса. Этот способ дает значительные преимущества с точки зрения экономии средств в условиях серийного производства, однако на современном уровне развития судостроения может быть успешно использован только для изготовления корпусов мелких гребных и парусных шлюпок. Таким образом, предлагаемый метод нуждается в серьезной доработке и усовершенствовании.

Недавно был осуществлен интересный опыт по постройке шлюпки из даух листов алюминия, которые были прикреплены надлежащим образом в носовой части к форштевню и в кормовой части к транцу. Каждому листу была прядана определенная кривизна, благодаря которой он становится «самовыпрямляющимся». Это явление трудно объяснить, однако оно основано на тех же принципах, что и работа обшивки крыла самолета или движение клешни рака.

В простейшем виде этот принцип можно продемонстрировать, взяв лист бумаги или другого достаточно тонкого материала и, приложив некоторое усилие к его центру, лишенному опоры. Можно легко убедиться, что в результате произойдет деформация.

Не вполне ясно, насколько этот принцип практически применим к конструкции корпуса, так как степень кривизны, которая может быть придана, например, бортам катера в целом, ограничивается необходимостью сохранения описанного выше характера кривизны отдельных листов в направлении, нормальном по отношению к внешним силам, действующим на корпус. Определенная возможность использования данного принципа имеется при обработке настила палубы, где некоторая кривизна допустима.

Говоря о современных тенденциях развития, следует отметить, что вопрос о выборе конструкционного материала — металла, древесины, фанеры или слоистых стеклопластиков — еще не получил своего окончательного решения.

Важными факторами являются доступность и наличие запасов данного материала, а также трудоемкость изготовления из него судовых конструкций, особенно в военное время, когда постройка катеров производится в широких масштабах в условиях максимальной загрузки всех судостроительных заводов страны.

Большие преимущества дает широкое внедрение метода секционной сборки судов из готовых стандартных деталей.

Так, например, секции переборок могут быть собраны из любого материала. Если переборки из листового металла должны устанавливаться квалифицированными судосборщиками, то современный уровень развития производства изделий из многослойной древесины позволяет доверить крепление и склеивание фанерных переборок столярам или другим рабочим, не имеющим такой специальной подготовки, которая требуется, например, от рабочих, занятых монтажом конструкций из легких сплавов.  

Дальнейшее развитие катеростроения во многом будет зависеть от того, насколько удачным окажется решение задачи крепления металлического набора к листам фанеры. В случае удовлетворительного решения этой проблемы и разработки надежного метода склеивания широкое применение получат фанерные конструкции с составными или композитными элементами набора. Уже давно клепку и сбалчивание считают несколько примитивными способами крепления, которые в ближайшее время должны быть полностью заменены сааркой, склеиванием или другим аналогичным процессом, основанным на расплавлении или адгезии материалов, что позволило бы значительно повысить прочность соединений.

Мы не хотим этим сказать, что через год-два от клепки или сбалчивания откажутся полностью, однако можно полагать, что вскоре они перестанут быть основными методами соединения деталей. Первый шаг на этом пути будет, очевидно, состоять в почти пап ном переходе к сварке и склеиванию менее ответственных конструкций и элементов набора.

Хотя клей и является превосходным средством соединения наружной и внутренней обшивок, для облегчения процесса его отверждения и стягивания склеиваемых поверхностен до окончания отверждения клея рекомендуется поставить несколько болтов, которые желательно располагать на значительном расстоянии один от другого. Принципы, на которых основана сварка, до некоторой степени отличаются от принципов, лежащих в основе склеивания, поскольку хороший сварной шов по своей прочности не уступает основному метвллу в любом направлении.

С особым вниманием следует производить выбор способа сварки. Запоследниегоды были достигнуты значительные успехи по сварке алюмниия в защитной среде аргона. Из числа способов сварки, применяемых в Англии, ведущими можно считать вольфрамо- дуговую сварку с использованием специальной присадочной проволоки и способ сварки плавящимся электродом, который является одновременно и присадочным прутком.

В США получил широкое распространение способ дуговой сварки в среде инертного газа гелия.

Следует учесть, что до настоящего времени еще нет самолетов с ответственными элементами конструкции из алюминия, соединенными сваркой. Одна из причин такого положения, несомненно, состоит в том, что прочность в зоне сварного шва снижается до величины прочности металла, подвергнутого отжигу, даже если данный процесс начался при более высокой температуре. Так, например, предел прочности на разрыв отожженного алюминиевого сплава, содержащего Б'.1» магния, составляет около 13 кг/мм2. Для некоторых же сплавов, применяемых в самолетостроении и подвергнутых термическому упрочнению, эта величина повышается до 28 кг/мм*.

 

 

СОДЕРЖАНИЕ КНИГИ:  БЫСТРОХОДНЫЕ КАТЕРА

 

Смотрите также:

 

Постройка моделей судов. Сборка корпуса модели корабля

Глубина пазов определяется общей конструкцией корпуса.
После этого продолжают дальнейшую сборку корпуса модели судна.

 

Народ мореплаватель из Ливана | РОЖДЕНИЕ КИЛЕВОГО СУДНА

Прочность конструкции была необходима, чтобы судно выдержало натиск штормовых волн. От троса, который египтяне натягивали между носом и кормой, чтобы уберечь корпус судна от...

 

Оружие. Артиллерия. Баллистика, снаряды и патроны. Нарезное оружие

...корабль расчетных нагрузок с единой системой допускаемых напряжений для различных элементов конструкции корпуса судна.

 

Проектирование моделей кораблей

...которые, изучая современные конструкции настоящих кораблей, самостоятельно проектируют
Рассекая корпус модели судна параллельно плоскости миделя, получим линии шпангоутов.

 

СУДОСТРОЕНИЯ ПРЕДПРИЯТИЯ - судосборочная верфь. Верфи

Сборка корпуса судна из секций или блоков и его насыщение производятся в корпу- состроит
Конструкции корпусных цехов с пролетами более 24,0 м выполняются, как правило, из стали и...

 

водостойкие краски

В этом случае на корпусе судна укрепляют кусок металла с более низким потенциалом, чем имеет защищаемый металл. Это позволит снизить контактную коррозию.