БЫСТРОХОДНЫЕ КАТЕРА

Раздел: Техника

Как мы уже могли убедиться, для быстроходных судов их вес имеет первостепенное значение. Помимо соображений стоимости и прочности, чем легче корпус вместе со всем оборудованием, тем лучше.

Для таких упрощенных форм быстроходных судов, как, например, небольшие моторные лодки, мелкие спасательные суда, основным конструкционным материалом обычно является древесина. Иногда для этой цели могут быть использованы легкие сплавы, но в целом эти сплавы отличаются более высокой стоимостью и их применение не всегда оправдывает себя, если, конечно, речь идет не о гоночных судах, где основным требованием является достижение весьма высоких скоростей хода. Исключение в этом отношении представляют суда, предназначенные для плавания в тропических условиях, требующих обеспечения устойчивости против воздействия древоточцев и обрастания.

Там, где прочность должна сочетаться с малым весом, чаще всего применяются такие древесные породы как красное дерево и канадский ильм. В несколько меньшей степени используются дуб, орегонская сосна и серебристая ель, а также клееная фанера, сочетающая эти породы в различных вариантах.

Универсальной древесной породой для применения при постройке быстроходных судов, очевидно, можно считать качественное красное дерево, используемое для изготовления обшивки борте» и днища, настила палубы, переборок, надстроек и т. д. Канадский ильм получил менее широкое примепение, но его используют для изготовления некоторых наиболее ответственных элементов набора, включая привальные и скуловые брусья, фальшквль и пр. Кроме того, канадский ильм используют в тех случаях, когда требуется материал, хорошо поддающийся гнутью для придания ему заданной формы и, вместе с тем, сохраняющий значительное сопротивление скручиванию и сдвигу (например, для подкрепляющих ребер, пазовых реек и т. д.).

Основной недостаток древесины с точки зрения оценки ее механических свойств состоит в том, что она обладает высокой прочностью. как правило, только вдоль оси ствола.

 Можно сделать вывод, что шпангоут или какой-либо другой элемент набора сохраняет прочность только в том случае, если волокна его расположены вдоль оси балки. В большинстве случаев это означает, что из данной древесной породы может быть изготовлен только прямой брус или элемент набора.

Дуб, принимающий при своем росте разнообразные и, нередко, довольно выгодные формы, является единственным видом лесоматериала, в котором ось ствола иногда соответствует форме, требующейся для практических целей. Что касается прочих древесных пород, то для устранения упомянутого недостатка приходится идти на некоторый компромисс.

Эта проблема становится особенно острой, если древесина, используемая для изготовления обшивки и деталей набора корпуса, требует значительной механической обработки, поскольку ось данного бруса или шпангоута почти неизбежно будет расходиться с направлением естественного роста волокон древесины. Иначе говоря, следствием такой косослойности явится пониженная прочность конструкции.

Рассмотрим в качестве примера сечения двух шпангоутов, причем один из них прямой (т. е. находится в той части корпуса, где борта имеют незначительную кривизну), а другой с двоякой кривизной (находится, например, в носовых сечениях судна). Можно убедиться, что в разрезе по АА ( 72) вследствие косослоя будут пониженная прочность и повышенная тенденция к излому. Для устранения этого недостатка две детали, вырезанные из доски красного дерева таким образом, что направления их волокон находятся под прямыми углами друг к другу, располагают в ряд.

В этом случае на один из элементов конструкции, имеющий ослабленное сечение по АА, накладывается другой элемент, обладающий практически прямым расположением волокон.

 Другим, причем более эффективным, решением этой проблемы является применение многослойной фанеры, которая состоит из нескольких слоев древесины, склеенных так, что их волокна расположены в различных направлениях. Таким образом, независимо от формы шпангоута или планки, вырезанных из листа фанеры, по крайней мере в одном или нескольких слоях всегда найдется достаточное количество волокон, которые расположены в направлении, необходимом для восприятия нагрузки. При условии положительного решения задач, возникающих в процессе изготовления качественной фанеры, этот вариант наиболее пригоден для постройки легких и прочных быстроходных судов, корпуса которых испытывают в условиях эксплуатации напряжения вследствие значительных нагрузок.  

Вполне очевидно, что отмеченное выше относится к области деревянного катеростроения. Во всяком случае, если не учитывать такие факторы как гниение древесины и впитывание ею влаги, то по величине отношения прочности к весу конструкции из фанеры не уступают большей части металлических конструкций, а иногда и превосходят их.

В то же время, как показывают результаты исследований, проведенных до настоящего времени, при надлежащем проектировании и рациональном использовании имеющихся данных, включая, там где это необходимо, даже переработку проекта, применение клееной фанеры для постройки судов" может дать конструкции повышенной прочности при малом весе. Трудно определить заранее, какую экономию в весе, если таковая вообще может быть достигнута, даст применение легких сплавов сравнительно с клееной фанерой, и для каких катеров более выгодным конструкционным материалом становится фанера.

Вполне очевидно, что при постройке более крупных судов длиной свыше 20 м могут быть использованы подходящие профили из легкого сплава, в частности, для таких деталей набора, как шпангоуты, бимсы, балки машинного фундамента, продольные связи. Но вопрос о том, следует ли для наружпой обшивки применять листовой алюминий или древесину, до сих пор не решен. Некоторые соображения, которые в этой связи должны приниматься во внимание в каждом конкретном случае, рассматриваются ниже, в главе X, посвященной применению алюминия в катеростроении.

Трудность состоит в том, что для получения минимума веса толщина обшивки должна быть весьма малой, что отрицательно влияет на ее устойчивость. Иначе говоря, для предупреждения деформации корпус нуждается в усиленном подкреплении обшивки, которое обеспечивается уменьшением площади пластин, несущих нагрузку.

Задача подкрепления тонкой обшивки в такой относительно сильпо напряженной конструкции как корпус судна, решается различными способами, которые обычно требуют применения и клепки П-, U-, Z-, Т , Г- или Н-образных профилей. Однако, ввиду необходимости обеспечения полной герметичности в условиях возможности появления течи при незначительной деформации, применение заклепок в качестве средства крепления дает неудовлетворительные результаты.

Указанные недостатки устраняются, если для изготовления наружной обшивки корпуса из легкого сплава применяется трехслойная конструкция, состоящая из двух тонких наружных слоев легкого металла, пространство между которыми заполнено каким-либо легким и прочным неметаллическим материалом, например бальзой. Такая композитная обшивка по своей прочности на разрыв эквивалентна листовому алюминию толщиной 3,2 мм (хотя последний тоньше ее не менее, чем в 4 раза), но в гораздо большей степени, чем алюминий, обладает амортизирующими свойствами и сопротивлением образованию вчятип. Имеются, однако, опасения что крепление такой обшивки связано с некоторыми трудностями.

Хотя в авиационной промышленности исследование и практическое использование композитных конструкций осуществляются в более широких масштабах, чем в катеростроении, этот вопрос до сих пор, несмотря на значительные затраты времени и средств, не получил удовлетворительного решения. Основное затруднение, возникающее при клепке обшивки слоистой конструкции обычными методами, состоит в том, что заклепочную головку нельзя запрессовать или забить на место до отказа, не вызвав при этом значительной деформации заполнителя, находящегося между наружными слоями металлической обшивки.

Все эти обстоятельства, а также общий уровень развития мелкого судостроения на современном этапе позволяют сделать вывод о том, что более крупные быстроходные катера (типа торпедных катеров) длиной свыше 24 м будут, очевидно, иметь однородную или композитную конструкцию, выполненную из металла или пласт- масс (основные элементы пабора — из легкого сплава, а в некоторых случаях даже из высокопрочной стали; наружная обшивка — из древесины или клееной фанеры, специально предназначенных для этой цели).

Серьезный недостаток обшивки, выполненной из древесины или клееной фанеры, состоит в том, что при контакте с водой дерево поглощает влагу, а это, помимо ряда других отрицательных сторон, увеличивает общий вес конструкции.

Следует, наконец, учитывать тот факт, что для обрастания растительными и животными организмами (ракушки, водоросли и т. д.) деревянный корпус представляет более благоприятные условия, чем металлический. Древесина, в отличие от металла, в значительной степени подвержена воздействию древоточцев.

Для продления срока службы фанерного корпуса он должен быть защищен тонкой допапнительной обшивкой из металла или стеклоткани, которая надлежащим образом крепится к фанерной наружной обшивке, хотя это и представляет определенные трудности. Одним из наиболее интересных методов склепывания металла с древесиной является метод «Редакс», связанный с применением паровых прессов, несколько аналогичных тем, которые используются при производстве фанеры. Не приходится доказывать, что постройка корпуса такой композитной конструкции требует выполнения большого количества одинаковых операций по соединению. Упомянутый метод применяется, в частности, в авиационной промышленности для крепдепия алюминиевых стрингеров к корпусу или фюзеляжу из прессованной фанеры.

При использовании в качестве конструкционного материала фанеры должны быть приняты все меры к тому, чтобы применяемые связующие удовлетворяли требованиям эксплуатации в морских условиях. Это, в первую очередь, означает, что выбранный клей должен быть водостойким; способ его отверждения необходимо тща- телыто изучать в прямой связи с процессом изготовлепия фанерных конструкций. Различные типы клеев, включая их относительные преимущества, рассматриваются ниже в главе XI.

Значительный интерес представляют также свойства пластмасс, применяемых в качестве конструкционного материала (см. главу IX).

Следует отметить, что в Италии и в Швеции достигнуты значительные успехи по разработке методов использования мягкой стали при изготовлении корпусов быстроходных судов. Применение пластичной стали для ичготовления как обшивки корпуса, так и подкрепляющих ребер, позволяет получать прочную обшивку при относительно малых толщинах, причем благодаря пластичности стали сварка значительно облегчается. Вместо клепки может быть применена и точечная сварка.

Конструкции малых судов, разработанные за последнее десятилетие в Англии, показали высокую надежность в эксплуатации при небольшом удельном весе. Выдающимся достижением следует, разумеется, считать замену клепки сваркой, которая до настоящего времени была практически неосуществимой для соединения легких сплавов. Размеры пластин обшивки из легкого сплава составляют 300 X 100 мм при толщинах 1,8—2 мм.

Особое внимание необходимо обратить на предупреждение возникновения электрохимической коррозии металлов. Последнее, в частности, относится к тому случаю, когда, например, гребной винт и руль изготовлены из металлов с различными потенциалами.