Композитный корпус малой яхты - новое конструктивное решение.

Автор — инженер – кораблестроитель Эдуард Романченко, известный читателям “КиЯ” по многим публикациям (первая его статья напечатана у нас еще в 1965 г.), поднимает интересную и перспективную тему сочетания разнородных материалов в одном корпусе со стыкованием в районе ватерлинии.Действительно, эта идея представляется наиболее заманчивой при постройке мини – яхт, так как позволяет и отказаться от днищевого набора, и использовать увеличение веса нижней части корпуса как балласт для обеспечения остойчивости.

 

В принципе идея композитного корпуса далеко не нова (см. например, книгу П.С .Якшарова “Малые стальные суда”). Широкому применению варианта “дерево+сталь” в любительском судостроении, на наш взгляд, мешала не малоизвестность идеи, а возрастание объема технических и организационных сложностей при одновременном использовании двух классических технологий.

Применение стали малых толщин само по себе дело непростое. Достаточно сказать, что сварка стальных листов толщиной 2 3 мм требует достаточно высокой культуры производства и квалификации рабочих, а специалистов по клепке вообще вряд ли удастся найти.

 

Судостроителей любителей будет настораживать и вывод автора о необходимости выпуска существенно более подробной построечной документации. Стоило бы проработать вариант яхты с двумя тяжелыми скуловыми килями (это позволит  несколько уменьшить габаритную осадку при увеличении остойчивости яхт).

 

Сталь и дерево – наиболее доступные для любительской постройки судов материалы. Однако применению стали чаще всего мешает устоявшееся мнение, что при толщине листов 2 – 3 мм делать корпуса длиной менее 9 м стальными нецелесообразно из за значительного увеличения веса по сравнению с деревянными. При этом не учитывают, что стальной корпус обладает значительной прочностью и надежностью при тяжелых условиях эксплуатации, долговечнее де ревянного и проще в ремонте.

 

Большим недостатком стального корпуса является необходимость установки теплоизоляции и ее зашивки, если она выполнена из волокнистых материалов (которая чаще всего и используется). Размеры деталей оборудования и листов зашивки определяются размерами палубных люков, через которые в корпус грузятся эти детали.

 

Деревянные яхты чаще всего приходит ся снабжать твердым балластом (например, в швертбот “ЛЭС 750” его погружено 300 кг), который “съедает” весь выигрыш в весе по сравнению со стальным вариантом. Практически не используется компромиссный вариант — постройка малых судов с композитными корпусами. Сочетание стали и дерева позволит совместить основные преимущества и избавиться от некоторых недостатков, свойственных стальному и деревянному вариантам конструкции.

 

Так, если говорить о малых яхтах, то вес внутреннего балласта, типичного для дереянных судов, можно использовать для изготовления стальной нижней части корпуса. Чтобы исключить необходимость в изоляции и зашивке бортов и палубы, стальную нижнюю часть надо выполнить минимальной высоты, обрезав борт, а верхнюю часть борта, рубку, палубу и все оборудование делать из фанеры по деревянному набору. Эти части судна обычно плоские и легко обшиваются листовым материалом.

 

Уменьшение стальной части до минимума, исключение изоляции и зашивки позволит резко уменьшить вес подобного корпуса по сравнению с чисто стальным, сохранив его преимущества. Для проверки этой концепции был разработан проект прототипа — яхты длиной 5.5 м. Основным отличием этого судна являлось то, что корпус был разрезан горизонтальной плоскостью примерно на половине высоты надводного борта.

 

Нижняя часть изготовлена из стали, верхняя — из фанеры по деревянному набору. Так как прорабатывался прототип, никаких «поблажек» не допускалось: стальная обшивка бралась толщиной 2 – 3 мм, фанера – толщиной 6 -  8 мм по набору общепринятых норм. Проработка выполнена для четырех вариантов: килевая яхта, компромисс, яхта с подъемным тяжелым килем и швертбот.

Проработка прототипа показала, что при принятой конструкции вес корпуса вполне приемлем и сравним с весом корпусов из алюминия и стеклопластика, но заведомо тяжелее чисто фанерных корпусов.

 

Нижняя стальная часть корпуса обеспечивает повышенную остойчивость судна, соответственно оптимальными при подобной конструкции корпуса вариантами будут швертбот и яхта с подъемным тяжелым килем. Возможен даже корпус меньшей длины 4,2 – 4,5 м, но с транцевым носом, однако стальной корпус длиной 4 м — уже экзотика.

 

Долговечность стали и фанеры не сопоставима, поэтому желательно использовать только наиболее долговечную фанеру – морскую или авиационную. При применении строительной фанеры ее необходимо оклеить одним или двумя слоями стеклосетки. Вообще необходимо принять все доступные меры по увеличению срока службы деревянных частей.

 

На основе данных прототипа был разработан проект морского швертбота длиной 7.5 м. Эта минимальная длина, при которой уже разрешен выход в море. Затраты на строительство и содержание судна прямо пропорциональны его весу и размерам, поэтому даже при минимальных расходах на постройку этой яхты ее район плавания будет “река море”.

 

Общее расположение принято по деревянному швертботу “ЛЭС 750” как оптимальному при подобных размерениях. Оценка остойчивости при крене 90° показала, что ее запас при этом – около 360 кГм. Из приводимой ниже таблицы видно, что композитный корпус будет тяжелее “ЛЭС – 750” на 380 кг, но в нем не использованы резервы уменьшения веса: борт обшит сталью толщиной 2.5 мм (можно 2.0 мм), скула — 3.0 мм (можно 2.5 мм); переборки обшиты строительной фанерой 6 мм с обеих сторон по слишком мощному набору; палуба обшита фанерой 10 мм (можно 8) и т.д .

 

Вес стали можно уменьшить примерно на 100 кг, вес дерева — на 120 кг. При расчете общей прочности подобных композитных конструкций возможно использование методов составных стержней или приведения жесткостей. Первый более точен и правилен с точки зрения строительной механики, но очень сложен. Учитывая низкий уровень действующих в корпусе малой яхты напряжений (десятки кг/см2), более целесообразен второй метод, когда заменяются стальные детали на условные деревянные или, наоборот, деревянные — на условные стальные с коэффициентами перехода, обратно пропорциональными соотношению жесткостей (20 или 1/20). Подобный метод применяется в железобетонном судостроении.

 

Местная прочность определяется обычными методами, так как нагрузка действует отдельно или на деревянную конструкцию или на стальную. Положение линии стыка “сталь—дерево” на борту определяется двумя факто рами: желанием избежать установки изоляции и зашивки и необходимостью того, чтобы при нормальном крене 30 40 ° стык не входил в воду.

 

Чтобы уменьшить высоту борта и понизить положение центра тяжести, стальное днище в средней части (в проходах) выполнено увеличенной толщины и без подкрепления его флорами. Линолеум пайола приклеен прямо к обшивке. Это позволило обеспечить высоту каюты у камбуза 1700 мм.

 

Стальными выполнены нижние части переборок, продольная переборка гальюна, на которой стоит мачта, дно ванны самоотливного кокпита, цистерна пресной воды. Деревянные части соединяются со стальными на герметике болтами и шурупами. Герметик должен сохранять упругость на весь период эксплуатации судна.

 

Для предотвращения деформаций сближения — расхождения бортов при общем изгибе корпуса – деревянные переборки должны быть достаточно мощными, а кромка стального борта корпуса подкреплена развитым ребром — шельфом, который опирается на стальные части переборок.

 

В проектах стальных яхт часто дается только общее расположение оборудования без подробной проработки, что удешевляет проект, но заставляет строителя самостоятельно решать массу вопросов при обстройке помещений — подгонять и крепить детали по месту, а детали затаскивать в люки габаритами 600–700 мм. При оборудовании килевых яхт существенно мешает и большая общая высота корпуса с килем (яхта длиной 9 м имеет высоту около 1.9 м).

 

Подобное положение дел часто затягивает процесс достройки стального корпуса на годы. Достаточно сказать, что для оборудования помещений яхты “Гидра” длиной 14 м необходимо разработать 14–15 чертежей формата А1. Объем документации зависит не столько от размеров лодки, сколько от состава оборудования, для которого необходим выпуск документации (столов, шкафов, рундуков и т.д.).

 

Состав оборудования швертбота длиной 7.5 м в принципе мало чем отличается от такового для судна вдвое большей длины. Расположение же этого оборудования в меньшем судне намного сложнее, так как приходится учитывать каждый дюйм внутреннего пространства. Опыт показал, что в отличие от чисто стального композитный корпус требует подробной проработки и стальной, и деревянной частей. Объем необходимой документации на корпус возрос в три раза (сталь — 8 листов, дерево — 16 листов). Вместе с тем постройка значительно упрощается, так как конструктор вынужден был заранее решать все вопросы.

 

Кроме того, оказался намного проще монтаж деревянных узлов — стальная часть корпуса полностью открыта сверху для работы. Готовые деревянные части переборок вставляются и привинчиваются к сталь ным переборкам. Монтируется все внутреннее, заранее изготовленное по чертежам оборудование (койки, столы, шкафы и т.п.) . Выставляются рейки продольного набора бортов и набор палубы. После малковки борта обшиваются фанерой, монтируются стенки рубки и палуба, устанавливаются люки.

 

Если учесть, что стык “сталь—дерево” проходит ниже уровня верхних коек – в шкафах, то изоляции и зашивки бортов не требуется. Изнутри корпус выглядит как полностью деревянный. Анализ проделанной работы показывает, что возможна постройка малых судов длиной 4 8 м композитной конструкции (“сталь—дерево”) при приемлемых весовых характеристиках. Корпус при этом будет иметь повышенную остойчивость. Проектирование такого композитного корпуса требует особо тщательной конструкторской проработки всех без исключения его частей и узлов соединения “сталь—дерево”.

 

Эдуард Романченко, г. Клайпеда.

 

Источник:  «Катера и Яхты»,  №178.

 

Оставить комментарий

Комментарии: 0