Однослойная безнаборная конструкция
Применяется при постройке самых малых открытых и тихоходных лодок. Термин «безнаборная» обычно употребляется в том смысле, что гладкая обшивка не имеет шпангоутов и продольного набора, а прочность корпуса обеспечивается какими-то иными конструктивными элементами.
Так, банки и ящики плавучести обеспечивают поперечную прочность корпуса; стенки их одновременно подкрепляют обшивку. В роли килевого бруса выступает гофр в ДП или просто сходящиеся под острым углом поверхности обшивки.
Безнаборная конструкция хороша лишь при значительной кривизне обшивки. Если жесткость плоских поверхностей недостаточна, применяют выформованные заодно с обшивкой гофры. Иногда плоскость разбивается высадками и выпуклостями, предусмотренными чертежом обводов корпуса (рис. 1).
С целью удешевления производства в качестве армирующего материала при массовом выпуске лодок применяются наиболее дешевые стеклохолсты и жгутовые ткани, укладываемые в количестве 25—30% и 45—50% (соответственно) от веса готового стеклопластика. Для обеспечения гладкости поверхности и ограничения фильтрации воды сквозь относительно пористые жгутовые ткани один-два наружных слоя армируются более плотными стеклохолстом или стеклосеткой (тканью).
Минимальная толщина обшивки безнаборных корпусов находится в пределах от 2 мм (1 слой стеклоткани +1 сл. стеклохолста +1 сл. жгутовой стеклоткани) для самых малых лодок до 4 мм (1 сл. стеклоткани + 5 сл. жгутовой стеклоткани) для лодок длиной около 5 м.
Однослойная конструкция с набором
На более крупных лодках и, естественно, в случае более тяжелых условий эксплуатации приходится не только увеличивать толщину обшивки, но и подкреплять ее набором. Одновременно и при этом варианте используются различные конструктивные элементы (стенки закрытых банок, переборки, ящики плавучести), разумно размещая которые и используя их в качестве промежуточных опор можно свести к минимуму число и профиль балок собственно набора.
Чисто поперечная система набора чаще встречается на парусных яхтах длиной 7—10 м. Катера обычно набирают по смешанной системе.
Простейшим подкрепляющим ребром является пучок стеклоровницы, приформованный к обшивке, но такое решение допустимо лишь для самых малых корпусов. Чаще всего ставятся ребра П-образного профиля, хотя встречаются и профили треугольного, полукруглого и трапециевидного сечения. Такие ребра формуются на выставленных на готовую, но еще не заполимеризовавшуюся обшивку оформителях — задающих форму поперечного сечения сердечниках из пенопласта, алюминиевой фольги, картона или стеклопластика (рис. 2),
Целесообразно и здесь применять гофрированные конструкции: так, например, продольные реданы на днище быстроходных глиссирующих катеров чаще всего служат одновременно и продольными балками днищевого перекрытия.
Минимальные толщины стеклопластика для наружной обшивки 4 мм, ящиков плавучести — 2 мм. Отметим, что при конструировании водоизмещающих парусных и моторных судов длиной до 10 м (для открытых водоемов) расчеты местной и общей прочности можно не выполнять, если принять толщину обшивки по табл. 1 при шпации в пределах 350—-400 мм или при таком же расстоянии между продольными ребрами, но увеличении шпации до 800 мм.
По правилам Английского Ллойда на судах длиннее 6 м толщина обшивки не должна быть одинакова по длине и ширине корпуса. Например, обшивка 9-метрового водоизмещающего катера должна иметь следующую условную толщину (условная толщина, представленная в виде веса армирующего материала на 1 м2 и равная для днища 3,5 кг/м2, принимается за 100%; шпация 400 мм):
- обшивка борта, начиная с ватерлинии на 150 мм выше КВЛ, 95%;
- ширстрек (в средней части судна; длина 4,5 м, высота 250 мм) 115%;
- горизонтальный киль (ширина 550 мм; по всей длине судна) 150%;
- форштевень 120%.
Для определения минимальных размеров элементов набора могут быть рекомендованы принятые Английским Ллойдом соотношения (табл. 2—5).
Для быстроходных глиссирующих катеров прочные размеры связей набора определяются расчетом.
Двухслойная конструкция
Двухслойная конструкция состоит из наружной и внутренней обшивок-оболочек из стеклопластика, подкрепленных расположенным между ними набором, С точки зрения прочности каждая из оболочек должна удовлетворять требованиям, предъявляемым к однослойным конструкциям с набором. Вспенивающиеся пенопластовые заполнители, вводимые в полости, заполняют пространство между наружной и внутренней оболочками, но не являются несущими.
Трехслойная конструкция
В отличие от двухслойной конструкции, заполнитель (пенопласт, сотоблоки, бальза и др.) в данном случае является несущим элементом. Важно обеспечить как достаточную прочность самого заполнителя, так и высокую адгезию его к несущим слоям стеклопластика. Следует также учитывать, что со временем прочность трехслойной конструкции в районе привального бруса и других районах приложения сосредоточенных нагрузок обычно нарушается.
Следует уточнить и само понятие «трехслойная конструкция». Этот термин относится лишь к таким конструкциям, в которых толщина заполнителя не превышает десяти толщин любого из несущих слоев; в противном случае каждый из несущих слоев следует рассматривать как однослойную оболочку, не принимая в расчет прочность заполнителя.
Толщину наружной обшивки можно принимать по табл. 6.
Выбор того или иного типа конструкции зависит, разумеется, не только от размеров лодки, но и от многих частных условий и возможностей изготовителя. До сих пор и у нас и за рубежом подавляющее большинство малых судов строится однослойными.
Применение трехслойной конструкции обычно не дает заметной экономии ни в весе, ни в стоимости, по сравнению с однослойной, однако следует отметить одну технологическую особенность. Наличие в конструкции сплошного пенопластового слоя дает возможность начать постройку корпуса со сборки этого слоя заполнителя на простейших лекалах, а затем оклеивать жесткую скорлупу сначала наружным, а после снятия с лекал (пуансона) и внутренним несущими слоями стеклопластика. Такой вариант часто применяется при любительской постройке лодок.
Соединение секций
В подавляющем большинстве случаев пластмассовые корпуса выполняются монолитными и единственным соединением является стык палубы с бортом. Это соединение загружено сдвигающими усилиями, для передачи которых обычно применяются двусторонние приформованные накладки из стеклопластика; толщина каждой из них принимается равной половине толщины стыкуемых секций, ширина — не менее 200 мм.
Три варианта углового соединения «встык» показаны на рис. 3. Такой узел наиболее надежен, но трудоемок и потому на самых малых судах обычно не применяется. Могут быть рекомендованы отличающиеся простотой подгонки соединения с использованием болтов или заклепок, например, показанные на рис. 4. Другая возможность упрощения сборки заключается в изготовлении обеих соединяемых секций (корпуса и палубы) с вертикальными флагами (рис. 5).
В некоторых случаях, хотя это в принципе и не рекомендуется, корпуса собирают из нескольких секций, как правило, с разъемом в ДП; на рис. 6 показаны три типа таких соединений.
Говоря о сборке пластмассовых судов из секций, отметим интересную тенденцию в организации серийного производства сравнительно крупных яхт и катеров. До последнего времени, как и при постройке судов из «традиционных» материалов — дерева или металла, работы по монтажу в корпусе всего внутреннего оборудования выполнялись поэлементно. По очереди подавались, подгонялись и крепились прочные переборки (поперечные и продольные), различные легкие выгородки, фундаменты, шкафы, рундуки, койки; монтировались изоляция, внутренняя декоративная зашивка, пайолы и т. п. Широкое применение стеклопластика и при изготовлении оборудования позволило внедрить новый способ постройки, при котором судно собирается не из двух, как обычно, а из трех отдельно формуемых секций. В секцию корпуса-оболочки грузится объемная секция «внутренней обстройки», включающая большую часть элементов оборудования и отделки, конструктивно объединенных плоскостями зашивки с бортов, поперечными переборками с носа и кормы и настилом (пайолом) со стороны днища. Связав между собой эти две секции, можно закрывать оборудованный корпус третьей секцией — палубой (этот момент и показан на приводимом фото).
Такой вариант обеспечивает некоторое общее уменьшение веса судна (около 500 кг на 15-метровой яхте), а главное — дает возможность резко сократить продолжительность его постройки. Так, цикл постройки серийной яхты «Коламбиа-50» (США) сократился со 180 до 140 дней, общая стоимость работ верфи снизилась на 30%.
Отдельные конструктивные элементы
Необходимо учитывать следующие общие рекомендации.
В местах приложения сосредоточенных нагрузок (под киповыми планками, у пяртнерса и т. п.) требуется иногда двойное увеличение толщины обшивки за счет укладки дополнительных слоев армирующего материала — обязательно между основными слоями (рис. 7).
Во всех случаях утолщается обшивка на участках перехода от транца к борту и днищу, а также в районе киля и форштевня. Например, у киля парусной яхты слои армирующего материала поочередно переходят с одного борта на другой, благодаря чему толщина обшивки о этом районе удваивается, а кроме того укладываются дополнительные слои (рис. 8).
Транец мотолодки
Толщину транца можно принимать по рекомендациям американской корпорации «ОВС», приводимым в табл. 7. Типичным подкреплением под подвесной мотор является местное утолщение транца с вклеиванием между слоями стеклопластика слоя фанеры (рис. 9); в таблице и показана суммарная толщина транца вместе с такой фанерной вставкой. Жесткость транца повышается (рис. 10, 11) приданием ему некоторой выпуклости и установкой кормовой банки, которая, как и днище моторной ниши, играет роль шельфа. Установка вертикальных книц может быть рекомендована только для катеров, имеющих внутренний киль и стрингера.
Планширь
Это исключительно важный для беспалубного судна конструктивный элемент, обеспечивающий жесткость бортов — препятствующий поперечному перемещению их верхних кромок. Считается, что планширь должен выдерживать двойной вес лодки, поставленной на борт; такая прочность необходима, например, при столкновениях.
В простейшем случае планширь формуется заодно с обшивкой в виде фланца, отогнутого внутрь или, что лучше, наружу корпуса (рис. 12). Конструкции более сложных изготовляемых заранее и присоединяемых к корпусу планширей разнообразны; это могут быть деревянные планки, алюминиевые и пластмассовые профили или даже отдельно отформованные плоскостные секции из стеклопластика. В последнем случае планширь часто объединяют с банками в одну «палубную» секцию, соединяемую с корпусом на клею, болтах, заклепках и т. п.
Установка швертового колодца
Отметим, что с особой тщательностью следует выполнять присоединение швертового колодца к корпусу швертбота. Рекомендуется предварительно изготовленный узел колодца устанавливать на место во время формования обшивки, заформовывая фланцем внутрь нее (рис. 13, 14).
Переборки
В принципе на судах длиной меньше 15 м необходимость установки переборок никакими правилами не оговаривается, однако их обычно приходится устанавливать для обеспечения поперечной прочности корпуса и непотопляемости судна. Переборки обычно вырезают из фанеры толщиной 6—10 мм для малых яхт и катеров и 12—18 мм для крупных крейсерских яхт, а затем оклеивают стеклопластиком. Бывают переборки и трехслойной конструкции (стеклопластик и пенопласт внутри) и т. д.
Крепление переборки к обшивке (рис. 15) в большинстве случаев выполняется приформовкой «мокрыми угольниками». Часто бывает достаточно угольника из двух-трех слоев стеклоткани с расположением основы вдоль контура переборки. Верхняя полоса всегда должна быть несколько шире нижней; «угольники» ставятся обязательно с обеих сторон переборки. Таким же образом соединяются и все другие взаимно-перпендикулярные конструктивные элементы.
Толщина «полки угольника» обычно равна половине толщины присоединяемой к обшивке конструкции, а ширина «полки» равна 7—8 ее толщинам.
Элементы, воспринимающие сосредоточенные нагрузки
В корпусе любого малого судна имеются конструктивные элементы, не участвующие в обеспечении общей прочности, но играющие не менее важную роль. К числу их относятся, например, машинные фундаменты. Для установки двигателей небольшой мощности иногда бывает достаточно простого усиления существующих стрингеров. В тех случаях, когда необходимы специальные фундаментные балки коробчатого или Г-образного сечения (рис. 16), их надо протягивать от переборки до переборки (или от рамного шпангоута до рамного шпангоута) и обязательно скреплять с ними.
На яхтах особо ответственными узлами, передающими сосредоточенные усилия, являются крепления фальшкиля (или плавника с фальшкилем) и мачты. Конструкция вант-путенсов также должна предусматривать разнесение тяги от вант на возможно большую площадь обшивки; на рис. 17 показаны шесть вариантов этого узла.
Степс на небольших яхтах нет необходимости выполнять в виде солидного бруса, как это делается на многих деревянных судах; достаточно использовать легкую предварительно отформованную конструкцию (рис. 13).
Правильный подход к конструировании» основных узлов можно проиллюстрировать эскизами корпуса с трехслойной обшивкой построенной в ГДР 10-метровой крейсерской яхты с обводами шарпи. Минимальная толщина несущих слоев стеклопластика (с армированием стеклотканью) 2,5 мм, заполнителя — 20 мм.
На рис. 19 показано оформление скулы с использованием заформованного в самый угол дополнительного стеклопластикового треугольного профиля; в целом узел получается очень жестким и представляет собой как бы продольную балку набора.
Такие же решения применены и в остальных продольных соединениях, например в соединении палубы с бортом (рис. 20). Поперечный набор в чистом виде отсутствует. Вес киля (рис. 21) при помощи установленных изнутри корпуса дополнительных стрингеров — швеллеров, перевязанных стальными же поперечинами, и пластины, приваренной к плавнику, распределен на большую площадь днища. Такими же наложенными на обшивку швеллерами (рис. 22) разносятся на днище и нагрузки от шпора мачты.
Рассмотренные узлы вполне применимы и при индивидуальной постройке небольшой яхты или катера.
Болтовые соединения
К болтовым соединениям конструкций из стеклопластика предъявляются следующие требования:
- диаметр болта d обычно должен быть равен толщине соединяемого материала (не менее);
- отстояние болта от края связи не должно быть менее 3 d;
- расстояние между болтами (шаг) не должно быть менее 4 d;
- под гайку и головку болта подкладывается шайба диаметром не менее 2,5 d.
Информация об изображении  Рис. 22. Поперечное сечение крейсерской яхты в районе подмачтовой переборки |
