Малотоннажные суда из древесины и фанеры

В малотоннажном и малом судостроении древесина применяется для постройки малых рыбопромысловых судов, служебных и разъездных катеров, судов для туризма, отдыха и спорта и многих других. Деревянные малые суда особенно распространены среди ценителей яхт и лодок в винтажном стиле, с полной отделкой из дерева или его имитацией.

Внедрение водостойких клеев в деревянное судостроение позволило создать качественно новые конструкции. Корпус судна, изготовленный с использованием склеивания, на 15-25 % легче корпуса, сделанного с помощью механических средств крепления — шурупов, болтов, нагелей.

Характеристика материалов и соединений

Древесина

При постройке малых деревянных судов их наружная обшивка, детали набора (киль, днищевые и скуловые стрингеры, внутренние и наружные привальные брусья, натесные и гнутые шпангоуты, бимсы, карлингсы, штевни), а также рубки изготовляют из:

• сосны;
• ели;
• лиственницы;
• кедра;
• ясеня и древесины других пород.

Для гнутых криволинейных деталей (шпангоутов, штевней и пр.) целесообразнее использовать ясень и дуб. Трещины, сучки, гниль, синеву, косослой и другие пороки материала необходимо устранить при раскрое заготовок.

В зависимости от ширины пор и плотности древесины (рис. 1) различают мягкие (с широкими порами) породы — ель, сосна — и твердые (с узкими порами) — дуб, бук.

Механические свойства древесины обусловлены направлениями воспринимаемых ею усилий по отношению к ее волокнам:

• продольным;
• поперечным;
• тангенциальным и радиальным (рис. 1, б).

Поэтому при изучении свойств древесины ее рассматривают как анизотропный материал (материал с неодинаковыми свойствами по различным направлениям).

При заготовке деталей для судна следует учитывать, что твердость и прочность древесины несколько меняются в зависимости от того, из какой части ствола взяты детали; так, сердцевинная и заболонная части ствола дерева (см. рис. 1, б) более рыхлые и менее прочные, чем деловая часть — ядро.

Разрушение целого бруса происходит при определенном соотношении нормальных и скалывающих напряжений σ_в/τ_в, возникающих в нем; характер разрушения обусловливается этим отношением. В месте разрушения бруса наблюдаются разрывы с отношением сторон а/l 1:10, 1:15 (рис. 1, в), зависящим от качества древесины. При этом чем выше качество материала, тем в большей степени характер разрыва образца соответствует разрушению, изображенному на рис. 1, в. Всевозможные пороки (сучки, косослой, свилеватость) искажают изображенный характер разрушения древесины.

Ниже рассмотрены конструкционные и эксплуатационные качества древесины, определившие ее долгую жизнь в малом судостроении:

Физико-механические свойства древесины — пиломатериалов лиственных и хвойных пород (дуба и сосны) — основных пород, используемых в малом судостроении, — характеризуются следующими значениями:

Основные технологические особенности древесины обусловлены ее гигроскопичностью – она сравнительно легко может увлажняться и высыхать. Содержание влаги в древесине в процентном отношении к ее плотности — влажность древесины — определяет не только технологические особенности материала, но и прочность, а также долговечность и сохранение заданной формы конструкциями.

Детали конструкций необходимо изготовлять из пиломатериала, имеющего влажность 12-18 %, так как при большей влажности древесины снижается прочность клеевых соединений и ухудшается обработка деталей (особенно строгание); при меньшей влажности происходит набухание древесины в готовых конструкциях — увеличение линейных размеров деталей, возникновение больших внутренних напряжений, которые могут вызвать вырывание шурупов, срыв головок заклепок, разрушение клеевых соединений.

Примерно оценить состояние древесины в отношении ее влажности можно исходя из следующего: у только что снятой стружки, обладающей хорошей гибкостью, влажность ощущается на ощупь; если стружка ломается в руках — пиломатериал пересушен; при нормальной влажности древесины на строганой поверхности не остается чернильного следа от химического карандаша.

Читайте также: Малые суда парусного типа

При подборе заготовок для деталей из пиломатериала необходимо учитывать изменение размеров при усушке (разбухании):

• в тангенциальном направлении — до 10 %;
• в радиальном — на 3-5 %;
• в продольном (вдоль волокон) — 0,1-0,3 %.

Неодинаковое изменение размеров в поперечном сечении деталей при усушке (разбухании) вызывает значительное их коробление (рис. 1, г), обусловливающее потерю плоской формы, а иногда даже растрескивание детали.

Ответственные связи и детали корпуса — обшивку, настил палубы, полотно переборок, киль, скуловые и привальные брусья — следует заготавливать из досок радиальной распиловки из частей бревна, расположенных ближе к его сердцевине; доски тангенциальной распиловки, имеющие угол направления годовых слоев к пласти менее 60°, для указанных деталей применять не следует. С учетом изменения размеров при сушке нужно задавать припуск (с каждой стороны) на чистовую обработку детали: при строгании вручную — 1,5-2 мм, при строгании на станке — 2-3 мм.

Следует также учитывать, что средняя влажность отдельных частей корпуса при эксплуатации судна неодинакова и может достигать:

• в надстройке — 20 %;
• в настиле палубы — 30 %;
• обшивке днища — 80 %;
• обшивке борта — 20 %;
• шпангоутах — 65 %.

На способность древесины сильно увлажняться необходимо также обращать внимание при производстве ремонтных работ — особенно обшивки в подводной части корпуса.

Фанера и шпон

При постройке малых судов широкое применение находит бакелизированная и авиационная фанера, особенно первая, так как она характеризуется хорошей водостойкостью и более высокой прочностью (табл. 1).

Бакелизированная фанера может применяться при изготовлении:

• обшивки;
• настила палубы;
• шпангоутов;
• поясков днищевых стрингеров и вертикального киля;
• внутренних привальных брусьев и др.

Поверхности деталей из бакелизированной фанеры, на которые будет наноситься клей или краска, должны быть очищены от бакелита.

При конструировании деталей из этого материала необходимо учитывать, что фанера марок БФС изготовляется с использованием спирторастворимых смол, БФВ-1 — имеет средние слои, склеенные водорастворимыми смолами (слои рубашки пропитаны спирторастворимыми смолами), БФВ-2 — полностью выклеивается на водорастворимых смолах. В связи с этим детали из фанеры марки БФВ рекомендуется склеивать только по пласти, применяя стыковые накладки или соединение внакрой. Детали из фанеры марки БФС можно склеивать как “на ус”, так и по пласти.

Авиационная березовая фанера (пятислойная) обладает хорошей водостойкостью и прочностью, изготовляется на бакелитовой пленке и смоле С-1.

Строительная фанера может быть использована для постройки небольших моторных и гребных судов при обязательном условии тщательной защиты корпуса от увлажнения смолой, лаком, а лучше путем оклейки стеклотканью.

Можно использовать и декоративную фанеру, расположив листы обшивки окрашенной стороной внутрь корпуса. Если марка фанеры неизвестна, возможность ее применения для ответственных связей корпуса можно проверить следующим образом: образец, вырезанный из листа фанеры, замачивается на сутки в воде, затем кипятится в течение 1 ч. После таких процедур прочность соединения слоев образца на отрыв не должна существенно снижаться.

Шпон

Шпон (сосновый или березовый) применяется для выклеивания обшивки, рубки, изготовления оборудования. Для отделочных работ используют шпон кленовый, ореховый и древесины других пород.

К листовым материалам, изготовленным из шпона и других материалов (ткани, металлической сетки), относятся:

• балинит;
• дельта-древесина;
• арктилит и др.

В связи с высокой стоимостью и сложностью обработки эти пластики не получили достаточного применения в судовых конструкциях. Так, например, арктилит был использован при опытном изготовлении обшивки относительно небольшой серии судов.

Картон

Водонепроницаемый и каркасный картон могут найти применение при изготовлении обшивки, настила палубы, переборок байдарок, лодок для охотников и других малых судов, предназначенных для сравнительно безопасных условий эксплуатации. Детали из картона, так же как из обычной фанеры, должны быть надежно защищены от воздействия влаги.

Клеи

Употребляемые при постройке малых судов клеи (табл. 2) делятся на две группы: водостойкие (марок ВИАМ Б-3, ЭД-5, К-153, БФ-2) и недостаточно водостойкие (К-17, казеиновые, казеиново-цементные, ПВА); последние находят применение для изготовления неответственных, и не соприкасающихся с влагой конструкций и внутреннего оборудования.

Водостойкость казеинового и некоторых других клеев может быть повышена путем введения в него портландцемента и антисептика: на 100 частей по массе клея марки В-107 (в порошке) добавляется 75 частей по массе цемента марки 200 (и выше) и 3 части по массе динитрофенола или оксидифенола. Цемент должен быть самого тонкого помола, без посторонних примесей.

Для большей гарантии водостойкости склеенных деталей их поверхность, особенно в районе клеевого соединения, пропитывают горячей олифой или покрывают лаком марок 6с либо 6т.

Строительную или другую недостаточно водостойкую фанеру можно защитить от воздействия влаги путем пропитки олифой:

• на поверхность фанеры наносят слой натуральной олифы, затем ее проглаживают утюгом (температура 150-200°С);
• эти процедуры повторяют еще дважды — пока фанера не перестанет впитывать олифу.

Для большей гарантии фанеру следует оклеить тонкой стеклотканью (либо марлей) на эпоксидном связующем или на лаке 6с либо 6т.

Шпаклевки и порозаполнители

Эти материалы применяют для работ по дереву под окраску, при устранении дефектов древесины и укрытии пор, при защите клеевых соединений от увлажнения. Некоторые готовые шпаклевки приведены в табл. 3, а компоненты порозаполнителей для дерева, %, даны в зависимость от времени высыхания:

Основной крепеж – гвозди и шурупы

В малом судостроении обычно используют красномедные гвозди-заклепки и латунные шурупы или оцинкованный крепеж. Гвозди диаметром более 2,5 мм следует забивать в заранее просверленные отверстия, при этом сверло должно быть диаметром на 0,1 мм меньше гвоздя. Латунные гвозди (сапожные) 2 × 16 мм могут использоваться при запрессовке клеевых соединений — при приклеивании книц, накладок, соединительных планок и т. п.

Обычные стальные шурупы и гвозди следует подвергать оцинковке. Неоцинкованный крепеж рекомендуется накалить до вишневого цвета и опустить в олифу.

Необходимо учитывать, что использование бронзового, латунного и медного крепежа сделает конструкции более долговечными, чём конструкции на стальном оцинкованном крепеже. Применять одновременно крепеж из черного и цветного металла нельзя, так как при этом будет интенсивно корродировать стальной крепеж. Стальные детали, закрепленные с помощью крепежа, необходимо также оцинковать. Для красномедных гвоздей-заклепок должны использоваться только красномедные шайбы.

Размеры гвоздей, рекомендуемые для крепления фанерной обшивки к набору, приведены в табл. 4.

Под шурупы отверстия также высверливаются; совершенно недопустимо забивать шурупы молотком. Размеры шурупов и их шаг, рекомендуемые в соединениях корпуса с фанерной обшивкой для судов длиной до 4-5 м, даны в табл. 5. Для крепления обшивки по стрингерам применяются такие же шурупы, как по килю и скуле, а шаг принимается в два раза большим.

Диаметр отверстия под шурупы должен составлять под нарезную часть шурупа 80 % его диаметра для дуба и 60 % — для сосны, под гладкую часть — 90-95 %; под потайную головку делается зенковка с углом 90°. Длина шурупа должна быть на 3-5 мм меньше суммарной толщины соединяемых деталей.

Болты применяются в основном для соединения отдельных деталей корпуса. Диаметр болта d должен составлять около 15 % его длины. При установке болтов вдоль волокон расстояние между их осями должно быть не менее 6d, при размещении поперек волокон — 3d, от оси болта до кромки доски — 2,5d, от оси болта до торца — не менее (6 ÷ 8)d.

В болтовом или заклепочном соединениях следует применять болты, гайки, шайбы, заклепки из однородного материала. Лучше изготовлять конструкции на крепеже из меди, латуни, нержавеющей стали, при его отсутствии — из оцинкованной или кадмированной стали либо стали, имеющей другие покрытия.

Головки шурупов, гвоздей и болтов необходимо утапливать ниже поверхности наружной обшивки на 1,5-2 мм; углубление над поверхностью головки следует зашпаклевывать древесной мукой (опилками) на клее ВИАМ Б-3 или эпоксидной смоле. При достаточной толщине обшивки эти углубления можно заделать деревянными пробками.

Типы соединений

В конструкциях малых судов из древесины и фанеры для сращивания деталей по длине используются соединения:

• усовое;
• зубчатое (гребенчатое);
• на одной накладке;
• на двух накладках;

для соединения деталей под углом:

• внакрой;
• нарезное;
• кничное.

Усовое соединение — одно из наиболее часто применяющихся в малом судостроении. Отличается простотой выполнения и большой прочностью, обусловленной равномерностью распределения напряжений по площади клеевого соединения.

Прочность усового соединения прежде всего зависит от его длины l, выраженной через толщину склеиваемых деталей δ:

l = kδ,

где:

• k — коэффициент, являющийся характеристикой усового соединения:

k = σ_в/τ_в

• σ_в — предел прочности древесины при разрыве вдоль волокон, МПа;
• τ_в — предел прочности древесины при скалывании вдоль волокон, МПа.

Значение коэффициента k рекомендуется принимать для деталей:

• из ели и сосны с низким пределом прочности — 10-12;
• из сосны и дуба, имеющих высокий предел прочности, — 12-15;
• из бакелизированной фанеры — 15-20.

Усовые соединения, к которым не предъявляется требование равнопрочности с целым сечением, могут иметь меньшую длину: для соединения бруса киля с форштевнем k = 3÷5; в многослойных клееных деталях, работающих преимущественно на изгиб, для соединения досок в срединных слоях балок k = 4÷6.

Будет интересно: Особенности гидродинамики глиссирующих катамаранов

Номограмма, выражающая зависимость между нормальными напряжениями, возникающими в детали, подвергнутой растяжению, и длиной усового соединения, приведена на рис. 2.

Прочность усового соединения в значительной мере зависит от качества древесины, ее влажности в момент склеивания, толщины клеевой пленки, характера обработки склеиваемых поверхностей, удельного давления запрессовки.

Усовые соединения следует применять для деталей, работающих на растяжение: досок обшивки и настила палубы (рис. 3, а), целых или клееных брусьев (рис. 3, б, в), досок в деталях, состоящих из нескольких слоев (рис. 3, г).

Клеевое соединение длиной l = (4 ÷ 6)δ следует по возможности располагать так, как указано на рис. 4, а, — в этом положении оно выдержит нагрузку на 30-40 % большую, чем в положении, соответствующем рис, 4, б.

Зубчатые (гребенчатые) соединения (рис. 3, д, е) применяют в тех случаях, когда приходится экономить качественный материал, так как длину этих соединений можно уменьшить до 30-50 мм. Длина стыкуемых короткомерных пиломатериалов не должна быть менее 300 мм. В зону соединения не должны попадать свилеватость, косослой, сучки и другие пороки древесины, трещины, заколы и т. п.

Соединение с острым зубом (см. рис. 3, д) применяют в сильно нагруженных связях корпуса — форштевне, киле, шпангоутах, бимсах, стрингерах и т. п.; соединение с тупым зубом (см. рис. 3, е) – в менее нагруженных связях и конструкциях: в деталях обвязки рубки и кокпитов, палубного настила, буртиках и др. В зубчатом соединении не требуется ставить болты и заклепки. При его выполнении приходится использовать специальные приспособления, а обработку деталей осуществлять особенно тщательно и точно.

Соединение на одной (односторонней) или двух накладках (рис. 5) используется для сращивания фанерных листов или досок обшивки и настила палубы, отдельных элементов балок продольного и поперечного набора и в других случаях. При выполнении соединений из древесины и древесных материалов соединяемые детали достаточно подогнать и прострогать, у деталей из бакелизированной фанеры необходимо удалить снаружи слой смолы — бакелитового лака.

К недостаткам этого типа соединений следует отнести то, что накладки выходят за габариты деталей, а усилия, вызывающие работу на отрыв, намного снижают прочность, особенно соединений с односторонней накладкой.

К конструированию соединений на накладках предъявляются следующие требования. Длина накладки принимается равной 30 ее толщинам. Двусторонние накладки, изготовленные из того же материала, что и соединяемые детали, должны иметь толщину, равную половине толщины соединяемых деталей. При использовании накладок из бакелизированной фанеры для соединения листов конструкций из того же материала толщина накладок принимается равной толщине склеиваемых листов, а перекрой накладкой каждого листа равен 15 его толщинам. В стыках с накладками нельзя использовать полностью несущую способность соединяемых деталей, работающих на растяжение, так как максимально допустимое напряжение в стыке с накладками не превышает 7,5 МПа. В коробчатых балках роль накладок следует отводить заполнителю, введенному между тонкими стенками балки.

Замковые соединения из-за малого предела прочности древесины на смятие и плохой сопротивляемости болтов изгибу (рис. 6, а) могут выдержать лишь небольшую нагрузку, составляющую 10-20 % предела прочности древесины на разрыв. В судовых конструкциях наибольшее распространение получили косой замок с коксами (рис. 6, б) и без коксов (рис. 6, в).

При восприятии замковым соединением растягивающих усилий древесина у болтов и коксов работает, на смятие, болты — на изгиб, а коксы — на срез. Сжимающие усилия кроме указанных деталей замкового соединения будут воспринимать и торцовые срезы зуба замка.

Комбинированное замковое соединение, например для крепления киля с форштевнем, включает клеевое усовое соединение (l = 3 ÷ 5 высот бруса киля) и болтовое (рис. 6, г); болты здесь используются в основном для создания давления запрессовки.

Угловое соединение, выполняемое внакрой под прямым a₁ или острым а₂ углами (рис. 7, а, б) просто в выполнении, но недостаточно надежно в работе: усилия, приложенные к соединяемым деталям, действуют в разных плоскостях — чем толще соединяемые детали, тем больше расстояние между этими плоскостями и тем большими будут усилия, а следовательно, и напряжения отрыва.

Нарезное угловое соединение отличается тем, что в нем детали нарезаны одна на другую вполдерева или в шип (рис. 8, а, б), и тем самым уменьшен указанный выше недостаток простого углового соединения. Однако сами соединяемые детали при этом ослаблены. Изготовление такого соединения довольно сложно, а площадь склеивания небольшая.

Кничное соединение чаще выполняется на двух кницах (рис. 9), но в малонагруженных сопряжениях может быть выполнено и на одной книце. Оно удобно в изготовлении — работа сводится к наклеиванию книц на соединяемые связи, обеспечивает наибольшую прочность по сравнению с другими типами соединений.

Соединения на накладках и кничные в основном работают на скалывание при кручении. Необходимая площадь склеивания может быть определена по приближенному выражению:

$F=m_1{M}_{к}/16,$

где:

• F — площадь склеивания, см²;
• т₁ = 2÷4 — коэффициент запаса, принимаемый в зависимости от типа конструкции, ее назначения, качества изготовления;
• M_к — крутящий момент, приложенный к клеевому соединению, Н·м.

Соединения на болтах используют для крепления штевней к килю, перевязки поперечного и продольного набора, соединения брештуков со связями набора и т. д.

Требования в отношении конструктивных параметров болтового соединения следующие:

• диаметр болта d должен быть равен 10-15 % его длины;
• шаг болтового соединения принимается не менее 6d вдоль волокон и 3d поперек волокон;
• расстояние от оси болта до кромки детали — не менее 2,5d, до торца — (6 ÷ 8)d;
• в случае крепления досок обшивки к набору расстояние до торца доски уменьшают до (3 ÷ 5)d.

Надежность болтовых соединений в значительной мере зависит от размеров шайб, которые ставятся под головки и гайки болтов. Для обеспечения меньшего сминания древесины и древесных материалов под головкой и гайкой наружный диаметр шайб должен быть увеличен по сравнению с обычным их размером на 30-50 % и более — в зависимости от твердости материала соединяемых деталей.

Соединения на заклепках в конструкциях из фанеры выполняются с расстоянием между рядами заклепок: при их цепном расположении — не менее (6 ÷ 8)d, при шахматном — не менее (3 ÷ 4)d; расстояние от края детали — не менее (4 ÷ 6)d.

В конструкциях из древесины за основу принимается отношение меньшей из толщин δ соединяемых деталей к диаметру заклепки d. Расстояние вдоль волокон между осями заклепок: при δ/d ≈ 10 — не менее 10d, при δ/d ≈ 4 — не менее 20d. При других соотношениях δ/d расстояние между заклепками находится простым интерполированием. Расстояние от оси заклепки до торца детали принимается не менее 10d, при невозможности разместить требующееся количество заклепок оно может быть уменьшено до 6d.

Соединения на шурупах и гвоздях используются для запрессовки как с помощью склеивания, так и без клея. При их конструировании необходимо исходить из следующих требований: длина шурупа (гвоздя) — 2,5 толщины прикрепляемой детали; шаг размещения шурупов — не менее (10 ÷ 12)d; диаметр отверстия, высверливаемого под шуруп, — не более 0,8d.

Влияние различных факторов на состояние клеевого соединения

Прочность и надежность клеевого соединения зависят от многих физико-механических и технологических факторов: прочности клеевой пленки как связующего элемента, влажности древесины и воздуха в помещении при склеивании, продолжительности вымачивания в воде склеиваемых деталей, тщательности обработки склеиваемых поверхностей, давления запрессовки при склеивании, толщины клеевой пленки в соединениях деталей, качества древесины в районе соединения.

Влажность древесины и воздуха в помещении в момент склеивания клеем ВИАМ Б-3, как следует из экспериментов, должна быть не больше 12-18 % (рис. 10).

Продолжительность вымачивания: длительное нахождение деталей в воде сказывается отрицательно на клеевом соединении, но это влияние уменьшается за счет понижения прочности самой древесины по мере ее намокания (рис. 11). Кривая, соответствующая склеенным образцам, проходит практически параллельно кривым из целой древесины.

Тщательность обработки склеиваемых поверхностей оказывает влияние на толщину клеевой пленки. Наибольшую прочность имеют клеевые соединения из строганых образцов, при шлифовке (полировке) прочность уменьшается (рис. 12).

Давление запрессовки при склеивании деталей необходимо создавать такое, при котором обеспечиваются полное прилегание склеиваемых поверхностей, хорошо подогнанных одна к другой, удаление избытка жидкого клея и пузырьков воздуха, а также получение клеевой пленки требующейся толщины. Наибольшее сопротивление скалыванию образцов, склеенных клеем ВИАМ Б-3 (рис. 13), наблюдается при удельном давлении 0,2-0,4 МПа. Эпоксидные клеи требуют существенно меньшего давления — около 0,05 МПа.

При изготовлении криволинейных деталей и деталей из толстых досок или использовании клея повышенной вязкости необходимо создавать большее давление — 0,3-0,4 и даже 0,5 МПа (для клея ВИАМ Б-3). Следует выдерживать указанные пределы давлений, так как при избыточном давлении создается слишком тонкая клеевая пленка, а при малом давлении — излишне толстая; и в том и в другом случае прочность клеевого соединения уменьшается.

Предлагается к прочтению: Типы малых гребных лодок

При оценке величины давления запрессовки кроме кривизны и толщины склеиваемых деталей необходимо учитывать вязкость клея, ширину склеиваемых досок и породу древесины; повышение рабочей вязкости клея и средней ширины досок, а также переход к изготовлению деталей из более твердых пород требуют увеличения давления запрессовки.

Толщина клеевой пленки также влияет на прочность склеивания, которая резко снижается с ее увеличением свыше 0,4 мм (рис. 14). При увеличении толщины клеевой пленки свыше 0,8 мм прочность клеевого соединения имеет постоянное, но более низкое значение. Однако по абсолютной величине она значительно превосходит допустимые напряжения при работе на скалывание образцов из дуба и сосны — пород древесины, чаще всего применяемых в судостроении.

Наличие сучков, косослоя и других дефектов в районе клеевого соединения (качество древесины) резко снижает его прочность.

Конструирование корпуса и определение размеров связей

Выбор материала

Оценку материала (табл. 6) можно получить, пользуясь “характеристикой легкости”, предложенной академиком В. Л. Поздюниным:

${А}_{\mathrm{м}}=(\gamma /{\sigma }_{\mathrm{в}})·100\%,$

где:

• γ — плотность материала, кг/м³;
• σ_в — предел прочности материала при растяжении, МПа.

Основываясь на “характеристике легкости”, наиболее рациональными материалами для корпуса малого судна считают стеклопластики, дюралюминий, сосну, водостойкую фанеру. Однако при оценке материала следует учитывать и другие факторы. Суда из металлов и пластмасс долговечнее деревянных, не имеют или почти не имеют водотечности, огнестойки; наряду с этим металлические корпуса отпотевают, стоимость затрат и трудоемкость их постройки примерно в 2 раза выше, чем деревянных. К тому же нельзя не учитывать, что пребывание на деревянном судне неизмеримо приятнее, чем на судне, построенном из любых других материалов.

Системы набора корпуса

Корпус малого судна из древесины и древесных материалов (рис. 15) чаще выполняется по смешанной или поперечной системе набора, реже по продольной.

При смешанной системе набора (рис. 16, а) со шпацией 300-500 мм наряду с мощными поперечными связями (шпангоутные рамки, поперечные переборки) ставятся днищевые и бортовые стрингеры (либо пазовые рейки), имеющие сравнительно небольшие размеры в поперечном сечении. При поперечной системе набора продольные рейки-стрингеры отсутствуют (рис. 16, б). Шпангоутные рамки приходится ставить чаще, принимая шпацию равной 250-400 мм. Для того чтобы избежать использования днищевых и бортовых стрингеров и одновременно увеличить поперечную шпацию, в ряде случаев используют систему набора с промежуточными шпангоутами (рис. 16, в).

При продольной системе набора поперечные связи корпуса (шпангоутные рамки, поперечные переборки) ставятся на расстояниях существенно больших (800-1 000 мм), часть днищевых стрингеров и палубных реек заменяется мощными продольными связями — стрингерами, карлингсами. Набор по продольной системе может выполняться с пазовыми рейками увеличенных размеров (рис. 16, г), не врезанными в шпангоуты; флоры и поперечные переборки при этом ставятся в ограниченном количестве. Если на судне обшивка диагональная или из фанеры, стрингеры могут быть клееными таврового профиля (рис. 16, б); опорами для них служат шпангоуты и переборки.

На некоторых типах малых судов, корпуса которых подвержены значительным ударным нагрузкам, например на скутерах, применение продольной системы набора (рис. 16, е) обеспечивает существенное снижение массы корпуса при тех же прочности и жесткости.

Больше распространены безнаборные сшивные конструкции корпуса (рис. 16, ж). Их продольная и поперечная прочность обеспечивается фанерной обшивкой, а жесткость — поперечными переборками, выгородками, стенками банок или воздушных отсеков и др. Такая конструкция может успешно применяться при постройке:

• швертботов,
• небольших яхт,
• моторных лодок,
• гребных судов.

Конструирование корпуса и определение размеров связей

При широком использовании фанеры — для обшивки, настила палубы, при изготовлении переборок и шпангоутных рамок — целесообразным следует считать применение склеивания.

Ориентируясь на пиломатериал, особенно с высокой влажностью, правильнее нацелиться на широкое использование крепежа. При наличии достаточно сухого пиломатериала, но имеющего в большом количестве сучки, косослой и другие дефекты, необходимо применение склеивания (для изготовления клееных связей набора.

Примечание:

• Шпация соответственно приведенной длине корпуса составляет 300-500, 400-500 и 400-600 мм.

Поскольку подобрать бруски для продольных связей на всю длину корпуса без – сучков и косослоя очень трудно, эти связи следует склеивать из более короткого, но высококачественного материала. Длина усового перекроя должна быть равна 12-15 толщинам заготовки.

Примечание:

• Шпация соответственно приведенной длине корпуса составляет 250-400, 300-500 и 400-600 мм.

Продольные связи с большим поперечным сечением и значительной кривизной следует выклеивать из двух или большего числа реек по месту либо в кондукторе. В этом случае против какого-либо дефекта одной рейки располагают хороший участок другой рейки, компенсирующий ослабление связи. Каждую из реек тоже можно склеивать из отдельных частей, при этом длина усового перекроя может быть уменьшена до 8-10 толщин рейки. Для изготовления клееных связей набора и применения клеевых соединений в узлах конструкций требуется помещение, температура воздуха в котором не должна быть ниже 18-16°C как во время производства работ, так и при выдерживании деталей после склеивания. У малых судов из древесины и древесных материалов общая продольная прочность, как правило, гарантируется тем, что для обеспечения требующегося срока службы конструкций и судна в целом размеры связей корпуса задаются с определенным запасом на износ, а также с необходимостью соблюдения определенного технологического процесса.

В связи с этим расчет общей прочности корпуса обычно не делают, ограничиваясь проверкой элементов наружной обшивки на устойчивость и расчетом местной прочности для основных связей набора. Размеры деталей набора и обшивки могут быть заданы в зависимости от длины судна (табл. 7 и 8) с последующим уточнением по близкому прототипу (табл. 9). В случае создания судна массовой заводской постройки целесообразнее исходить из результатов натурных испытаний как отдельных конструкций, так и головного судна. На основании этих испытаний в конструкцию головного образца вносятся изменения, и он вводится в серийное производство.

Детали набора корпуса

Продольный набор

К продольным связям малых судов относятся: киль, фальшкиль, резен-киль, скуловые днищевые и бортовые стрингеры, привальные брусья, карлингсы, планшири, ватервейсовые брусья.

Киль сплошной (рис. 17, а) может быть изготовлен в виде бруса, имеющего сложное поперечное сечение, со шпунтами для обшивки. В случае недостаточного качества материала бруса он может быть усилен фанерной накладкой (рис. 17, б). Более технологичную конструкцию имеет составной киль (рис. 17, в), который состоит из двух деталей: наружного бруса — фальшкиля и внутреннего бруса — резен-киля. При такой конструкции киля создается шпунт для обшивки днища.

Применение киля и фальшкиля (рис. 17, г) кроме упрощения технологии обеспечивает надежную защиту наружной обшивки от повреждений. Такая конструкция позволяет обеспечить непроницаемость наружной обшивки по пазу, расположенному в ДП, но при этом усложняется ремонт, поскольку паз закрыт фальшкилем. На судах небольших размерений со стационарным двигателем киль должен иметь на 10-15 % большие размеры в поперечном сечении, чем указано в табл. 8, и делать его следует из дуба или ясеня. В месте прохода дейдвудной трубы киль следует усилить стальной полосой или накладкой из бакелизированной фанеры.

Киль можно выклеить из досок, положенных в пакет в несколько слоев (рис. 17, д). Длина усового соединения, с помощью которого сращиваются доски в слое, принимается равной 4-6 толщинам доски; эти соединения должны быть разнесены по длине бруса киля. Аналогичные требования относятся к конструкции фальшкиля и резен-киля.

Киль, показанный на рис. 17, е, состоит из вертикально поставленной доски и прикрепленных к ней с помощью шурупов двух реек. При изготовлении киля такой конструкции необходимо тщательно подгонять рейки к доске либо ставить их на смолу (мастику), чтобы не допустить водотечности по этим пазовым соединениям.

Скуловые брусья (стрингеры) можно сделать прямоугольного сечения (с малкованной кромкой) сплошными (рис. 18, а), клееными в два слоя (рис. 18, б) или многослойными. При выборе конструктивного варианта скулового стрингера следует учитывать, что он относительно прост только в средней части корпуса. В носовой оконечности, где приходится делать большую (в двух направлениях) малку, проектант вынужден тщательно оценить принимаемую конструкцию.

Стрингеры сплошные — из целого бруса — при значительном изгибе линии скулы в носовой оконечности сложно подтягивать к шпангоутам. Для упрощения этой работы в носовой части корпуса у стрингера делают один-два продольных пропила, которые промазывают клеем. После этого стрингер легко изгибается и запрессовывается.

Несколько проще собирать корпус со стрингером, изображенным на рис. 18, в, однако, такой стрингер сложнее врезать, в шпангоуты. Лучшие непроницаемость корпуса и защита кромок обшивки обеспечиваются при скуловых брусьях со шпунтами для обшивки (рис. 18, г), но приходится затрачивать время на выборку шпунтов. Избежать этих недостатков позволяют применение стрингера с врезной рейкой (рис. 18, д) или использование накладки — брызгоотбойника (рис. 18, е). Если брызгоотбойнику придать форму, изображенную на рис. 18, ж, то он заменит, в определенной мере, отгиб днища у скулы.

Предлагается к прочтению: Определение корпусных характеристик в момент взаимодействия судна с водной поверхностью

Для любой из рассмотренных конструкций стрингера минимальные его размеры в поперечном сечении должны быть такими, чтобы к нему можно было надежно прикрепить шурупами обшивку днища и борта (рис. 18, з). Скуловые стрингеры и привальные брусья идут по всей длине корпуса, имеют криволинейную форму и являются не только продольными связями, но и перевязкой днища с бортом и борта с палубой.

Привальные брусья могут располагаться снаружи корпуса (рис. 19, а); в этом случае они выполняют главное свое назначение — воспринимают ударные нагрузки, действующие на корпус. В конструкции с внутренним привальным брусом (рис. 19, б) стрингер выполняет прежде всего роль связи, перевязывающей обшивку борта и настил палубы. Часто используются и наружный, и внутренний привальные брусья (рис. 19, в).

Рассматриваемые связи на судах длиной 5 м и более могут изготовляться из целых брусьев либо их, как и киль, можно выклеить из сравнительно коротких досок, положенных в пакет в несколько слоев (привальные брусья обычно делают цельными). Для некоторых судов, например шлюпок, привальный брус целесообразно делать в виде доски, расположенной вертикально (рис. 19, г). У шлюпок и некоторых других судов с большой полнотой палубы в носу привальные брусья приходится гнуть и соединять металлическим брештуком (рис. 19, д). Носовую часть привального бруса можно сделать из двух половин фанеры толщиной 6-12 мм, которые соединяются через форштевень с помощью металлических угольников (рис. 19, е).

Буртики ставятся для защиты наружной обшивки. Это небольших размеров наружный привальный брус (рис. 19, ж). Ставят также обделочный буртик, закрывающий планширь и верхнюю кромку ширстрека; он, может идти только в средней части корпуса.

На шлюпках по всей средней части; а на моторных судах, имеющих завал борта в кормовой оконечности, — в корму от миделя выше ГВЛ, у нижней кромки ширстрека (см. рис. 19, ж), ставят второй буртик — обносной брус. Буртики делают из дуба, они имеют полукруглое (15 × 20 ÷ 20 × 40 мм) или полукругловытянутое сечение (20 × 30 ÷ 35 × 50 мм). Иногда из декоративных соображений и для некоторого увеличения прочности по буртику на шурупах ставят полосу из латуни, нержавеющей стали или пластика. У некоторых байдарок, которые в средней части обычно открыты, внутренний привальный брус и буртик используются для крепления и защиты парусиновой обшивки от ударов (см. рис. 19, и).

Планширь (см. рис. 19, ж) закрывает торцы шпангоутов и служит для перевязки ширстрека и внутреннего привального бруса или обшивки.

Днищевые и бортовые стрингеры (рис. 20) обычно имеют одинаковые сечения и ставятся по днищу (бортам) в количестве одного — трех.

Размеры стрингеров должны не только назначаться с учетом возможных действующих нагрузок, но и согласовываться с высотой профиля флора или шпангоута — в случае, когда поперечные связи нарезаются на стрингеры. Для обеспечения большей прочности стрингера его профиль должен иметь большую высоту a (толщину рейки), но при этом он сильнее ослабит поперечную связь, высота которой b сравнительно невелика. Стрингеры должны быть надежно прикреплены шурупами к флорам (см. рис. 20, а).

На байдарках, каноэ, малых лодках с обшивкой из прорезиненной ткани стрингеры можно делать круглыми; они соединяются между собой с помощью муфт и втулок (рис. 20, в); для оценки допусков на рисунке приведены размеры втулок. Верхние углы у стрингеров лодок и катеров целесообразно делать скругленными по радиусу 5-8 мм (см. рис. 20, а). Такой же радиус должны иметь прорези для стрингеров, сделанные в ветвях шпангоутных рамок. Это позволит уменьшить концентрацию напряжений и предотвратить поломки флоров и шпангоутов.

Если обшивка делается на пазовых рейках, то последние, в определенной мере, будут выполнять функции стрингеров.

На судах значительных размерений некоторые днищевые стрингеры в моторном отделении переходят в фундаментные балки, служащие опорами для двигателя.

Они могут быть:

• монолитными (рис. 21, а), выклеенными из брусьев или досок и оклеенными с боков листами бакелизированной фанеры;
• коробчатыми (рис. 21, б) — состоящими из двух фанерных стенок, верхнего и нижнего брусковых поясков (для увеличения устойчивости стенки между брусками поясов ставят стойки и раскосы);
• двутавровыми (рис. 21, в) — состоящими из фанерной стенки и поясков из досок, приклеенных к стенке.

Карлингсы — палубные продольные рейки — на малых судах выполняются из брусков; их размеры в поперечном сечении часто принимаются равными размерам днищевых стрингеров. Карлингсы на судах с кокпитом (L = 8 м и более) целесообразно выполнять монолитными (рис. 22, а) или коробчатыми (рис. 22, б). В обоих случаях целесообразно применить склеивание. При изготовлении карлингсов значительных размеров можно использовать короткомерный пиломатериал.

На судах длиной 8 м и более в ряде случаев целесообразно ставить планшири и ватервейсовые брусья.

Например, на больших гребных шлюпках планшири прикрывают верхние концы шпангоутов (см. рис. 19, г, ж) и служат дополнительной продольной связью в верхней части борта.

Ватервейсы на судах ставятся обычно тогда, когда настил палубы делается из досок; они представляют собой брусья, идущие по бортам вдоль всего судна; их размеры в поперечном сечении часто принимают большими (на 10-20 %), чем соответствующие размеры досок палубного настила. В случае, когда настил палубы и обшивка борта сделаны из фанеры, внутренний привальный брус используется для крепления настила палубы (см. рис. 19, а), а также обшивки борта.

Подлегарс (см. рис. 19, к) вводится в конструкцию тогда, когда отсутствуют другие мощные продольные связи, расположенные в верхней части борта (наружный и внутренний привальные брусья, усиленный планширь). На него удобно опирать доску банки или озды (поперечные связи корпуса, на которые не кладется настил палубы, служат для обеспечения поперечной прочности корпуса).

Поперечный набор

Его составляют шпангоутные рамки, состоящие (на остроскулых судах) из днищевых ветвей — флоров (флортимберсов), бортовых ветвей — шпангоутов (топтимберсов) и бимсов.

Эти детали шпангоутной рамки соединяются между собой килевыми, скуловыми и бимсовыми кницами или крепежом. На круглоскулых судах флор и шпангоут или представляют собой единую связь, идущую от киля до привального бруса, или делаются составными. Конструктивный тип элементов шпангоутных рамок определяется не только обводами корпуса, но и размерами судна.

Натесные шпангоуты остроскулых судов длиной до 4 м выполняются обычно из сосны и имеют незначительную разницу в размерах днищевой и бортовой ветвей (см. табл. 7). На судах длиной не более 3 м в узлах соединений ветвей шпангоутной рамки можно допустить применение бескничных соединений — внакрой без врезки или с врезкой вполдерева. На судах длиной более 5 м с целью некоторой экономии массы корпуса рекомендуется принимать переменное сечение этих ветвей шпангоутной рамки, выдерживая требующиеся размеры у килевой кницы — для флора, и у верхней кромки скуловой кницы — для шпангоута; у противоположных концов этих деталей их высота может быть уменьшена на 12-15 %.

Натесные футоксовые шпангоуты (рис. 23, а) применяют на круглоскулых судах длиной 15 м и более. Их набирают из футоксов — криволинейных брусьев соответствующей формы, поставленных в два слоя с разогнанными стыками. Торцы футоксов срезают углом, в образовавшиеся полости ставят чаки.

Между собой футоксы скрепляют болтами и нагелями, а с чаками-болтами.

Натесные клееные шпангоуты (рис. 23, б) изготовляют аналогично футоксовым, но число слоев у них может достигать 6-8. Стыки досок при этом равномерно разгоняют. Доски, кромкам которых придана соответствующая криволинейная форма, а концы точно сторцованы, склеивают по пласти и в торцах.

Гнутые сплошные шпангоуты (рис. 23, в) при сравнительно небольших размерах поперечного сечения обеспечивают большие прочность и жесткость, чем натесные. Для изготовления этих шпангоутов может применяться только высококачественный пиломатериал (дуб), поскольку при наличии дефектов (сучков, косослоя, свилеватости) сложно осуществлять гибку шпангоутов даже при тщательном распаривании.

Гнутые клееные шпангоуты выполняются многослойными (рис. 23, г). При изготовлении шпангоута доски изгибают в соответствии с его обводом. Число досок принимается в зависимости от высоты профиля шпангоута и кривизны его обводов. Толщина досок при этом должна назначаться в соответствии с приведенными требованиями (см. табл. 10).

Составные шпангоуты делаются из трех частей — двух бортовых и одной днищевой. Между собой ветви соединяются с помощью крепежа или крепежа и клея; соединения выполняются внакрой (рис. 23, д) или в замок (рис. 23, е). Такие шпангоуты целесообразно делать из заготовок, имеющих соответствующую криволинейную форму, или из кокорного лесоматериала. Если обеспечить необходимую прочность в соединениях ветвей, шпангоуты при незначительной массе будут иметь большую прочность.

Читайте также: Сопротивление движению малого судна

Флоры — днищевые ветви шпангоутов (флортимберсы) — в зависимости от размеров судна и характера обводов днища выполняют натесными, выпиливая из доски, или гнуто-клееными. Их конструкция и технология изготовления аналогичны рассмотренным для соответствующих шпангоутов.

Бимсы на малых судах имеют прямоугольное сечение; они изготовляются путем выпиливания из доски, ширина которой задается с учетом погиби бимса (если она предусмотрена). На более крупных судах бимсы, как и криволинейные шпангоуты, целесообразнее делать клееными. Для упрощения процесса их изготовления следует сначала выклеить широкий криволинейный брус, а затем распилить его на части толщиной, соответствующей бимсу. Размеры рассмотренных связей поперечного набора указаны в табл. 7 и 8.

Усиленный поперечный набор

На деревянных быстроходных судах значительных размерений для усиления днищевого и бортового набора в районе моторного отделения, топливного отсека, а иногда и в носовой оконечности применяют усиленные флоры и рамные шпангоуты.

Усиленные флоры имеют закрытое коробчатое сечение и состоят из верхнего и нижнего брусков, вклеенных между двумя стенками из бакелизированной фанеры. Верхнему бруску придают форму, удобную для крепления механизмов, цистерн или других деталей оборудования. На рис. 24 изображен флор с верхним бруском, которому придана форма, соответствующая форме дна топливных баков. Нижним бруском является днищевая ветвь шпангоута.

Рамные шпангоуты применяются, если необходимо усилить не только днищевой, но и бортовой набор. Нащечины флора — наружные листы из фанеры – выводят вверх по бортовой ветви шпангоута, как показано на рис. 24. Это позволяет увеличить прочность шпангоутной рамки, так как флор и рамный шпангоут образуют поперечную связь набора, обладающую большой прочностью. Конструктивно рамный шпангоут выполняют (как и флор) из фанерных стенок и бруска по свободной их кромке и ветви шпангоута.

Рациональное использование древесины в клееных связях поперечного набора

Прочность деталей набора из цельной древесины, работающих на изгиб и растяжение, существенно уменьшается при наличии в них свилеватости, косослоя, сучков. Клееные элементы набора, например флоры, этого недостатка не имеют, поскольку выклеиваются из большого числа тонких досок, расположенных параллельно линии обвода.

Применение склеивания при изготовлении криволинейных элементов набора создает возможность рационально использовать древесину различной прочности. Для увеличения прочности флора, шпангоута, бимса у свободной кромки или для обеспечения большей держащей силы шурупов у кромки, прилегающей к обшивке или настилу палубы, ставят по 3-4 слоя досок из дуба, а в середине высоты детали у ее нейтральной оси — из сосны (рис. 25, а). Учитывая высокую стоимость дуба, можно ограничиться установкой его только у кромки, прилегающей к обшивке (рис. 25, б).

В случае возможности использования разнообразных пород древесины может оказаться целесообразным следующий вариант:

• по свободной кромке поставлен прочный материал (дуб, красное дерево);
• слои, прилегающие к обшивке, выклеены из грибостойкой и слабонамокающей древесины — ясеня, дуба, лиственницы;
• в районе нейтральной оси поставлена древесина, имеющая малую прочность на растяжение и незначительную массу, — сосна, сибирский кедр (рис. 25, в).

Такое комбинированное использование древесины с различными физико-механическими качествами себя оправдывает и не приводит к существенному увеличению стоимости клееных конструкций; так, например, может выклеиваться не один шпангоут или иная криволинейная деталь, а сразу несколько — широкий криволинейный брус, который затем разрезается на несколько заготовок для соответствующих деталей.

Конструирование клееных связей поперечного и продольного набора

Детали набора выклеивают:

• на пласть из досок одинаковой ширины (рис. 26, а);
• на пласть и кромку из широких и узких досок (рис. 26, б);
• на пласть с наклейкой фанерных накладок на наружные кромки досок пакета (рис. 26, в);
• из досок, склеенных по кромкам (рис. 26, г).

Детали коробчатого профиля изготовляют из склеенных на кромку (рис. 26, д) или на пласть (рис. 26, е) досок либо из отдельных брусков с обклейкой их фанерой (рис. 26, ж).

Число слоев досок в слойчатой клееной детали обусловливается в основном размерами ее поперечного сечения, так как максимально допустимая толщина досок, применяемых при склеивании судовых деталей в современных технологических условиях, не превышает 40-50 мм. Соединение досок по длине в слойчатых деталях, работающих на растяжение, рекомендуется выполнять “на ус”, а не в торец.

В слойчатых деталях набора расстояние между концами усовых соединений в смежных слоях должно быть не менее длины усового соединения l плюс 50 мм (рис. 27, а). Данное расстояние может быть уменьшено до 100 мм, но при этом следует принять обратное направление усовых соединений. Совпадение стыков в одном сечении детали допускается не менее чем через два слоя (рис. 27, б). При склеивании досок в детали не только по длине и толщине, но и по ширине соединения по кромкам должны быть разогнаны так, чтобы расстояние между ними было не менее 25 мм (рис. 27, в).

Слойчатые детали следует конструировать таким образом, чтобы без ущерба для их прочности низкосортные материалы были использованы в менее нагруженных участках клееных деталей.

Для обеспечения высокого качества клееных деталей судового набора у смежных досок, соприкасающихся пластями, рекомендуется применять такое расположение годовых слоев, при котором заболонь склеивается с заболонью, а ядро с ядром (рис. 27, г, д).

В случае применения досок тангенциальной распиловки минимальный угол между направлениями годовых колец (см. рис. 27, г) должен быть более 15°, а при использовании досок радиальной распиловки он может колебаться от 15 до 75° (см. рис. 27, д). Слойчатые клееные детали, имеющие значительную кривизну, например форштевни, шпангоуты, после снятия их с пресса несколько распрямляются вследствие упругих свойств древесины и, следовательно, изменяют приданную им форму (рис. 28, а).

Поэтому радиус рабочей поверхности основания пресса R₀ следует сделать меньшим, чем радиус детали R_д, и определять его по опытным данным или по формуле:

$R_0=R_{\mathrm{д}}(1–\Sigma I_1/I),$

где:

• $\Sigma I_1$

  — сумма моментов инерции сечений отдельных досок детали, входящих в ее поперечное сечение;

• I — момент инерции сечения целой детали после склеивания.

Вместо подсчета R₀ по приведенной формуле его можно определить по номограмме (рис. 28, б) или по табл. 9. В случае, когда доска не будет гнуться по принятому радиусу основания пресса, необходимо увеличить число досок в пакете, уменьшив соответственно их толщину.

Переборки малых судов делаются однослойными. Толщину их полотна принимают равной 0,20-0,25 толщины шпангоута. Шпангоутная рамка (флор, шпангоуты, бимс), стоящая в плоскости переборки и служащая её обвязкой, имеет кницы только с одной стороны; с другой стороны на нее ставится полотно переборки, которое целесообразно подкреплять двумя-тремя стойками (рис. 29) или одним-двумя горизонтальными ребрами-шельфами. На малых судах концы стоек достаточно довести до флора и бимса (рис. 29, а) или же затем нарезать эти связи на брусья обвязки переборки; в обоих случаях применяется крепеж. На судах средних размерений стойки закрепляют у шпангоута и у бимса накладными кницами (рис. 29, б). На судах значительных размерений стойки следует ставить в плоскости днищевого стрингера и карлингса; в этом случае стойка крепится кницами, наложенными на стойку и продольные связи.

Транцы имеют конструкцию (рис. 30) аналогичную конструкции переборок. Они состоят из шпангоутной рамки-обвязки и полотна. Бруски обвязки имеют толщину 25-30 мм — большую, чем толщина шпангоутов, полотно из фанеры — толщину 6-8 мм для судов с подвесными моторами (мотолодок), равную толщине обшивки или 4-5 мм (что больше), — для судов со стационарными двигателями.

Все связи продольного набора корпуса должны быть надежно перевязаны с транцем:

• киль – мощной сварной кницей (старн-кницей), выполненной из легкого сплава или из стали;
• продольные рейки днища и палубы врезаются в брусья обвязки и закрепляются крепежом;
• скуловые и внутренние привальные брусья присоединяются к обвязке коротышами-угольниками размерами около 50 × 50 × 3 мм;
• эти брусья можно закрепить и горизонтальными кницами-брештуками.

На сравнительно небольших судах стойки транца должны быть перевязаны с его обвязкой накладными кницами из фанеры толщиной 6-8 мм (рис. 30, д). Днищевые стрингеры и карлингсы крепят к стойкам транца кницами из фанеры толщиной 4-6 мм (рис. 30, б).

На небольших мотолодках конструкция транца может быть упрощена (рис. 30, в) — в ДП он усиливается широкой стойкой, соединенной с килем старн-кницей. По привальным брусьям могут быть поставлены брештуки.

На судах с подвесным мотором транцы часто усиливают мощной связью — доской, идущей от борта до борта на уровне струбцины мотора. При наличии мощного мотора в корме часто создают нишу-рецесс, которая также увеличивает прочность и жесткость транца. На байдарках и очень малых лодках транец может не иметь обвязки (рис. 30, г); его изготавливают из доски толщиной около 20 мм, к которой крепят обшивку и настил палубы. После завершения работ по корпусу необходимо по периметру транца поставить оковку из латуни или стали в виде угольника размерами около 30 × 30 × 1,5 мм.

Форштевни — их конструкция определяется в основном размерами и характером обводов судна. На небольших лодках или байдарках его делают из бруска (рис. 31, а, б), который нарезают на киль и крепят к нему на клею и гвоздях или шурупах. Форштевни, имеющие плавный дугообразный изгиб, выклеивают из листов фанеры (рис. 31, в) либо применяют кривослойное дерево — кокору (рис. 31, г). Составной форштевень повышенной прочности может быть изготовлен с помощью применения носовой кницы — кнопа, имеющего криволинейную внутреннюю поверхность (рис. 31, д) либо прямолинейную — для упрощения конструкции (рис. 31, е). Деревянный кноп иногда заменяют металлическим (рис, 31, ж).

Кноп к форштевню и брусу киля крепится болтами. Для сравнительно крупных лодок и катеров, строящихся серийно, целесообразно изготовлять гнуто-клееные форштевни из тонких реек (рис. 31, з). В связи с тем, что радиус кривизны форштевня, как правило, небольшой, толщина реек должна быть равна 4-7 мм (табл. 10); ширину заготовок следует брать на 4-6 мм больше ширины штевня после окончательной его обработки. Трудоемкость изготовления клееных форштевней при серийном производстве ниже, а прочность значительно выше натесных — собранных с использованием болтов и коксов.

Суда с полными обводами и плоским (рис. 32, а) или поднимающимся в носу (рис. 32, б) днищем могут иметь форштевень более простой конструкции — выполненный из досок (рис. 32, в).

Ширина наружной доски (фальшивый нос) задается с учетом двух толщин обшивки, наружная ее поверхность скруглена. Внутренняя доска имеет в поперечном сечении трапециевидную форму. Эти доски, соединенные крепежом или клеем, образуют форштевень со шпунтом.

Натесной форштевень с накладками изготовляется из нижней и верхней досок (рис. 32, г), которым придается криволинейная форма в соответствии с обводом форштевня. В углу сопряжения досок ставится небольшой кноп. С боков на доски и кноп приклеиваются накладки (щеки), вырезанные из водостойкой фанеры толщиной 4-6 мм. Форштевень такой конструкции целесообразно соединять с набором корпуса путем нарезания на шпангоут и на киль, выполненный из доски; крепление осуществляется вертикальными болтами.

Для надежного крепления обшивки к форштевню делают шпунт; его ширина (рис. 32, д) должна быть не менее 4-5 толщин обшивки из фанеры и не менее 2 толщин обшивки из досок. Шпунт может быть заменен скошенными передними кромками форштевня (рис. 32, е). Для защиты кромок обшивки и форштевня ставится на шурупах металлический профиль или деревянный брусок (накладка) — водорез. Примерные размеры поперечного сечения форштевня, мм: мотолодки длиной 3,5-4,5 м — 40 × (40 ÷ 50), катера длиной 5-6 м — 50 × (50 ÷ 60). Размеры заготовки для форштевня в поперечном ее сечении для малых судов и байдарок несложно задать по чертежу, сообразуясь с характером обводов судна.

Ахтерштевни, дейдвуды — на малых деревянных судах с транцем ахтерштевни, как правило, отсутствуют. Более крупные деревянные суда обычно имеют сложные обводы кормы и кормового подзора; ахтерштевням таких судов приходится придавать сложную форму (рис. 33, а).

На рис. 33, б показан клееный дейдвуд моторного судна средних размерений (L = 10 ÷ 15 м); пунктиром изображено отверстие для дейдвудной трубы. Дейдвуды такой конструкции можно выклеивать из досок толщиной 20-30 мм. Дейдвуды более крупных деревянных судов (L = 12 ÷ 18 м) могут быть набраны из брусьев, скрепленных болтами и гвоздями (рис. 33, в). У судов, имеющих в корме особо сложные обводы — заостренные ватерлинии в подводной части корпуса, а в надводной — близкие к обводам с крейсерской кормой, приходится вводить в корпус ахтерштевень с транцем (рис. 33, г); кноп в этой конструкции может быть деревянный или металлический.

Обшивка. Настил палубы

Обшивка деревянных судов может быть изготовлена из досок, реек, фанеры или шпона.

Дощатая обшивка устанавливается:

• вгладь;
• вгладь на пазовых рейках;
• кромка на кромку (клинкер, внакрой);
• может быть двух- или трехслойной — диагонально-продольной и комбинированной.

Обшивка вгладь из реек показана на рис. 34, а. Сечение реек примерно 10 ÷ 20 × 20 ÷ 35 мм (при такой ширине они почти не коробятся), длина желательна на всю длину корпуса. Короткие рейки стыкуют по возможности на шпангоутах. Ставятся рейки от ДП к скуле симметрично на оба борта и крепятся на клею и крепежом: шурупами — к набору и гвоздями или шурупами — к ранее поставленным рейкам (рис. 34, б). Гвозди забивают в устанавливаемую рейку со стороны ее свободной кромки. Шаг для гвоздей 150-200 мм, длина их должна быть такой, чтобы они входили в уже поставленную рейку не менее чем на 15-25 мм.

Кривизна шпангоутов может быть значительной, в таком случае рейки плотно одна на другую не лягут — между ними могут образоваться щели. Для обеспечения ровного прилегания реек необходимо снять малку (рис. 34, в) или воспользоваться одним из способов обшивки рейками, не требующими снятия малки. При “шведском” методе кромки реек прострагивают (фрезеруют) по радиусу — при установке рейки на корпусе выпуклость верхней рейки входит в вогнутость нижней (рис. 34, г). Второй способ основан на использовании заполнителя на клее, вводимого в щели между кромками реек (рис. 34, д).

Лучшим заполнителем, имеющим малую массу и хорошую адгезию, являются микросферы — полные сферические гранулы диаметром менее 1 мм. Их можно заменить древесной мукой или мелкими опилками, однако эти заполнители приводят к понижению прочности соединения. К шпангоутам и продольному набору рейки крепят шурупами либо гвоздями, утапливая их шляпки на 1,5-2,5 мм, чтобы они не мешали строжке. Обшивку прострагивают вдоль реек или под некоторым углом так, чтобы было меньше задиров.

У достаточно широких реек по внутренней их стороне должны быть предусмотрены пазы — для предотвращения коробления при набухании обшивки. Обшивка из реек на парусных яхтах длиной 7-10 м имеет толщину 16-20 мм в средней части судна, в оконечностях она может быть уменьшена на 3 мм. Для крепления обшивки яхт применяют водостойкий клей или смолы типа ЭД-20 и ПО-ЗОО и красномедные заклепки.

Обшивка вгладь из досок показана на рис. 35, а.

Размеры досок:

• толщина 10-20 мм, ширина 40-100 мм, длина — на всю длину корпуса;
• при необходимости доски склеивают по длине “на ус” или соединяют с помощью накладок, минимальная толщина обшивки вгладь под конопатку – 18-15 мм;
• если сделать обшивку тоньше, конопатка не будет держаться в пазах;
• при склеивании по пазам толщина досок может быть существенно уменьшена, а следовательно, и снижена масса корпуса.

Доски обшивки крепят к натесным шпангоутам шурупами диаметром 3,5-4,0 мм, длиной не менее 2,25 толщины обшивки. К гнутым шпангоутам обшивку прикрепляют красномедными заклепками. Необходима тщательная подгонка досок к шпангоутам, продольным связям и по пазам (одной доски к другой). Работа усложняется тем, что доски имеют криволинейные кромки. Короткие доски, не перекрывающие всей длины корпуса, склеивают заранее, применяя усовое соединение, или сращивают непосредственно на стапеле с помощью накладки.

Предлагается к прочтению: Вычисление маневренности маломерного судна на криволинейной траектории

У корпусов с гнутыми шпангоутами и небольшой шпацией (200-300 мм) накладка имеет длину, равную расстоянию между шпангоутами, толщину — на 5-10 мм большую, чем толщина досок обшивки. Стыки соседних поясов следует разносить так, чтобы расстояние между ними было не менее 1,5 м.

Обшивка вгладь из досок имеет существенный недостаток: доски шириной 50-60 мм и более весьма сильно коробятся.

Обшивка внакрой (кромка на кромку) изображена на рис. 35, б. Для лучшего прилегания друг к другу доски делают со скошенными кромками.

В носу выполняют клиновые срезы (рис. 35, в), чтобы обеспечить расположение досок вгладь. При подходе к транцу поверхность обшивки также должна быть ровной (рис. 35, г). При обшивке внакрой можно использовать доски на 15-20 % меньшей толщины, чем при установке их вгладь, либо увеличить шпацию поперечного набора. Доски обшивки сшивают по их перекрою медными или алюминиевыми заклепками диаметром 2-3 мм, допустимый шаг заклепок 100 мм, наружный диаметр шайб 8-10 мм. К шпангоутам доски крепятся шурупами или заклепками. Для обеспечения водонепроницаемости обшивки по пазам между досками прокладывают ленту из стеклосетки, картона, парусины, пропитанную эпоксидным или другим водостойким клеем. Обшивка вгладь и внакрой требует особо тщательного ухода в процессе эксплуатации судна — необходимо своевременно производить ошкрабку, конопачение, шпаклевание, грунтовку, окраску.

Обшивка на пазовых рейках (рис. 36) применяется в основном на остроскулых судах и делается из досок сечением 10 ÷ 15 × 40 ÷ 60 мм.

Толщину пазовых реек из сосны принимают равной толщине досок обшивки, из дуба — 0,8 толщины обшивки. Пазовые рейки обеспечивают герметизацию пазов и перевязывают смежные поясья обшивки между собой. Конструкция обшивки на пазовых рейках имеет ряд разновидностей. Пазовые рейки ставят на шпангоуты не врезая (рис. 36, а). В этом случае наружный обвод конструктивных шпангоутов (шпангоутных рамок) размечают с отступлением от теоретической линии на размер, равный толщинам обшивки и пазовой рейки. Необходимо учесть недостаток этой конструкции — при намокании доски могут сильно коробиться, поскольку не прилегают к шпангоутам. При варианте с пазовыми рейками, врезанными в шпангоуты (рис 36, б), для уменьшения концентрации напряжений во флоре и упрощения постановки реек вырез в шпангоуте делается на 10-15 мм больше их ширины (рис. 36, в).

Доски обшивки опираются на шпангоуты, они присоединяются крепежом к рейкам (рис. 36, г) и шпангоутам. Наиболее простой способ — делать пазовые рейки разрезными на шпангоутах и ставить после установки досок обшивки. При этом, однако, уменьшается продольная прочность корпуса и в районе шпангоута может образоваться трудноустранимая течь. Доски обшивки соединяют с пазовыми рейками заклепками или гвоздями диаметром 1,5-3 мм, поставленными в загиб с шагом 60-70 мм (рис. 36, в).

Обшивка из фанеры (рис. 37, а) — самый простой вариант обшивки. Однако необходимо учитывать, что фанеру нельзя изгибать одновременно в двух плоскостях. Обводы лодок в этом случае должны разворачиваться на плоскость, поэтому построение теоретического чертежа судна с такими обводами имеет ряд особенностей (см. статью Глиссирующие суда в малотоннажном судостроении“Глиссирующие суда – основные понятия и проектирование”). Обшивать фанерой круглоскулые суда не удается. Вогнутые или спрямленные очертания шпангоутов остроскулых судов приходится заменять слегка выпуклыми. На такие шпангоуты листы фанеры ложатся достаточно хорошо.

Листы обшивки склеивают “на ус” с шириной перекроя не менее 15 толщин обшивки. Хорошее усовое соединение получится только при тщательной подгонке и обработке склеиваемых поверхностей. Можно соединять листы обшивки и на стыковой планке, применив для запрессовки заклепки или шурупы. В качестве материала для обшивки обычно используют водостойкую фанеру толщиной 3-10 мм (с градацией 3, 4, 5, 6, 8 и 10 мм) марок БС-1 или ФСФ (размеры листов 1 525 × 1 525 мм) и бакелизированную фанеру толщиной 5 и 7 мм (размеры листов 1 200 × 4 850, 1 200 × 5 600 мм).

Листы обшивки ставят на мастику, лак 6с (хуже на густотертую краску) и крепят к набору шурупами, гвоздями, винтами. На быстроходных судах в связи с действием динамических нагрузок большой интенсивности не рекомендуется ставить шурупы по продольным рейкам и скуловому брусу (особенно в носовой оконечности), лучше использовать заклепки.

Защита торцов листов от влаги и обеспечение водонепроницаемости в местах соединения листов по стыкам или пазам, по килевому, скуловому и привальному брусьям, по переборкам обеспечивается путем прокрашивания — пропитки несколько раз лаком 6с или покрытием эпоксидной либо полиэфирной смолой. Места присоединения листов обшивки к килю, скуловым и привальным брусьям следует также оклеить стеклотканью либо парусиной на клее, смоле или лаке. Малопрочные ткани (марля, бязь) употреблять не следует — они рвутся.

Технология постройки судна с фанерной обшивкой намного упрощается, если применить сшивную конструкцию корпуса (см. рис. 16, г). В этом случае все листы обшивки размечают и обрезают по кромкам точно в чистый размер (рис. 37, б). Соединение листов между собой проволочными скрепками начинают с днищевых листов, к ним пришивают кормовой и носовой транцы, затем бортовые листы. После этого сшитые листы раздвигают поперечными распорками до нужной ширины (рис. 37, в), подтягивают скрепки и оклеивают все соединения лентами стеклоткани на эпоксидном клее.

При использовании для обшивки бакелизированной фанеры с ее поверхности должен быть удален слой лака. Это позволит улучшить адгезию краски, смолы, клея к фанере. Удалить лак можно с помощью абразивного круга или путем нагревания поверхности фанеры паяльной лампой и соскабливанием его скребками.

В случае когда, судно имеет такие обводы, при которых применение фанеры для обшивки в том или ином районе корпуса невозможно, но весь остальной корпус целесообразно обшивать фанерой, обшивку делают комбинированной, выполняя ее в районе со сложными обводами из реек или досок. Некоторые трудности возникают при соединении между собой досок и фанеры. Наиболее просто соединить их в шпунт (рис. 37, г). Для большей надежности соединения в некоторых случаях увеличивают ширину шпангоута, на котором стыкуют обшивку.

Двойная диагональная, продольно-диагональная и многослойная обшивки (рис. 38) применяются на судах длиной 7-8 м и более. Диагональная обшивка выполняется из двух-трех слоев сосновых досок сечением 6 ÷ 10 × 60 ÷ 100 мм. Доски внутреннего слоя устанавливаются с зазором 0,5-1,0 мм под углом 45-60° к ДП и закрепляются на киле, шпангоутах, скуловом брусе, форштевне (транце) гвоздями, шляпки которых должны быть утоплены в древесину на 1,0-1,5 мм. На наружную поверхность досок первого слоя после их прострожки наносят слой связующего на эпоксидной основе или лака 6с (6т); менее желательно использовать для этой цели густотертую масляную краску. После нанесения покрытия на него укладывают стеклоткань или мешковину (миткаль), также пропитанную связующим. Перпендикулярно к первому слою ставится наружный слой досок (рис. 38, а); общая толщина двухслойной обшивки составляет 12-14 мм и более. Если требуется, ставят третий слой.

Доски наружного слоя могут быть расположены вдоль киля (рис. 38, 6). В местах пересечения досок разных слоев их соединяют между собой 4-5 заклейками. Многослойная обшивка имеет большую жесткость, и поэтому число продольных связей днища может быть существенно сокращено.

На Гидроаэродинамика парусного суднапарусных яхтах многослойная обшивка может иметь до четырех слоев (рис. 38, в). Первый (внутренний) слой обшивки делается из сосновых реек, поставленных на клей; толщина реек 6-10 мм. На него под углом 45-60° к ДП наклеивают два слоя полос из фанеры толщиной 3 мм. Полосы запрессовывают к первому слою гвоздями “на мухах”. Наружный слой обшивки может быть выполнен из авиафанеры толщиной 3 мм или корпус оклеивается стеклотканью в несколько слоев общей толщиной 3 мм. Диагональное расположение полос фанеры увеличивает жесткость и прочность корпуса, его водонепроницаемость, а также стойкость к колебаниям температуры и влажности.

Обшивка из полос фанеры (многослойная) в последние годы получила широкое распространение, особенно в зарубежной практике. Она не имеет недостатков, характерных для обшивки, выполненной из листов фанеры. Полосы фанеры шириной около 100 мм нарезаются из листов и используются для изготовления обшивки аналогично вариантам многослойной обшивки из досок (см. рис. 38, а, б) или обшивке яхт (см. рис. 38, в). При применении полос из бакелизированной фанеры со склеиваемых поверхностей слой бакелита должен быть полностью удален.

Для усиления кормовой оконечности корпуса водометного катера длиной около 5-6 м может быть применена конструкция, показанная на рис. 38, г. Горизонтальный киль сечением 25 × 100 мм, в котором прорезано отверстие для водозаборника, подкреплен боковыми накладками толщиной 25 мм, приклеенными к днищу.

Обшивка из шпона (рис. 38, д) изготавливается так же просто, как и из полос фанеры. Она чаще всего применяется в конструкциях легких круглоскулых спортивных судов (академических, байдарок, каноэ, швертботов), а также на некоторых служебных и спасательных судах. Шпоновую обшивку выклеивают в виде скорлупы из полос шпона в три слоя и более. На байдарках и других самых малых судах поперечный набор обычно сведен до минимума; в ряде случаев шпангоуты представляют собой приклеиваемые по месту сравнительно узкие полосы из шпона или авиационной фанеры (см. рис. 38, д), что существенно усиливает весьма тонкую обшивку.

Обшивка более крупных швертботов (рис. 38, е), как правило, подкрепляется не поперечным набором, а такими связями и конструкциями, как швертовый колодец, продольные переборки, подсланевые продольные рейки и т. п. Иногда обшивку швертботов выполняют трехслойной — “Сандвичевой” конструкции: между наружными слоями из тонкой фанеры или шпона помещается средний слой из тонких реек (см. рис. 38, е).

Для обеспечения долговечности корпуса особое внимание необходимо обращать на заделку торцов досок: по килю их торцы защищаются шпунтом и клеем или густотертой краской, по скуле — клеем или краской и отбойным бруском. На киль, форштевень и привальные брусья следует поставить металлические полосы.

Настил палубы из фанеры (рис. 39) имеет гораздо меньшую массу, чем из досок; сделать его проще, легче обеспечить водонепроницаемость. Однако фанерный настил можно ставить при таких обводах надводной части корпуса, когда фанеру надо будет изгибать лишь в одном направлении.

Толщина листов фанеры принимается в зависимости от размеров судна — 3-5 мм. К бимсам фанерный настил крепят шурупами, а к привальному брусу для улучшения герметичности — на шурупах и водостойком клее. Листы фанеры следует соединять между собой на бимсах или поперечных переборках (выгородках) и карлингсах. У листов делается замок (см. рис. 39, сечение а-а) и ставится соединительная планка. К карлингсу листы крепятся шурупами, а с планкой соединяются заклепками (см. рис. 39, вид А).

Сопряжение фанерного настила палубы с фанерной обшивкой борта легко выполняется не только во внутреннем привальном брусе (рис. 40, а), но и на наружном привальном брусе, служащем одновременно буртиком (рис. 40, б), а также на ватервейсе (рис. 40, в).

На крупных судах (L = 16 м и более) часто поверх фанерного настила приклеивают тонкие тиковые или сосновые рейки. Такая конструкция имеет вид классической наборной палубы и в то же время менее чувствительна к воздействию солнца. Наиболее практична оклейка фанерных палуб стеклопластиком.

Настил палубы из реек выполняется аналогично реечной обшивке вгладь.

Дощатый настил палубы делают чаще из досок таких же размеров, как и для обшивки вгладь (см. рис. 35, а). Однако нужно учитывать, что более узкие доски меньше коробятся при переменном воздействии воздуха и воды. Доска ватервейса крепится к бимсам и верхней доске обшивки борта – ширстреку шурупами (рис. 41, а); доски настила соединяются между собой гвоздями и прикрепляются к бимсам. Крепление концов досок настила палубы удобнее производить с использованием бруса ватервейса, при этом доска врезается в ватервейс (рис. 41, б, сечение А-А). В ДП судна следует поставить более широкую доску — забойную; ее забивают последней, по возможности более плотно сжимая доски настила.

Толстый настил (более 20 мм) конопатят ватой или пенькой и шпаклюют пеком с мелом и шпаклевкой, приготовленной на водостойком клее. Дощатый настил малой толщины рекомендуется покрыть стеклотканью или парусиной на шпаклевке. При отсутствии комингсов целесообразно положить ткань от борта до борта, загнуть на кромку ватервейса и ширстрек и прижать буртиком (рис. 41, в). В районе комингса край ткани следует загнуть на комингс и прижать штапиком и фальшбортом (рис. 41, г) или загнуть на комингс и на борт, прижав штапиком и буртиком (рис. 41, д). В ряде случаев, независимо от конструкции настила палубы, приходится увеличивать ее ширину путем создания свеса (рис. 41, е, ж).

При этом настил палубы выходит наружу за обшивку борта и заканчивается на наружном привальном брусе. В этих конструктивных решениях лучше обеспечивается непроницаемость палубы по узлу ее перевязки с бортом.

Исправление дефектов

В процессе постройки корпуса судна, особенно при изготовлении наружной обшивки, настила палубы, а также деталей набора, возникают дефекты:

• сколы кромок листов и досок;
• трещины;
• выколы сучков и т. п.

Замена целых листов или досок в ряде случаев бывает невозможна или дорога, поэтому для восстановления прочностных характеристик деталей, а также их внешнего вида допускается прибегать к буксировке — исправлению дефектов шпаклевкой из эпоксидной смолы и опилок древесины или шпаклевкой, составленной из других компонентов.

Соединение деталей набора

В корпусе судна из древесины и фанеры особенно сложно и ответственно выполнение соединений деталей набора в узлах сопряжений перекрытий корпуса, а также в пересечениях поперечного и продольного набора. Объясняется это тем, что в указанных местах намного сложнее, чем в конструкциях из других материалов, обеспечить непрерывность связей. На проектирование и выполнение рассматриваемых узлов соединений необходимо обращать особое внимание.

Перевязка связей поперечного и продольного набора

Чтобы не допускать ослабления связей в местах пересечения, их делают различной высоты, например высокие флоры, шпангоуты и бимсы (см. рис. 16) и низкие продольные связи — стрингеры, пазовые рейки, идущие по днищу, борту и палубе. Не менее важно устранение очагов концентрации напряжений в местах перевязки связей.

Нельзя допускать, например, надрезов во флоре, делая вырезы для продольных ребер (рис. 42, а), так как они могут привести к образованию трещин и вызвать разрушение конструкции. В нагруженных конструкциях указанные углы (у вырезов ребер) целесообразно скруглять (рис. 42, 6).

Перевязка продольных связей с переборками

На малых и средних судах для низких продольных связей в обвязке переборок обычно делаются прорези соответствующих размеров — такие же, как в шпангоутных рамках. При этом не должна нарушаться целостность обвязки переборки. На судах L > 8 м в случае размещения двигателя в среднем отсеке для его крепления обычно используют днищевые стрингеры (см. рис. 21), являющиеся фундаментными балками. Эти стрингеры должны проходить через переборку, отделяющую средний отсек от кормового. Для обеспечения их непрерывности применяют специальные крепления, выполненные с применением металлических угольников или накладных листов. Угольники ставят с обеих сторон переборки и стягивают сквозными болтами.

Для упрощения подгонки допускается применять заполнители и фанерные накладки (рис. 43, а). Приклеенные к брускам стрингера накладки и прокладки, поставленные на переборке в месте прохода стрингеров, значительно увеличивают прочность крепления, так как предохраняют стрингеры от раскалывания, принимая на себя нагрузку, и обеспечивают повышение сопротивляемости древесины на смятие у болтов.

Рассмотренное крепление стрингеров у переборок просто в выполнении, но не обеспечивает непрерывности стрингеров на переборках, поэтому чаще находит применение другой тип соединения. В переборке делают узкие вертикальные вырезы, в которые пропускают металлические листы, накладывающиеся с боков на стрингер (рис. 43, б). С одной стороны переборки к листам приваривают поперечные листы, образующие фланец. С противоположной стороны на переборку ставят фанерные накладки. Под металлический фланец и фанерные накладки кладут парусину на водостойкой мастике; их проклепывают заклепками или стягивают болтами, проходящими сквозь переборку.

Мастикой также заполняют вырезы в листах переборки, сквозь которые проходят металлические листы. Для упрощения подгонки стрингера между торцом стрингера и металлическим фланцем забивают клин из древесины или из фанеры.

Соединения деталей набора в скуловом узле

Скуловой узел соединения элементов корпуса является наиболее ответственным, особенно в открытых районах судна, например в отсеке с кокпитом. Тип соединения деталей в этом узле предопределяется принятой конструкцией днищевой и бортовой ветвей шпангоутов. При их изготовлении из целых или клееных брусков (рис. 44, а) наиболее простой вариант — соединение внакрой с креплением брусков между собой болтами, заклепками, гвоздями. Этот тип соединения, однако, не отличается большой прочностью и надежностью, даже если применить склеивание по поверхности соприкосновения брусков. Объясняется это тем, что клеевой шов будет работать на косой срез и отрыв, а площадь его мала.

Большая прочность обеспечивается, если бруски нарезать вполдерева и поставить одностороннюю кницу из фанеры или древеснослоистых пластиков (ДСП) (рис. 44, б). В этом варианте отсутствует механический крепеж, который лишь незначительно увеличивает прочность соединения, но может вызывать раскол соединяемых деталей при деформациях корпуса.

Соединение на двух кницах обеспечивает большую прочность. Оно может иметь различную конструкцию. Соединение на двух кницах с вклеенным между ними сухарем (рис. 44, в) выполняется следующим образом. Бортовая ветвь шпангоута доводится до верхней кромки днищевой обшивки или обе ветви срезаются косо (рис. 44, г); с обеих сторон на них наклеиваются кницы, между которыми вклеивается сухарь. После выклеивания всей шпангоутной рамки в ее углах у скулы, если требуется, делают срезы для прохода скуловых брусьев. Рассматриваемый узел получается монолитным, без пустот, что приводит к увеличению прочности и долговечности конструкции. Кроме того, в этом соединении болты, обеспечивающие соединение шпангоутных рамок со скуловыми брусьями, пропускаются через скуловой брус и сухарь.

Другой вариант (рис. 44, д) — между кницами по их кромкам вклеивается брусок. Этот тип конструкции несколько проще в изготовлении и имеет меньшую массу, чем предыдущий. Однако стяжной болт ставить нельзя, поэтому соединение шпангоутной рамки со скуловым брусом осуществляется с помощью коротыша-угольника, поставленного на шурупы по скуловой книце — бортовой ветви шпангоута — и по скуловому брусу.

Рекомендуется к прочтению: Водометные движители малотоннажных судов, устройство и чертежи

Аналогичный вариант конструкции скулового узла используется в случае применения рамных шпангоутов с целью усиления бортового набора. При этом обеспечиваются непрерывность шпангоутной рамки у скулового узла и усиленная перевязка бортового и днищевого набора, что требуется, например, в районе (отсеке) размещения топливных цистерн (см. рис. 24).

На малых судах вместо указанных коротышей-угольников целесообразно применять угольники, сделанные из листового материала и имеющие фигурные полки, позволяющие разнести шурупы по большей площади (см. рис. 44, д).

Соединение деталей набора в килевом узле

Килевой узел соединения связей днищевого набора на большей части типов судов должен быть сконструирован из расчета восприятия значительных нагрузок, возникающих в случаях посадки на мель, удара о грунт, плавания на волнении и пр.

Конструкция соединения связей набора в килевом узле обусловливается размерами судна, характером обводов, конструкцией киля. Чаще днищевые ветви шпангоутных рамок — флоры — соединяются между собой у киля с помощью книц, поставленных с обеих сторон днищевых ветвей шпангоутных рамок.

На судах небольших размерений (L = 3 ÷ 3,5 м) возможно использование простых вариантов конструкций, аналогичных скуловому узлу (см. рис. 44).

Если высота профиля днищевой ветви шпангоута h (рис. 45, а) не превышает 100 мм, килевые кницы имеют небольшие высоту и длину и приклеиваются к соединяемым ветвям днищевых шпангоутов с обеих сторон. Между кницами над верхними кромками ветвей шпангоутов вклеивается заполнитель. Нижние углы книц и днищевых шпангоутов срезаются, с тем чтобы создать водопроток у киля.

Если килевые кницы имеют значительные размеры, как по высоте, так и по длине, то в них необходимо сделать отверстия диаметром около 30 мм для вытекания избытков клея, нанесенного на ветви шпангоутов и на наклеиваемые кницы (рис. 45, б).

В рассматриваемом варианте килевого узла соединение килевого бруса со шпангоутной рамкой проще осуществлять стяжным болтом (см. рис. 45, а, б). Если киль расположен внутри корпуса (отсутствует фальшкиль), тогда соединение киля со шпангоутными рамками обеспечивается коротышом-угольником (рис. 45, в).

Размеры книц в зависимости от высоты профиля днищевой ветви шпангоута (флора) приведены для килевого узла на рис. 46, а, для скулового — на рис. 46, б.

При использовании гнутого поперечного набора и резен-киля клеевые соединения в таком узле обычно не применяют (см. рис. 23, д, е).

Соединения деталей набора в узле сопряжения палубы с бортом

Сопряжение между собой элементов палубного и бортового набора относится к ответственным и сильно нагруженным узлам. Конструкция этого узла в основном определяется размерами и назначением судна.

На очень малых судах возможно осуществить крепление продольных связей с верхним концом шпангоута шурупами (рис. 47, а) или фигурным угольником (рис. 47, б). На судах средних и больших размерений бимс и шпангоут соединяются кницами, наклеенными с двух сторон, между ними вклеивается заполнитель (рис. 48, а) или брусок (рис. 48, б). Детали конструкции этого узла аналогичны деталям скулового узла.

В том случае, когда шпангоут и бимс имеют значительные пролеты, требуется усиление перевязки соединяемых деталей в рассматриваемом узле. Это достигается введением в конструкцию кроме бимсовой кницы несколько уменьшенных размеров подкоса (рис. 48, в), например из бакелизированной фанеры. По его кромкам приклеиваются бруски, чем создается пустотелая связь, обладающая хорошей устойчивостью и большой прочностью.

Концы холостых бимсов (в плоскости которых нет шпангоутов) крепят к борту специально установленными “висячими” полушпангоутами (рис. 49, а) или металлическими кницами (рис. 49, б) либо просто нарезают на внутренний привальный брус, если он есть.

Перевязка фундамента со связями набора и конструкция фундамента

Фундамент для катера обычно выполняют из двух балок, надежно перевязанных с поперечными переборками и набором корпуса. Балки фундамента лучше изготовлять из бакелизированной или авиационной фанеры толщиной 6-10 мм; по верхней кромке балок ставится металлический угольник, к которому привариваются или наклепываются планки, служащие опорными площадками для двигателя. С противоположной стороны стенки балки для увеличения ее прочности приклепывается полоса или угольник.

Для более простой и надежной перевязки фундаментной балки с днищевыми ветвями шпангоутов в ее стенке делаются вырезы, размеры и форма которых должны соответствовать поперечному сечению ветви (рис. 50). Балка, имеющая длину, равную расстоянию от переборки до транца или между переборками, ставится на поперечные связи. Перевязка балки с этими связями осуществляется путем постановки с двух сторон вертикальных угольников. Полки угольников, расположенные в поперечных вертикальных плоскостях, проклепываются заклепками или стягиваются болтами, пропущенными через днищевую ветвь шпангоута, а другие полки угольников приклепываются к стенке балки. По нижней кромке балки прикрепляются болтами или заклепками бруски, длина которых подогнана по месту; обшивка днища крепится к брускам шурупами, поставленными снаружи корпуса.

На рис. 50 приведена конструкция фундамента, предназначенного для установки стационарного двигателя мощностью до 88,3 кВт (120 л. с.), массой около 350 кг. Двигатель крепится к опорным площадкам толщиной 5 мм, приваренным к угольнику размерами 50 × 50 × 5 мм. С целью уменьшения вибрационных нагрузок, передаваемых фундаментом на набор и обшивку, а также для более простого размещения двигателя по высоте между его лапами и опорной площадкой следует поставить прокладки-амортизаторы из пластика или твердой древесины.

Читайте также: Суда с механическим двигателем

Для крепления углового реверс-редуктора балка имеет подъем к носовой переборке моторного отсека. К транцу и поперечной переборке фундаментную балку следует крепить кницами и коротышами-угольниками.

Фундамент под стационарный двигатель имеет большое количество металлических деталей; с целью снижения массы катера их следует делать из легких сплавов. Соединение киля с транцем должно быть прочным и надежным — особенно у судов с подвесными моторами. Оно осуществляется с использованием мощной кницы — старн-кницы или кнопа.

При сравнительно плоском днище и значительной полноте обвода транца старн-кница ставится на брус киля и на нижний брус обвязки транца (рис. 51, а). В случае острых обводов в корме, при которых обшивка транца плавно переходит в широкую его стойку, в рассматриваемом соединении применяется металлическая кница (рис. 51, б).

С целью более свободного разноса вертикальных болтов крепления по ширине киля старн-кницу целесообразно ставить на деревянную подкладку — подушку; в варианте конструкции с кнопом (рис. 51, в) — подушка не поставлена.

Конструкции корпуса судов из древесины и фанеры

Среди малых судов любительской постройки наиболее массовыми являются суда из древесины и фанеры; их конструкция весьма разнообразна. При разработке конструкций корпуса судов применены оригинальные решения. В качестве примеров рассмотрены корпуса гребных и моторных лодок и других судов различных назначений.

Каютная мотолодка — “Арго-73”

Каютная мотолодка “Арго-73” описана в табл. 9, поз. 29. Поперечный набор корпуса (рис. 52) состоит из шести шпангоутных рамок, две из которых правильнее отнести к полупереборкам. При этом обеспечена поперечная прочность корпуса при бескничной конструкции в скуловом и палубном узлах. Последнее обстоятельство позволило наиболее эффективно использовать внутренний объем катера.

На полотне полупереборки, размещенной на четвертом шпангоуте, для удобства сборки корпуса днищевой брусок ее обвязки расположен в нос, а бортовой — в корму. Для усиления килевого узла поставлена килевая кница из фанеры δ = 5 мм. Жесткость полотна полупереборки обеспечивается горизонтальными брусками сечением 20 × 30 мм: нижний служит опорным бруском пайола, а верхний — для крепления оборудования.

Шпангоутная рамка на 3-м шп. с целью упрощения конструкции и отказа от книц больших размеров по днищу имеет флор, выполненный из брусков толщиной 20 мм; высота его в ДП 260 мм.

Чтобы при наличии глубокого выреза для подвесного мотора обеспечить транцу достаточные прочность и жесткость, предусмотрены обвязка из брусков сечением 30 × 60 мм с горизонтальным брусом такого же сечения на середине высоты кницы из фанеры δ = 5 мм по килевому, скуловому и палубному узлам и накладки (фанера δ = 5 мм) по горизонтальному бруску. Все бруски по транцу, поперечные связи шпангоутных рамок и бруски креплений следует делать из сосны 1-го сорта. Продольные связи набора также изготовлены из сосновых брусков и реек.

Автор этого проекта применил при постройке катера простой и оригинальный вариант сборки корпуса — бортовые ветви шпангоутных рамок делаются несколько большей длины и их концы соединяются бруском — шергень-планкой. Такие шпангоутные рамки удобно ставить на простом стапеле: они оказываются расположенными на высоте, необходимой для работы по сборке корпуса в положении вверх килем.

Лодка типа джонбота

Лодка типа джонбота описана в табл. 9, поз. 16. Обводы лодки позволяют максимально упростить конструкцию корпуса, который имеет четыре шпангоута; из них 2, 3 и 4-й совершенно одинаковы.

Днищевые и бортовые ветви шпангоутных рамок (рис. 53) из брусков 20 × 50 мм перевязаны между собой в скуловом узле двусторонними кницами из фанеры δ = 4 мм.

Кормовой транец из фанеры δ = 6 ÷ 8 мм в верхней части усилен для установки подвесного мотора фанерой сечением 20 × 150 мм. По верхней части бортовых ветвей обвязки транца поставлены кницы из фанеры δ = 4 ÷ 6 мм. В ДП по обшивке транца сделана накладка из фанеры сечением 20 × 150 мм. Днищевая и бортовые ветви обвязки транца перевязаны в скуловом узле кницами из фанеры δ = 4 мм.

Носовой транец конструктивно аналогичен кормовому с той разницей, что по верхней кромке его обшивки поставлен бимс из сосны сечением 20 × 75 мм, а в ДП — стойка, также из соснового бруска, 20 × 30 мм.

Продольный набор по днищу состоит из скуловых стрингеров (сосна, 30 × 35 мм), трех фальшкилей (сосна, 30 × 30 мм), приклеенных к днищевой обшивке снаружи; по внутренней поверхности бортовой обшивки идет бортовой стрингер (сосна, 20 × 30 мм) и снаружи — наружный привальный брус (сосна, 15 × 30 мм). Для усиления верхнего пояска эквивалентного бруса корпуса у внутренней кромки бортовых шпангоутов врезаны две рейки — внутренний привальный брус и подлегарс (сосна, 15 × 30 и 15 × 20 мм).

Обшивка днища и борта, а также планширь выполнены из фанеры (авиационной водостойкой) толщиной на днище — 6, бортах — 4-6, планшире — 6 мм.

Лодка может быть построена с применением в качестве набора штампованных профилей или цельнометаллической. В последнем случае для обеспечения непотопляемости должны быть предусмотрены блоки плавучести под банками (рис. 54) или под планширем вдоль всего борта.

Мореходная моторная лодка — сампан

Мореходная моторная лодка типа сампан описана в табл. 9, поз. 23. Наиболее популярна в морях Дальнего Востока. Характерной особенностью их корпусов являются сравнительно узкое плоское днище и наклонные борта (рис. 55). Кроме того, корпус лодки характеризуется большим полезным объемом, а конструкция — простотой и надежностью, что исключительно важно в суровых условиях эксплуатации. Упрощенные обводы позволяют использовать для обшивки фанеру.

Транец и шпангоуты собираются из сосновых или еловых реек (еще лучше дуб) с использованием фанерных книц. Транец выполнен из двух слоев водостойкой фанеры δ по 19 мм, во внутреннем слое для облегчения сделаны вырезы (в стороне от подмоторной ниши).

Для изготовления форштевня рекомендуется подобрать цельный дубовый или ясеневый брус подходящего сечения либо склеить его из нескольких тонких реек по шаблону. Все рейки продольного набора, за исключением днищевых накладок — фальшкилей, устанавливаемых снаружи корпуса и подверженных усиленному износу, можно изготовить из древесины хвойных пород; для фальшкилей лучше применить дуб или ясень, так же как и для брызгоотбойников и буртиков по верхней кромке борта.

Процесс сборки корпуса мотолодки обычен для остроскулых лодок с фанерной обшивкой — он проводится в положении вверх килем; для этого все высоты на теоретическом чертеже указываются от базовой плоскости стапеля. Поэтому, изготовляя шпангоутные рамки, необходимо бортовые ветви шпангоутов заготовить длиннее, как это было сделано в проекте “Арго-73” (см. рис. 52) или их следует наростить до уровня базовой плоскости и соединить шергень-планками, которые затем будут ложиться на стапель.

Парусно-гребная лодка — “Дори”

Парусно-гребная лодка “Дори” описана в табл. 9, поз. 35. Обводы лодки – сильно заостренные в оконечностях с небольшим подъемом днища в носу и в корме — не только обеспечивают ей хорошие ходовые и маневренные качества, но и позволяют максимально упростить конструкцию: весь поперечный набор сведен к одной шпангоутной рамке (без бимса) и двум флорам (рис. 56).

Лодка “Скиф”

Лодка “Скиф” описана в табл. 9, поз. 36. Конструкция этих лодок применительно к местным условиям совершенствовалась десятилетиями мастерами-умельцами как отечественными, так и зарубежными. Родина лодки-прототипа — восточные побережья Канады и США, где она широко использовалась в низовьях больших рек.

Лодка имеет плоское дно (рис. 57), в ней отсутствуют бимсы, днищевые ветви и шпангоуты. Все это существенно упрощает как конструкцию, так и постройку лодки. Поперечное расположение досок обшивки на днище облегчает их установку, а также заготовку качественного материала.

Обшивка борта выполняется из продольных досок, идущих от форштевня до транца, либо из фанеры. Отсутствие поперечных связей по днищу позволяет избежать врезок, кничных соединений и пр.

Моторная лодка “Радуга-34”

Моторная лодка “Радуга-34” (см. табл. 9, поз. 24) оказалась наиболее массовой из семейства “Радуга”. Она предназначена для использования рыболовами и любителями ближнего туризма.

Корпус имеет килеватую форму с плоским участком – лыжней (в ДП, кормовая оконечность) и реданы (рис. 58). Это обеспечивает плавный ход на волне и снижает динамические нагрузки на корпус.

В конструкции мотолодки удачно решены перевязка продольных и поперечных связей, а также соединение ветвей шпангоутных рамок наклеенными кницами. При этом принятые небольшие размеры связей позволили снизить массу корпуса. Бортовые рундуки дают корпусу дополнительные жесткость и прочность, а также служат емким хранилищем рыболовного снаряжения.

Особенности конструкции основных деталей и размеры представлены на приведенном рисунке. Постройка корпуса этой лодки подробно рассмотрена в табл. 9. При этом автор проекта умышленно описал вариант постройки без стапеля, так как в этом случае экономится время, затрачиваемое на изготовление оснастки.

Мотолодки, сшитые из фанеры, — “Краб” и “Сом”

Конструкция мотолодок отличается от обычной тем, что необходимые обводы корпуса образуются при его сборке благодаря заранее размеченным и выпиленным из водостойкой фанеры δ = 6 мм в чистый размер листам обшивки (см. рис. 16, ж); при этом изготовление оболочки корпуса сводится к соединению листов по кромкам скрепками, сделанными из медной проволоки диаметром около 2 мм. После установки переборки и шпангоутных рамок корпус приобретает заданную ему форму.

Будет интересно: Управляемость малого судна

Конструкция поперечных связей корпуса проста. Шпангоутная рамка состоит из днищевых (16 × 55 мм) и бортовых (16 × 22 мм) ветвей, бимс сечением 16 × 55 мм выклеивается из девяти реек 16 × 6 мм. В углах ветви шпангоутной рамки соединены кницами из фанеры δ = 6 мм; у днища эта рамка имеет флор из фанеры δ = 6 мм. Для обеспечения большей жесткости днища в кормовой оконечности корпуса поставлены два стрингера 20 × 25 мм (рис. 59, а, б) и флор 20 × 135 мм. Переборка (рис. 59, в) имеет также стойку и полотно, идущее от стойки до борта; жесткость полотна обеспечивается ребрами из бруска размерами 16 × 25 мм.

При постройке такого судна нет необходимости сооружать стапель; можно обойтись ровным полом или площадкой на открытом свободном участке.

Мотолодка “Суперкасатка”

Конструкция мотолодки проверена не только на десятках судов, построенных по этому проекту, но и отрабатывалась также на мотолодке “Касатка” (см. табл. 9, поз. 5). Она имеет гнуто-клееный, набранный из восьми реек, форштевень (рис. 60, а). Верхнюю трапециевидную доску тоже лучше склеить из двух-трех досок, это гарантирует ее от растрескивания и деформаций в процессе эксплуатации катера. Наружную доску целесообразно сделать из дуба или ясеня.

Бортовые ветви 1-го шпангоута выпиливаются из широких досок; на них с обеих сторон наклеиваются листы фанеры, между которыми в соответствующих местах вклеиваются заполнители. В результате создается флор требующейся прочности и конфигурации.

На шп. 3—6-м (рис. 60, б) поставлены “полубимсы” из доски δ = 22 мм. Кница на шпангоуте 2 поставлена между шпангоутом и бимсом. Конструкция шпангоута 7 разработана с учетом размещения в бортовых нишах бензобаков.

Жесткость конструкции обеспечивается продольными стенками рецесса и мощной кницей на киле. Обшивка транца вырезается из 8-миллиметровой или склеивается из двух слоев 4-миллиметровой бакелизированной фанеры. Подмоторная доска надежно соединена с обвязкой транца при помощи фанерных книц,

Швертбот “Карапуз”

Швертбот “Карапуз” описан в табл. 9, поз. 30. Привлекает внимание простотой конструкции и тем, что удобен в использовании как с веслами, так и под парусом, с которым могут совладать даже дети; удобен также для перевозки на багажнике легкового автомобиля.

Предлагается к прочтению: Способы расчета управляемости маломерного судна

Конструкция корпуса максимально упрощена – шпангоуты отсутствуют. Поперечная прочность и жесткость корпуса обеспечиваются двумя водонепроницаемыми переборками и транцем (рис. 61, 62). В использовании связей корпуса оригинальна постановка продольных реек слани непосредственно на обшивку. Этим обеспечиваются местная прочность и жесткость днищевой обшивки.

Для обшивки днища и борта наиболее приемлемым оказался материал оргалит, причем наиболее водостойким — оргалит коричневого цвета. Его можно ничем не оклеивать снаружи; обшивка после небольших повреждений и царапин не разбухает, а следовательно, не требует особой аккуратности в обращении. Однако поскольку плотность оргалита около единицы, масса обшивки получается примерно вдвое больше, чем фанерной.

Каноэ-тримаран (см. табл. 9, поз. 31). Эта плоскодонная лодка из фанеры (рис. 63) имеет простейшую конструкцию; ее постройка может быть осуществлена начинающим любителем-судостроителем. Благодаря наличию поплавков по бортам лодки в ней можно вставать во весь рост (для забрасывания спиннинга) или ее возможно загрузить вещами, грузом, пассажирами (любого возраста) без опасения опрокинуться. Корпус лодки обшит фанерой и имеет простую конструкцию.

Конструкция корпуса весьма оригинальна. Днищевой набор усилен путем использования промежуточных (холостых) флоров. В шпангоутных рамках флор со шпангоутом соединены внакрой, для чего последний существенно расширен внизу.