§2. Форма корпуса и теоретический чертеж

О пригодности будущего судна для тех или иных условий плавания, о его мореходных и ходовых качествах прежде всего можно судить по форме его корпуса или, как чаще говорят судостроители и моряки, — по его обводам.

Полное представление о форме корпуса судна дает теоретический чертеж, характеризующий геометрические обводы судна и изображающий его проекции в трех взаимно перпендикулярных плоскостях. По теоретическому чертежу конструктор рассчитывает мореходные качества; кроме того, теоретический чертеж необходим ему для проектирования внутренних помещений и конструкции корпуса, определения вместимости судна и т. п. Другими

§2. Форма корпуса и теоретический чертеж

Рис. 2. Теоретический чертеж большого (мореходного) катера. ЛБ — линия борта; Б1, Б2 — батоксы, Д1, Д2 — рыбины, ЛШ — линия шпунта.

словами, теоретический чертеж — это основа цроекта любого судна, малого или большого.

Основные плоскости и линии теоретического чертежа. В большинстве случаев корпус судна имеет сложную форму; кривизна наружной поверхности изменяется и по длине, и по ширине, и по высоте. Поэтому на плоском листе чертежа форму корпуса можно изобразить только в виде линий пересечения его наружной поверхности с секущими плоскостями. Положение этих секущих плоскостей выбирается не произвольно, а в соответствии с установившимися в судостроении правилами. Три из этих плоскостей — диаметральная, основная и плоскость мидель-шпангоута — являются базовыми плоскостями для построения теоретического чертежа и последующего выполнения всех расчетов (рис. 1).

Диаметральная плоскость (ДП) — вертикальная продольная плоскость симметрии, разделяющая судно на правую и левую половины. Пересечение диаметральной плоскости с наружными поверхностями корпуса дает на боковой проекции линии киля, форштевня, ахтерштевня и палубы.

Основная плоскость (ОП) — горизонтальная плоскость, касательная к линии киля (самой нижней кромки обшивки на деревянном судне) в его нижней точке; линия (прямая) пересечения основной плоскости с ДП называется основной линией (ОЛ).

У катеров, глиссеров и других судов, не имеющих горизонтального участка киля, основную плоскость обычно располагают ниже киля.

Плоскость мидель-шпангоута (миделя) — вертикальная поперечная плоскость, проходящая посередине длины судна, обычно черезнаиболее полное поперечное сечение. Эту плоскость обозначают значком ж.

Проекции и построение теоретического чертежа. Очертания любого объемного тела могут быть заданы его проекциями в трех взаимно перпендикулярных плоскостях. Такие проекции применительно к корпусу судна принято называть теоретическим чертежом. Боковая проекция, или «Бок», образуется в результате сечения корпуса судна плоскостями, параллельными ДП. Показанные на ней линии сечения называются батоксами. Аналогичным образом получаются две другие проекции: «Полуширота» и «Корпус». Первая образуется сечением корпуса плоскостями, параллельными ОП, — ватерлиниями, вторая — сечением корпуса плоскостями, параллельными миделю, • • шпангоутами.

На рис. 2 приведен теоретический чертеж большого катера (длина 9,75 м, ширина 2,9 м, осадка 0,92 м, водоизмещение 5,6 т). Нетрудно заметить, что линии теоретического чертежа (батоксы, ватерлинии, шпангоуты) на двух проекциях изображаются в виде прямых и только на одной — в истинном виде, чаще всего в виде кривой линии.

Прямые линии на каждой проекции образуют так называемую сетку теоретического чертежа (соответствующие линии сетки должны быть строго перпендикулярны или параллельны). Для удобства выполнения расчетов и контроля плавности обводов все одноименные секущие плоскости, а следовательно и соответствующие линии сетки, располагают на равных расстояниях одна от другой.

Кроме этих линий на теоретическом чертеже проводятся:

а) линия пересечения палубы с бортом, или линия борта (ЛБ), остающаяся кривой на всех трех проекциях;

б) линии киля и штевней;

в) для деревянного судна — линия шпунта, т. е. линия примыкания обшивки к килю и штевням;

г) для остроскулых судов — линия скулы или скул, продольных уступов и т. п.;

д) обводы руля, дейдвуда и плавников;

е) линия фальшборта и палубы в ДП;

ж) обвод транца и, в случае необходимости, его развертка.

Для согласования обводов корпуса, в местах наибольшей кривизны наружной обшивки, де лаются дополнительные сечения диагональными плоскостями (наклонными к ДП), примерно перпендикулярными к обводам шпангоутов в характерных точках. Линии пересечения диагональных плоскостей с поверхностью корпуса называются диагоналями или рыбинами и обозначаются Д1 и Д2. На проекции «Бок» диагонали не проводятся; их строят на проекции «Полуширота». При этом плоскости диагоналей условно поворачивают до горизонтального положения и точки пересечения их со шпангоутами откладывают вниз от линии ДП (см. рис. 2).

Так как корпус судна симметричен относительно ДП, на теоретическом чертеже принято изображать лишь одну его половину — один борт. На проекции «Корпус» справа от линии ДП вычерчивают носовые шпангоуты, слева — кормовые. Вместо проекции «Широта» строят проекцию «Полуширота», на которой изображают обводы ватерлиний и палубы левого борта и диагонали — правого борта.

Проекции теоретического чертежа обычно располагают на листе в следующем порядке: «Бок» — в верхней части чертежа носом вправо; «Полуширота» — внизу, «Корпус» — справа, на одном уровне с «Боком». Из-за недостатка места часто, особенно при плазовой разбивке чертежа в натуральную величину, проекции совмещают. Например, «Бок» и «Полуширота» могут быть совмещены, а «Корпус» вычерчен отдельно. Нередко «Корпус» размещают на проекции, «Бок», совмещая мидельс ДП.

Теоретический ' чертеж выполняется с высокой точностью, так как от него зависит правильность расчетов и качество построенного судна. Масштаб чертежа принимают возможно более крупным (1 : 5; 1 : 10; 1 : 20 или 1 : 25), а толщину линий чертежа делают 0,1—0,2 мм; нарушение плавности линий и несогласованность отдельных точек на различных проекциях допускается также в пределах этих значений.

Теоретический чертеж деревянного судна с дощатой или реечной обшивкой вычерчивают по ее наружной поверхности. При разбивке на плазе и изготовлении лекал и шпангоутов толщину наружной обшивки учитывают, т. е. уменьшают на ее величину соответствующие размеры.

Обшивка малых судов с металлическими, пластмассовыми и фанерными корпусами имеет небольшую толщину, что позволяет строить теоретический чертеж прямо по обводам шпангоутов

Главные размерения судна и разбивка сетки. Теоретический чертеж вычерчивается обычно после определения главных размерен и й судна, к которым относятся:

§2. Форма корпуса и теоретический чертеж

Рис. 3. Главные размерения катера.

Ь — длина по конструктивной ватерлинии (КВЛ), т. е. расстояние между крайними точками штевней, замеренное по зеркалу воды при осадке судна с полной нагрузкой, либо при другом характерном водоизмещении, для которого выполняется теоретический чертеж (например, в состоянии обмера — для гоночных парусных яхт);

Ь — длина наибольшая, измеренная между крайними точками по обшивке судна;

В — ширина наибольшая, измеренная в самом широком сечении судна;

•Лквл — ширина наибольшая по конструктивной ватерлинии;

Н — высота борта, измеряемая на миделе от наружной поверхности обшивки у киля судна до верхней кромки бимсов у борта (или до планшира, если судно беспалубное);

7—осадка средняя (углубление судна), измеренная на миделе от наружной поверхности обшивки у киля судна до конструктивной ватерлинии (рис. 3).

Кроме главных размерений существуют габаритные размеры: длина, ширина, высота и осадка, измеряемые по крайним выступающим частям корпуса и надстроек судна.

Главные размерения мелких туристских судов выбираются при проработке общего расположения из условия размещения необходимого оборудования, помещений и двигателя соответствующей мощности *. Размерения спортивных и гоночных судов (гребных, парусных и моторных) обычно задаются соответствующими правилами классификации и должны выдерживаться в определенных пределах.

Главные размерения являются основой для разбивки сетки теоретического чертежа. Так,

См , например, книгу ГО В. Емельянова «Малые туристские моторные суда» (Л., «Судостроение», 1970).

§2. Форма корпуса и теоретический чертеж

длина по конструктивной ватерлинии делится на равные отрезки для получения количества теоретических шпангоутов. Расстояние между шпангоутами называется шпацией. Обычно для удобства выполнения расчетов число теоретических шпангоутов принимают равным 10 или 20 независимо от числа практических шпангоутов, составляющих поперечный каркас (набор) корпуса. Практические шпангоуты вычерчивают по данным плаза, когда теоретический чертеж построен в натуральную величину. Иногда, в целях упрощения плазовых работ, теоретические шпангоуты совмещают с практическими.

Осадка по КВЛ разбивается по высоте на .равные промежутки ватерлиниями. Для малых судов расстояние между ватерлиниями принимается от 80 до 250 мм в зависимости от сложности обводов и масштаба чертежа.

По ширине корпуса равномерно пробиваются батоксы, для малого судна обычно по 2— 3 с обеих сторон от ДП.

Объемные характеристики и безразмерные коэффициенты. Водоизмещение — это характеристика веса судна (весовое водоизмещение) или объема погруженной части его корпуса (объемное водоизмещение). Различают несколько видов водоизмещения:

порожнем — со снабжением на борту, но без пассажиров, топлива, груза и расходных запасов;

в состоянии обмера (для парусных яхт) — со снабжением и парусами на борту, но без тузика, пресной воды и провизии;

с пассажирами и с половиной расходных запасов на борту; обычно принимается за основу при проектировании обводов (при такой нагрузке судно имеет осадку по КВЛ);

полное1 — с полными запасами, грузом и командой на борту.

К безразмерным коэффициентам формы корпуса относятся следующие отношения главных размерений (рис. 4): длины судна к его ширине LIB. Для малых судов LIB колеблется в широких пределах: от 2,1—2,5 — для парусных швертботов до 25 — для академических восьмерок. По мере увеличения этого отношения, у водоизмещаюдих судов уменьшается сопротивление, т. е. растет скорость, но ухудшается остойчивость. Надо отметить, однако, что при небольших изменениях LIB (например, с 3,0 на 3,5) влияние удлинения на ходкость сказывается меньше, чем это часто предполагают. Глиссирующие суда имеют лучшие ходовые качества, наоборот, при малых значениях LIB (2,5-4-3,5);

длины судна к высоте борта LIH, характеризующее прочность и жесткость корпуса;

длины судна к осадке LIT, определяющее поворотливость;

ширины судна к осадке BIT, влияющее на ходкость, остойчивость и мореходность. Чем больше BIT, тем остойчивее судно, однако его способность сохранять скорость на волнении оказывается ниже, чем у более глубоко сидящего судна. Для легких мелкосидящих лодок и швертботов это отношение составляет 10—12, для большинства катеров — 5—6, для мореходных рыболовных судов — 2,5—4, для парусных катамаранов — 1—2;

высоты борта к осадке HIT, определяющее запас плавучести и остойчивость на больших углах крена. Среднее значение для катеров составляет 2—3, уменьшаясь для парусных килевых яхт до 1,5.

Степень полноты обводов корпуса характеризуется следующими безразмерными величинами:

коэффициентом полноты площади конструктивной ватерлинии, равным отношению площади КВЛ S к площади прямоугольника со сторонами L и ВКВл (см. рис. 4)

§2. Форма корпуса и теоретический чертеж

В крупном судостроении применяется также величина «дедвейт» — разность между полным водоизмещением судна и водоизмещением порожнем Дедвейт включает вес груза, топлива, запасов воды и провизии, команды с багажом, т. е всего, что принимает на себя судно для выполнения одного рейса.

§2. Форма корпуса и теоретический чертеж

9 8

Рис. 5. Характерные обводы конструктивной ватерлинии: а — гребных судов; б — парусных; в — моторных.

/ — спасательная шлюпка; 2 — рыбачья лодка и ял; 3 — гоночная лодка; 4 • — морская крейсерская яхта; 5 — моторно-парусная яхта с мощным двигателем; 5 —озерный швертбот, 7 — тихоходная моторная яхта, 5" — быстроходный катер; 9 — глиссирующее судно.

коэффициентом полноты площади мидель-шпангоута

Р ВКВЛТ '

коэффициентом полноты водоизмещения, определяемым как отношение объема V подводной части корпуса без выступающих частей к объему параллелепипеда со сторонами Ь,

1>ух1 гг. 1

§2. Форма корпуса и теоретический чертеж

Характерные линии теоретического чертежа.

Конструктивная ватерлиния. Ее форма, заострение в носу и корме, а также коэффициент полноты ее площади а оказывают существенное влияние на остойчивость и ходкость судна. Характерные очертания ватерлиний приведены на рис. 5. В общем случае, чем острее ватерлиния и чем меньше коэффициент полноты а, тем быстроходнее судно и тем ниже его остойчивость (точнее, остойчивость его формы).

Ватерлинии тихоходных судов (гребных и моторных лодок) заострены в корме, что способствует плавному обтеканию корпуса водой, без вихрей за кормой. Ватерлинии парусных судов более полные (а = 0,65 ч-0,75), что вызывается необходимостью обеспечения достаточной остойчивости под парусами. Угол заострения носовой ветви ватерлинии для килевых яхт составляет 15—20°, а для швертботов 18— 25° на один борт. Соответственно углы для кормовых ветвей равны 30—70 и 20—65°.

Кормовая часть парусных и тихоходных моторных судов обтекается вдоль батоксов, поэтому она может оканчиваться транцем, но при этом батоксы в корме должны плавно подниматься к ватерлинии; в противном случае погруженный в воду транец станет причиной образования вихрей и роста сопротивления воды.

Корма быстроходных глиссирующих судов, наоборот, должна оканчиваться широким погруженным транцем, для того чтобы при движении на днище действовала достаточная подъемная сила, выталкивающая корпус из воды. Узкая корма при большой скорости будет проседать, судно будет идти с сильным дифферентом, вызывающим интенсивное волнообразование, которое не позволит ему выйти на режим глиссирования. Угол заострения носовых ветвей ватерлиний моторных лодок обычно принимается 15—20°, а мореходных быстроходных катеров —• около 15°.

В большинстве случаев ватерлинии малых судов в носовой части имеют вид прямой или слегка выпуклой кривой линии, причем последняя предпочтительнее для тихоходных судов. Вогнутые ватерлинии иногда применяются на парусных швертботах.

Очертания диаметральной плоскости, которые оказывают влияние на ходкость и мореходность судна. Моторные суда в большинстве случаев имеют наклонный форштевень, плавно переходящий в линию киля. Наклон форштевня находится в зависимости от развала носовых шпангоутов. У быстроходных катеров линия ДП касается основной линии уже на 1—2-м теоретических шпангоутах и может немного подниматься к транцу, начиная от миделя (рис. 6, а). У тихоходных судов, с целью уменьшения сопротивления воды килевая линия выполняется с подъемом также и к носу (рис. 6, б), что способствует улучшению их поворотливости. Подъем килевой линии к носу необходим и на мелкосидящих широких судах с санными образованиями носа, так как при таких обводах обтекание днища водой происходит не по ватерлинии, а по батоксам.

В корме линия киля моторных катеров представляет собой горизонтальную или наклонную прямую, заканчивающуюся ахтерштевнем или транцем. Если линия киля наклонна, говорят, что судно имеет конструктивный дифферент. Дифферент на корму позволяет лучше разместить (углубить) гребной винт и защитить его от повреждений.

Линии батоксов. Эти линии характеризуют всхожесть судна на волну, его остойчивость на больших углах крена и ходкость. Для судов, плавающих на тихой воде, форма носовых ветвей батоксов имеет второсте-

§2. Форма корпуса и теоретический чертеж

Рис. 6. Обводы остроскулых судов: а — быстроходных; б — тихоходных 1 — мидель-шпангоут, 2 — транец.

пенное значение, они могут быть достаточно крутыми в надводной части и входить в воду почти под прямым углом. Носовые ветви ба-токсов мореходных судов — обычно пологие; у палубы они имеют вогнутую форму, переходящую в выпуклость у ватерлинии. Это способствует «взбиранию» судна на волну с наименьшей потерей скорости.

Кормовые ветви батоксов тихоходных судов должны плавно подниматься к ватерлинии в корме и выходить из воды у транца. Угол наклона батоксов к КВЛ в корме не должен быть большим (обычно в пределах 10— 15°). Для быстроходных катеров этот угол уменьшается до 0—5°, а линии батоксов обрываются на погруженном в воду транце (рис. 7).

Линия скулы остроскулого судна. Для судов всех типов линия скулы должна подниматься вверх и выходить из водыв носовой части. У мореходных судов точка притыкания скулы к форштевню лежит выше (в верхней половине надводного борта у форштевня), чем у судов, рассчитанных на плавание на спокойной воде (см. рис. 6).

Скуловая линия должна погружаться в воду на расстоянии 20—40% длины по КВЛ в корму от форштевня. При этом чем быстроходнее судно, тем дальше в корму должна отстоять точка пересечения скулы с КВЛ.

В кормовой части линия скулы глиссирующих катеров опускается таким образом, чтобы килеватость днища у транца составляла 0—20°. Водоизмещающие суда, напротив, имеют скулу, выходящую в корме из воды. Наиболее широкий размер по скуле у глиссирующих судов находится на транце, а у водоизмещаю-щих — на миделе. Только в редких случаях скула целиком проходит над ватерлинией, не погружаясь в воду.

§2. Форма корпуса и теоретический чертеж

Рис. 7. Характерные обводы круглоскулых катеров: а — мореходный лоцманский катер (Ь — 10,6 м; скорость 9 узлов); б — катер с подвесным мотором (Ь = 4,7 м; скорость 31 узел).

Линия палубы (борта) на проекции «Полуширота». Наиболее важно обеспечить необходимую площадь палубы в носовой части. Чем больше развал шпангоутов в носу, тем мореходнее судно, однако тем сложнее становится постройка его корпуса.

Большое распространение получают мелкие суда с притуплённым носом и носовым транцем (форшпигелем). Такая носовая оконечность обеспечивает хорошую плавучесть на волне и высокую остойчивость при крене.

В кормовой части обвод палубы имеет второстепенное значение. На глиссирующих катерах кормовые шпангоуты иногда имеют завал борта, и палуба у них сужается к транцу. Это несколько ухудшает поведение судна на циркуляции. На современных катерах, как правило, наружный развал шпангоутов идет по всей длине судна.

Линия палубы (борта) на проекции «Бок». Характер этой линии выбирается в зависимости от мореходных качеств судна, его обитаемости, а главным образом от архитектурного облика. Эта линия может иметь вид плавной кривой (выпуклостью вверх или вниз) либо вид прямой (наклонной или горизонтальной). Для тихоходных катеров предпочтительна палуба с нормальной седло-ватостью, обращенной выпуклостью вниз. Профиль такой линии как бы следует профилю волны. Самую нижнюю точку линии палубы лучше располагать в кормовой трети длины, а не на миделе, что создает впечатление легкого дифферента на корму и улучшает внешний вид судна.

Для глиссирующих катеров и моторных лодок практичнее прямая линия или даже линия с обратной седловатостью—выпуклостью вверх. При такой палубе дифферент на корму кажется меньшим, а поднимающийся на ходу нос не так мешает обзору по курсу. Иногда палуба с обратной седловатостью применяется на яхтах и катерах с целью увеличения высоты помещений.

Обвод мидель-шпангоут а.

В надводной части бортовые ветви шпангоутов поднимаются вертикально или имеют развал наружу, улучшающий остойчивость. Небольшой завал шпангоутов внутрь делается на парусных яхтах, чтобы улучшить обтекание корпуса водой на крене (преждевременный вход палубы в воду на крене к тому же увеличивает сопротивление).

§2. Форма корпуса и теоретический чертеж

Рис. 8. Построение кривой погиби бимсов.

Килеватость днища • — особая форма днища лодки в виде двугранного (внутреннего) угла по всей длине судна. У глиссирующего судна важной характеристикой является угол внешней килеватости между касательной к обводу мидель-шпангоута и основной плоскостью на одном борту.

Обводы носовых шпангоутов. Для мореходных катеров важно обеспечить мягкую, без ударов и зарывания в воду, встречу с волной, поэтому их носовая оконечность должна быть достаточно острой, но с плавным развалом в надводной части.

Обводы кормовых шпангоутов. Обводы кормовой части находятся в тесной зависимости от расчетной скорости судна. У тихоходных судов они имеют значительную килеватость. У более быстроходных килеватость уменьшается, но соответственно увеличивается ширина транца у КВЛ, а радиус скругления скулы уменьшается. Для глиссирующих судов характерна острая скула и незначительная килеватость днища в корме (см. рис. 6).

Диагонали (рыбины). С помощью этих линий производится построение и согласование теоретического чертежа парусных килевых яхт и других судов, имеющих значительную килеватость днища. Для судов других типов диагонали играют второстепенную роль и применяются в основном для контроля согласованности обводов.

На правильно построенном теоретическом чертеже диагонали имеют вид плавных кривых, без изломов или местных выпуклостей; любые изломы диагоналей свидетельствуют о нарушении соответствия между точками на проекциях «Корпус» и «Полуширота».

Погибь бимсов. Погибь бимсов (и, следовательно, выгиб палубы вверх в поперечных сечениях) выполняется для того, чтобы вода, попавшая на палубу, скатывалась к бортам. Стрелка погиби может иметь различную величину: для более крупных судов — от 1/40 до 1/60 ширины палубы, для мелких — от 1/20 до 1/40. Палуба рубки может быть выполнена с еще большей стрелкой погиби.

Существует несколько способов построения кривой погиби бимсов; простейший из них показан на рис. 8. При ДП проводится четверть окружности с радиусом, равным выбранной стрелке погиби. Полученная дуга окружности делится на 3—6 равных частей. На такое же число частей делится полуширота палубы. Через точки делений проводятся взаимно перпендикулярные линии, точки пересечения которых определяют кривую погиби бимсов 1'— 2'—3'—4'—5'.

При разработке теоретического чертежа конструктор должен учитывать также положение центров тяжести площадей ватерлиний и центравеличины, или центра плавучести для водоизмещения, распределение подводного объема по длине судна и по осадке и т. п. Все эти характеристики определяют остойчивость судна, его дифферент и зависят от распределения веса корпуса, двигателя, команды и пр.

Учет технологических требований. При построении теоретического чертежа, помимо приведенных выше соображений учитывают особенности материала корпуса и технологии постройки. Наименьшие ограничения на выбор обводов накладывает использование в качестве основного материала корпуса стеклопластика, шпона или стеклоцемента. В этом случае приходится заботиться только о возможности выемки корпуса из матрицы (или съема с пуансона). Так, при изготовлении корпуса в цельной матрице или на пуансоне необходим небольшой (2—5°) развал бортов, транца, боковых стенок киля и т. п. наружу. При наличии завала борта матрица или сам корпус должны быть разъемными.

При обшивке рейками необходимо знать минимальные радиусы гибки, при которых не требуется распаривания заготовок перед установкой (см. стр. 35).

При постройке металлических судов также нельзя не учитывать того, что всякого рода двойная кривизна обшивки требует горячей гибки листов или применения особого прессового оборудования, изготовления значительного количества гибочных каркасов, постелей, шаблонов и т. п.

Поверхности судов с фанерной обшивкой должны развертываться на плоскости — быть цилиндрическими или коническими, так как этот материал можно изгибать только в одном направлении, потому что он не имеет способности к пластической деформации. Теоретический чертеж таких судов проектируется лучевым методом \

Из сказанного можно понять, что нельзя произвольно изменять размерения и обводы корпуса, так как это обязательно повлечет за собой и изменение качеств судна на воде. И может случиться, что, скажем, удлинив корпус за счет увеличения расстояний между шпангоутами, строитель вообще не сможет добиться плавности обводов. Но способы изменения размеров мы еще будем рассматривать ниже.

См статью Д А Курбатова «Проектирование яхт любительской постройки» («Катера и яхты», вып 1 Л , 1963), а также книгу Л Л Ермаша, И П Иванова и П 3 Неймана «Клееная древесина в катеростроении» (Л , Судпромгиз, 1950).

Предыдущая глава Оглавление Следующая глава