Набор корпуса. Системы набора

КОНСТРУКЦИЯ КОРПУСА КОРАБЛЯ

В создании корабля важное место отводится проектированию конструкции его корпуса. Оно сопряжено с преодолением значи­тельных трудностей, обусловленных сложностью работы корпус­ных конструкций и многообразием выполняемых Ими функций. При этом кораблестроители стремятся, по возможности, выполнить сле­дующие основные требования:

- конструкции корпуса должны наилучшим образом выпол­нять свои функции, сохраняя заданную, надежность в течение уста­новленного срока службы;

- масса конструкций и их стоимость должны быть минималь­ными при достаточном запасе прочности;

- конструкции должны быть доступны при изготовлении, об­служивании и ремонте;

- изготовление и ремонт конструкции должны обеспечить ис­пользование прогрессивной технологии.

Корпус представляет собой непроницаемую оболочку, подкреп­ленную изнутри набором. Оболочка состоит из совокупности ли­стов, образующих настил верхней палубы, бортовую и днищевую обшивку. Набор корпуса включает в себя продольные и попереч­ные связи — балки различного профиля. Часть оболочки и балки набора корпуса соединяют между собой электросваркой, а в от­дельных случаях — клепкой.

Балки набора классифицируют в зависимости от ориентации относительно корпуса, силовой функции, выполняемой ими при восприятии внешних нагрузок, принадлежности к той или иной ча­сти корпуса. По ориентации балки разделяют на продольные и поперечные, по силовой функции — на легкие (холостые) и рамные. Рамные балки основные связи набора. Они воспринимают основные нагрузки, действующие на корпус, имеют сравнительно большие размеры и обладают повышенной проч­ностью. Легкие балки устанавливаются между основными связя­ми набора. Они увеличивают жесткость листов обшивки и насти­лов, обеспечивая прежде всего их устойчивость к сжатию. К лег­ким продольным балкам относят продольные ребра же­сткости, к легким поперечным — холостые шпангоуты и бимсы. Рамными продольными связями являются стрингеры и карлингсы, а рамными поперечными — рамные шпангоуты, бимсы и флоры.

В расчетах прочности корпус представляют собранным из отдельных перекрытий. Перекрытие — это конструкция, состоя­щая из пересекающихся продольных и поперечных балок набо­ра, скрепленных листами обшивки (настила), и ограниченная опорным контуром. Например, днищевое перекрытие имеет опор­ным контуром борта и поперечные переборки, а бортовое перекры­тие опирается на днище, поперечные переборки и палубу. К пере­крытиям относят также переборки. В перекрытии различают бал­ки главного направления (БГН) и перекрестные связи (ПС), БГН — балки, число которых в перекрытии больше. ПС — балки, перпендикулярные БГН. Балки главного направления определяют систему набора перекрытия. Если БГН расположены вдоль корабля, то система набора перекрытия носит название продоль­ной, если БГН идут поперек корабля — поперечной.

Поскольку корпус состоит в совокупности из перекрытий, счи­тают, что система их набора определяет систему набора корпуса корабля в целом. Таким образом, корпус корабля может быть на­бран по поперечной или продольной системе. Иногда разные пе­рекрытия одного корпуса могут иметь разные системы набора. Так, например, академиком Ю. А. Шиманским предложена си­стема набора корпуса, где перекрытия днища и верхней палубы имеют продольную систему набора, а бортовые — поперечную. В таком случае считают, что корпус имеет смешанную систему набо­ра. Когда говорят, что корабль набран по поперечной системе, это значит, что все его перекрытия (бортовые, палубные и дни­щевые) в средней части и в оконечностях имеют поперечную систе­му набора. Корабль с продольной системой имеет все перекрытия в средней части с продольной системой, в то время как оконечно­сти обычно набирают по поперечной.

Поперечная система набора корпуса (рис. 2.1) применяется на малых кораблях. Здесь балками главного направления являются: флоры — поперечные пластины набора днища; шпангоуты (шпангоутные стойки) — поперечные балки набора бортов, бимсы — поперечные балки набора палубы. Флор, шпангоуты и бимс образуют шпангоутную раму. Расстояние между дву­мя соседними шпангоутными рамами называют конструктивной шпацией. Она составляет 500—900 мм. Перекрестными связями являются карлингсы — продольные балки набора па­лубы, бортовые стрингеры — продольные балки набора борта, днищевые стрингеры — продольные балки — пласти­ны набора днища, вертикальный киль—продольная балка набора днища, проходящая в диаметральной плоскости от фор­штевня до ахтерштевня.

Карлингсы служат для поддержания бимсов. Бортовые стрин­геры, установленные в районе переменной ватерлинии, служат для разнесения на шпангоуты сосредоточенных усилий, действующих
на борт. Иногда бортовой стрингер выполняют усиленного профи­ля и называют стрингером-шельфом. Он является дополнительной опорой для шпангоутов, воспринимает от них нагрузку и передает ее на поперечные переборки. Днищевые стрингеры и вер­тикальный киль придают жесткость флорам, обшивке днища и па­стилу второго дна. Вертикальный киль, кроме того, воспринимает реакцию килевой дорожки при постановке корабля в док и переда­ет ее на другие элементы конструкции корпуса.

Общая продольная прочность корабля, набранного по попе­речной системе, обеспечивается всеми перекрестными связями, карлингсами, стрингерами и вертикальным килем, а также обшивкой днища и борта, настилом второго дна и верхней палубы.

Рис. 2.1. Конструктивный мидель-шпангоут корпуса корабля, набранного

по поперечной схеме:

1— вертикальный киль; 2 — флор; 3 — днищевой стрингер; 4 — настил

второго дна; 5, 8 — кница; 6 — шпангоут; 7 —бортовой стрингер; 9 — бимс; 10 — карлингс; 11 — пиллерс; стрелка показывает пазовое соединение поясьев; S — толщина обшивки (настила) в мм

Поперечная система набора корпуса более проста конструк­тивно и более технологична, чем продольная. Основной ее недо­статок состоит в том, что при ней более трудно обеспечить устойчивость настила верхней палубы и обшивки под действием сжима­ющих усилий от общего изгиба корпуса.

Продольная система набора корпуса (рис. 2.2) применяется на большинстве военных кораблей. При ней балками главного на­правления являются карлингсы, бортовые и днищевые стрингеры, вертикальный киль и большое количество продольных балок в ос­новном полособульбового профиля, которые называются про­дольными ребрами жесткости и устанавливаются по настилам палуб и второго дна, бортовой и днищевой обшивке, конструкциям днищевых стрингеров и вертикального киля.

Перекрестными связями служат рамные бимсы, рамные шпангоуты и флоры, составляющие шпангоутные рамы. В зависимости от водоизмещения корабля конструктивная шпация имеет размеры от 1500 до 3000 мм.

Основная линия

Рис. 2.2. Мидель-шпангоут корпуса корабля, набранного по продольной

системе:

1 — вертикальный киль; 2 — флор; 3 — ребро жесткости; 4 — настил второго дна; 5 — днищевой стрингер; 6 — бортовой стрингер; 7 — рамный шпангоут; 8-— рамный бимс; 9 — карлингс.

Благодаря большому числу продольных ребер жесткости удается обеспечить заданную общую продольную прочность корпуса, устойчивость обшивки и настилов при сокра­щении массы корпуса на 15—20% по сравнению с кораблем, набранным по поперечной системе. Однако повышается сложность изготовления корпусных конструкций, стыковки секций и блоков при сборке корпуса, затрудняется обеспечение водонепроницаемо­сти переборок, что в итоге удорожает технологию постройки корабля.

Смешанная (продольно-поперечная) система набора корпуса часто применяется на кораблях большого водоизмещения (линко­рах, авианосцах, тяжелых крейсерах). У таких кораблей днище и верхняя палуба, набранные по продольной системе, обеспечива­ют прежде всего продольную прочность, а борта, имеющие попе­речную систему набора, при сравнительной простоте конструкции обеспечивают необходимое сопротивление местным нагрузкам.

Принципиальные особенности построения корпуса корабля до­статочно полно и наглядно отражает чертеж конструктивного мидель-шпангоута. На нем изображено поперечное сечение корпуса в районе мидель-шпангоута, показаны толщины листов наружной обшивки и настилов, места сварных и заклепочных соединений, профили и размеры балок набора, даны некоторые характерные размеры корпуса. Так как корпус симметричен относительно диа­метральной плоскости, чертеж часто выполняют в виде двух совмещенных половин. Одна из них представляет половину попереч­ного сечения корпуса на миделе, а вторая — показывает конструк­цию половины главной поперечной переборки или половину поперечного сечения корпуса в районе полубака (если он есть).