Об истории судостроительных материалов и технологии постройки судов

Современные формы корпусов и их отдельных конструктивных элементов в своем развитии прошли долгий исторический путь. Наибольшее влияние на это развитие оказали, во-первых, применяемые материалы и, во-вторых, главный двигатель судна.

Сначала суда строились исключительно из дерева и приводились в движение веслами или парусами (рис. 6.1).

Рис. 6.1. Корпус деревянного парусного судна:

а — кормовая оконечность; b — носовая оконечность; с — средняя часть корпуса; d — люк.

1 — планширь; 2 — обшивка фальшборте; 3 — корма; 4 — руль; 5 — ахтерштевень; 6 — дейдвуд;7 — бизань-мачта; 8 — юферсы; 9 — фокмачта; 10 — швартовный клюз; 11 — шкун (якорная подушка); 12 — крамбол; 13 — бушприт; 14 — фигурное украшение носа; 15 — якорный клюз; 16 — форштевень; 17 — бимсы; 18— настил верхней (главной) палубы; 19 — стойки фальшборта; 20 — обшивка фальшборта в разрезе; 21 — наружная обшивка; 22 — бимсы промежуточной палубы; 23 — твиндек; 24 — обшивка твиндека; 25 — пиллерсы верхней палубы; 26 — пиллерсы твиндека; 27 — трюмные пиллерсы; 28 — трюмные бимсы; 29 — ридерсы; 30 — обшивка трюма; 31 — обшивка днища; 32 — киль; 33 — кильсон; ЗА — шпангоут; 35 — крышка люка; 36 — съемный стрингер; 37 — отверстие люка; 38 — поперечный комингс люка; 39 — продольный комингс люка; 40 — полубимс; 41 — горизонтальная кница; 42 — концевой бимс люка; 43 — мачтовый бимс; 44 — пяртнерс; 45 — детали мачтовой подушки.

В начале XIX в. перешли к механическому приводу в виде паровой машины и гребных колес, и лишь несколько десятилетий спустя нашел применение винтовой движитель. Почти параллельно с развитием машинного привода происходил переход от деревянного судна к стальному (рис. 6.2). Примечательно, что в первую очередь начали изготовлять из железа не те конструктивные детали, которые трудно было выполнять из дерева (например, шпангоуты).

Рис. 6.2. Клепаный корпус двухвинтового грузового судна:

а — соединения внакрой; b — носовая оконечность

1 — заклепка с полукруглой головкой; 2 — заклепка с конической головкой; 3 — заклепка с полупотайной головкой; 4 — двухрядный цепной заклепочный шов; 5 — шахматный заклепочный шов; 6 — соединение впритык с накладкой; 7 — соединение внакрой с высадкой одной из кромок; в — обратный шпангоут; 9 — носовой подпалубный бимс; 10 — переборка бака; 11 — бортовая обшивке бака; 12 — клепаная наружная обшивка; 13 — форштевень; 14 — шпангоуты; 15 — носовые продольные балки; 16 — таранная переборка; 17 — ширстрек; 18 — комингсы люка на верхней палубе; 19 — леера; 20 — бимсы верхней палубы; 21 — пиллерс верхней палубы; 22 — поперечная переборка; 23 — комингс люка второй палубы; 24 — бимс второй палубы; 25 — пиллерс твиндека; 26 — комингсы люка третьей палубы; 27 — обшивка борта; 28 — трюмный шпангоут; 29 — карлингс, под ним трюмный пиллерс; 30 — настил второго дна; 31 — скуловая кница; 32 — скуловые поясья обшивки; 33 — обшивка днища; 34 — горизонтальный киль; 35 — кормовые шпангоуты; 36 — транцевый лист; 37 —рудерпост; 38 — ахтерштевень; 39 — кронштейн гребного вала; 40 — сплошной флор; 41 — бракетный флор; 42 — ахтерпиковая переборка; 43 — крайний междудонный лист; 44 — вертикальный киль; 45 — нижний угольник флора; 46 — верхний угольник флора; 47 — бра-кеты; 48 — ахтерпиковая переборка.

У первых железных судов, которые появились сначала на реках и каналах, шпангоуты, штевни и киль были по-прежнему из дерева, и только наружная обшивка была склепана из железных листов, чтобы не нужно было так часто конопатить ее. Так как железное судостроение развивалось из деревянного, естественно, что поначалу основные формы отдельных конструктивных деталей сохранялись. Но число деталей постепенно уменьшалось. Клепаные подкрепления были заменены простыми профилями, тяжелые конструкции шпангоутов, собранные из шпангоутных угольников и угольников обратного направления, которые состояли из клепаных стенка к стенке угловых профилей, были вытеснены прокатными бульбовыми угольниками. Они заменили высокие шпангоутные профили в соединении с тяжелыми бортовыми стрингерами, которые устанавливались более или менее горизонтально и поддерживали шпангоуты, и почти полностью вытеснили бортовые стрингеры. Стоящие на небольшом расстоянии друг от друга массивные палубные пиллерсы уступили место редко стоящим полым пиллерсам в соединении с идущими от переборки до переборки подпалубными балками. Благодаря установке усиленных бимсов и шпангоутов палубы часто выполняются вообще без опор. Важнейшей задачей при выборе формы конструктивных элементов корпуса судна является обеспечение достаточной прочности при малой массе. В последние десятилетия в этой области достигнуты большие успехи благодаря применению для соединения деталей сварки, которая позволила уменьшить число конструктивных элементов и максимально использовать прочностные свойства материала.

Благодаря переходу от клепки к сварке корпуса судов, главным образом за счет устранения соединительных угольников и клепаных швов и стыков, стали на 20% легче. Кроме того, сварка дает следующие преимущества: сварные соединения имеют более высокую прочность, чем клепаные, так как листы и профили не ослаблены заклепочными отверстиями и обеспечена лучшая передача нагрузки в месте соединения. Сварная наружная обшивка имеет гладкую поверхность, поэтому ее легче защитить от коррозии (это же относится к палубам и переборкам), и сопротивление движению судна уменьшается.

Благодаря применению сварочной техники и соответствующих крановых средств стало возможным предварительно изготовлять секции и блоки больших размеров в цехах, что сокращает время постройки на стапеле. Клепаные соединения, например, ширстрека с палубным стрингером и в скуловом поясе обшивки применяются сегодня из соображений удобства сборки (меньше подгоночных работ), чтобы сделать корпус судна более упругим в местах, испытывающих большую нагрузку, а также чтобы уменьшить возникающие при сварке напряжения.