Г.Н. Субботин
Журнал КиЯ №11 1967г
Наиболее целесообразно пользоваться правилами классификации и постройки яхт, регламентирующими минимальные сечения связей набора для яхт различных классов. Эти правила создаются на основе многолетнего опыта постройки и эксплуатации яхт и позволяют сконструировать достаточно прочный и легкий корпус. Последнее также имеет важное значение, поскольку «перетяжеление» корпуса часто является причиной ухудшения ходовых и мореходных качеств судна, непроизводительной затраты материалов и труда и повышенной стоимости судна.
Ниже приводятся статистические данные по размерам основных деталей набора деревянных парусных яхт. Эти данные получены обработкой Правил классификации, постройки и обмера спортивных парусных судов СССР, Правил классификации и постройки деревянных яхт Английского Ллойда и данных по конструкции ряда построенных яхт. Графики и таблицы, приведенные в статье, могут быть использованы для конструирования корпуса крейсерских яхт любительской постройки.
Материалы. Прежде всего о материалах, из которых строится судно.
Наибольшее распространение для изготовления обшивки и палубы получили хвойные породы: сосна с объемным весом у—480—550 кг/м3, ель с у—400—480 кг/м3, кедр с у=400—450 кг/м3. Эти породы древесины легко обрабатываются, хорошо склеиваются, имеют хорошее сцепление с красящими покрытиями и обладают большой удельной прочностью. Может быть использована также авиационная фанера, склеенная на водостойких клеях, или бакелизированная фанера.
Для изготовления деталей набора, воспринимающих большие нагрузки сосредоточенного характера (кили, штевни, шпангоуты и т. п.), обычно применяют твердые породы древесины— дуб или ясень с объемным весом у=700—750 кг/м3. Эти породы обладают высокой механической прочностью, повышенной сопротивляемостью к загниванию, достаточно хорошо обрабатываются и хорошо деформируются в распаренном состоянии. Применение бука и березы не рекомендуется, так как они быстро загнивают и коробятся при колебаниях влажности.
Следует оговорить, что все размеры деталей набора в таблицах и графиках соответствуют объемному весу древесины хвойных пород (сосна, ель, кедр) у=530 кг/м3 и твердых лиственных пород (дуб, ясень) у=720 кг/м3.
При применении древесины с другим объемным весом надо увеличивать или уменьшать размеры деталей набора пропорционально отношению табличного удельного веса к удельному весу материала, применяемого строителем. Если, например, из графика (рис. 9) следует, что толщина обшивки яхты должна быть равна 20 мм, а у строителя имеются сосновые доски с объемным весом древесины у=480 кг/м3, толщина обшивки должна быть увеличена. Новую толщину можно подсчитать по формуле:
где dт—толщина обшивки, снятая с графика (взятая из таблицы), мм, ут —> табличный объемный вес древесины обшивки; у — объемный вес применяемой древесины; d — необходимая толщина обшивки строящегося судна. Если в таблице или графике дается площадь поперечного сечения детали набора (bхh), то в приведенную выше формулу вместо толщины обшивки следует подставить эту площадь:
Отношение h/b сохраняется постоянным.
Характеристики для выбора сечения деталей набора.
В правилах классификации и постройки размеры деталей набора определяются обычно по величине продольной и поперечной характеристик.
Продольная характеристика —
По величине поперечной характеристики определяют площади сечения шпангоутов, бимсов, флоров.
Выбор размеров деталей набора. На рис. 1 показаны основные связи корпуса, размеры которых должны быть определены при его проектировании. Принципиально сечения связей для яхт с округлыми обводами и типа шарпи могут быть приняты одинаковыми. Однако в последнем случае, особенно при применении фанеры, величина шпации и сечения шпангоутов могут быть значительно увеличены.
На рис. 2 показаны определяемые размеры каждой из основных связей.
Киль. Высота дубового киля и площадь его сечения определяются по графикам (рис. 3), причем на графике для h даны пределы изменения размеров (верхние линии относятся к яхтам, плавающим в более тяжелых условиях).
Высота киля швертбота должна быть выдержана на всей его длине, а ширина — на всей длине Швертового колодца.
В носу ширина киля может быть уменьшена до ширины форштевня, а к транцу до 60% своего максимального значения. Киль для небольших яхт необходимо изготовлять из одного целого брусе, без замков. Если киль склеивают из частей с соединением на ус, длина уса должна быть не менее 10—12 толщин киля. Рекомендуется выклеивать киль из планок на водостойких клеях, которые обладают повышенной прочностью. Кили крупных яхт могут быть изготовлены из нескольких частей. Если эти части соединяются на болтовых замках, длина замка должна быть не менее 6 высот киля.
Кильсон. Над килем швертбота на флоры укладывают кильсон. Площадь сечения кильсона следует принимать равной 25—30% площади киля. Обычно кильсон кладется на пласть. Отношение b/h=4/6, Сечение кильсона по концам может быть уменьшено до 50%. Кильсон простирается в нос от Швертового колодца на 0,3—0,5 расстояния от колодца до штевня и в корму на 0,2—0,3 расстояния от колодца до транца.
Форштевень. Толщина форштевня швертбота должна быть в 1,6—2,0 раза больше высоты киля, снятой с графика (см. рис. 3). Ширина шпунта на форштевне и киле делается не менее 2—2,5 d, причем толщина форштевня по шпунту должна быть не менее 2 d (см. рис. 2, б).
Толщина и ширина форштевня килевой яхты у палубы приблизительно равны высоте киля, а у замка с килем составляют 110—115% высоты киля. Форштевень должен прилегать к килю на длине не менее 6 его высот. Если эта длина меньше, то соединение осуществляется посредством кнопа, который должен перекрывать киль и форштевень не менее чем на 6 толщин киля каждый и крепиться не менее чем 4 болтами к каждой части. Высота кнопа по его середине должна быть не менее высоты киля.
Толщина ахтерштевня может быть принята равной высоте киля.
Контртимберс. Толщина контртимберса принимается равной толщине ахтерштевня. У ахтерштевня и гельмпорта контртимберс должен иметь живое сечение, равное квадрату толщины киля. К транцу сечение контртимберса может быть уменьшено до 75%.
Баллер. Диаметр стального баллера руля килевой яхты может быть определен по графику (рис. 4).
Транец. Толщина транца может быть принята равной толщине обшивки. Целесообразно применять фанеру. По всему периметру транца ставится обвязка толщиной до 2 толщин обшивки. Транец связывают с килем при помощи транцевой кницы.
Шпангоуты. Размеры гнутых шпангоутов малых яхт и швертботов можно определить по графику (рис. 5) в зависимости от поперечной характеристики. Обычно шпация 5=120/200 мм. Задавшись определенной шпацией, легко вычислить размеры сечения шпангоута, зная, что отношение ширины шпангоута к его высоте для гнутых шпангоутов составляет b/h=2/3. Гнутые шпангоуты изготовляют из дуба; их необходимо делать непрерывными от киля до палубы. Выше ватерлинии к палубе сечение шпангоутов может постепенно уменьшаться на 10%.
Пользуясь рис. 5, можно определить и размеры натесных Шпангоутов. Надо только учесть, что натесные шпангоуты Имеют ширину примерно на 20% меньше, чем гнутые, а отношение высоты к ширине порядка h/b = 1,5 :2,0; шпация Натесных шпангоутов обычно больше, чем гнутых (примерно в 2 раза), Натесные шпангоуты могут изготовляться из древесины хвойных пород. Ветви натесных шпангоутов (флортимберсы и топтимберсы) у скулы соединяются между собой на кницах: металлических, дубовых или из бакелизированной фанеры с длиной ветвей (сторон) 100—150 мм.
В районе мачты ставятся дополнительные шпангоуты (три-четыре гнутых или один-два натесных).
.gif)
Морские килевые яхты могут строиться на гнутых, на натесных или на натесных в комбинации с гнутыми шпангоутах. Величина шпации при гнутых шпангоутах изменяется в пределах 140—200 мм. Отношение высоты гнутого шпангоута к его ширине h/b = 0,65 / 0,9.
Размеры натесных шпангоутов определяют по графику (рис. 6). Если набор состоит из одних натесных шпангоутов, S=200 / 300 мм. У киля натесные шпангоуты имеют h/b = 1,1 / 1,2.
Некоторые яхты строят на смешанном наборе, состоящем из натесных шпангоутов с одним или двумя промежуточными гнутыми шпангоутами. В этих случаях шпация натесных шпангоутов с одним промежуточным гнутым шпангоутом составляет 390—560 мм, а шпация натесных шпангоутов с двумя промежуточными гнутыми 490—660 мм. При смешанной конструкции набора отношение h/b для гнутых шпангоутов составляет 0,7/0,8, а для натесных 1,3/1,35. Высота натесных шпангоутов от киля к ватервейсу может постепенно уменьшаться до 75% значения у киля.
Характеристики шпангоутов bh2: S при смешанной системе набора представляют собой сумму характеристик натесного шпангоута и одного или двух гнутых соответственно системе набора, т. е.
Флоры. При наборе швертботов на гнутых шпангоутах деревянные флоры ставят на каждом втором шпангоуте в районе Швертового колодца и на каждом третьем шпангоуте за его пределами. Высота флоров определяется по графику (рис. 7) в зависимости от поперечной характеристки и измеряется от верхней кромки киля (см. рис. 2, д). Толщина флоров обычно соответствует ширине шпангоутов. Длина каждой ветви флора должна быть не менее 2/з полушироты корпуса по ватерлинии в данном месте. Высота флоров к концам ветвей может уменьшаться до двойной высоты соответствующего шпангоута, а толщина — до 0,8 толщины у киля.
Флоры из прямослойного дерева не должны иметь перетеса волокон более 15% длины ветви; если флоры выклеивают без перетеса из нескольких планок на смоляных клеях, высота их может быть уменьшена на 10—20%.
На килевых яхтах флоры должны ставиться на каждом шпангоуте. На небольших яхтах, имеющих набор на гнутых шпангоутах, флоры могут ставиться через шпангоут. Флоры могут быть деревянными (ставятся на небольших яхтах), металлическими коваными или металлическими листовыми с отогнутым фланцем по верхнему краю.
Толщина" деревянных флоров у киля обычно находится в пределах от 15 до 40 мм в зависимости от размеров яхты. Высота флоров швертботов и компромиссов составляет 2—3 толщины флора, а килевых яхт — 2 толщины.
Кованые флоры ставятся на гнутых шпангоутах килевых яхт и имеют обычно b = 25 / 30 мм и h=8 / 10 мм.
Бимсы. Все бимсы должны опираться на привальный брус. Размеры неперерезанного сечения сосновых бимсов определяют по графику (рис. 
в зависимости от поперечной характеристики судна. Для швертботов и компромиссов обычно h/b = 1,4/1,6, а для килевых яхт 1,4/ 1,5. Впереди и позади мачты по обрезам кокпита ставят усиленные бимсы, толщина которых превышает толщину обычных бимсов примерно в 1,5 раза. Высота бимсов от середины к бортам может быть уменьшена до 75% наибольшей. Расстояние между центрами бимсов S определяется по тому же графику и обычно составляет при постройке на гнутых шпангоутах 1,5—2,0 шпации шпангоутов. Для корпусов шарпи желательно соединять шпангоуты и бимсы в одну раму.
Усиленные бимсы у мачты и у кормового конца кокпита подкрепляют вертикальными кницами с длиной ветвей (сторон) не менее 170—200 мм. Кроме того, усиленные бимсы связывают с привальным брусом и карленгсами горизонтальными кницами из твердого дерева, бакелизированной фанеры или металлическими.
Полубимсы имеют размеры сечения такие же, как и основные бимсы. Внутренние концы полубимсов должны опираться на карленгсы, сечение которых составляет —70% сечения привальных брусьев.
В районе открытого кокпита палубу следует подкреплять пиллерсами или вертикальными кницами. Вертикальные кницы ставятся не менее 4 шт. на борт. Длина ветвей деревянных вертикальных книц не менее 360—420 мм. Вместо деревянных могут ставиться металлические кницы равной прочности.
Привальные брусья. Изготовляются из древесины хвойных пород. Площадь живого сечения каждого привального бруса под врезкой бимсов должна составлять 20—25% площади сечения киля. Это сечение должно сохраняться на расстоянии 0,6 длины яхты. К носу и корме сечение привальных брусьев может быть уменьшено до 75%. Отношение h/b = 2/3. С форштевнем и между собой привальные брусья связывают горизонтальными кницами—брештуками. К транцу и его обвязке привальные брусья крепят горизонтальными кницами.
Скуловые стрингеры. Скуловые стрингеры на судах с округлыми обводами устанавливают только при гнутых шпангоутах или если между натесными шпангоутами установлено более двух гнутых. В случае натесных шпангоутов скуловой стрингер ставят лишь на крупных яхтах—с продольной характеристикой более 40. На судах с обводами шарпи скуловые стрингеры ставят во всех случаях.
Площадь сечения скулового стрингера обычно составляет около 80% площади привального бруса; h/b=2:3 (при обводах шарпи около 1:1).
Выбор толщины обшивки и палубного настила. Толщина обшивки вгладь, определяемая по графику (рис. 9), выдерживается в средней части судна — в пределах 0,7 его длины. За пределами указанной длины толщина обшивки может быть уменьшена на 10%. При применении обшивки внакрой, диагонально-продольной или реечной (клееной и нагелеванной по пазам) толщина обшивки и шпация могут быть изменены, как указано в табл. 1. При этом размеры шпангоутов сохраняются такими, какие были определены по рис. 6.
При обшивке вгладь шпация и толщина обшивки, определяемые по рис. 9, могут быть изменены только при условии сохранения постоянными соотношений d2 : S и bh2 :S.
Толщина палубного настила принимается обычно на 1 — 2 мм меньше толщины обшивки.
Толщина палубы из авиационной или бакелизированной фанеры может быть принята равной 65% толщины настила из досок.
Вес 1 м2 палубы без оклеечной ткани и бимсов может быть также определен по графику (рис. 10) в зависимости от продольной характеристики судна.
Ватервейс при фанерной палубе можно не ставить, если палуба хорошо связана с привальным брусом и бортом.
Во всех местах, где в палубе имеются местные вырезы (пяртнерс и т. п.), ставятся оковки, утки и т. д., под настилом должны стоять подушки, распределяющие нагрузку на несколько поясьев настила и соседние бимсы или продольные связи.
Стыки палубного настила должны быть разогнаны со стыками обшивки, привальных брусьев и закладки.
21 июля 1966 года на песчаной мели в районе острова Антигуа (Малые Антильские острова) была обнаружена яхта—бермудский шлюп длиной 7,2 м под названием «Стелла Марис». На судне никого не оказалось. На штаге висели обрывки стакселя, грот был убран. Не обнаружено никаких повреждений или следов аварии. В кокпите лежала погасшая трубка.
Яхта принадлежала известному яхтсмену — председателю Международного Общества имени капитана Слокама Джону Пфличеру. Было известно, что он вышел в одиночку на яхте с Бермудских островов и заходил на остров Сан-Мартен. Последняя запись в вахтенном журнале сделана 10 июля.
Крепления. Для крепления обшивки к набору рекомендуется применять медные заклепочные гвозди с постановкой медных шайб, возможно применение заклепочных гвоздей из мягкой отожженной стали, оцинкованных горячим способом. Иногда обшивку крепят шурупами: латунными, из нержавеющей стали или стальными оцинкованными.
Крепления деталей набора между собой следует делать также из латуни, нержавеющей стали или из оцинкованной стали. Все стальные детали набора должны быть оцинкованы. Болты, гайки и шайбы надо изготовлять из одного и того же материала.
Каждый пояс обшивки следует соединить сквозными креплениями с каждым шпангоутом. Для реечной обшивки, клееной водостойкими клеями и нагелеванной через кромку, число сквозных креплений может быть уменьшено вдвое, т. е. крепления могут ставиться в шахматном порядке через шпангоут.
Минимальное число креплений каждого пояса обшивки к шпангоутам зависит от ширины и толщины обшивки. В правилах постройки эта зависимость представлена табл. 2.
Размеры креплений (диаметры заклепок, шурупов) при постройке швертботов также оговариваются правилами (табл. 3).
В практике проектирования парусных катамаранов расчетные методы приживаются с трудом. Хотя катамаран (да и любое другое мелкое судно) является инженерным сооружением в такой же мере, как, скажем, океанский лайнер или речной теплоход, в большинстве случаев проектирование его производится «на глазок». Причина, видимо, кроется, с одной стороны, в отсутствии опубликованных расчетных методов, с другой — в необоснованном недоверии к предлагаемым методам расчетов.
В сборнике «Катера и яхты» уже поднимался вопрос об использовании расчетных методов при проектировании парусных катамаранов, однако, к сожалению, он не получил должного отклика. Пренебрежение такими расчетами, как, например, расчеты прочности ответственных узлов, может привести к авариям судов. За несколько лет эксплуатации парусных катамаранов в СССР известию много случаев поломок рангоута, рулей, Швертовых колодцев и т. д. В последнее время особенно участились аварии мостов гоночных катамаранов. Подобные же аварии известны и в зарубежной практике. Например, во время гонок на «Малый кубок «Америки» была согнута мачта катамарана «Хелкет», погнута Подмачтовая балка на «Леди Хелмсмен», а на «Геймекук» Подмачтовая балка оторвалась от корпуса.
Эти аварии заставляют снова возвратиться к поднятому в сборнике вопросу о расчете парусных катамаранов. Публикуемая статья Ю. С. Крючкова рассматривает один из наиболее важных вопросов — прочность моста гоночных катамаранов. Как показывает сравнение результатов расчетов с практическими данными, предлагаемый метод, несмотря на ряд принятых допущений, дает достаточную для практики точность.
Этот метод был использован для проверки прочности мостов катамаранов «КВ1» конструкции Ленинградской верфи ВЦСПС. Расчет показал, что применение в данной конструкции легкого сплава АМг-ЗН не обеспечивает прочность моста (у всех семи катамаранов с подобными мостами балки разрушились в процессе эксплуатации). У мостов из сплава АМг-61 необходимо усиление кормовой балки. В настоящее время верфь ВЦСПС усилила мосты на катамаранах «КВ1».
Публикуя эту статью, редакция рассчитывает, что заинтересованные читатели воспользуются ее материалами и сообщат в редакцию о результатах своего опыта эксплуатации катамаранов. В дальнейшем намечено опубликовать ряд статей, посвященных расчетам прочности мостов, рангоута и т. п., а также некоторым другим вопросам.
Продолжение этой статьи будет напечатано в одном из следующих выпусков сборника.
