При разработке чертежей «Гринды» ставилась задача спроектировать мореходный и комфортабельный 10-местный катер, предназначенный для плавания в прибрежной зоне морей и в крупных водохранилищах, пригодный также и для дальнего туризма по магистральным — судоходным рекам. В то же время надо было учесть многочисленные пожелания тех читателей, которые хотели бы найти в сборнике чертежи судна, рассчитанного на самостоятельную постройку из армоцемента.
Применение этого материала обусловило ряд особенностей проекта и в частности — выбор главных размерений и обводов катера. Известно, что даже при минимальных технологически достижимых толщинах армоцементных конструкций корпус малого судна получается слишком тяжелым. Только при длине армоцементного корпуса более 9—10 м вес его получается сравнимым с весом стального или деревянного (разумеется, при равной прочности конструкций). При длине 9,3 м доля веса корпуса в водоизмещении катера получается довольно значительной: около 40%, т. е. примерно на 6—8% больше, чем при изготовлении тако¬го же корпуса из дерева. В данном случае это означает, что при доступных любителям-судостроителям мощностях двигателя до 100 л. с. вывести подобный катер на чистое глиссирование практически невозможно. Следует рассчитывать на водоизмещающее плавание с относительной скоростью Fr = 0,4 — 0,6. Именно на этот диапазон скоростей и рассчитаны обводы корпуса «Гринды».
Основные данные катера
Длина наибольшая - 9.3м
Длина по КВЛ - 8м
Ширина наибольшая - 3м
Ширина по КВЛ - 2,7м
Полная высота борта в носу - 2м
Высота на миделе - 1,65м
Высота в корме - 1,7м
Осадка по КВЛ - 0,8м
Водоизмещение по КВЛ - 8,6т
Рекомендуемая мощность двигателя - 50-100 л.с.
Скорость хода при мощности двигателя 60 л.с. - 16 км/ч
Общий вид катера.
1 — флагшток, L=800 мм; , 5—ахтерлюк; 3—поручень; 4 — сдвижной люк для входа в кормовую каюту; 5—складной съемный тент; 6 — топовый огонь; 7—бортовой отличительный огонь; 8 — ветровое стекло; 9 — светлый люк; 10— носовой релинг; 11 — форлюк; 12 — носовой огонь-фара; 13 — швартовная утка; 14 — светлый люк; 15 — «форточка» —открывающаяся часть ветрового стекла; 16 — заправочная горловина топливной цистерны; 17 — съемный лист для снятия двигателя; 18 — люк в моторный отсек (вариант); 19— сиденье-рундук.
Можно отметить, что примененная комбинация обводов — водоизмещающих на носовой половине корпуса и остроскулых глиссирующих в кормовой допускает и установку дви¬гателя значительно большей мощности — вплоть до 250 — 300 л. с. При движении в режиме глиссирования расчетная скорость хода составляет 16—1В уз.
В днище кокпита необходимо предусмотреть съемный лист из фанеры или металла для возможности осмотра и ремонта двигателя. Текущее обслуживание двигателя будет осуществляться через лаз в носовой переборке моторного отсека. Выхлопной трубопровод выводится на левый борт на уровне ходовой ватерлинии. Чтобы двигатель не заливало водой при крене, необходимо выполнить выхлопную трубу в виде круто¬го колена с изгибом до уровня верхней палубы.
Схема конструкции корпуса
3 слоя; 5 - стрингер 6мм; 6 - вязальная проволока; 7 - угольник 4х50х50;
8 - временная распорка, труба; 9 - сетка с внутренней стороны набора
1 - шпангоут; 2 - тройник; 3 - труба-рычаг; 4 - обрезок трубы.
Конструкция арматуры в носовой части.
1 - стрингер 6мм; 2 - вязальная проволока; 3 - форштевень, труба; 4 - проволочная вязка стрингера к форштевню;
5 - металлический брештук; 6 - временная распорка; 7 - шпангоут; 8 - палубный угольник.
С армоцементом как разновидностью железобетона и использованием этого материала в любительском судостроении, а также с неко¬торыми осуществленными проектами малых армоцементных судов читатели сборника могли познакомиться по публикациям в ранее вышедших номерах (перечень наиболее важных из них приводится в конце статьи). При работе будут полезны книги братьев Бирюковичей «Мелкие суда из стеклоцемента и армоцемента» («Судостроение», 1965 г.) и В. Ф. Безукладова и др. «Корпуса судов из армоцемента» («Судо¬строение», 196В г.).
Напомним, что армоцемент состоит из песчано-цементного бетона, армированного несколькими слоями проволочной стальной сетки с мелкой ячейкой — обычно не больше 3 — 12 мм. Слои сетки должны быть равномерно распределены по толщина армоцементной конструкции, чтобы обеспечивалось дисперсное армирование (т. е. «распределенное», в отличие от сосредоточенного армирования толстыми стержнями в обычном железобетоне). Для приготовления раствора используют мелкий просеянный песок с крупинками диаметром не более 2,5 мм (тогда как для железобетона величина песчинок не имеет значения; используется даже гравий) и цемент высокопрочных марок. В результате армоцементная конструкция получается и достаточно прочной, и достаточно плотной (водонепроницаемой) даже при относительно малой толщине стенок.
Общее расположение.
Позиции 1—19—см. чертеж общего вида катера; 20— аварийный румпель; 21—вентиляционный «грибок»; 22—сиденье рулевого; 23 — пульт управления; 24— форпик; 25 — платформа; 26 — шкаф; 27 — унитаз; 28 — закрытая полка; 29 — открытая полка для приемника; 30— стол; 31—диван; 32—шкаф для одежды; 33—цистерна для горючего; 34— переборка топливного отсека; 35—Двигатель; 35 — выхлопная труба; 37 — койка, внизу рундук; 38—полка; 39 — румпельный отсек; 40 — аккумуляторная батарея; 41— расходный бак питьевой воды; 42 — мойка; 43 — полки для посуды; 44 — газовая плитка; 45 — трубчатая подвесная койка.
Обычно на армоцементных судах длиной до 15 м наружная обшивка имеет толщину 15 — 20 мм. Вес ее получается близким к весу стальной обшивки толщиной 3 — 4 мм, поэтому естественно, что строят из армоце¬мента, как и из стали, только такие суда, для которых вес корпуса не играет первостепенной роли — водоизмещающие катера, килевые парусные яхты.
Важной характеристикой армоцемента является насыщение его армирующей сеткой. Коэффициент удельной поверхности сетки, характеризующий количество металла (общую поверхность проволоки) в единице объема армоцемента, должен составлять 2 — 3 см2/см3; вес сетки, прихо-дящийся на 1 м3 конструкции, должен быть не менее 400 — 500 кг. Чем гуще и равномернее расположены слои сетки по толщине конструкции, чем меньше ячейка и диаметр проволоки применяемой сетки, тем выше прочность и упругость армоцемента. При этом, конечно, нельзя забывать и о необходимости плотного заполнения всего пространства между армирующими проволоками сетки цементнопесчаным раствором.
Конструкция армоцементного корпуса во многом зависит от принятого способа постройки. Применяются три способа: постройка без формы (опалубки)— прямо по выставленному на стапеле набору из трубчатых или деревянных шпангоутов; формование практически безнаборного корпуса на пуансоне (болване) или в матрице. В данном случае — для постройки одного судна силами любителя рекомендуется безопалубочный метод, дающий экономию времени (не потребуется изготавливать пуансон или матрицу) и обеспечивающий высокую прочность.
Металлические шпангоуты после омоноличивания корпуса остаются в толще обшивки. Соответственно недостатком является необходимость изготовлять этот самый поперечный набор в виде замкнутых сварных рамок из трубок или арматурных стержней. Именно этот способ был избран в 1943 г. изобретателем армоцемента Пьером Луиджи Нерви для постройки первой в мире армоцементной яхты «Ирен»; в дальнейшем отработанные им технологические приемы были использованы для постройки, по крайней мере, 500 армоцементных судов различных типов и назначений.
Шпангоуты для корпуса «Гринды» могут быть согнуты из полудюймовой (1/2") водогазопроводной трубы; из такой же трубы изготавливаются форштевень и киль. Всего нужно будет изготовить 10 шпангоутов, включая рамку транца. Все рамки собираются прямо на плазовой разбивке. Для придания рамкам жесткости бортовые концы шпангоутов на уровне палубы соединяют стальными угольниками или трубами, удаляемыми уже непосредственно перед монтажем палубы. Нижние концы шпангоутов соединяют приварными временными же флорами (можно их и оставить в конструкции, но тогда придется огибать их каждым слоем укладываемой вдоль киля сетки).
Корпус проще всего собирать в обычном положении — килем вниз. (Формование корпуса в положении вверх килем применяется обычно при использовании жесткого пуансона, вместе с которым и производят раскантовку корпуса) Шпангоуты устанавливаются на стапеле в точном со-ответствии с теоретическим чертежом — через 800 мм. Верхние концы бортовых ветвей шпангоутов приваривают к стальному угольнику, образующему по всему периметру борта фланец для крепления деревянной палубы. Внизу — в ДП — шпангоуты приваривают к килю.
Следующий этап постройки — омоноличивание корпуса раствором, в состав которого входят: портландцемента марки 500—100 вес. ч., песка— 100—140 вес. ч., воды — 40 — 45 вес. ч. Для получения более пластичного раствора желательно добавить в воду для затворения пластификатор— сульфитно-спиртовую барду одной из следующих марок: КБЖ — 0,40 вес. ч.; КБТ —0,25 вес ч. или КБП — 0,22 вес. ч. (количество воды в случае применения этих добавок мо¬жет быть уменьшено до 30 вес. ч.).
- трубы стальные водогазопроводные внутренним диаметром 1/2" (или 13 — 19 мм) — 90 погонных метров (чистый вес — 115 кг);
- стальная проволока диаметром 6 мм — 520 пог. м, вес — 120 кг;
- тканая стальная сетка № 4 —10 — 400 м2, вес — 360 кг;
- проволока вязальная диаметром 2 мм — 2400 пог. м, вес — 60 кг;
- угольник 50X50X4 мм — 25 пог. м, вес — 76 кг;
- портландцемент марки 500 — 900 кг;
- речной песок — 1200 кг.
Кроме того понадобятся: немного листовой стали толщиной 2,5—3 мм, электроды для сварки арматуры, стальные угольники, трубы, деревянные бруски и рейки для раскрепления набора на стапеле.
Ординаты в таблице указаны для наружной поверхности корпуса. Это значит, что при разбивке шпангоутов необходимо учесть толщину наружной обшивки, т. е. отложить внутрь от получившихся контуров шпангоутов 15 мм равномерно вдоль всей линии. Начинать вычерчивание шпангоутов на плазе рекомендуется с самого широкого шпангоута — со шп. 5. По данным таблицы на линиях сетки — ватерлиниях и батоксах — находят положения точек, а затем в этих точках в плаз забивают гвозди, которые служат опорами для огибания гибкой рейкой при вычерчивании лекального обводе шпангоута. Линия шпангоута на плазе должна быть плавной, свободно огибаемой деревянной рейкой сечением около 6X15 мм; достаточ¬на длина рейки около 1,5 м.
Временные поперечины из труб или угольников прихватывают, отступя на 40 — 50 мм от отметки пинии борта вниз. На каждой поперечине, как и на флоре внизу, отмечают положение линии ДП; наложив собран¬ную рамку на плаз, отрезают лишние концы шпангоута, выступающие выше линии борта.
Следующий этап — оборудование стапельного места. Постройка армоцементного корпуса может вестись под любым навесом или даже вообще на открытом воздухе, но важно обеспечить прочное основание и жесткую базу для контроля правильности сборки. Основанием может служить ряд уложенных на грунт поперечных брусьев (типа шпал), отрезков рельсов или крупной профильной стали (двутавров, швеллеров и т. п.). На стапеле необходимо при помощи натянутой стальной струны пробить линию ДП на всей длине судна. Важно также установить точное положение основной плоскости, от которой будет вестись отсчет всех размеров по вертикали — высот. Для этой цели удобно в носу, в корме и на миделе врыть в землю вертикальные стойки и при помощи шлангового уровня вынести на них положение ОЛ и ватерлинии 8. В дальнейшем, приложив одну из трубок шлангового уровня к нужной отметке, а вторую — к выверяемой конструкции на стапеле, можно осуществить контроль за высотами.
Для окончательной проверки выставленного набора потребуются три тонкие и широкие рейки; лучше всего, если они будут длиной во всю длину корпуса. Одну из них прикладывают снаружи и временно крепят к корпусу на уровне линии борта, другую — на уровне ватерлинии, третью — по днищу (примерно по линии батокса БМ или диагонали R теоретического чертежа). Строитель должен убедиться в том, что поверхность каждой рейки плотно прилегает к каждому шпангоуту каркаса, сохраняя свой естественный, свободный изгиб. Если между рейкой и каким-либо шпан-гоутом появился большой зазор, это значит, что или при изготовлении шпангоута или при его установке на стапель допущена какая-то ошибке. (Еще раз проверьте расстояние между плоскостями соседних шпангоутов — оно должно быть равно вели¬чине шпации.) Если зазор превышает 6 — 8 мм и небольшое перемещение — наклон шпангоута не дает же¬лаемого результата, лучше снять шпангоут со стапеля и попытаться перегнуть его либо даже заменить другим с подгонкой по месту.
Теперь настало время наложить на корпус стрингера. Желательно использовать жесткие и ровные прутки, обеспечивающие ровную поверхность корпуса. Если применяется мягкая проволока, она должна быть тщатель¬но отрихтована. Прутки накладывают на шпангоуты с наружной стороны, начиная от форштевня. Носовой конец стрингера изгибают в виде крюка, огибая им трубу форштевня. При этом не следует гнуть пруток по очень маленькому радиусу — в нем могут появиться трещины, что впоследствии станет причиной появле¬ния трещин и в армоцементной обшивке. Минимальный радиус при гибке любых деталей арматуры дол¬жен быть не менее 6 диаметров при жестком прутке и 4 диаметров — при мягком.
Укладывая стрингера, их распределяют равномерно по обводу каждого шпангоута и так, чтобы расстояние между ними не превышало 80—100 мм, а затем крепят к шпангоутам скрутками из мягкой вязальной проволоки. Сварка здесь нежелательна, так как при нагреве стальные прутки сильно деформируются, поверхности корпуса получатся неровными. По той же причине не рекомендуется сваривать концы двух прутков в месте стыка; лучше сделать перекрой длиной примерно 300 мм, наложив конец одного стрингера на другой, и перевязать соединяемые концы в четырех местах проволокой.
Стрингера укладывают, начиная с нижнего — от киля и по очереди на обоих бортах, чтобы не получалось перекоса набора на стапеле. Прутки должны быть туго натянутыми, но в то же время описывающими корпус без изломов — по плавной кривой. Эту работу облегчит простейшее приспособление для натяжения прутков, показанное на эскизе.
Часть поперечных переборок встает точно на шпангоуты, поэтому для крепления фанеры к стальной трубе нужно заранее, еще до установки на стапель, приварить небольшие пластинки с отверстиями, выступающие за поверхность армоцемента. К подобным закладным деталям при помощи болтов можно будет крепить любые деревянные конструкции.
Сетку начинают укладывать с внутренней стороны корпуса. Рулон целесообразно разворачивать поперек корпуса и сверху вниз, закрепив с помощью вязальной проволоки верхний край к угольнику ширстрека. Сетку необходимо плотно подтянуть ко всем шпангоутам, стрингерам и привязать к ним схватками из проволоки через каждые 150— 200 мм. Лучше всего заранее нарубить проволоку кусками длиной по 40—50 мм и согнуть U-образные скобки. Один человек, находясь снаружи корпуса, просовывает концы скобок сквозь отверстия сетки в обхват прутка стрингера; второй — с помощью плоскогубцев обтягивает скобы изнутри, в тугую скручивает их концы, а затем откусывает лишнее.
Слои сетки должны быть плотно прижаты один к другому и плавно обрисовывать поверхность корпуса без выпуклостей и вмятин. Один из слоев может быть уложен вдоль корпуса, если при этом удастся не нарушить плавность обводов. На киле слои сетки попеременно перепускают на противоположный борт с перекроем примерно 300 мм. Обрезают сетку кусачками. В тех местах, где к шпангоутам приварены пластинки для крепления деревянных конструкций и флоры, для их прохода сквозь сетку в ней прорезаются соответствующие щели в каждом слое.
Когда все слои уложены, выровнены и прихвачены к набору, приходит время позаботиться о возможности крепления в последующем всего внутреннего насыщения катера (переборок, не совпадающих со шпангоутами, пайолов, мебели, цистерн, фундамента двигателя, дей-двудной трубы, гельмпорта). Стоит предусмотреть и возможность вывода через обшивку выхлопного трубопровода, отливных труб из кокпита и т. п.; лучше оформить эти отверстия заранее, чем сверлить их после замоноличивания корпуса. Для прохода труб в соответствующих местах к стрингерам приваривают фланцы, а в сетках прорезают отверстия, в которые перед замоно-личиванием корпуса раствором вставляют деревянные пробки. Некоторые варианты закладных деталей показаны на эскизах. Проще всего изготовить их из прутка диаметром 5—6 мм, согнув в виде П-образных скоб. Концы скоб пропускают сквозь сетку изнутри и загибают в противоположные стороны вдоль по двум соседним стрингерам. Длина концов, прикручиваемых к стрингерам вязальной проволокой, должна быть около 250 мм. Пластинки с отверстиями для крепления деталей обстройки могут быть приварены к проволоке заранее или после замоноличивания корпуса. Подобным же образом выводятся проволочные обушки для крепления угольников под пайолы.
Фундамент под двигатель может быть изготовлен из армоцементных продольных и поперечных балок толщиной около 25 мм, армированных стальными прутками и несколькими слоями сетки. Прутки должны быть надежно связаны со шпангоутами и стрингерами; точно так же и пакет сетки, покрывающий эти балки, нужно связать с основной сеткой. Поперечные балки, совпадающие с переборками машинного отсека, рекомендуется выполнить в виде высоких водонепроницаемых флоров, которые будут препятствовать распространению по трюму загрязненной воды. 8 кормовой переборке к ее арматуре надо заранее приварить стальной квадратный фланец с отверстием для прохода дей-двудной трубы, которая устанавливается внутри кормового плавника до его обтягивания сеткой.
Когда изнутри корпуса будет закончена установка всех закладных деталей, можно приступать к укладке наружных слоев армирующей сетки, разворачивая рулон или вдоль корпуса или по диагонали и прихватывая сетку скрутками к шир-стречному угольнику, шпангоутам и стрингерам. Необходимо, чтобы три наружных слоя были плотно стянуты между собой, а вместе с внутренними слоями и стрингерами образовался пакет равномерной по всему корпусу толщины (15—18 мм), На участках между стрингерами не должно получаться вогнутости: здесь между наружным и внутренним пакетами сеток должен оставаться зазор ровно в 6 мм—по толщине стрингеров. Концы скобок, с помощью которых наружные слои сетки подтягиваются к набору, скручивать и откусывать лучше снаружи, стараясь при этом утопить остающийся конец скрутки в одно из отверстий сетки. После замоноличивани*я сетка должна быть покрыта лишь тонким защитным слоем раствора (2—3 мм); любые выступающие проволочки могут проявиться на наружной поверхности обшивки в виде нежелательных бугорков.
Плавность наружных обводов необходимо проверить с помощью гибкой рейки, прикладывая ее к поверхности сетки. Иногда несколько таких широких реек, идущих по всей длине, корпуса, привязывают снаружи к арматуре, чтобы поддержать сетку при омоноличивании обшивки, обычно начинаемом изнутри корпуса. Через сутки, когда раствор затвердеет, эти рейки можно снять и покрывать корпус раствором снаружи.
Важно проследить, чтобы сетка и вся металлическая арматура не были загрязнены маслом, окалиной и пылью, нарушающими сцепление цементного раствора с металлом. Незначительная коррозия не страшна—металл, замоноличенный в портландцементе, не корродирует. Арматуру и сетку можно очистить от масла при помощи керосина или бензина, обработкой струей пара или кипячением в слабом растворе соды (обычно при достаточной выдержке под открытым небом специальная очистка от масла не требуется вообще).
Пригодны различные сорта портландцемента (обычный, быстротвердеющий, сульфатостойкий, гидрофобный) марок 400—500 и выше;. Рабочий раствор готовится из смеси цемента с песком в соотношении (1 : 1) ~ (1 : 1,4) по весу. Песок снижает усадку при затвердевании и уменьшает расход цемента, но излишнее количество песка снижает прочность материала. Для приготовления раствора пригоден хорошо промытый речной песок с зернами Диаметром до 5 мм; его необходимо просеять через металлическое сито с ячейками такого размера. Глинистые примеси и органические вещества недопустимы, поэтому бывает полезно предварительно исследовать небольшое количество песка, чтобы убедиться в его чистоте.
Высокие требования предъявляются и к чистоте воды: она не должна содержать органики, кислот, щелочей и прочих примесей. Лучше всего использовать водопроводную или чистую речную воду. Количество воды определяется по весу цемента; оптимальное соотношение вода: цемент от 0,35 до 0,45. Всегда стараются работать раствором с минимальным содержанием воды (иногда даже применяют специальные обезвоживающие добавки), поскольку излишнее ее количество в растворе снижает прочность материала.
Приготовление раствора начинают с тщательного перемешивания цемента с песком, а затем уже добавляют воду. Готовить необходимо только такое количество раствора, которое может быть использовано в течение 30—40 мин, так как по истечении этого времени раствор перестает схватываться. Для правильной дозировки составляющих надо пользоваться мерной посудой, заранее определив ее вес с песком, цементом и водой.
Чтобы цементный раствор обладал достаточной пластичностью и лучше заполнял ячейки армирующей сетки, в воду добавляют пластификатор — сульфитно-спиртовую барду в количестве 0,22—0,40% от веса цемента (в зависимости от марки барды).
Для приготовления качественного раствора лучше всего использовать механизированную бетономешалку небольшой емкости. Будет очень полезен ручной вибратор (вариант самодельного с использованием мотора от старой стиральной машины приведен в статье М. Г. Лагунова, опубликованной в «КЯ» № 50). Раствор наносится на арматурную сетку вручную.
Если строитель имеет в своем распоряжении достаточное число рабочих рук, рекомендуется произвести бетонирование корпуса за один прием — в течение одного дня. Эту работу лучше выполнять в прохладный (около 15°С) день при повышенной влажности воздуха, но без дождя (если корпус не защищен навесом).
Раствор наносится изнутри корпуса и тщательно втирается кельмами таким образом, чтобы он проник сквозь все ячейки пакета сеток и выступил с обратной стороны, т. е. снаружи корпуса. Иногда втирают раствор и прямо руками, надев прочные резиновые перчатки (так приходится делать, если раствор не пластифицированный и плохо затекает в ячейки сетки).
В. И. Васильев «Катера и яхты» №2 (66) март-апрель 1977г.