Конструкция современного корпуса на базе древесины и эпоксидных смол 

Источник : книга "The Elements of Boat Strength" , год издания 2000
Автор : Dave Gerr   
Перевод - Сергей Баркалов   www.t22.nm.ru 

От "переводчика" . Все приведенные в главе формулы имели графические номограммы , которые я исключил по причине трудностей с интернетом . Ссылки на большинство формул из других глав книги даны по тексту . Перевод делался поверх отсканированного из книги текста и несмотря на многие исправления ошибок распознавания знаков арифметики они могут присутствовать  .  

За последние тридцать лет деревянное судостроение претерпело своего рода революцию . Как бы ни был прочен и надежен корпус классической конструкции с обшивкой по шпангоутам  , он обладает несколькими серьезными недостатками :

  • Прочность всей конструкции в целом зависит от прочности каждого элемента крепежа в отдельности
  • Что более важно , деревянная конструкция подвержена гниению.
  • Древесина - сравнительно мягкий материал , в особенности по сравнению с металлом и корпус может разрушиться от ударных или абразивных нагрузок .
  • Периодические разбухание и усушка древесины ведут к ослаблению крепежа и загниванию древесины
  • Классическая конструкция хорошего уровня требует применения древесины высочайшего качества , найти которую становится все труднее и дороже .

Современные эпоксидные клеи настолько крепки , эластичны и непроницаемы для водяных паров , что они снимают все эти проблемы . Прочность лодки , элементы которой соединены на эпоксидной смоле , уже не ограничивается прочностью металлического крепежа . Клеевой шов обладает намного большей прочностью , чем отдельный элемент крепежа и вся структура при этом становится единым целым - монококовой конструкцией . 

Если окружить каждую отдельную деревянную деталь слоем эпоксидной смолы , влажность ее древесины как бы застывает на том уровне , которое было в момент покрытия . Ни водяные пары , ни кислород , уже не могут проходить свободно через этот барьер  (хотя сама пленка в некоторой степени и проницаема  , этого недостаточно для развития гнили) .  Это не только исключает любую возможность гниения , но и избавляет всю конструкцию от периодического забухания , делая ее стабильной в размерах . 

И наконец , оклейка корпуса стеклотканью или другим подходящим материалом значительно повышает сопротивление ударным и абразивным нагрузкам . На ранних этапах корпуса пытались оклеивать на полиэфирной смоле , что обычно не имело успеха . Полиэфирная недостаточно эластична и обладает малой прочностью на отрыв . В отличие от нее эпоксидные смолы обладают тем и другим в достаточной степени и показывают себя очень хорошо . К тому же само тканевое покрытие не подвержено разбуханию на корпусе  , конструкция которого пропитана эпоксидной смолой и стабильна .

Характеристики древесины

Полное облачение древесины в эпоксидную смолу и высокая прочность , достигаемая при помощи монококовой конструкции , позволяют для пропитанного смолой корпуса делать выбор из гораздо большего числа пород древесины . Более того , от древесины уже не требуется того высокого качества  и не обязательно применение пород , которые от природы стойки к гниению . Как правило , годится практически любая древесина  , удовлетворяющая следующим требованиям :

 

Формула 11-1 

  • Древесина для обшивки корпуса (малые суда)  - 384 - 512 кг /куб.м
  • Древесина для обшивки корпуса (большие суда)   - 512-704 кг /куб.м
  • Шпангоуты  , кили , элементы поперечного набора -  512-704 кг/куб.м
  • Древесина должна быть с минимумом сучков и прямослойная . Если широко используется древесина тангенциального распила , сечения должны быть увеличены на 8-10 процентов .
  • Древесина не должна содержать природных кислот и масел , которые ухудшают прочность клеевого шва (примерами таких пород являются тик и дуб) . Хотя тик и дуб тоже можно клеить эпоксидными смолами , долговечность такой конструкции будет под сомнением , требуется дополнительная подготовка поверхности и опыт склеивания . Для конструктивных связей это не рекомендуется .

Методы постройки

Применяя технологию пропитки древесины эпоксидной смолой , можно построить деревянное судно любой конструкции . Даже корпус с обшивкой из досок можно полностью пропитать смолой (но только в случае  , когда он строится по этому методу с нуля) . Корпус с обшивкой вгладь будет иметь пропитанные смолой элементы - шпангоуты , флоры , киль , бимсы  , привальный брус , стрингеры должны быть склеены и соединены крепежом . Фанерная палуба и рубка должны быть склеены воедино и покрыты смолой . Однако доски обшивки должны ставиться на обычный крепеж , а не на клей и герметизироваться набивкой . Если применяются традиционные материалы в виде хлопка и дегтя , доски обшивки не должны пропитываться эпоксидной смолой . Это требуется для того , чтобы они , забухнув , обеспечили водонепроницаемость соединения . Можно поступить и по другому  , покрыв все доски обшивки по отдельности смолой и установив их на крепеж без клея . В данном случае в щели необходимо будет вклеить  длинные узкие полосы клиновидной формы .

Пользуясь технологией пропитки древесины эпоксидной смолой , можно построить такой   корпус с обшивкой вгладь , однако  процесс будет весьма трудоемким . Стандартными же методами постройки корпусов из древесины и эпоксидной смолы являются реечная , фанерная и диагональная (состоящая из многих стоев шпона) обшивка . Мы рассмотрим все по очереди .

Конструция реечной обшивки на эпоксидной смоле .

Подобная конструкция является промежуточным звеном между корпусом с классической реечной обшивкой по шпангоутам и корпусом , полностью оклееным стеклотканью снаружи и изнутри и лишенным большей части традиционного набора . Последние являются фактически композитными корпусами с реечной обшивкой в качестве заполнителя и сродни скорее стеклопластиковому сэндвичу  , нежели традиционному деревянному корпусу .

Стандартная реечная обшивка на эпоксидной смоле похожа на классическую реечную обшивку. Разница между ними состоит в том  , что все составляющие деревянной конструкции склеиваются между собой эпоксидным связующим судостроительного назначения . Дополнительно к этому каждый из элементов покрывается минимум тремя слоями эпоксидной смолы без наполнителя   .

При этом может достигаться значительная экономия трудозатрат :

  • Не требуется делать подгонку реек друг к другу или делать ребра реек вогнуто-выпуклыми , чтобы добиться плотного их прилегания . Все рейки имеют прямоугольное сечение и в таком виде ложатся на корпус , позволяя образование естественных щелей по ребрам . Все эти щели заполняются эпоксидной смолой с наполнителем после фиксации каждой отдельной рейки .
  • Не требуется соединять рейки на ус для получения необходимой длины . Рейки стыкуются одна в торец другой . Перед стыковкой в торец одной из реек вбивается гвоздь . Торцевые стыки должны отстоять друг от друга не менее чем на шесть реек по вертикали и три шпации по горизонтали (такого типа соединение может впоследствии стать заметным при определенных обстоятельствах . Однако такое соединение достаточно надежно , т.к. если рассматривать всю конструкцию как единое целое , то хорошо разнесенные торцевые стыки представляют в оболочке корпуса собой соединения типа шкантованных и достаточно прочны ) .
  • Не требуется делать сужение реек по краям  , чтобы те ложились параллельно линии борта . Допускается класть рейки под любым естественным углом или кривой , начиная от борта к килю или же наоборот . Но если вам хочется добиться ровного направления реек обшивки надводного борта , вы можете сделать следующее . От линии борта на каждом шпангоуте отмерьте одинаковые расстояния примерно до уровня закругления скулы . Затем начиная с киля обшейте рейкой днище ровно до отметок на шпангоутах . Рейка на днище может ложиться  как ей будет угодно , с любыми углами и кривизной . Теперь кромку днищевой обшивки надо будет аккуратно обрезать точно по отметкам . Эта линия будет теперь параллельна линии борта . Продолжите обшивку с нее и все рейки будут лежать строго параллельными борту
  • На многих лодках вместо стандартных шпангоутов можно использовать постоянные несущие переборки . В подобном случае такие переборки являются конструкционными элементами аналогично тому   , что мы имеем в стеклопластиковых корпусах . Размеры  переборок рассчитываются по формуле 5-5 . Если такая переборка располагается поблизости от расположения расчетного шпангоута и если переборка представляет собой неразрывное кольцо (с минималным соотношением по периметру высоты к толщине 6.75 :1 ) , шпангоут в таком случае не требуется .
  • Водонепроницаемые переборки должны соответствовать формуле 9-29 . Их можно ставить на мокрый угольник , крепить к шпангоутам шурупами на клей или комбинировать эти два способа . Угольник должен быть из биаксиальной стеганой ткани , совместимой с эпоксидной  смолой.
  • Шпангоуты можно ламинировать непосредственно в корпусе , используя его в качестве матрицы . В этом случае привальный брус также можно ламинировать по внутренней поверхности обшивки (по шпангоутам или замещая их). Шельф не требуется , однако привальный брус должен иметь сечение , учитывающее его отсутствие (Ф.9-15).
  • Наружная оклейка корпуса с реечной обшивкой на эпоксидной смоле .

     Все корпуса и палубы подобной конструкции должны оклеиваться стеклотканью или иным похожим материалом (Dynel , Vectra) . Это улучшает абразивную стойкость и гарантирует более толстый наружный слой структуры из волокна и смолы , который еще более защитит древесину от разрушения . 

    Минимальная толщина стеклоткани на корпусе и надстройках с натуральным видом древесины должна представлять собой один слой ткани весом 270-340 г/м2 на эпоксидной смоле . Самые маленькие лодки типа каноэ или скифов требуют ткани весом 170 г/м2 . Для тканей Dynel , Vectra или полиэфирной ткани Xynole минимальным весом будет 135 г/м2 вне зависимости от размеров корпуса . 

    Палубы и крыши рубок покрываются стеклотканью согласно формулам 9-19 / 9-26 .

    Чем более толстым будет слой наружной оклейки корпуса  , тем большей абразивной устойчивостью и прочностью на скручивание он будет обладать . Однако в этом случае корпус придется окрасить , т.к. такой ламинат будет слишком толстым  , чтобы сквозь него было видно красивую текстуру дерева . Еще лучше то (что мы позже увидим) , что эти прочность и устойчивость , которые дает оклейка , позволяют снизить толщину реечной обшивки . 

    • Корпуса с коэффициентом Sn = 2 следует оклеивать в несколько слоев биаксиальной стеганой тканью с ориентацией волокон 0/90 , волокно категории Е (электро) .  Когда такая ткань укладывается под углом 45 градусов к продолной оси корпуса , она выступает как диагональная стяжка и при этом увеличивает жесткость корпуса на скручивание . 
      ( Sn = Длина корпуса [м] х Ширина [м]х Высота от киля до палубы [м]/ 28.32
    • Корпуса с коэффициентом Sn менее 2 можно оклеивать обычной стеклотканью вместо биаксиальной . 
    • Вес стекловолоконного покрытия днища следует увеличивать на один процент на каждый узел скорости свыше 25 . 
    • Корпуса с коэффициентом Sn ниже единицы не имеют каких-либо преимуществ при использовании данного метода постройки . Вполне годится обычный метод обшивки рейкой на смоле с легкой оклейкой . 
    • Толщина оклейки увеличивается на 10 процентов для рабочих лодок и оффшорных круизных судов . 
    • При наличии шпангоутов  , переборок и внутреннего киля внутренняя оклейка не требуется и не рекомендуется . 

    Формула 11-2

    Толщина оклейки корпуса с реечной обшивкой : 

    Для корпусов с Sn=0.6 и выше :

    Суммарный вес ткани = 1,044 + (281.4 x Sn) г/м2

    Для корпусов с Sn менее 0.6 :

    Суммарный вес ткани  = 3.73 + (2,015 x Sn) г/м2

    Считаем вес стекловолокна  , необходимого для оклейки нашего примера : 

    1044 + (281.4 x 2.97) = 1879.7 , округляем до  1880 г/м2

    Формула 11-3

    Толщина реечной обшивки с одной внешней оклейкой .

    Для определения уменьшенной толщины реечной обшивки на эпоксидной смоле , оклееной  толстым слоем биаксиальной ткани категории Е (по формуле 11-2) , считаем следующим образом :

    Толщина = 16.51 х Sn0.3 мм

    При постройке нашего примера таким методом толщина реечной обшивки будет считаться так :

    16.51 x 2.970.3 = 24.7 мм , округляем до  25 мм

    Это отличается от 28 мм , требуемых для обшивки рейкой или доской вгладь при отсутствии оклейки .

    Двойная диагональная обшивка шпоном поверх рейки 

    Альтернативой толстому слою стеклопластика снаружи корпуса является укладка двух диагональных слоев шпона . При этом методе внешняя поверхность корпуса все равно требует оклейки стеклотканью весом 270-400 г/м2 . Для тканей Dynel и Vectra минимальный вес  135 г/м2 . Такая конструкция с формованием двух диагональных слоев шпона обеспечивает  жесткость на скручивание , аналогичную толстому слою стеклопластика  . Поскольку сам шпон добавляет обшивке ощутимую толщину  , толщину рейки соответственно уменьшают  . 

    Корпуса с коэффициентом Sn менее двух при таком методе не имеют каких-либо преимуществ  и тут  лучше обратиться к обычной обшивке рейкой на смоле .

    У этого способа есть два минуса - процесс укладки шпона более трудоемок  , нежели стеклопластика и толстый слой стеклоткани обладает более высокой ударной и абразивной прочностью . Тем не менее и этод метод обеспечивает отличную конструкцию корпуса . 

    Заметим  , что хоть в названии и указано "двойная" , нет никаких противопоказаний к тому  , чтобы уложить четыре или шесть слоев , уменьшая соответственно толщину каждого для получения необходимой . 

    Формула 11-4

    Толщина двух диагональных слоев шпона поверх реечной обшивки 

    Толщина , мм =  (10.92 x Sn0.2) - 8.13 

    Таким образом  , наш пример будет иметь такую толщину диагональных слоев :

    (10.92 x 2.970.2) - 8.13= 5.44 мм , берем два слоя по 3 мм , итого 6 мм

    Чтобы посчитать , насколько следует уменьшить толщину нижнего слоя рейки , необходимо знать толщину биаксиального ламината , рассчитанного по формуле 11-2 .

    Формула 11-5

    Перевод толщины биаксиального ламината в вес и наоборот

    Вес стекломатериала  (г/м2)  = (Толщина ламината [мм] x 813)-9.7

    Толщина ламината (мм) = (Вес стекломатериала [г/м2] - 9.7) / 813

    Мы подсчитали  , что вес стекломатериала наружной оклейки нашего примера должен быть 1,880 г/м2. 

    Тогда толщина его составит  (1,880 г/м2 -9.7) / 813 = 2.3 mm

    Формула 11-6

    Уменьшение толщины нижнего слоя рейки при диагональной оклейке шпоном . 

    Толщина рейки уменьшается по отношению к суммарной толщине оболочки при обшивке одной рейкой и толстым слоем оклейки . 

    Следовательно , в нашем примере толщина рейки при наличии диагональных слоев шпона может быть снижена до 22 мм . 

    24.7 мм рейки + 2.3 мм стеклопластика = 27 мм , 27 мм - 6 мм шпона = 21 ; берем  22 мм

    Таким образом , оболочка корпуса в нашем примере состоит из следующего :

    • Один слой оклейки стеклотканью весом 270-400 г/м2 или один слой ткани Dynel или Vectra весом 135 г/м2 . 
    • Два диагональных слоя шпона по 3 мм , итого 6 мм 
    • Рейка 22 мм

    Внутренняя конструкция реечного корпуса с диагональной оклейкой шпоном или стеклотканью .

    Добавление диагонального шпона или толстого биаксиального слоя ткани дает возможность уменьшить значительное количество поперечного набора . Внутренняя конструкция рассчитывается в этом случае аналогично корпусам из стеклопластика или сэндвичевым со следующими оговорками . 

    • Не требуются бортовые стрингеры
    • Основание под двигатель / подмоторные стрингеры устанавливаются согласно описанию . Материалом может быть сэндвич с заполнителем из бальзы или пенопласта , сплошной стеклопластик , скрепленный шурупами , болтами и клееный к корпусу на эпоксидной смоле . При их изготовлении из древесины они имеют сечения бальзового или пенопластового заполнителя .  
    • Там , где имеются скуловые стрингеры , другое усиление скулы не требуется . 
    • В качестве альтернативы возможно изготовление композитной скулы 
    • Переборки и сплошные шпангоуты не требуют подкладок из эластомера , необходимых согласно Кодексу Федеральных Норм для пассажирских судов . 
    • Расположение флоров аналогично правилам для стеклопластиковых корпусов . При использовании древесины их сечение равно сечению бальзового или пенопластового заполнителя . 
    • При данном методе постройки возможно полностью исключить из конструкции киль и форштевень . Вместо них  укладывается реечная обшивка и диагональный шпон . В этом случае толщина стеклопластика в районе киля и форштевня увеличивается в 1.8 раза по сравнению с остальным ламинатом оклейки снаружи и в 1.2 раза - изнутри . Корпус такого типа уже на самом деле являет собой стеклопластиковый сэндвич с древесиной в роли заполнителя . 
    • Еще один вариант конструкции киля - ламинировать его из фанеры (Формула 11-9С). 

    Примечание : Все ламинаты и тканевые покрытия требуют применения эпоксидной смолы , сами ткани должны быть совместимы с ней (т.е. не иметь связующих покрытий) , обычно в этой роли выступают стеганые ткани биаксиального типа (рис.) .

    Корпус с реечной обшивкой с двусторонним стеклопластиковым покрытием .

    Еще одним вариантом конструкции реечной обшивки на эпоксидной смоле является использование толстого слоя биаксиальной ткани снаружи и изнутри корпуса с заполнителем в виде рейки и без диагонального шпона . При таком способе также возможно избавиться от традиционного поперечного набора и прочего конструктива . Опять же при этом следует ориентироваться на методику расчета внутреннего набора для сэндвичевых стеклопластиковых корпусов .  (См. также примечания к предыдущей главе) . 

    Формула 11-7

    Толщина реечной обшивки при двусторонней оклейке стеклопластиком 

    В данном методе используется толстый слой пластика снаружи корпуса в паре с аналогичным слоем изнутри , считаемого по формуле 11-2 . Корпус считается обычным композитным сэндвичевым . Поскольку рейка в данном случае выступает в роли заполнителя  , ее толщину можно еще более снизить :

    Толщина рейки , мм = 15.24 x Sn0.34 

    Таким образом  , наш пример с двусторонней оклейкой должен иметь толщину рейки  15.24 x 2.970.34 = 22 мм

    Формула 11-8

    Внутренний слой стеклопластика для корпусов с двусторонней оклейкой 

    Корпус изнутри оклеивается той же биаксиальной тканью категории Е при коэффициенте Sn более двух . При коэффициенте менее двух это может быть обычная стеклоткань . Внутренний стекломатериал должен составлять 66% по толщине или весу от наружного , считаемого по формуле 11-2 .

    Возвращаясь к нашему примеру . Вес материала внутренней оклейки : 0.66 x 1 880 г/м2 = 1,240 г/м2

    Реечная конструкция с двусторонней оклейкой и стеклопластиковая сэндвичевая .

    В отличие от чрезвычайно непрочных (низкомодульных) заполнителей , традиционно используемых в  конструкции стеклопластиковых сэндвичевых корпусов , конструкция заполнителя в виде рейки обладает  значительной прочностью в продольном направлении , при сосредоточенном изгибе и ударе . Более того , заполнитель из рейки обладает намного большей прочностью на сдвиг , чем низкомодульные заполнители , применяемые в обычном стеклопластиковом судостроении . Помимо этого ламинат из биаксиальной ткани на эпоксидной смоле имеет куда более высокие механические свойства (прочность) , чем стандартный стеклопластик на основе стекломата с ровингом и полиэфирной смолы . Как следствие  , хотя структура с заполнителем в виде рейки и стандартный сэндвич считаются аналогичным образом согласно правилам , приведенным в книге , в случае реечного заполнителя толщина наружного и внутреннего стеклопластика будет меньше , чем она была бы в случае обычного стеклопластикового сэндвича . 

    Диагональная реечная обшивка ("елочка") на днище остроскулых корпусов .

    На корпусах с острой гранью скулы , в особенности тех , которые не рассчитаны на постройку из фанеры , бывает более удобно обшить днище рейкой диагонально , в виде "елочки" . Толщина обшивки считается по той же методике  , что приводилась ранее , за исключением случая  с минимальным днищевым набором . При этом толщину днищевой обшивки следует увеличить в 1.5 раза .  

    Конструкция ультралегкого корпуса с реечной обшивкой и оклейкой по методу Линдсея Лорда . 

    Мы до сих пор проектируем корпуса с жесткой оболочкой . Прочность в паре с нормами безопасности  требуют значительной жесткости . Но есть и иной подход к этой проблеме : позволить оболочке корпуса небольшую гибкость . Возможно звучит это рискованно , тем не менее это не так . Конструктор Линдсей Лорд  разработал , вероятно , самую облегченную технологию реечной обшивки (одну из самых легких за всю историю судостроения) в период после второй мировой войны . При том что Лорд спроектировал по своей методике и подверг обширным испытаниям несколько лодок в диапазоне от 7-метровых разъездных катеров  до 25-метровых 40-узловых патрульных  , по каким-то причинам в деталях она известна мало .Это довольно странно , потому что методика Лорда позволяет снизить материало - и трудоемкость конструкции и получить на удивление крепкие суда . Тем более что в свое время Лорд публиковал  результаты . 

    Корпус с реечной обшивкой по методу Лорда также является композитным сэндвичем . Заполнителем его служит рейка из древесины хвойных пород (сосна  , ель , кедр и т.п.) . Он является именно настоящим заполнителем и может быть из достаточно низкосортной древесины . Рейки скреплены друг с другом посредством гвоздей  (как в случае  с реечной обшивкой на смоле)  на  временном болване . Затем корпус снаружи и изнутри оклеивается полипропиленовой тканью Vectra или модакриловой Dynel производства Union Carbide . Все клеевые соединения и оклейка производятся на эпоксидной смоле , предназначенной для эксплуатации в морских условиях (как и в случае обычной реечной обшивки на смоле) . Никакая другая смола не обладает достаточной эластичностью для работы в такой сфере .  

    Важным моментом является то , что тут не используется обычный стеклопластик . Ткани типа Vectra и Dynel тянутся гораздо выше (т.е. допускают большее удлинение до момента разрыва ) , нежели стеклопластик . Когда эта ткань приклеена к сравнительно тонкому реечному заполнителю в виде оболочки , в результате получается композитная панель , которая может прогибаться  , гася удары и гнуться и скручиваться при экстремальных нагрузках . Для вышеприведенных тканей такие изгибы совершенно безвредны . Находясь в эпоксидной смоле , оболочка и заполнитель гнутся вместе и разгибаются обратно без каких-либо повреждений . Это означает , что тонкая и легкая конструкция может гасить такую же энергию , как и более толстая и жесткая . 

    Формула 11-9А

    Реечный заполнитель с оклейкой по методике Лорда .

    Толщина = 8.63 x Sn0.44

    Минимальная толщина заполнителя - 9.5 мм . Палубы и крыши надстроек , по которым будут ходить , должны иметь толщину , в полтора-два раза большую , чем заполнитель корпуса . 

     

    Формула 11-9B

    Вес ткани для оклейки реечного корпуса по методике Лорда 

    Стандартный вес тканей Dynel и Vectra - 135 г/м2 . Методика предполагает использование какого-то одного из двух типов ткани . 

    Наружный ламинат (г/м2)  = 376 x Sn0.43

    Внутренний ламинат (г/м2) = 249 x Sn0.36

    Для палуб и крыш надстроек толщины внутреннего и наружного ламинатов меняются местами . При остатке свыше 68 г/м2 в расчетах наружного покрытия количество слоев ткани округлять в большую сторону . При остатке менее 101 г/м2 в расчетах внутреннего покрытия количество слоев округлять в меньшую сторону .

     

    При расчетах нашего примера по методике Лорда мы получим следующее :

    Заполнитель :

    Толщина рейки  = 8.63 x 2.970.44 = 13.9 , округляем до 14 мм 

    Вес материала оклейки 

    Снаружи : 376 x 2.970.43 = 600 г/м2 ; принимаем равным четырем слоям Vectra или Dynel

    Внутри :249 x 2.970.36 = 368 г/м2 ; прuнимаем равным двум слоям Vectra или Dynel

    Внутренняя конструкция 

    Лорд не использует ни шпангоутов , ни многих других традиционных элементов конструктива , однако у него имеются многочисленные переборки  - "на расстоянии 8-10 футов , плюс неполные переборки -  для 80-футового судна" ("Проектирование глиссирующих судов") . Также он использует встроенные цистерны и полы внутренних помещений в качестве дополнительных элементов жесткости корпуса . За основу в большинстве случаев можно взять стандартную внутреннюю конструкцию стеклопластикового сэндвичевого корпуса , рассмотренную ранее с учетом замечаний и оговорок в описании внутреннего конструктива корпуса с реечным заполнителем .

    Киль / Закладка 

    Для киля , форштевня , дейдвуда и ахтерштевня Лорд использует ламинат из фанеры , который выпилен по боковому профилю и склеен вместе до получения нужной толщины . Торцевые стыки соседних слоев следует разносить на значительные расстояния . Обшивка-заполнитель  шпунтового пояса ложится на небольшие подкладные рейки , приклеенные смолой к боковым сторонам киля так  , чтобы получилась четверть . Требуется минимальная малковка и практически никакой подгонки реек . Любые получившиеся щели и пустоты заполняются эпоксидной шпатлевкой или пенопластом (большие полости) . Все крепится по месту небольшими гвоздями на клее , стыкам с помощью смолы и пенистых наполнителей  придается  солидный радиус . Затем вся фанерная конструкция закладки и реечного заполнителя оклеивается определенным пластиком снаружи и изнутри . Реально подобная конструкция киля может считаться заполнителем .

    Формула 11-9С

    Толщина (т.е. ширина) заполнителя киля по методике Лорда 

    Для длины корпуса от 6 до 9 м - брать два слоя 15 мм фанеры

    Для длины корпуса от 9 до 12 м - брать два слоя 18 мм фанеры 

    Добавить дополнительный слой 18 мм фанеры для каждых трех метров свыше 12 .

    Таким образом , 80-футовый корпус будет иметь шесть слоев 18 мм фанеры , что в сумме даст 108 мм .

    • При желании вместо методики Лорда для любой части палубы или надстроек может быть использована фанера с оклейкой на эпоксидной смоле (Формулы 9-19 / 9-26) . 
    • Важный момент - внутренняя оклейка тканью должна быть сплошной и непрерывной по всей длине корпуса . Обычно процесс постройки начинается с изготовления постоянного фанерного киля и установки его в перевернутом положении на временные шпангоуты  . Корпус обшивается рейкой по временным шпангоутам , по-настоящему крепя рейки к килю (но не к шпангоутам) . Заполняются все полости и радиусы , скругляются угловые стыки обшивки у киля , форштевня и транца. Укладывается наружное покрытие и затем выравнивается . Корпус раскантовывается и устанавливается во временные шаблоны для сохранения им формы .  Все внутренние временные шпангоуты убираются . Корпус изнутри сглаживается и делаются радиусные переходы на угловых стыках с килем . Корпус оклеивается изнутри сплошными кусками ткани от носа до кормы и от борта до борта . После этого можно устанавливать постоянные переборки и внутренние конструкции . 
    • Нестандартные формы и заполнения могут быть изготовлены из древесины , пенопласта , бальзы и эпоксидной смолы как того требуется и оклеены подходящим пластиком снаружи или изнутри .  
    • Лорд даже рули и пиллерсы делал из фанеры и сосны , скрепляя из гвоздями вместе или к корпусу , выравнивал при помощи эпоксидной шпатлевки и затем укладывал сверху необходимое количество слоев пластика на базе тканей Vectra или Dynel . 
    • На киль и форштефень требуется дополнительный пластик :

          При длине менее 40 футов - один слой
          При длине от 40 до 80 футов - два слоя 
          При длине свыше 80 футов - три слоя 

    • Общая проблема с тканями Vectra и Dynel состоит в том  , что они очень легкие (малый удельный вес) , и в эпоксидной смоле не тонут , плавая в ее толще . Выход находят в минимальном количестве смолы , необходимом для пропитки каждого слоя - не больше но и не меньше . Для начала стоит потренироваться на нескольких ненужных листах , чтобы понять материал и далее проблем уже не будет . Применение вакуумного прессования будет еще лучшим решением. 

      Формованная диагональная обшивка из нескольких слоев шпона 

      До сих пор мы вели речь о диагональной шпоновой обшивке как части оболочки корпуса (если она вообще имела место) . Однако при изготовлении корпуса можно применить и только один диагональный способ . Такая технология также известна под названием холодного формования , в отличие от ранних способов получения ламинированных корпусов в матрице с применением давления и температуры . Естественно , большинство полученных при помощи автоклава корпусов являются вариантами диагональной конструкции обшивки . Поэтому  , когда на сцену вышли клеи , отверждаемые при комнатной температуре , появился и термин "холодное формование" , подразумевающий изготовление корпуса при помощи диагональных полос шпона .   

      У большинства диагональных корпусов снаружи присутствует лишь тонкий слой наружной оклейки стеклотканью . Он не несет на себе конструкционной нагрузки и предназначен лишь для противостояния абразивным и ударным воздействиям . Изнутри корпус с диагональной обшивкой должен быть , однако , усилен продольным набором . Он обеспечивает необходимую продольную прочность , кроме того он служит в качестве формы  , на которую и укладываются полосы шпона . Установленные на большом расстоянии друг от друга шпангоуты вместе с переборками дополняют конструкцию. Они добавляют ей прочность в поперечном направлении .

      Диагональный способ обшивки позволяет получить самый легкий корпус  , который только можно построить с применением древесины , за исключением методики Лорда и способа DuraKore . Диагональная конструкция имеет множество сторонников , однако на мой взгляд трудоемкость этого процесса себя не оправдывает . Хотя корпус получается и более легким , чем обычный реечный или реечно-диагональный с оклейкой , требуется гораздо более высокий уровень строителя и времени , необходимого на подгонку , приклеивание , забивание скоб для большого числа полос шпона . Для большой лодки размерами свыше 15 м слоев может быть очень много . Я знаком с несколькими опытными специалистами , которые пробовали этот метод и нашли его настолько трудоемким  , что вообще отказались от применения древесины и эпоксидной смолы . Вместо этого эти верфи при постройке крупных корпусов переключились на алюминий . Что весьма жаль  - хотя алюминий явно обладает массой отличных свойств - в отличие от диагонального метода , многие другие способы реечной обшивки очень экономичны в отношении материалов и трудоемкости  . 

      Мой опыт говорит о том , что при правильных методах реечная обшивка на эпоксидной смоле являет собой наиболее экономичный способ постройки круглоскулого корпуса в единственном экземпляре . Если же мы отбросим соображения трудоемкости в сторону , то корпус с диагональной обшивкой является великолепной конструкцией  - легкой , прочной и долговечной . Если речь идет о быстроходных судах - гоночных катерах и яхтах , быстроходных моторных яхтах и патрульных катерах - излишние трудозатраты вполне могут себя и окупить с учетом некоторого улучшения скоростных характеристик .

      • Оболочка толщиной 13 мм и менее обычно формуется из двух диагональных слоев шпона .
      • Оболочка толщиной от 13 до 25 мм должна состоять не менее чем из трех слоев . В случае трех слоев наружный укладывается в направлении от носа к корме . 
      • Оболочка толщиной более 25 мм должна состоять не менее чем из четырех слоев  . При применении нечетного количества слоев наружный обычно укладывается в продольном направлении , однако это требование не является обязательным . 
      • Корпуса с толщиной обшивки 25 мм и менее должны оклеиваться как минимум одним слоем стеклоткани весом 270-340 г/м2 на эпоксидной смоле. Для небольших лодок типа каноэ и гребных скифов достаточно ткани весом 170 г/м2. Для тканей Dynel , Vectra и Xynole минимальным весом будет 135 г/м2. 
      • Корпуса с толщиной обшивки более 25 мм и все суда , чья скорость превышает 25 узлов , должны иметь на днище дополнительную оклейку стеклотканью весом 540-680 г/м2 . Для тканей Dynel , Vectra и Xynole минимальным весом на днище  будет 270 г/м2 . Борта у таких судов могут иметь более тонкий слой оклейки , применяемый на корпусах с толщиной обшивки менее 25 мм . 

      Формула 11-13

      Толщина диагональной обшивки = 13.97 х Sn0.38

       

      Таким образом  , наш пример будет иметь такую толщину оболочки корпуса  :

      13.97 x 2.970.38  = 21.1 мм ; округляем до 22 мм

      Мы будем формовать ее из четырех диагональных слоев шпона по 5.5 мм каждый .

      Формула 11-4

      Сечение стрингера (квадратное) , мм = 31 х Sn0.38

      Шаг стрингеров  , мм = 279.4 х Sn0.38

      • Ширина стрингеров в крайних третях их длины может сужаться до 66 % от максимальной 
      • Стрингеры должны крепиться друг к другу и к форштевню  при помощи брештуков , а к транцу - вертикальными кницами (Формула 10-11). 
      • Стрингеры располагаются таким образом , чтобы максимальный шаг между ними был на миделе . Корпус имеет такую форму , что по оконечностям стрингеры естественным образом соберутся вместе . Это желательно особенно в носовой части , поскольку там ударные нагрузки максимальны .
      • Ближайшие к килю стрингеры располагаются от него на расстоянии , вдвое меньшем чем шаг между ними .
      • Шаг стрингеров уменьшается на 1 процент для каждого узла скорости свыше 25 .
      • Хотя это и не обязательно , лучше при проектировании рассчитать  , чтобы стрингеры проходили вдоль рыбин  проекции "корпус"  теоретического чертежа и впоследствии перенести эти линии на внутреннюю сторону обшивки вдоль всего корпуса . Тогда при укладке вам придется иметь дело только с изгибом и кручением стрингеров . 
      • Глиссирующие катера должны иметь практически по всей длине ламинированные основания под двигатель , сечения которых считаются по формулам 9-31 и 9-32 . Основания в корпусе с диагональной обшивкой должны быть установлены посредством крепежа непосредственно к оболочке . Часто возможно и желательно избавиться от одного или двух днищевых стрингеров в местах , где их функцию с успехом выполняют основания под двигатель . 

      Возвращаясь к нашему старому примеру , считаем : 

      Сечение стрингеров = 31 х 2.970.38 = 46.8 мм , принимаем равным 48 мм , квадратное 

      Шаг стрингеров на миделе = 279.4 х 2.970.38 = 422.5 мм , принимаем равным 420 мм 

      Если бы он ходил со скоростью 35 узлов , мы должны были бы уменьшить шаг стрингеров до 380 мм . 35 узлов - 25 узлов = 10 . Следовательно , шаг уменьшается на 10 процентов . 422.5 мм х 0.9 = 380.2 мм 

      Формула 11-5

      Шпангоуты и переборки в корпусе с диагональной обшивкой 

      Стрингеры в поперечном направлении опираются на шпангоуты и переборки . Размеры шпангоутов считаются по формулам 9-2 , а расстояние между ними - по формуле 9-3 . Однако даже для круглоскулого диагонального корпуса это расстояние следует считать как для натесных шпангоутов или же в 2.5. раза больше  , чем для обычного круглоскулого корпуса , обшитого доской по шпангоутам . Шпангоуты крепятся только к внутренней поверхности стрингеров , они не касаются оболочки корпуса . 

      Обычные и водонепроницаемые переборки считаются по формулам 5-5 и 9-29 , однако правило их размещения тут не применимо по причине наличия стандартных шпангоутов . Там  , где переборка оказывается рядом с местом расчетного шпангоута и где она являет собой неразрывное кольцо с минимальным соотношением толщины к высоте 6.75  - шпангоут не требуется . Если имеется такое число переборок  , какое требует формула 5-5 , то зачастую от многих шпангоутов можно избавиться . Опять же  , переборки обычно крепятся только к внутренней поверхности стрингеров , не требуется их контакт с оболочкой корпуса . Тем не менее это возможно , в случае требования водо- и газонепроницаемых переборок . 

      Формула 11-6

      Флоры в корпусе с диагональной обшивкой .

      Флоры в диагональном корпусе с продольным набором должны заканчиваться поверх одного из днищевых стрингеров . Это снимает концентрацию напряжений и распределяет нагрузку с конца флора вдоль стрингера . На катерах флоры должны простираться вверх как минимум до второго от киля стрингера , по обоим обортам . На парусных яхтах , в районе балластного киля и степса мачты , флоры должны простираться как минимум до третьего от киля стрингера . В остальных случаях флоры должны следовать требованию формул 9-7 и 9-8 . 

      Очень хорошей альтернативной конструкцией флоров для использования в диагональном корпусе с продольным набором является композитная конструкция из металла и древесины с поперечной металлической полосой , крепящейся на болтах к верхней поверхности стрингеров и деревянными вкладышами снизу в промежутках между стрингерами . Толщина таких флоров невелика , они легки в изготовлении и установке , как на шпангоутах , так и в местах , где их нет . 

      Основным элементом прочности в поперечном направлении является металлическая полоса , размеры которой должны быть следующими :   

      Ширина полосы  , мм = 60.9 x Sn0.36 

      Толщина , мм = Ширина / 7.5

       

      • Подходящими материалами для изготовления металлических флоров являются кремниевая бронза и нержавеющая сталь марки 316 (на втором месте) . Горячеоцинкованная сталь , грунтованная и тщательно окрашеная перед установкой также может быть использована , однако это мало похоже на экономию с учетом стоимости оцинковки , окраски и недолгого срока службы . 
      • Полоса флора крепится насквозь к каждому из стрингеров и к килю. Она также крепится к деревянным вкладышам и к обшивке . Для корпусов с Sn менее двух может оказаться проще прикрепить эти вкладыши к обшивке шурупами снаружи корпуса и затем крепить к ним полосы флоров шурупами с обычной или шестигранной головкой изнутри . 

      Закрепите деревянные вкладыши под полосой на равной высоте или немного выше верхней части киля . Ширина вкладышей должна быть равна ширине полосы . Полоса кладется поверх вкладышей и является одной неразрывной деталью от одного до другого борта . На парусных яхтах в районе киля и степса вкладыши должны достигать третьего стрингера или далее . Высота вкладышей за вторым стрингером должна быть равной их высоте , а металлическая полоса простираться и над третим стрингером . 

      Если бы наш пример имел флоры этой конструкции , они были бы такими :

      Ширина = 60.9 х 2.970.36 = 90.1 , принимаем равным 90 мм 

      Толщина = 12 мм 

      Конструкция фанерного корпуса на эпоксидной смоле и клеевые швы 

      (С.Б. Здесь и далее имеется в виду конструкция типа stitch and glue)

      Фанерный корпус сам по себе уже предрасположен к изготовлению в виде пропитанной и клееной эпоксидной смолой конструкции . Большой лист фанеры будет стабильней в размерах , нежели обычная доска  обшивки (хотя прочность на растяжение у фанеры в два раза меньше) . Листы фанеры проще покрыть и установить на место . 

      Толщина фанерной обшивки корпуса с применением древесины и эпоксидной смолы должна считаться согласно формуле 9-1 (Толщина=18.79 х Sn0.4, мм). Будучи подвергаемой многократному изгибу , слоеная конструкция фанеры имеет склонность к образованию внутренних дефектов , поэтому не стоит уменьшать эту величину .

      Палубы и рубки рассчитываются согласно формул 9-19 / 9-26 .

      Эпоксидная скула (Конструкция с оклейкой швов корпуса стеклолентой) 

      Фанера очень хорошо подходит для таких типов конструкции .  Однако оклейка лентой швов может с успехом применяться и на реечных корпусах со скулой , при этом достигается значительная экономия трудозатрат . При формировании узла стыка днища с бортом для начала требуется , чтобы кромки обшивки того и другого касались друг друга . Обычно обшивка днища укладывается и обрезается заподлицо с бортовой . Поскольку эпоксидная смола хорошо заполняет полости , требуется минимальная малковка (причем достаточно грубая) , стык может быть довольно небрежным . 

      Снаружи грань скулы скругляется  , а изнутри ровным гладким слоем по всей длине скулы на угловой стык наносится эпоксидный состав в виде радиуса . Все впадины и отверстия снаружи корпуса заполняются эпоксидной шпатлевкой , после чего корпус снаружи и изнутри покрывается слоем эпоксидной смолы без наполнителей . После этого на внутреннюю и внешнюю стороны скулы укладывается несколько слоев стеклоткани на эпоксидной смоле . Получившаяся в результате скула гладкая  , ровная , водонепроницаемая и достаточно прочная . Что еще лучше , она проста в изготовлении , не требует высокой квалификации и точности измерений . Для сравнения , обычные скуловые стрингеры из древесины требуют точной малковки , подгонки кромок , гибки и кручения .  

      Соединения обшивки на клее 

      Хотя речь идет о скуле , те же самые принципы могут применены (со здравым смыслом) и в прочих местах , где требуется получить прочный угловой стык , к примеру , стык обшивки днища с килем , швертовый колодец , крыша и стены рубки , соединения палубы с бортом (вместо привального бруса) . В тех местах , где достаточно легко можно установить элементы из древесины (те же привальные брусья) , эти методы не гарантируют снижения  время- и трудозатрат . Тем не менее скулы и аналогичные продольные стыки сложной формы значительно легче выполнить по описанной выше методике .

      Другими областями применения этих методов является изготовление встроенных в деревянный корпус топливных и водяных цистерн (топливо только дизельное) , встроенных холодильных камер , душевых  кабин и даже фанерных раковин для камбуза . Дополнительно к проклейке угловых стыков фанеры топливные баки должны быть изнутри дополнительно оклеены стеклотканью весом 270-400 г/м2 или Vectra/Dynel весом 135 г/м2 . При емкости баков свыше 450 л это покрытие как минимум удваивается .   

      Ламинированный фанерный киль 

      Корпус , изготовленный с применением соединений обшивки стеклолентой , может иметь киль , рассчитанный по правилу Лорда (формула 11-9С). В этом случае изнутри стыку его с обшивкой следует придать солидный радиус и оклеить стеклотканью . Дополнительно он оклеивается стеклотканью и в поперечном направлении . 

      Формула 11-10

      Вес стеклоткани для формирования стыков обшивки 

      Суммарный вес стекловолоконного армирования для формирования скулы (или иного конструкционного стыка ) должен быть пропорционален толщине обшивки :

      Вес ткани (г/м2) = (1.345 + [толщина обшивки , мм / 220])20

       

      • В местах , где имеет место стык листов разной толщины , за исходное берется меньшая толщина 
      • Суммарный вес подразумевает максимальное значение , получаемое при наложении всех слоев снаружи и изнутри .
      • Если каждый из слоев в отдельности имеет удельный вес 340г/м2 и менее , он имеет как правило форму стеклоткани . Если вес отдельного слоя более 340 г/м2 , это должен быть биаксиальный материал категории Е (электро) . 
      • Вес стекломатериала снаружи и изнутри стыка должен быть примерно одинаков . Однако если не удается достигнуть равенства , этот слой укладывается изнутри корпуса , поскольку снаружи на стык еще ляжет оклейка всего корпуса , добавив ему прочности . 

      Если бы наш пример был из фанеры с острой скулой , толщина обшивки борта должна была бы быть 25 мм (Формула 9-1) . Тогда для скулы требуется следующее :

      Вес ткани = (1.345 + [25 мм/220])20 = 1,900 г/м2

      Мы выбираем три слоя биаксиальной ленты весом 400 г/м2 изнутри и два слоя такой же ленты снаружи .

      В сумме это дает 2,000 г/м2 , хотя такая точность и не нужна .

      Формула 11-11

      Снижение толщины пластика по краям .

      Тканевое армирование укладывается на соединение в виде множества слоев ленты с перехлестом , которые в сумме дают требуемую толщину на скуле , уменьшаясь к краям ленты . Стекловолоконное армирование должно простираться по обе стороны от стыка листов на величину , равную девяти толщинам обшивки . 

       

      Формула 11-12

      Размеры эпоксидного радиуса на стыке листов

      Эпоксидная смола в форме галтели , находящаяся под стеклотканевым армированием , является сердцевиной соединения . Пропорции ее должны быть такими :

      Ширина галтели вдоль борта = 1.5-2 толщины обшивки

      Толщина галтели = 0.75-1 толщины обшивки

      Толщина галтели неизбежно уменьшается с увеличением угла между листами обшивки . Когда он достигает 180 градусов , стык можно считать торцевым соединением и считать толщину галтели нулевой .

       

 

бесплатный счетчик Рейтинг@Mail.ru

bigmir)net TOP 100