Деревянное судостроение

Деревянное судостроение

ДЕРЕВЯННОЕ СУДОСТРОЕНИЕ. Дерево, в силу своей огнеопасности и недолговечности, имеет весьма ограниченное применение в качестве судостроительного материала. За единичными исключениями все морские и речные суда с механическими двигателями строятся в настоящее время со стальным корпусом. Так как допускаемые напряжения дерева на растяжение, сжатие, изгиб и в особенности на скалывание и срез в десятки раз меньше напряжений стали, то постройка значительных (до 5000 т полного водоизмещения) деревянных судов рациональна только для речного плавания. Тоннаж морских судов, подвергающихся во время волнения воздействию больших внешних усилий, приходится ограничивать еще меньшими пределами (до 1200—1500 т, в очень редких случаях - до 2000—3000 т).

Несмотря, однако, на такую ограниченную роль деревянных судов в современном судоходстве, они не только по конструкции, но и по размерам отличаются большим разнообразием, в зависимости от условий плавания и работы. При плавании на волнении морские суда с парусным оборудованием должны обладать большой остойчивостью при малых и больших углах крена и т. н. мореходностью, т. е. способностью всплывать на волну и не подвергаться заливанию встречными и боковыми волнами.

Все эти условия определяют общий тип морского судна как судна высокобортного, с соответствующими заостренными очертаниями носа и кормы, закругленными очертаниями по миделю, сравнительно очень прочной и солидной конструкции, вооруженного соответствующими рангоутом и такелажем. Наоборот, речное плавание на спокойной воде не требует от судна ни особой прочности внутренних креплений, ни особой остойчивости, ни способности передвигаться своими собственными средствами. Зато от такого судна требуется малая грузовая осадка и большая грузоподъемность. Вследствие этого деревянное речное судно является типом судна низкобортного, мелко сидящего, с плоским днищем и тупыми очертаниями носа и кормы, рассчитанными только на то слабое сопротивление воды, которое встречает судно при буксировке его с небольшой скоростью. В этом отношении морские и речные суда резко отличаются друг от друга (фиг. 1 и 2).

Морское судно

Дальнейшие различия в устройстве деревянных судов обусловливаются различными условиями их плавания и работы. Так, условия плавания по большим озерам, устьям и рейдам больших рек и вдоль морского побережья создали типы судов озерного, рейдового и прибрежного плавания. Удовлетворяя основным требованиям морского судоходства, т. е. обладая достаточной прочностью и мореходностью, суда этих типов отличаются небольшими размерами (от 10 до 100 т полного водоизмещения) и исключительно косым парусным вооружением - у малых судов при одной мачте, у больших при двух, даже иногда при трех.

Речное судно

Суда специального назначения (например, рыбацкие) при этом снабжаются специальными приспособлениями для промысла (например, живорыбными садками-«прорезями» и т. д.). Более отдаленное каботажное и, в особенности, океанское плавание выработали специальный тип деревянных каботажных и океанских судов. Эти суда отличаются большими размерами (каботажные - от 100 до 400 т водоизмещения, океанские - от 250 до 1500 т и даже выше), прочной конструкцией, полнопалубностью и более совершенным рангоутом и такелажем. На некоторых судах очень часто ставят вспомогательный двигатель (б. ч. внутреннего сгорания) для движения судна с небольшой скоростью во время штилевой погоды, а также для маневрирования в портах и узких фарватерах.

Кроме этих чисто грузовых судов, особенно в практике заграничного (американского, английского, голландского и немецкого) морского судоходства, встречаются типы судов специального назначения: клиперы, промысловые суда и прочие. Эти суда отличаются правильностью и изяществом линий образования своего корпуса, прочностью постройки и громадной парусностью, благодаря которой, например, «чайные клиперы» американской постройки при благоприятном ветре переходят океан со скоростью до 18 узлов. Суда этой категории являются наиболее совершенными в техническом отношении, но и наиболее дорогими.

По типу наружных очертаний корпуса подавляющее большинство деревянных судов относится к типу судов, режущих воду. Этот тип характеризуется заостренными оконечностями, которые у морских судов делаются с наружным развалом носовых и кормовых шпангоутов выше грузовой ватерлинии и очень часто с навесным форштевнем и кормой (кормовым подзором), что позволяет судну легче подниматься на встречные и набегающие сзади волны. Для уменьшения сопротивления воды при движении под парусами и для большей остойчивости цилиндрическая часть судна делается очень короткой, а иногда совершенно отсутствует; днище снабжается небольшим подъемом от диаметральной плоскости к бортам и большими скуловыми подворотами; борта - иногда прямые, иногда выпуклые кнаружи, с маленьким завалом внутрь судна на высоте главной палубы. Последняя почти всегда делается седловатой, т. е. с подъемом от миделя к носу и корме, для увеличения надводного борта в оконечностях судна. Большинство малых и средних и некоторые большие деревянные суда снабжаются наружными килями, в виде основного выступающего наружу бруса, идущего по диаметральной плоскости вдоль всего судна, от штевня до штевня. Быстроходные суда, несущие большую парусность (типа яхт), снабжаются большими и тяжелыми балластными килями; промысловые суда и клиперы получают по б. ч. внутренний балласт, увеличивающий их остойчивость. Плоскодонные небольшие и даже средние по размеру парусные суда очень часто снабжаются выдвижными килями в виде плоского, обыкновенно железного, листа, опускаемого в воду через специально устроенный для этого прорез в днище судна или подвешиваемого с боков (шверцы); назначение этого киля - уменьшение дрейфа судна, т. е. сноса его в сторону от намеченного курса боковым напором ветра. Что же касается остойчивости, то, как показывают опыт и расчеты, такие кили даже уменьшают ее и потому должны быть убираемы во всех опасных случаях.

Тип режущих воду судов речного плавания гораздо проще. Наружные очертания складываются из длинной цилиндрической части с совершенно прямыми и параллельными друг другу бортами, плоским днищем, без всяких выступающих наружных частей, с очень маленькими скуловыми подворотами, и из заостренных, с очень малым носовым и кормовым подбором оконечностей. У судов барочного типа эти очертания делаются еще более грубыми и несовершенными. У судов типа полулодок, тихвинок, фонтанок и пр. образование носовой части делается ложкообразным, с расчетом не только резать и раздвигать воду, но и подбирать ее под днище. Такие суда с некоторой натяжкой можно считать переходными к типу судов, подбирающих под себя воду. Последний тип с успехом применяется при постройке грузовых судов т. н. санного типа на американских реках (Огайо и Миссисипи). Основная особенность очертаний этих судов (фиг. 3) заключается в том, что заострение их носовой части производится не по ватерлиниям, а по батоксам.

Тип судна подбирающего под себя воду

При этом, благодаря сравнительно небольшой высоте борта, угол направления напора воды на обшивку судна получается очень заостренным, без ущерба для грузоподъемности судна. Такое судно надвигается на воду свешивающимися частями носа и стремится подобрать ее под свое днище. При этом в носовой части днище имеет небольшую поперечную вогнутость, которая по направлению к корме постепенно уменьшается и у самой кормы выравнивается в одну плоскость. Вследствие этого вода, подобранная носом судна, находит облегченный ход под днищем, двигается под ним, благодаря сжатию струй, с небольшим ускорением против окружающей воды и выходит под кормой судна прямыми струями, непосредственно действующими на руль. Такие суда легче на ходу и поворотливее судов существующих в СССР типов; по своей конструкции они не сложнее наших, а благодаря прямоугольным очертаниям палубы и трюмных помещений удобнее в эксплуатационном отношении.

У небольших деревянных (как и у стальных) судов специального назначения (гоночных лодок, гидроглиссеров, посыльных судов и т. п.) иногда применяются очертания корпуса так называемых всплывающих или гидропланных судов (см. Глиссер).

Речные деревянные суда можно подразделить на четыре главные категории: однолетние суда, суда барочного типа, суда баржевого типа и специальные типы.

Однолетние суда предназначены для службы лишь в течение одной навигации или даже одного рейса на таких наших реках, на которых существует грузовое движение лишь в одну сторону. Стоимость постройки таких судов настолько мала, что возвращение их порожними коммерчески невыгодно, и они на конечном пункте своего рейса идут в лом. Они являются не столько судном, сколько плавучей тарой транспортируемого груза; от них требуется, чтобы они были наиболее дешевы и наиболее вместительны. Поэтому они отличаются очень грубыми очертаниями, в виде прямоугольного ящика, с очень малым заострением носа и кормы; такие суда очень упористы, тяжелы и неповоротливы на ходу. По своей конструкции они характеризуются неполной и слабой общей системой крепления, грубой топорной работой по выделке замков и соединений отдельных штук материала и почти полным отсутствием железных гвоздей, болтов и скоб. Поэтому они также называются некрепленными, и их непрочность такова, что малейшая авария - легкое столкновение, посадка на мель, иногда даже волнение мимо идущего парохода - вызывает их гибель.

Суда барочного типа (или барочного крепления) по своим наружным очертаниям, конструкции и устройству близко подходят к предыдущим, с той разницей, что они плавают на реках с грузовым движением в обе стороны. При таких условиях ликвидировать судно после одного рейса становится невыгодным, тем более, что в большинстве случаев оно плавает по небольшим рекам, на короткие расстояния и перевозит дешевые грузы (камень, кирпич, дрова, сено и т. п.), могущие выдерживать лишь очень низкие тарифные ставки. Вследствие этого, суда эти строятся не на 1, а на 3—4 года и даже на 5 лет и отличаются более солидной и прочной системой своего крепления. Во всем остальном они остаются теми же грубыми, неуклюжими и несовершенными в техническом отношении судами, что и однолетние суда.

Суда баржевого типа (или баржевого крепления) плавают на больших реках и главнейших наших водных системах, на большие расстояния, транзитным движением, в составе каравана, буксируемого механической тягой. Они прочны, выносливы и служат до 10, 12, 15 и даже 18 лет; кроме того, они отличаются более заостренными и вообще более правильными и рациональными образованиями своего корпуса.

К последней группе речных судов можно отнести все те, преимущественно небольшие по размерам и грузоподъемности, суда, которые имеют узко специальное назначение, например: для перевозки людей с берега на берег (паромы), для перевозки специального груза (рыбницы и прорези для перевозки живой рыбы), для обслуживания местных потребностей речных портов (трешкоуты и третники), для плавания под парусами по большим рекам, озерам и рейдам речных устьев (асланки и дубы) и т. д.

По основному признаку расположения балок главного направления, все без исключения деревянные суда относятся к категории судов с поперечной системой набора. Предлагаемая в нашей технической литературе в последнее время так называемая клетчатая система набора еще не испытана на практике. Система крепления деревянного судна состоит из жесткой, обладающей очень большим сопротивлением и на растяжение и на сжатие, оболочки (обшивка днища, бортов и палубы) и связывающего части этой оболочки в одно целое внутреннего набора, лишь отчасти подкрепляющего первую. Расчеты прочности деревянных судов показывают, что от 55 до 80% внешних усилий (например, от продольного изгиба) воспринимаются днищевой и бортовой внутренней и наружной обшивками и настилкой палубы.

Основная система крепления морских деревянных судов состоит из киля - основного бруса, иногда ординарного, иногда двурядного или даже трехрядного (фиг. 1), идущего вдоль всего судна в его диаметральной плоскости. По нижней грани киля к нему иногда пришивают на ершах особый брус - фальшкиль, имеющий назначением восприятие первых ударов судна при постановке на мель и камни. Киль оканчивается иногда наклонными, иногда вертикальными фор- и ахтерштевнями - составными или ординарными брусьями фасонного поперечного сечения, которые замыкают переднюю и заднюю оконечности судна. В промежутке между штевнями поверх киля устанавливают шпангоуты - поперечные ребра, образующие основу для изогнутой поверхности наружной обшивки судна. Сообразно профилю, который должно иметь судно в данном месте, шпангоут состоит из нижней части, идущей по днищу судна, - флортимберса, - и ординарных или двойных бортовых наделок шпангоутов (футоксы). Верхние футоксы носят название топтимберсов. Верхние концы шпангоутов связывают поперечными брусьями -  бимсами, которые служат основанием для верхней палубы. У судов с глубиной трюма выше известного предела обязательна установка трюмных бимсов на высоте около 2/3 глубины трюма от киля. У больших судов по этим бимсам иногда настилают вторую палубу. По флортимберсам шпангоутов, внутри судна, по его диаметральной плоскости, устанавливают продольный брус - кильсон, который, в зависимости от величины судна, делают ординарным, двурядным или даже трехрядным. Кроме того, положение шпангоутов в продольном направлении обеспечивается утолщенными поясами внутренней обшивки (лимберты, клямсы). Наружные грани шпангоутов закрепляются при помощи железных полос - ридерсов, поверх которых по шпангоутам устанавливается наружная обшивка. Пояса этой обшивки, непосредственно прилегающие с обеих сторон к килю - шпунтовые пояса, примыкают к нему при помощи продольного паза. На скуловых подворотах и по бортам на высоте верхней палубы несколько поясов наружной обшивки делают утолщенными (вельсы). Верхние концы топтимберсов через 3—4 шпангоута пропускают сквозь палубу; на торцы их насаживают горизонтальный брус - планширь, а бока обшивают досками. Таким образом, получается сплошная стенка - фальшборт, идущая по всей длине судна и увеличивающая высоту его сухого (надводного) борта. Для скрепления верхних граней палубных бимсов, по этим граням врезают заподлицо продольные железные полосы, идущие вдоль палубных люков, - люковые связи, а поверх этих связей, по бимсам, поясами, параллельными диаметральной плоскости, настилают палубу. Крайние бортовые пояса последней делают утолщенными (ватервельс). Свободный пролет бимсов между бортами делится на части одним, двумя или тремя карленгсами - продольными брусьями, которые подпираются стойками - пиллерсами.

Основная система крепления речного деревянного судна значительно проще и легче. Вместо киля по диаметральной плоскости таких судов устанавливают лыжный пояс, или лыжину - утолщенный пояс днищевой обшивки (фиг. 2). По концам этого пояса устанавливают штевни. Днище выстилают совершенно плоскими, параллельными диаметральной плоскости поясами днищевых планок. По днищу, поперек судна, устанавливают копани - днищевые части шпангоутов, выделанные из копанных бревен, т. е. не срубленных деревьев, а вырытых из земли с частью главного корня. По бортам к корню копани нарезается приставка, или тюлька, к голове копани - накурок, или кокорная приставка. Тюлька и накурок образуют бортовые ветви шпангоутов. По копаням, в диаметральной плоскости судна, устанавливают ординарный, двурядный или даже трехрядный (смотря по величине судна) диаметральный кильсон, или кенсель, идущий по всей длине судна, от штевня до штевня. В промежутках между бортами и диаметральным кильсоном ставят третные, а иногда (у больших судов) еще и боковые кильсоны такой же конструкции. В углах копаней и бортовых приставок изнутри судна устанавливают воротовые поясья, укрепляющие скулу судна и увеличивающие прочность шпангоутов в том месте, где они ослаблены стыками копаней и приставок. По приставкам, на высоте палубных бимсов, изнутри судна, устанавливают подтелины, или подбалочные поясья. На эти поясья упираются озды - несколько штук (5—6) прямых распорных между бортами брусьев. Эти последние крепятся к подбалочным при помощи висячих кокорных книц или накурков. Бимсы из гнутых брусьев опираются своими концами на подбалочные и скрепляют с бортами при помощи ожимины - железной оковочной полосы, положенной на верхнюю грань бимса и пропущенной по наружной поверхности бортовой обшивки. Обшивку судна по днищу и по бортам до высоты грузовой ватерлинии очень часто делают из елового леса, который не так намокает и не тяжелеет при службе под водой. Верхние пояса бортовой обшивки на ширину подбалочных поясьев у больших судов делают утолщенными; они образуют то усиление бортовой обшивки, которое у морских судов носит название ширстрека, а у речных (совершенно неправильно) - наружного баргоута. Концы каждой третьей или четвертой приставки выпускают выше палубы и нарезают на шип. На эти шипы насаживают брус, планширь, идущий вдоль борта, от штевня до штевня. Вплотную к планширю примыкает тоже идущий вдоль кромки палубы, от штевня до штевня, карговый пояс - брус желобчатого сечения, исполняющий роль ватервельса, так как на него в оконечностях судна нарезают палубные доски точно так же, как их нарезают и на ватервельс. Палубу настилают параллельными диаметральной плоскости поясами палубной настилки. Свободный пролет бимсов делится на части конями - продольными брусьями, устанавливаемыми изнутри судна, как раз над кильсонами. Кони и кильсоны связывают между собой или стойками - пиллерсами, которые по своей конструкции бывают ординарными, схватными и кокорными, или фермой диаметральных, третных и боковых вспомогательных креплений, о которых будет сказано ниже. Над конями ставят иногда утолщенный пояс палубной настилки - надконник.

Рули. У морских судов, благодаря хорошей поворотливости, большой осадке и сравнительно большой скорости движения судов этой категории, рули имеют небольшие размеры. У малых судов рули приводятся в движение вручную при помощи рычага - румпеля; у больших судов, чаще всего, при помощи ручного же штурвала - лебедки, рабочий барабан которой обвивает штуртрос, подведенный концами к рычажному или секторному румпелю. Очень редко на больших деревянных судах ставят паровые или электрические штурвалы, действующие от вспомогательных паровых или электрических судовых установок.

На речных судах, благодаря вообще плохой их поворотливости и тихому ходу, рули отличаются своей величиной и громоздкостью. Длина рулевого пера таких судов достигает половины ширины судна по миделю. Вследствие этого, например, руль волжской баржи представляет собою целое сооружение весом в несколько тонн и приводится в движение усилиями двух-трех человек при помощи огромного румпеля (губы) - бревна длиной около 10—12 м, вручную или при помощи особых руль-талей.

Внутреннее устройство корпуса деревянных судов (за исключением судов специального назначения - яхт, промысловых судов и т. п.), как судов почти исключительно грузовых, не отличается значительным разнообразием. Устройство жилых помещений в корпусе деревянных судов не рекомендуется, потому что такие помещения бывают неизбежно сырыми и их воздух пропитывается вредными трюмными испарениями. По правилам, действующим в СССР, жилые помещения деревянных судов д. б. вынесены на верхнюю палубу. Поэтому у морских судов эти помещения располагают в полубаке - носовом возвышении корпуса, где оно имеется, и в палубных рубках. На речных судах эти палубные рубки до сих пор носят старинное название «казенки».

Для деревянного судостроения употребляются, главным образом, следующие породы дерева: ост-индский тик, дуб, кедр, букс, американская (орегонская) сосна, обыкновенная красная горная сосна, горная ель, пихта, лиственница, береза и горный вяз. В СССР для деревянного судостроения идут исключительно сосна, ель и очень редко лиственница. Лучшим материалом считается тик, продолжительность службы которого в частях судовой системы достигает 16 лет; наихудшим материалом являются некоторые породы желтой сосны, продолжительность службы которых составляет лишь 4—6 лет. Для увеличения продолжительности службы дерева применяется «соление» судов, т. е. пропитка солью всех наглухо соприкасающихся поверхностей деревянных частей. В последнее время разрабатываются приемы и способы пропитки частей судового набора различными противогнилостными составами. Недолговечности деревянных судов много способствует разрушительное влияние на дерево железной ржавчины, особенно для тех пород дерева, которые (например, дуб) в своих соках содержат кислоты, вызывающие усиленное окисление железа. Поэтому более совершенные и дорогие деревянные суда строятся на медном (вернее - бронзовом) креплении, т. е. при помощи медных гвоздей и болтов. Для предохранения наружной обшивки деревянных судов, плавающих в теплых морях, от морского червя и обрастания водорослями подводная часть таких судов покрывается тонкой медной обшивкой.

Проектирование систем крепления всех вообще деревянных судов производится, главным образом, на основании подробных таблиц, составленных регистрами разных стран по указаниям опыта. Аналитический же расчет по правилам строительной механики применяется очень редко. Для речных судов такой расчет затрудняется еще и тем обстоятельством, что в строительной механике до сих пор еще не разработаны для этих судов даже общие нормы нагрузки судовой системы (как это делается для нагрузок морского судна при условии постановки его на гребень или подошву трохоидальной волны). Между тем, далее приближенные аналитические расчеты прочности систем крепления деревянных судов дают очень много. Они, прежде всего, указывают, что принятые (и даже иногда рекомендуемые регистрами) размеры замков и соединений деревянного материала недостаточны. И, действительно, эти замки и соединения являются самым слабым местом судовой системы и они-то именно и подвергаются расстройству в первую очередь; по этой причине деревянные суда, и без того недолговечные, преждевременно приходят в негодность вследствие неплотности. Математический анализ показывает также, что, благодаря отсутствию непосредственной связи по продольным пазам досок бортовой обшивки, передача касательных напряжений от изгиба борта при общем изгибе судна невозможна. Вследствие этого при расчете момента инерции бортов деревянных судов этот момент приходится определять не по формуле:

Derev sudostr 4

а по формуле:

Derev sudostr 5

где а и h - поперечные размеры обшивочных поясов, n - число этих последних, d - ордината положения нейтрального слоя, у и уi - ординаты центров тяжести сечения всего борта и сечения отдельных обшивочных поясов. Из рассмотрения этих формул ясно, что в качестве продольного крепления борт нормального деревянного судна обладает сравнительно слабой сопротивляемостью. Вследствие этого, в тех случаях, когда от судна требуется повышенная прочность, необходима диагональная обшивка, которая изредка и применяется у некоторых небольших морских судов, но никогда не встречается в речном судостроении. Наконец, аналитический расчет говорит за то, что установка почти всех бортовых креплений, в том виде, как это практикуется в настоящее время, совершенно не влияет на прочность судна и потому они фактически являются ненужным и вредным балластом. Диаметральные же третные и боковые фермы во многих случаях повышают продольную прочность судна на 4—8% прочности его основной системы, но по конструкции закрепления своих частей с частями основной системы все эти фермы являются фермами одностороннего действия, т. е. увеличивают прочность судна при изгибе его только в одну сторону. Вследствие этого целесообразность установки таких ферм также возбуждает во многих случаях большие сомнения.

Для характеристики главных элементов морских и речных деревянных судов, согласно существующей практике, могут служить табл. 1—6, в которых обозначают: L, В, Н - длину, ширину и углубление судна в воде, α, β, δ - коэффициенты полноты грузовой ватерлинии, мидель- шпангоута и водоизмещения и а - метацентрическую высоту.

Соотношение главных размеров деревянных морских, рейдовых и озерных судов

Соотношение главных размеров наиболее употребительных типов деревянных речных судов

Характеристические коэффициенты и метацентрическая высота деревянных морских, рейдовых и озерных судов

Характеристические коэффициенты наиболее употребительных типов деревянных речных судов

Примерные размеры и полное водоизмещение деревянных морских, рейдовых и озерных судов

Размеры и грузоподъемность наиболее употребительных типов речных деревянных судов

Экономическая сторона деревянного судостроения характеризуется дешевизной, т. к. оно не требует сложных заводов, верфей и может осуществляться на всяком удобном прибрежном месте, при помощи весьма несложных приспособлений. Но все выгоды дешевизны в значительной мере парализуются недолговечностью судов. Так, деревянные суда, стоимостью в 1/3 стоимости эквивалентных им стальных судов, служат примерно в три раза меньше этих последних. Судно барочного типа, стоимостью в 1/15—1/20 стоимости стального, служит 2—3 года вместо 45—50 лет, и т. д. Таким образом, применение деревянных судов, несмотря на их дешевизну, вообще говоря, не представляет больших выгод, а в настоящее время, благодаря истощению лесных ресурсов и вздорожанию большемерного судостроительного материала (и в особенности копаней), эти выгоды окончательно сводятся на-нет. Тем не менее, недостаток строительного капитала и настойчивая текущая потребность в оборудовании водного транспорта подвижным составом еще долго будут служить стимулом для деревянного судостроения.

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 6 - 1929 г.