Проектирование катеров с разворачивающейся на плоскость обшивкой

При проектировании малого судна как для серийной заводской, так и для любительской постройки конструктор всегда вынужден считаться с возможностями производства.

Постройка из листового материала корпусов со сложными обводами обычно бывает связана с необходимостью усложнения технологии и применения дорогостоящей оснастки, изготовление которой может окупиться лишь после выпуска большой серии однотипных судов. Между тем, применяя известные методы геометрии, конструктор имеет возможность спроектировать корпус с такими обводами, при которых скоростные и мореходные качества судна не ухудшаются, но технология постройки становится намного проще, например, отпадает необходимость в изготовлении штампов и гибке листов обшивки.

Практика постройки малых катеров показывает, что можно получить судно с достаточно высокими качествами, не прибегая к обводам с двоякой кривизной наружной обшивки, т. е. проектируя все поверхности корпуса разворачивающимися на плоскость — цилиндрическими или коническими.

Вспомним, что цилиндрическая поверхность образуется перемещением прямой образующей линии, остающейся параллельной заданному направлению, вдоль задающей кривой — направляющей. Коническая же поверхность образуется таким перемещением прямой образующей линии, когда один ее конец движется по направляющей кривой, а другой остается в неподвижной точке — вершине (рис. 1). Из конических и цилиндрических поверхностей, а также их сочетаний можно подобрать удобные для конструкторов участки, воспроизводящие форму листов наружной обшивки корпуса со сложными обводами. Примером такой сложной поверхности может служить лист бумаги, свернутый, как показано на рис. 2,


Вершина конической поверхности при подобных сочетаниях может оказаться лежащей на образующей цилиндрической поверхности. Заметим, что в общем случае таких вершин конических поверхностей может быть сколь угодно много и не всегда эти вершины располагаются в пределах чертежа. Но обязательным условием сопряжения является то, чтобы образующие в местах перехода конуса с одной вершиной в конус с другой вершиной (или в какой-либо цилиндр) сливались в одну линию, т. е. эти поверхности были бы неразрывными. Анализу таких линейчатых разворачивающихся поверхностей посвящена работа A. Ш. Готман [1].

Приводимые ниже практические рекомендации и получены на базе использования этой работы при проектировании глиссирующих катеров.

Рассечем коническую или цилиндрическую (рис. 3) поверхность M рядом параллельных плоскостей N, затем проведем касательную к ней плоскость R. Поверхности М и R обязательно будут иметь одну общую линию К-К₁ — одно из положений прямолинейной образующей. Направляющие кривые S являются линиями пересечения поверхности M с секущими плоскостями N. Прямые A-A₁, Б-Б₁, B-Bi, Г-Г₁, образованные пересечением касательной плоскости R секущими плоскостями N_1-4, будут касательными к линиям S_1-4 в точках К₁, К₂, К₃, К₄ соответственно.

Заметим очень важное обстоятельство, что эти касательные прямые A-A₁, Б-Б₁, В-В₁, Г-Г₁ параллельны, а точки касания K_1-4 находятся на равном друг от друга расстоянии при условии, что секущие плоскости N_1-4 расположены на равном расстоянии одна от другой.


Следовательно, если обводы судна образованы разворачивающимися на плоскость цилиндрическими и коническими поверхностями, то, рассекая корпус равноотстоящими параллельными плоскостями шпангоутов и ватерлиний, мы можем найти прямолинейные образующие. Эти образующие связывают точки шпангоутов или ватерлиний с параллельными прямыми линиями, касательными к контурам шпангоутов (рис. 4). Кроме того, отрезки одной и той же прямолинейной образующей, расположенные между равноотстоящими шпангоутами, равны между собой. Указанное обстоятельство удобно использовать при проектировании мелких судов, как остроскулых, так и круглоскулых.

Рассмотрим теперь последовательность разработки теоретического чертежа.

Когда выбраны главные размерения судна, вычерчиваются линии киля, скулы и палубы; при их построении обычно используют чертеж прототипа, но можно определить положение наиболее характерных точек этих линий и с помощью рис. 5. Затем необходимо закончить вычерчивание теоретического чертежа и согласовать его проекции таким образом, чтобы поверхность обшивки разворачивалась на плоскость. Для этого на проекции «корпус» мягким карандашом вычерчиваются ориентировочные очертания мидель-шпангоута и нескольких носовых шпангоутов (при условии постоянной шпации). К какой-либо произвольной точке контура мидель-шпангоута проводится касательная, а затем параллельно ей проводятся касательные к остальным шпангоутам (рис. 6).

Как мы уже знаем, тонки касания должны лежать ка одной прямой и лепить эту прямую па равные части. Если это условие не соблюдается, обшивка на плоскость разворачиваться не будет, необходимо изменить характер обводов, т. е. изменить очертания шпангоутов.


Например, на рис. 4 видно, что касательные к обводу шпангоута 1 в точке пересечения его с прямолинейными образующими К₂ и К₃ не будут параллельны соответствующим касательным на других шпангоутах; кроме того, расстояния между шпангоутами 1 и 2 по образующим К₂ и К₃ не равны расстояниям а и b между другими шпангоутами. Поэтому в данном случае необходимо откорректировать обводы, построив шпангоут 1 как показано штриховой линией.

В случае необходимости ветви шпангоутов можно временно — для удобства построений — провести за линию киля, скулы и борта; закончив согласование обводов, «лишние» линии убирают. Описанный прием повторяют несколько раз, меняя исходные точки.

Может возникнуть необходимость на некоторых участках применить цилиндрические поверхности или конические поверхности с вершиной, расположенной в корме. В этих случаях необходимо на проекциях «полуширота» и «бок» провести плавные ватерлинии и батоксы, и снова скорректировать обводы на проекции «корпус», добиваясь плавности батоксов, ватерлиний и шпангоутов.

Построение обводов с помощью проведения прямолинейных образующих можно начинать и с других проекций, например, с «полушироты», но при этом несколько теряется точность, поскольку касательные придется проводить к малому числу линий с небольшой кривизной [3].

На рис. 7 приведены проекции «корпус» теоретических чертежей ряда катеров, обшивка которых спроектирована разворачивающейся на плоскость. Часть из этих проектов была опубликована на страницах сборника ранее («Фотон» — в №21; «Лангуст» — в №37).

Литература

• 1. А. Ш. Гетман. Методы построения теоретического чертежа из разворачивающихся поверхностей. ГИВТ, Горький, 1966.
• 2. М. Hubert. Formgebung und Geschwindigkeitberechnung von V-spantbooten. «Schiffbautechnick», № 8, 1962.
• 3. Л. Л. Романенко, Л. С. Щepбаков. Моторная лодка. Л., «Судостроение», 1972.