Dudley Dix Yacht Design

Постройка яхт из стали с радиусной скулой

Округлая форма корпуса при простоте выполнения

Эта статья описывает метод постройки судов из металла с радиусной скулой, который используется для большинства наших металлических проектов, начиная с середины 80-х. Этот метод позволяет судостроителю-любителю строить округлые корпуса, которые даже профессиональные конструкторы яхт иногда ошибочно принимают за настоящие круглоскулые обводы. Первый проект из серии был Hout Bay 30, к которому потом добавились многие другие, доступные сейчас, как готовые проекты. Все они подходят также и для профессиональной постройки.

 

Яхты строят из металла давно, достаточно давно, чтобы выгоды и недостатки их стали общепринятой истиной. Однако, с приобретением знания и появлением новых технологий, давно известные методы работы с материалами изменяются для лучшего использования выгод и ограничения недостатков. Это произошло с усовершенствованными системами покрытий, которые значительно сократили обслуживание стальных лодок. Достижения в формах корпуса и методах изготовления также прошли длинный путь, чтобы уменьшить предубеждение против стальных яхт.

Как и слесарь, проектировщик должен развить чувство того, что может быть сделано из стального листа и что нельзя сделать. Раньше стальные корпуса (и многие проектируемые сегодня) имели форму корпуса с одной скулой или многоскулые обводы, чтобы облегчить обшивку. Однако, в результате многие из таких проектов немореходны, потому что проектировщик, уделил слишком много внимания к свойствам металла и недостаточно к потребностям моря. Другая крайность - проекты, для которых свойства металла учитывались мало и которые имеют такие сложные и закрученные формы секций, что они не намного проще в изготовлении, чем нормальный круглоскулый корпус.

 Тайна хорошего стального проекта - чистая простота, и в корпусе и палубе. И чем большее количество сварки может быть устранено при поддержании хорошей эстетики, тем больше вероятность успешного проекта.

Остроскулый корпус предельно прост, но очень мало таких проектов, которые могут быть описаны, как удачные. Это особенно относится к стальным яхтам, которые имеют тенденцию быть очень большими и ящикоподобными с единственной скулой. Единственная скула расширяет потенциальные возможности яхты с легким водоизмещением, но делает баржу из тяжелой лодки.

Легко формировать верхние листы корпуса с единственной скулой так, чтобы скручивание панелей было минимальным, облегчая работу с листовым металлом. Но это не так с днищевыми листами, которые должны иметь значительное изменение угла атаки от глубокого V до почти плоского днища в корме. Если носовая часть выглядит хорошо, то чтобы обеспечить нормальную форму днищевых листов, придется очень много и сложно выкраивать стальные листы, и потом изгибать с применением приспособлений, чтобы они приняли нужную форму. Исключение таких сложностей приведет к жуткой и немореходной форме носовой части.

 Развертывающиеся на конус носовые секции обшиваются листами металла значительно легче, но оставляют меньше гибкости для проектировщика. Нужно, чтобы днище в области носа от киля до скулы находилось на поверхности мнимого конуса, а это может вынудить конструктора сделать намного более полные носовые обводы, чем он желает, особенно если корпус имеет глубокий вход форштевня. В результате чаще получают трудности в изготовлении носовой части из листов, чем добиваются компромисса в проекте.

Многоскулые обводы улучшают эстетику и исполнение стального проекта. Должным образом помещенная и сформированная, верхняя скула может прибавить характера яхте, однако неправильно выполненная скула может совершенно его испортить. Многоскулые обводы облегчают разработку корпусов, отвечающих требованиям мореходности. Полосы металла более узкие, так что их можно будет легче сгибать без серьезных проблем, и скулы можно спроектировать так, чтобы минимизировать изготовление листов парусной формы.

В некоторых проектах конструкторы, используя множество скул, по принципу - чем больше, тем лучше, пытаются приблизиться к круглоскулой форме корпуса. Однако, в результате получаются уродливые корпуса и очень много головной боли при их постройке.

Вследствие того, что большая часть проблем в стальном корпусе связана со сваркой, чем более удастся сократить сварочные работы, тем выше качество получившегося корпуса. Большинство строителей использует газовую резку для раскроя листов, которая также несколько искажает форму листа, так что резка также должна быть сокращена, там где это возможно.

 Каждая скула многоскулого корпуса должна быть подогнана к своему месту, обрезана и приварена двухсторонним швом. Если по скуле идет стрингер - добавляются еще два сварных шва. Если в проекте больше, чем две или три скулы на каждой стороне корпуса, это добавляет массу резки и сварки.

Другой аспект такого корпуса - трудозатраты и расход материала. Повсюду при необходимости точной подгонки и обрезки появляется стоимость труда, затраченного на эти работы, и некоторое количество обрезков металла, особенно при криволинейных выкройках. Обрезки могут использоваться, чтобы делать угловые стыки, кницы, и прочие мелкие детали, но количество обрезков пропорционально количеству резки. Корпус с шестью скулами требует не больше мелких деталей, чем такой же с одной скулой, но имеет намного больше обрезков.

Увеличение количества скул, кроме того, уменьшает угол от одной полосы корпуса к другой. Хотя это и выгодно в какой то степени с точки зрения обтекаемости, нельзя заходить слишком далеко. Большое изменение угла позволяет легче отыскать точку пересечения скул и дает правильную линию, когда рассматривается сбоку. Когда угол пересечения двух плоскостей уменьшается, очень трудно точно расположить линию пересечения при сборке корпуса, и скула становится волнистой при виде сбоку. У корпуса с пятью или большим количеством скул, вид со стороны может выглядеть как произведение сумасшедшего скульптора, вырвавшегося на свободу, и просит шпаклевки, чтобы превратить это чудо в круглоскулый корпус.

 Часто говорят, что нет ничего нового в яхтенном дизайне, что все, что мы придумываем, кто-то уже сделал раньше. Это применимо и к корпусам с радиусной скулой. Эта технология использовалась Ван дер Штадтом в его стальных Доггерах, Тедом Бревером и другими в Северной Америке многие годы. Каждый проектировщик или строитель развил свою собственную версию этой технологии, которая работает хорошо для его собственного стиля проекта судна или его постройки.

В некоторых вариантах радиусная скула - это просто обычная острая скула, которую смягчают, вваривая на ее место как часть корпуса кусок трубы большого диаметра. Такие корпуса имеют остроскулую форму и, хотя они выигрывают эстетически и в исполнении от смягчения скулы, они все равно смахивают на ящики. Строительство требует больше, чем такая же конструкция с острой скулой, и больше, чем описанная позже технология.

Мои собственные эксперименты с конструкцией корпуса, имеющего радиусную скулу, были предприняты как средства для получения судна, которе выглядит как круглоскулое, при сохранении большинства преимуществ многоскулых корпусов. Первой из таких яхт была 64 футовая стаксельная шхуна "Rising Sun" которую я разработал для компании "Marine Metals" в Норфолке, Вирджинии. Концепция была настолько успешна, что она экспонировалась два года спустя на Sailboat Show в Аннаполисе и притягивала большие толпы, являясь одной из наиболее роскошных лодок на выставке. Требуется больше чем случайный взгляд на форму корпуса, чтобы увидеть, что она не круглоскулая. Семейство яхт с корпусами из стали, имеющими подобные формы корпуса, включает сейчас от 40 футов до 70 футов.

Есть только одна выгода от такой формы корпуса, и эта выгода - внешний вид. У такого корпуса все характеристики многоскулого , но постройка требует большего количества резки, подгонки, и сварки. Поэтому строить его дороже, но это возмещается более высокой ценностью такого судна. Некоторые люди не возражают иметь многоскулый корпус, если скулы не видны, когда судно на воде.

 Начиная с 1986 г. мои стальные корпуса получили другую форму, позволившую добиться круглоскулого внешнего вида судна при меньших затратах.В остроскулой, по существу, форме корпуса, скула закруглена по большому радиусу, который является постоянным от форштевня до кормы. В результате получается корпус с внешним видом, напоминающим некоторые стеклопластиковые яхты легкого исполнения с "настоящими" круглоскулыми обводами. Один из местных проектировщиков однажды выразил мне свое удивление быстротой постройки рдного из моих проектов от установки набора до обшивки. Я объяснил, что корпус был с радиусной скулой, а не круглоскулый и он снова был удивлен. Его опытный глаз не увидел разницы.

Выбор радиуса, чтобы использовать - вопрос персонального выбора. Слишком маленький радиус держит большую часть радиуса ниже ватерлинии, когда судно в покое и дает образ ящика. Глаз находит приятным видеть некоторую кривизну форм от верхнего пояса обшивки вниз, и от средней части судна к корме.

Наиболее современные яхты имеют почти прямые борта в носовой части. При строительстве по методу с радиусной скулой получаются прямые секции в этой области, со всем радиусом ниже ватерлинии. Это может дать поведение с сильным заливанием корпуса на волне, если не предусмотрен достаточный развал обводов для предотвращения волн, разгуливающих прямо по палубе.

Внутренний угол между листами днища и борта постепенно уменьшается от носа к корме. в носовой части бортовые секции получают развал, а днище получает V - образную форму. в корме борт ближе к вертикали, а основание - к горизонтали. В результате радиусная секция в носу имеет намного меньшую образующую, чем в корме. Со стороны радиусная секция выглядит как клин. Это значит, что корма, который является той частью яхты, которую глаз больше всего ожидает видеть как округлую, имеет значительное закругление, и большая часть его находится выше ватерлинии.

Корма дает верхний предел размера используемого радиуса, потому что полная кривая должна находиться между линией борта и киля корпуса. Если это не так, возникают большие проблемы.

Необходимость изменения угла днищевого листа в носовой части, которая является проблемой остроскулых обводов, перестает быть проблемой в случае корпуса с радиусной скулой. Полоса днища в носовой части в значительной степени заменена радиусом, а узкую полосу закрутить значительно проще.

Этот метод строительства экономичен по трудозатратам и расходам материалов. Шпангоуты сделаны от плоских полос для борта и днища, приваренных к секции предварительно согнутой по требуемому радиусу. Изогнутые секции всех шпангоутов имеют один и тот же радиус, и поэтому могут быть сделаны оптом для последующей нарезки на нужные куски.

Металл для радиусной обшивки, точно так же предварительно изогнут оптом любой механической мастерской, которая имеет трехроликовую гибочную машину. Секции обшивки вырезаются из заготовленных листов позже, по мере необходимости.

Проще всего начать с радиусной части обшивки, что позволяет хорошо подогнать ее и сделать правильные линии образующих - стыков с плоскими участками корпуса. Нужно закончить радиусную обшивку прежде, чем начинать плоские участки. Гораздо проще подгонять плоскую пластину, приложив ее к радиусной кромке, и обчертив для последующей обрезки. Это совсем не так просто, если сначала установлен проский лист, так как лишняя часть радиусного листа не может быть аккуратно приложена к плоской части для маркировки. Понадобятся шаблоны.

 Носовая и кормовая части радиусной обшивки укладываются на набор проще, чем центральная часть. Скула имеет тенденцию быть более прямой к концам корпуса, позволяя использовать для использования довольно длинные секции закругленного листа. В середине корпуса изгиб бортовых и днищевых листов увеличивается. Это требует использования более коротких отрезков радиусной обшивки, иначе ее не удастся подогнать к набору. Оптимальные размеры будут зависеть от величины радиуса, длины судна, отношения длины к ширине и др.

Некоторые строители предпочитают разделять радиусную часть по длине в средней части корпуса. Это может позволить использование несколько более длинных участков.

В дополнение к экономии на обшивке, есть обычно экономия и на продольных связях. Многоскулая форма корпуса вынуждает использовать много стрингеров и не позволяет правильно распределять их. Стрингеры должны быть размещены между скулами. В проекте с радиусной скулой, интервал между стрингерами может меняться по длине корпуса, чтобы удовлетворить требованиям нагрузки, хотя обычно они расположены параллельно друг другу. Стрингер может начинаться в верхней части борта в носу, проходить через радиусную часть и заканчиваться в днищевой части кормы.

Некоторые проектировщики объединяют радиусные скулы с развертывающимися на плоскость поверхностями, чтобы еще более приблизиться к круглоскулому корпусу. Это наиболее значимо в носовой части, где небольшое скругление борта может заменить большие плоские участки. Отрицательный момент такой модернизации - некоторое усложнение конструкции шпангоута.

Яхтенное судостроение из любого материала никогда не было простым процессом. Как только материал для постройки выбран, нужно решить для себя, как оптимизировать требования эстетики, простоты строительства, стоимости, исполнения, и ценности перепродажи, некоторые из которых противоречивы. Если материал выбора - сталь, технология постройки с радиусной обшивкой не может быть побеждена в процессе такой оптимизации.