Введение
Проектирование и строительство плавучих судов
Судостроение — это проектирование и строительство лодок и их систем. Это включает в себя как минимум корпус, с двигательной установкой, механическими, навигационными, системами безопасности и другими системами, необходимыми для судна.
Железо и сталь
Используется в виде листов или, альтернативно, пластин для всех металлических корпусов или для отдельных конструктивных элементов. Он прочный, но тяжелый (хотя толщина корпуса может быть меньше). Как правило, он примерно на 30% тяжелее алюминия и несколько тяжелее полиэстера. Материал подвержен коррозии, если не защищен от воды (обычно это делается с помощью покрытия краской). Современные стальные компоненты свариваются или соединяются болтами. Поскольку сварку можно выполнить легко (с использованием стандартного сварочного оборудования), и материал очень дешев, он популярен среди любителей-судостроителей. Кроме того, любители, которые еще не имеют большого опыта в строительстве стальных судов, могут выбрать готовые наборы для самостоятельной сборки. При использовании стали часто наносят цинковое покрытие на весь корпус. Оно наносится после пескоструйной обработки (необходимой для очистки поверхности) и перед покраской. Обычно для покраски используется свинцовая краска (Pb3O4). Отказ от цинкового покрытия возможен, но обычно не рекомендуется. Также необходимо установить цинковые аноды на корпус судна. До середины 1900-х годов стальные листы соединялись заклепками.
Алюминий
Алюминий и алюминиевые сплавы используются как в виде листов для цельнометаллических корпусов, так и для отдельных конструктивных элементов. Многие мачты и реи парусных судов часто изготавливаются из алюминия после 1960 года. Это самый легкий материал для постройки больших лодок (на 15–20% легче полиэстера и на 30% легче стали). Алюминий в большинстве стран относительно недорог по сравнению с деревом или сталью. Кроме того, его относительно легко резать, гнуть и сваривать. Гальваническая коррозия ниже ватерлинии в соленой воде представляет серьезную опасность, особенно в маринах, где присутствуют другие разнородные металлы. Алюминий наиболее часто используется в яхтах, понтонах и моторных лодках, которые не находятся постоянно в воде. Алюминиевые яхты особенно популярны во Франции.
Купроникль
Купроникель – относительно дорогой металл, который используется в судостроении крайне редко. По мнению многих, это идеальный материал для корпусов судов: купроникель достаточно прочен, обладает высокой устойчивостью к коррозии в морской воде и, благодаря содержанию меди, является очень эффективным средством против обрастания. Купроникель можно встретить на корпусах премиальных буксиров, рыболовных судов и других рабочих кораблей, а также для изготовления винтов и винтовых валов.
Стекловолокно
Стекловолокно (стеклопластик или GRP) обычно используется для серийного производства лодок благодаря возможности повторного использования женской формы в качестве основы для придания формы корпусу. Полученная конструкция прочна на растяжение, но часто требует либо наложения множества тяжелых слоев смолы, пропитанной стекловолокном, либо усиления древесиной или пеной для обеспечения жесткости. Корпуса из стеклопластика в значительной степени устойчивы к коррозии, хотя обычно не являются огнестойкими. Они могут быть изготовлены из цельного стекловолокна или иметь сэндвичную конструкцию (с ядром), при которой ядро из балсы, пены или аналогичного материала наносится после укладки внешнего слоя стекловолокна в форму, но до укладки внутреннего слоя. Это похоже на следующий тип – композитный, но обычно не классифицируется как таковой, поскольку материал ядра в этом случае не обеспечивает значительной дополнительной прочности. Однако он повышает жесткость, что позволяет использовать меньше смолы и стекловолокна для снижения веса. Большинство лодок из стекловолокна в настоящее время изготавливаются в открытой форме с использованием стекловолокна и смолы, наносимых вручную (метод ручной формовки). Некоторые из них теперь строятся методом вакуумной инфузии, при котором волокна укладываются, а смола втягивается в форму под атмосферным давлением. Это позволяет создавать более прочные детали с большим содержанием стекловолокна и меньшим количеством смолы, но требует специальных материалов и более глубоких технических знаний. Старые стеклопластиковые лодки, построенные до 1990 года, часто строились не в помещениях с контролируемой температурой, что привело к распространенной проблеме «ветрянки стекловолокна», когда морская вода просачивалась через небольшие отверстия и вызывала расслоение. Название происходит от множества поверхностных углублений во внешнем слое гелькоута, напоминающих оспу. Иногда причиной проблемы была атмосферная влага, задерживающаяся в слоях во время строительства во влажную погоду.
Композитный материал
"Композиционная конструкция" включает в себя разнообразные композитные материалы и методы: ранним примером была деревянная обшивкa карвелем, прикрепленная к шпангоутам и палубным балкам из железа. К деревянному корпусу можно было прикреплять медную обшивку для защиты от обрастания ("медное дно"), при условии минимизации риска гальванической коррозии. Быстрые грузовые суда ранее оснащались медным дном для предотвращения замедления из-за морского обрастания. Корпуса из стеклопластика и железобетона являются классическими композитными корпусами, термин "композит" также применяется к пластикам, армированным волокнами, отличными от стекловолокна. При создании корпуса в матрице (форме) композитные материалы наносятся на матрицу в виде термореактивного пластика (обычно эпоксидной, полиэфирной или винилэфирной смолы) и какого-либо типа волокнистой ткани (стекловолокно, кевлар, динель, углеродное волокно и т.д.). Эти методы позволяют достичь отношения прочности к весу, приближающегося к алюминиевому, при этом требуя менее специализированных инструментов и навыков строительства.
Типы корпуса
Существует множество типов корпусов, и строитель должен выбрать наиболее подходящий для предполагаемого назначения лодки. Например, морскому судну требуется корпус, более устойчивый и прочный, чем корпус, используемый в реках и каналах. Типы корпусов включают:
Гладкий округлый корпус: эти корпуса имеют округлую форму и лишены килей или углов. Корпуса с килевыми обводами: эти корпуса имеют плоские панели (обычно из фанеры), которые сходятся под острым углом, известным как "киль". Корпуса с килевыми обводами варьируются от простых лодок с плоским дном, где борта и дно соединяются под углом около 110 градусов (например, банки-дори и шарпи), до скифов, у которых дно изогнуто, а не плоское. Многокилевые корпуса позволяют приблизиться к форме округлого корпуса. Плоскодонный корпус: плоскодонные корпуса подходят для каналов и рек без приливов. Они часто имеют небольшую осадку и могут эксплуатироваться на мелководье. Их строительство недорого, но из-за меньшей устойчивости и отсутствия киля, обеспечивающего курсовую устойчивость, они не подходят для морских судов. (Однако большие суда почти всегда имеют плоское дно, обладая достаточной осадкой для преодоления проблем, связанных с небольшими плоскодонными лодками). Корпуса вытеснения: корпус вытеснения всегда остается частично погруженным. Такой корпус имеет максимальную "скорость корпуса", которая является функцией его длины по ватерлинии. Исключением является катамаран, чьи два корпуса обычно настолько узкие, что не создают носовой волны. Глиссирующие корпуса: глиссирующие корпуса имеют форму, позволяющую лодке подниматься над водой при увеличении скорости. Парусные лодки, идущие на глиссировании, обычно имеют V-образную форму в носовой части и плоское дно в кормовой. Гидропланы – это очень легкие, плоскодонные, высокомощные скоростные лодки, которые легко глиссируют на спокойной воде, но становятся неустойчивыми на волнах. Моторные лодки, предназначенные для неспокойной воды, обычно имеют глубокое V-образное дно с углом дедвейта около 20–23 градусов. Наиболее распространенной конструкцией является наличие хотя бы одной килевой линии для обеспечения устойчивости при поворотах и опорной поверхности для глиссирования. Глиссирующие корпуса позволяют достигать гораздо более высоких скоростей, поскольку они не ограничены длиной по ватерлинии, как корпуса вытеснения. Глиссирующим корпусам требуется достаточная мощность для "выхода на глиссирование", после чего отсутствие сопротивления позволяет развивать высокие скорости при сниженном расходе энергии.