Учёба. Образование

 Техническое творчество

 Издательство ЦК ВЛКСМ «Молодая Гвардия» 1955 г.

Велико и почетно творчество юных кораблестроителей, которые, изучая современные конструкции настоящих кораблей, самостоятельно проектируют их модели. При этом они нередко вкладывают свою новую, весьма удачную конструкторскую мысль.

ОСНОВНЫЕ  СВЕДЕНИЯ ПО  ТЕОРИИ  КОРАБЛЯ

Прежде чем приступить к постройке судов, кружковцы должны уяснить теорию корабля. Юным судомоделистам необходимо иметь представление о таких элементах, как плавучесть, остойчивость, непотопляемость, ходкость и т. д.

Одним из главных свойств всякого судна является его плавучесть, то

есть способность держаться на воде, неся на себе все предназначенные грузы (при заданной осадке). Для того чтобы судно обладало пловучестью, его корпус делают водонепроницаемым и большого объема.

На основе закона Архимеда объем подводной части корпуса должен находиться в полном соответствии с весом всего судна. В этом можно легко убедиться, если проделать опыт, показанный на рисунке 1. Ясно, что погруженная часть корпуса модели корабля вытесняет объем воды, равный весу самой модели.

Чтобы судно не затонуло, оно должно иметь довольно большой запас пловучести. Для этого водонепроницаемые борта судна значительно возвышают над водой.

Величину силы, поддерживающей судно на воде, называют водоизмещением. Оно равно весу судна. Объем подводной части судна называется объемным водоизмещением. Объемное водоизмещение следует всегда отличать от весового водоизмещения, или просто водоизмещения, которое равно весу воды, вытесняемой подводной частью корабля, то-есть весу судна. Чтобы судно не погружалось и не всплывало, необходимо, чтобы сила давления воды на днище была равна полному весу судна.

Величина погружения корпуса корабля под водой (высота подводной части) называется о с а д к ой (ее принято обозначать при вычислениях буквой Г).

Другим важным свойством является н е-п о т о п л я е м о с т ь судна. Если судно получит подводную пробоину, вода заполнит через нее весь внутренний объем корпуса и корабль, потеряв пловучесть, затонет. Что-бы предотвратить гибель судна из-за пробоины, внутренний объем корпуса делят поперечными водонепроницаемыми переборками, благодаря которым втекающая через пробоину вода заполнит не весь объем корабля, а лишь один его отсек (между двумя переборками). При одном затопленном отсеке судно потеряет лишь часть своей пло-вучести и не затонет. Если на судне установлены водонепроницаемые переборки, то это значит, что оно обладает непотопляемостью.

Для обеспечения непотопляемости самоходных моделей делают водонепроницаемую палубу, а в корпусе — не менее двух водонепроницаемых переборок (рис. 2).

Но может случиться и так, что, несмотря на большой водонепроницаемый объем корпуса корабля и наличие нескольких водонепроницаемых переборок внутри корпуса, судно все же затонет, если наклонится от ветра, или .из-за случайного смещения грузов к одному борту и т. п. В этом случае вода через отверстия в палубе (через люки, горловины и т. п.) зальет внутренний объем.

Судно, которое сопротивляется наклоняющим силам, называют остойчивым, а его водонепроницаемые переборки свойство сопротивляться силам и возвращаться в положение равновесия после прекращения действия силы называется остойчивостью.

Различают два вида остойчивости корабля: поперечную (рис. 3,а) и продольную (рис. 3,6).

Наклонение судна на один из бортов называется креном, а наклонение судна на нос или корму — диферентой.

Линия пересечения нормально погруженного (без диферента и крена) корпуса судна с уровнем воды называется грузовой «ли конструктивной ватерлинией (ГВЛ или КВЛ).

Объясним, что такое остойчивость, центр тяжести и центр величины на модели судна, погруженной в воду.

На рисунке 3,8 показано поперечное сечение модели судна, стоящей на воде, диаметральная плоскость АБ, делящая модель судна на две симметричные части.

Равнодействующая сила веса всех частей модели считается приложенной в точке, называемой центром тяжести. Эта сила направлена вниз и вытесняет то количество воды, которое равно весу модели. Равнодействующая сила, всех подводных частей модели — сила поддержания — будет приложена в центре величины (ЦВ). Для того чтобы модель плавала без крена, нужно чтобы ЦТ и ЦВ лежали на одной вертикали.

Рассмотрим положение модели при качке. На рисунке 3,в показано поперечное сечение судна, наклоненного на правый борт. Модель погружена в воду больше правым бортом, чем левым. Так как все грузы на корабле закреплены хорошо, то ЦТ остается в неизменном положении, а ЦВ при крене передвинется направо. Следовательно, центр тяжести и центр величины не будут на одной вертикали и силы, действующие в этих точках, уже не совпадут. Но так как одна сила, действующая вниз, а другая, действующая вверх, образуют восстанавливающую пару сил, модель остойчива.

Если же центр тяжести и центр величины расположены так, что силы, приложенные к этим точкам, стремятся ие выпрямить, а, наоборот, опрокинуть модель, то судно неостойчиво.

Если/при крене судна мы проведем из центра величины прямую, пересекающую диаметральную плоскость, то в точке пересечения получим так называемый метацентр (М) — средний центр, а расстояние между метацентром и центром тяжести образует метацентр и ческую высоту.

Мерой начальной остойчивости модели при небольших кренах в 10—15° и является метацентричеокая высота. Чтобы модель была остойчивой, необходимо, чтобы мета-центрическая высота была положительной, то-есть метацентр лежал бы выше центра тяжести.

Для обеспечения поперечной остойчивости моделей судов необходимо, чтобы все грузы внутреннего устройства модели (двигатель, горючее, балласт) располагались как можно ближе к килю.

Помимо плавучести, непотопляемости и остойчивости, всякое самоходное судно должно обладать еще ходкостью.

Ходкостью называется способность судна развивать как на спокойной, так и на взволнованной поверхности воды свою полную скорость. Для того чтобы судно имело хорошую ходкость, необходимо правильно подобрать двигатели и движители и добиться как можно меньшего сопротивления воды.

 Большое значение имеет хорошая поворотливость судна. Если судно обладает способностью изменять посредством руля или других устройств направление движения в необходимую сторону, то это значит, что оно обладает поворотливостью. На рисунке 4 показаны различные положения руля во время движения судна. С левой стороны рисунка показано прямое движение судна, когда румпель (металлический рычаг, при помощи которого поворачивается руль) находится в диаметральной плоскости.

Правая сторона рисунка показывает поворот руля, который достигается при помощи вращения штурвала, соединяющегося с румпелем. В этом случае обтекающие корпус струи встречают на своем пути препятствие — перо руля, давят на него и в результате судно разворачивается в ту же сторону, в которую отклонился руль. Кривая, описываемая судном (или моделью) при повороте, называется циркуляцией, а диаметр окружности, полученной от циркуляции судна при установившемся ходе, — диаметром циркуляции (рис. 4,в).

Отношение диаметра циркуляции к длине судна является мерой поворотливости судна. Чем меньше это отношение, тем поворотливее судно.

Для того чтобы определить диаметр циркуляции модели, необходимо повернуть руль на 10—15° по отношению к диаметральной плоскости, пустить судно на воду и, когда установится циркуляция, замерить ее диаметр.

При испытании модели на воде к ней предъявляется еще одно требование — устойчивости на курсе, то есть способности модели удерживаться на заданном курсе (направлении). Устойчивость модели зависит от подбора рулей, правильно выполненных обводов корпуса и величины бокового сопротивления. Правильно отрегулированная модель обладает хорошей устойчивостью на курсе и хорошей поворотливостью.

Для расчетов водоизмещения модели применяется расчетная осадка, которая равна среднему арифметическому от осадки носом и кормой модели.

Прежде чем приступить к постройке модели судна, надо четко представить себе ее главные размерения и вычертить обводы судна. После этого составляется общий вид всей модели и ее отдельных деталей.

Юный судомоделист с помощью руководителя выбирает сначала класс корабля для моделирования, устанавливает его максимальную длину и масштаб. А затем на основании главных размер ений составляет так называемый теоретический чертеж обводов модели, производит расчет необходимых материалов, подбирает двигатель и движители и планирует весь процесс работы над моделью.

По составленному теоретическому чертежу производят проверку модели на осадку и водоизмещение и вычисляют объем подводной части корпуса модели.

Теоретический чертеж выполняется следующим образом. Для вычерчивания обводов проектируемый корпус корабля рассекают системой плоскостей.

Устанавливают три основные взаимно перпендикулярные плоскости проекций (рис.   6):   вертикально-продольную    плоскость, разбивающую корпус модели корабля на две симметричные части — правую я левую — и называемую диаметральной плоскостью (ДП); горизонтальную плоскость, которая совпадает с уровнем воды и делит корпус модели на подводную и надводную части (эта плоскость называется грузовой ватерлинией), и вертикально-поперечную плоскость, разделяющую модель на две части — носовую и кормовую. Она является очертанием самого широкого места корпуса модели и называется плоскостью м и д е л ь-ш п-а н го-у т а.

Если теперь корпус модели судна рассечь рядом плоскостей, параллельных трем основным плоскостям, то мы получим линии обводов, которые и составят теоретический чертеж модели судна (рис. 6).

Рассекая корпус модели судна плоскостями, параллельными диаметральной плоскости, получаем кривые линии, называемые батоксами. Эти линии, нанесенные на теоретический чертеж, носят название проекции «б о к».

Рассекая корпус модели судна плоскостями, параллельными грузовой ватерлинии, получим несколько кривых, называемых ватерлиниями диаметральной плоскости, а нанесенные на чертеж, они получили название проекции «полуши-р о т а».

Рассекая корпус модели судна параллельно    плоскости   миделя,    получим    линии шпангоутов. Совокупность этих линий, нанесенных на чертеж, носит наименование проекции «к о р п у с». Совмещая проекции всех линий с тремя основными плоскостями, мы получим теоретический чертеж модели судна, состоящий из бока, полушироты и корпуса.

Так как корпус модели судна симметричен относительно диаметральной плоскости, на чертеже вычерчивается только одна ветвь каждой ватерлинии, каждого шпангоута. На корпусе носовые шпангоуты вычерчиваются вправо от средней вертикальной линии, а кормовые — влево.

Нумерация шпангоутов идет по порядку от носа к корме: носовому конечному шпангоуту присваивается № О, первому шпангоуту — № 1 и т. д. Расстояние между двумя соседними шпангоутами носит название шпации.

Для окончательного вычерчивания теоретического чертежа необходимо нанести на чертеж еще особые линии корпуса: борт (верхний контур корпуса) и киль, то есть очертания нижней кромки конструктивного киля.

Для упрощения теоретического чертежа а судомоделировании чертеж корпуса модели делается в одной или двух проекциях, но с обязательным вычерчиванием теоретического корпуса.

Рекомендуется чертеж теоретического корпуса вычерчивать на разграфленной квадратами бумаге, так как в этом случае моделист сможет самостоятельно увеличить или уменьшить чертеж теоретического корпуса, а следовательно, и вычертить шпангоуты в натуральную величину.

При этом соблюдают следующую последовательность в вычерчивании теоретического чертежа.

1.         Вычерчивание сетки с ватерлиниями,

батоксами.   При  этом   размер   ее  увели

чивается      пропорционально      принятому

масштабу; например, чертежи корпуса мо

дели вычерчены в масштабе М=1 : 400, мо

делист   принял  масштаб  М=1 : 100. Для

этого ему  необходимо   сетку  ватерлинии

с батоксами вычертить в четыре раза боль

ше (рис. 7, справа).

3.         Получение   кривых   линий,   которые

проводятся через точки пересечения шпан

гоутов с ватерлиниями  и  батоксами. Эти

кривые  линии и будут  искомыми  шпан

гоутами нового  теоретического  корпуса в

М=1 : 100.

4.         Получение линии палубы модели суд

на путем соединения вершин этих кривых

линий (шпангоутов).

Имея чертеж теоретического корпуса модели судна, моделист по линиям шпангоутов может вычертить шаблоны шпангоутов для практического изготовления.

При проектировании парусной модели важно найти правильное положение ЦП и ЦБС, которые обеспечивали бы необходимое направление хода модели без участия руля.

Практическим путем доказано, что для того, чтобы модель парусного судна управлялась наилучшим образом, требуется центр парусности поместить впереди центра бокового сопротивления на 7-—1С% от длины судна по грузовой ватерлинии.

По тому, как ведет себя парусная модель на воде, моделист может определить положение центра парусности по отношению к ЦБС модели.

. На рисунке 8,а показано поведение модели яхты при разном положении центра парусности (ЦП) по отношению к центру бокового сопротивления модели.

В первом случае центр парусности (ЦП) слишком сильно вынесен вперед по отношению к ЦБС, и модель при этом будет «уваливать», так как возникающая пара сил поворачивает модель яхты под ветер. Во втором случае центр парусности (ЦП) расположен позади центра бокового сопротивления (ЦБС). В этом случае парусная модель будет стремиться стать носом против ветра. Про такую модель говорят, что она сильно «приводится».

Третье положение — нормальное, когда ЦП впереди ЦБС на Q,l длины парусной модели.

Для того чтобы моделист самостоятельно мог регулировать парусную модель судна, опишем, как определить ЦП и ЦБС.

Центр бокового сопротивления (ЦБС) парусной модели находится следующим образом (рис. 8,г).

Отрезают кусок картона, и из него очень аккуратно вырезают профиль подводной ча-сти модели. Вырезанную фигуру уравновешивают на лезвии безопасной бритвы. Когда равновесие достигнуто, слепка нажимают на фигуру пальцем, чтобы от острия ножа получилась вдавленная линия. После этого фигуру разворачивают на 90°, снова уравновешивают и опять нажимают на нее пальцем.

ЦБС будет лежать как раз на пересечении линий, полученных от надавливания лезвия на фигуру.

Определить ЦП (то-есть определить точки приложения силы ветра) можно следующим образом:

1)         если на яхте один  треугольный парус

(рис. 8,6), то в этом случае из двух вер-

щин   паруса   проводят линии  (медианы).

Точка пересечения медиан даст точку цен

тра парусности (ЦП);

2)         при    сложной     системе    парусов

(рис. 8, в) ЦП вычисляют для каждого па

руса в отдельности. Общий центр парусно

сти будет расположен на линии, соединяю

щей центры парусности отдельных парусов

ближе к большому парусу, как это видно на

рисунке.

Если площадь четырехугольного паруса разбивается на два треугольника, то ЦП треугольных парусов находятся так. Из ЦП каждого треугольного паруса проводят параллельные линии, на которых в произвольном, но одинаковом для обеих линий масштабе откладывают площади треугольных парусов. Соединив одной сплошной прямой внешние концы линий, показывающих линейно величины площади, а другой—найденные ранее ЦП парусов отдельных треугольников, находят точку пересечения этих двух прямых, которая и явится ЦП четырехугольного паруса.

ЦП всей системы находится таким же путем. Из центров парусности каждого паруса проводят две параллельные линии, на которых в произвольном линейном масштабе откладывают площади совмещаемых парусов, причем площадь большого паруса  (грота) откладывают на линии, выходящей из ЦП малого паруса, и, наоборот, площадь меньшего паруса откладывают на линии, выходящей из центра большого паруса. Соединив одной прямой (на рисунке эта линия обозначена точками) внешние концы линий, показывающих линейную величину площади, а другой — найденные ранее ЦП отдельных парусов, находят точку пересечения этих двух прямых, которая и явится общим центром парусности системы.

Н,а рисунке 8,<3 показаны основные курсы модели парусного судна относительно ветра.

Для правильной установки ЦП по отношению ЦБС рекомендуется в средней части диаметра^ьной плоскости модели яхты или швертбота устанавливать приспособление, называемое гребенкой (рис. 9).

При помощи этого приспособления можно перемещать мачту, а значит, и парус вдоль диаметральной плоскости. С перемещением паруса будет меняться и расположение центра парусности (ЦП) по отношению центра бокового сопротивления (ЦБС).

Гребенка изготовляется из металлической пластинки размером 60ХЮХ2 мм. Крепят гребенку к палубному брусу, установленному строго в диаметральной плоскости. Мачту устанавливают на гребенку и закрепляют ее при помощи штыря и наметки, врезанной и закрепленной на мачте.

Рис. 9. Установка гребенки на модели яхты.

Часто моделист строит модель по рисунку или фотографии из журналов. В этом случае ему приходится пересчитывать главные величины судна (водоизмещение, скорость и мощность). Делает он это с помощью так называемого закона механического подобия, который гласит:  если масштаб модели обозначен через М—у, то все

главные размерения модели — длина, ширима, осадка — должны быть меньше, чем размеры судна в к (лямбда) раз.

К примеру, если масштаб модели 1 : 100, то главные размерения модели должны быть в сто раз меньше тех же размеров натуры. Водоизмещение модели должно быть меньше водоизмещения настоящего судна в  V3 раз.

При пересчете скорости судна в соответствующую масштабную скорость для модели принимают, что скорость модели должна быть меньше скорости судна в V 1 раз.

Скорость модели удобнее считать в м/сек. Поэтому, зная, что 1 узел=0,515 м/сек, мы можем определить, чему будут равны 4 узла, то-есть = 4Х 0,515 = 2,06 м/сек.

Можно легко определить и мощность, которой должен обладать двигатель модели для развития масштабной скорости в соответствии со скоростью корабля.

Мощность двигателя модели должна быть меньше мощности двигателя судна X3'5 раза.

Практически установлено, что при хорошем валопроводе (с малым трением) и правильном подборе гребного винта мощность двигателя для обеспечения масштабной скорости модели должна быть в 10—12 раз больше масштабной. Значит, для обеспечения скорости Mодели крейсера необходимо увеличить мощность двигателя в 10—12 раз, то-есть она будет равна 0,1 —0,12 л. с.

В приложении к этому сборнику приводится таблица, которая по закону подобия дает готовые значения масштабных чисел в различных степенях. Эта таблица согласована с масштабами моделей, предусмотренными единой всесоюзной классификацией моделей судов.