Юный моряк конструктор

DjVu

      ВВЕДЕНИЕ
      Вся советская странна участвует в создании новых кораблей и укреплении наших военно-морских сил. Комсомол воспитывает боевых командиров и бойцов — краснофлотцев и шефствует над строительством большого флота СССР.
      Для дальнейшего развития и обслуживания советского флота нужны новые инженеры — строители судов, техники, командиры, капитаны, краснофлотцы, матросы. Подготовка этих специалистов требует много времени я средств. Лучше и быстрее усваивает морские науки тот, кто занимается этим с детства (рис. 1).
      Моделестроение — первый этап работы. Постройка моделей развивает конструкторские способности и строительные навыки. Постепенно моделист научится читать судостроительные чертежи, разбираться в устройстве судна, лучше и легче усвоит основы военно-морского дела.
      Вводимая в настоящее время практика проведения соревнований плас вающих моделей позволит определить и выдвинуть кадры наилучших, наиболее талантливых моделистов-техников и значительно улучшить судомоделирование вообще, сделает эту работу еще более популярной среди советских школьников, привлечет к оборонной осоавиахимовской работе новые пополнения.
      Основной задачей книги является оказание помощи начинающему руководителю кружка и моделистам-одиночкам, занимающимся постройкой плавающих моделей.
      Описание конструкций моделей дается -в последовательности, позволяющей при изготовлении постепенно преодолевать все большие трудности.
      Начинающим моделистам не стоит сразу браться за постройку сложных моделей с бензиновым мотором. Им следует сначала испробовать свои силы на простейших парусниках и затем уже переходить к постройке катеров с электрическими, паровыми или бензиновыми моторами.
      Л. БЕСКУРНИКОВ
     
      ЧАСТЬ ПЕРВАЯ
      Элементарные сведения по теории и архитектуре корабля
     
      ОСНОВНЫЕ РАЗНОВИДНОСТИ СУДОВ
      Начинающему конструктору моделей судов, желающему научиться грамотно построить модели, необходимо по знакомиться с некоторыми теоретическими основами этого дела.
      Теория корабля говорит об условиях, обеспечивающих судну его мореходные качества: плову честь, остойчивость, поворотливость, ходкость и плавность качки. Знать эту теорию одинаково нужно как для постройки громадного военного корабля или океанского парохода, так и для постройки маленькой модели.
      Движение современных судов основано на двух различных принципах: гидростатическом и гидродинамическом. Суда, движение которых основано на гидростатическом принципе, носят название водоизмещаго-щих судов. Суда, которые двигаются по гидродинамическому принципу, носят название скользящих судов — глиссеров. В первой части нашей книги мы будем говорить главным образом о водоиэмешающих судах. Скользящим судам — глиссерам посвящена специальная глава, где подробно говорится о принципах движения и устройства современных моделей глиссирующих судов.
     
      ПЛОВУЧЕСТЬ
      Пловучестью судна называется способность его погружаться по определенную ватерлинию, неся на себе все грузы по роду своей службы.
      Почему судно с его надстройками, оборудованием, грузом плавает и сохраняет рвое равновесие не только при спокойной воде, но иг при большом волнении?
      Корабль, как и всякое плавающей тело, вытесняет некоторый объем воды, при этом) вес вытесненного объема воды равен весу корабля. Этот закон был открыт Архимедом и поэтому носит его имя. Вес этот называется водоизмещением.
      Если просверлить в любой подводной части судна отверстие, то вода будет бить в это отверстие фонтаном. Это значит, что на всю подводную часть судна © каждой точке ее действует давление воды. Это давление (оно показано на рис. 2) является той силой, которая поддерживает судно на ©оде. Следовательно, вес корабля равняется его водоизмещению.
      При увеличении нагрузки судна оно погрузится глубже и одновременно соответственно увеличатся и вес вытесненной суднам воды и давление на судно. Если, однако, продолжать увелич. вагь пагрузку судна, то оно может потерять свою пловучесхь; когда палуба судна окажется, вся под водой — корабль начнет тонуть.
      Закон Архимеда может быть проверен следующим образом. В ванну с водой, имеющую в одной из стенок от-Рис. 2. Давление воды на дни- верстие для поддержания постоянного ще судна уровня, опускают деревянный брусок
      весом в 1 кг (рис. 3). Погрузившись в воду на некоторую глубину, брусок вытеснит некоторый объем воды, которая выльется через отверстие в стенке ванны. Собрав вылившуюся воду в сосуд (вес его 0,3 кг) и взвесив его на весах, определим чес воды. Сосуд с водой уравновесится гирями в 1,3 кг. Следовательно, вес воды, вытесненной бруском, равен 1 кг.
      Вынув из ванны деревянный брусок и долив в ванну воды до прежнего уровня, опустим в нее железную коробку тех же размеров, что и брусок из дерева. Будет ли железная коробка плавать? Да, она будет плавать при соблюдении одного условия: если объем вытесненной воды не будет меньше веса коробки. Если стенки"сделать настолько толстыми,что вес коробки превысит вес вытесненного объема воды, то коробка погрузится в воду, вода нальется через борт внутрь, и коробка утонет.
      Глубина погружения корпуса корабля называется осадкой.
      Линия, показывающая осадку, называется ватерлинией (ВЛ).Ватерлинияпри плавании судна с полным грузом носит название грузовой ватерлинии (ГВЛ).
      Из определения пловучести следует, что мерою пловучести является объем погруженной части корабля V или вес воды Д в этом объеме, которые в этом случае и называются водоизмещением карабля (V — объемное водоизмещение, Д — весовое водоизмещение или просто водоизмещение). Центр тяжести погруженной части корабля называется центром величины (ЦВ). Центр величины является точкой приложения равнодействующей сил поддержания (давления воды на корпус корабля).
      Для того чтобы корабль находился в равновесии, необходимо соблюсти два следующих основных условия: 1) равнодействующая сил поддержания должна по величине быть равной равнодействующей сил веса отдельных частей корабля, а по направлению, прямо противоположна ей и 2) центр величины должен быть расположен на одной вертикали с центром тяжести корабля (точка приложения равнодействующей сил веса отдельных частей корабля).
     
      РАСЧЕТ ВОДОИЗМЕЩЕНИЯ (V)
      Здесь дается формула приближенного расчета водоизмещения:
      (...)
      Перемножив эти цифры, мы получим результат: 10. Следовательно, водоизмещение нашей модели будет равно 10 кг.
     
      ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЦЕНТРА ВЕЛИЧИНЫ (ЦВ)
      Для определения центра величины можно с успехом применять следующие способы:
      а) если ватерлиния модели судна имеет почти одинаковую форму и В носовой и в, кормовой частях, то можно примерно считать, что находится на середине модели;
      б) если кормовая часть ватерлинии имеет более полные обводьг, чем носовая часть, то ЦВ будет расположен ближе к корме;
      в) если модель имеет одинаковую осадку для носа и кормы, тогда к пунктам «а» и «б» никаких дополнительных поправок не требуется;
      г) если модель имеет большую осадку кормой, то места ЦВ (определенные по" пунктам «а» и «в») надо отнести ближе к корме. Чем
      больше разница в осадке носом и кормой (диферент), тем больше ЦВ будет сдвигаться к корме. В случае если окажется большей оса)дка носом судна, то, очевидно, ЦВ сдвинется в сторону носа. Модели,у которых ЦВ расположен в нрс, имеют диферент на нос и при своем движении зарываются носом, т. е. обладают даихудшими ходовыми качествами. Целесообразнее ©сего ЦВ расположить так, чтобы судно сидело в воде прямо, не зарываясь носом.
     
      ОСТОЙЧИВОСТЬ
      Остойчивостью называется способность судна сохранять на воде нормальное положение, т. е. после окончания действия сил, производящих крен и диферент, не опрокидываться, а возвращаться в исходное (нормальное) положение. Различают остойчивость продольную и поперечную.
      Разберемся в причинах, от которых судно то> кренится, то выпрямляется. Не бывает ли таких случаев, когда накрененное судно остается в этом положении или, что еще хуже, продолжает крениться (уже без воздействия внешних причин) и затем перевертывается, и если такие положения бывают, то чем они вызываются и каким способом можно их ликвидировать?
      Если при наклонении корабля его диаметральная плоскость остается вертикальной, то корабль имеет так называемый диферент на корму или на нос, в зависимости от того, какая оконечность корпуса входит больше в воду (рис. 4). Если же при наклонении корабля остается вертикальной плоскость мидель-шпангоута, то корабль получает крен на тот борт, который погрузился в воду (рис. 5).
      На рис. 6 показано поперечное сечение судна, стоящего на ©оде. Буквами ВЛ показан уровень воды, а буквами АБ — диаметральная плоскость судна. Так как очертания подводной части судна с обоих бортов симметричны, то очевидно, что давление воды будет равным с каждого борта (показано маленькими стрелками), равнодействующая сила давления будет приложена в диаметральной плоскости АБ в центре величины ЦВ погруженной части судна (показано штриховкой). На рисунке поперечного сечения центр величины расположен в ценггре-площади, находящейся ниже уровня воды (линии BJI).
      Рассмотрим положение судна при качке. На рис. 7 показано положение судна, наклонившегося на правый борт. Теперь уже судно погружено в воду больше правым бортом, чем левым. Следовательно, центр величины тоже передвинется направо, центр тяжести и центр величины будут не на одной вертикали, и силы, действующие в этих точках, уже не совпадут, как на рис. 6, а окажутся параллельными друг другу. И так как одна сила действует вниз, а другая вверх, то судно стремится возвратиться к своему первоначальному положению.
      Бывают моменты, когда судно опрокидывается. Посмотрите на рис. 8: здесь крен значительно больше. И положение центров тяжести и величины тоже другое. Обе эти силы стремятся не выпрямить, а опрокинуть судно.
      Для того чтобы устранить или уменьшить опрокидывающее действие, моделист должен стараться так конструировать свое судно, чтобы. центр тяжести его был как можно ниже и ближе к центру величины.
     
      ПОВОРОТЛИВОСТЬ
      Поворотливостью судна называется способность судна изменять посредством руля или других устройств направление движения в необходимую сторону. Действие руля заключается в следующем: когда во время движения судна так называемый румпель — металлический рычаг, при помощи которого поворачивают руль, — находится без движения на середине судна, то судно движется в одном направлении. Если необходимо изменить курс судна, то производится поворот руля путем вращения штурвала, соединенного с румпелем посредством штуртроса. Рис. 9 дает наглядное представление о том, каким образом судно поворачивается. Когда румпель руля находится на середине судна (левая часть рисунка), то обтекающие судно струи не встречают на своем пути препятствий; на да же руль отклоняется в сторону (правая часть рисунка), то струи начищают давить на руль и судно поворачивается в сторону, в которую отклонился руль. Таким образом достигается поворот судна.
     
      ХОДКОСТЬ
      Ходкостью называется свойство судна передвигаться с определенной, заранее назначенной скоростью. Скорость движения судна в воде зависит от следующих моментов: 1) от сопротивления воды движению судна, 2) от сопротивления воздуха движению судна, 3) от мощности двигателей и конструкции движителей.
     
      ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О СОПРОТИВЛЕНИИ ВОДЫ ДВИЖЕНИЮ СУДОВ
      Сопротивление воды, согласно теории, разработанной Фпудом, происходит вследствие трех причин: поверхностного трения, водоворотного сопротивления и волнового сопротивления.
      Поверхностное трение движущегося в воде тела, вызывается соприкосновением обладающей вязкостью жидкости с шероховатой поверхностью тела. Величина поверхностного трения зависит от характера и площади поверхности плывущего тела и от относительной скорости воды и тела. Очевидно, что в идеальной жидкости (не обладающей вязкостью) и при совершенно гладкой поверхности трение отсутствовало бы.
      Частицы воды, приходя в соприкосновение со смоченной поверхностью плывущего тела, будут увлекаться вперед по его движению, и благодаря вязкости жидкости (силам сцепления) это движение будет передаваться соседним слоям воды. При этом частицы воды будут не только двигаться поступательно, но у поверхности тела получат и вращательное движение, дающее начало небольшим водоворотам. Таким образом, тело при движении имеет сзади попутный поток воды, направленный вслед за телом и называемый трущимся попутным следом.
      Наряду с этими мелкими водоворотными движениями существуют также водовороты, вызываемые уже формой движущегося тела. Главной причиной возникновения таких водоворотов является резкое изменение подводной формы тела, нарушающее при известных скоростях правильное струйное движение жидкости. Такого рода водовороты вызываются наличием кормового среза, и их можно наблюдать позади плывущей с большой скоростью лодки.
      Рис. 10. Вверху: образование воды у носа и кормы судна. Внизу: две системы волн при движении судна
      Объясняется это тем, что в этих местах, т. е. за кормой судна, происходит резкое падение давления й разрыв струйного обтекания. Область возмущенной воды отстает от судна и создает постепенно затухающий попутный след. Сопротивление, получаемое от этих водоворотов, и) называется вод оборотным. Как уже было сказано выше, свободная поверхность воды под действием силы тяжести стремится установить плоский уровень и при ©сяком нарушении этого условия равновесия жидкости производит поверхностные движения, распространяющиеся в виде волн.
      Движение судна вносит возмущение в то распределение давления, обусловленное явлением тяжести, которое соответствует покою. В одних точках происходит увеличение давления, а в других понижение, Но так как на поверхности, испытывающей равномерное давление атмосферы, оно должно оставаться постоянным, то нарушение распределения давления в жидкости должно вызывать изменение уровня, т. е., появление волн.
      В носу и корме (рис. 10), где происходит замедление относительного движения струек, обтекающих движущееся тело, вследствие их взаимного раздвигания должно происходить поперечное сжатие стесненных струй и ускорение их движения, сопровождающееся соответственным понижением уровня; все это вызывает появление волн.
      При равномерном движении тела и спокойном состоянии свободного уровня воды система волн, поднимаемая телом, носит характер установившегося движения определенной формы для каждой скорости; на образование этих волн тратится некоторая часть энергии движения, что и обусловливает наличие волнового сопротивления.
      Судно при своем движении образует две системы волн: поперечные и расходящиеся (рис. 10). Гребни поперечных волн перпендикулярны направлению движения судна и постепенно убывают от носа к корме. Кормовая оконечность подобно носовой (создает самостоятельную систему поперечных волн». Форма подводной части судна значительно влияет на сопротивление движению. Суда, имеющие плавно обтекаемые формы, имеют наименьшее сопротивление движению и могут развивать при тех же мощностях наибольшие скорости.
      Моделист, строящий модели, должен особенно тщательно обрабатывать подводную часть своей модели, добиваться более плавных очертаний и хорошей отделки — покраски и полировки. На рис. 11 показана модель самого большого парохода «Куин Мери», на которой видны плавные обводы подводной части корпуса.
      KOHEЦ ФPAГMEHTA КНИГИ