Продольный изгиб судов

Если судно плавает на воде, то вес его должен равняться вертикальному давлению воды, т. е. весу воды в объеме подводной части судна (водоизмещению). Если же у плавающего судна рассмотреть какой-нибудь отдельный отсек abcd (фиг. 1) между двумя поперечными сечениями, то может оказаться, что вес корпуса в этом отсеке не равен весу воды в объеме его погруженной в воду части.

Фиг. 1.

Если подобный расчет произвести для различных мест по длине судна и результаты представить в виде кривых, то можно получить, например (фиг. 2), кривые ABC и AbcdefC; ординаты первой представляют водоизмещение на единицу длины в различных точках по длине (AC) судна (кривая плавучести); у второй — вес судна на единицу длины в тех же точках (кривая веса).

Фиг. 2.

Площади обеих кривых должны быть равны, так как представляют собой полное водоизмещение и полный вес судна, но в отдельных местах разница между весом и водоизмещением может быть очень большая. Вследствие такого неравномерного распределения нагрузки (веса судна) и опоры (давление воды) судно испытывает натяжения, стремящиеся изогнуть его по длине; для устранения этого изгиба судно рассчитывается, по правилам строительной механики, как брус, нагруженный сообразно с предполагаемым на нем распределением грузов. Наиболее характерными видами П. изгиба судов являются: перегиб и прогиб; первый вид существует тогда, когда вес судна в оконечностях больше, а посередине меньше водоизмещения, из-за чего изгиб получается выпуклой стороной вверх. Наибольший изгибающий момент большей частью бывает около миделя судна, почему для этого сечения и вычисляются размеры частей корпуса, причем для оконечностей размеры уменьшаются уже приблизительно, без особых расчетов. Натяжения растягивающие и сжимающие при продольном изгибе судов представляют собой ту важность, что являются единственными значительными натяжениями, действующими на судно как на целое тело; поперечные натяжения, зависящие также от неодинакового распределения веса и плавучести, настолько малы, что расчет частей корпуса по ним дал бы меньшие размеры, чем это требуется местными условиями; то же почти можно сказать и про срезывающие усилия при П. изгибе у большинства судов. Для сравнения между собой наибольших изгибающих моментов у различных судов сравнивают их с моментом, равным произведению длины судна (L) на водоизмещение (D). Как примеры изгибающих моментов на тихой воде укажем данные из "White's ("Manual of Naval Architecture") относительно некоторых судов английского флота: у броненосцев "Aiax" (перегиб) — 1/79 LD; "Minotaur" — 1/88 LD (перегиб); "Devastation" — 1/178 LD (прогиб); "Invincible" — 1/227 LD (перегиб); у неброненосных судов: "Iris" — 1/53 LD (перегиб); у миноносок 2-го класса 1/1000 LD (перегиб). Данные эти, конечно, изменяются в зависимости от того, нагружено ли судно углем, различными припасами и т. п. Исследования П. изгибов судов были произведены впервые корабельным инженером английского флота Э. Ридом в 1871 г. Для корабля на волнении тем же Ридом было предложено вычислять гидростатические давления в случаях, когда корабль находится на гребне волны (фиг. 3) и во впадине между двумя волнами (фиг. 4), причем волны брались равными длине судна.

Фиг. 3.

Фиг. 4.

При этих условиях наибольшие изгибающие моменты увеличивались до 1/20 LD. Так как на волнении натяжения на судне обусловливаются не одним лишь гидростатическим давлением воды, то расчеты эти не сходятся с действительностью. Более точный способ предложен А. Крыловым в 1896 г.; способ этот вытекал непосредственно из его теории качки (см.) судов на волнении. Результаты его вычислений дают, например, диаграмму (фиг. 5), где CD показывает величину изгибающего момента на тихой воде, а кривая AB — момента на волнении в зависимости от времени.

Фиг. 5.

Наибольшие и наименьшие значения соответствуют тем положениям судна, когда его нос достигает наиболее высокого и наиболее низкого положения относительно горизонтальной плоскости. Для предотвращения изгиба на металлических морских судах достаточно дать соответствующую толщину металла палубе, бортовой обшивке и днищу, как имеющим наибольшее значение для момента сопротивления судна. На мелкосидящих речных и на деревянных судах это неприменимо, так как у первых корпус должен быть как можно легче, а у вторых деревянные части не могут дать такого прочного соединения, как железные. Поэтому на речных судах употребляют например систему раскосов по борту (фиг. 6) или же ставят вдоль трюма раскосные фермы (фиг. 7); на деревянных судах по обшивке кладут диагональные железные связи — ридерсы (фиг. 8).

Фиг. 6.

Фиг. 7.

Фиг. 8.

На мелкосидящих деревянных судах, речных баржах и т. п. борт укрепляют деревянными брусьями в виде ферм, подобных показанным на фиг. 7; один из очень остроумных способов противодействия изгиба показан на фиг. 9 у волжских барж, у которых по борту внутри укреплены деревянные дуги, образующие систему, противодействующую перегибу.

Фиг. 9.

См. также Речные суда, Судостроение, Эквивалентный брус. См. Уайт, "Руководство по теории кораблестроения" (1885); A. Croneau, "Construction des navires de guerre" (1894), доклад E. Reed во 2 томе "Philosophical Transactions at the Royal Society" (1871); доклады W. John в "Transactions of the Institution of Naval Architects" за 1884, 1877 и 1881 гг.; доклады А. Крылова там же в 1896 г. (о килевой качке судов) и за 1898 г. (о напряжениях судов на волнении).

Р. Л—н.