ОПЫТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ САНТЕХНИЧЕСКОГО ПЛАСТИКА В КОНСТРУИРОВАНИИ РАЗБОРНОГО ТУРИСТСКОГО ПАРУСНОГО КАТАМАРАНА

Дмитрук О.И., Яремчук В.А.

Донецкий институт городского хозяйства Киевской Государственной академии жилищно-коммунального хозяйства.
83058, г. Донецк, ул. Краснооктябрьская, д.83, кв.2, т.(062)306-23-81,м.т. 8-050-919-53-98, E-mail Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

       Цель исследования: поиск альтернативных материалов для использования в построении несущей конструкции разборного туристского парусного катамарана.
       Предмет исследования: установление возможности использования свойств сантехнического пластика в конструировании разборных туристских парусных судов.
       Задачи: расчет размеров и формы шпангоутов из пластика; разработка способов соединения пластиковых элементов между собой и с дюралевыми трубами; поиск способов соединения продольного набора парусного катамарана; испытания конструкции в условиях многокилометрового ралли.
       Интересный эксперимент вынудило провести грустное событие: с разборного парусного туристского катамарана украли дюралевые стрингеры и шпангоуты. Пришлось пропустить сезон походов и соревнований в 2004 году.
       Поиск профилированного дюраля ни к чему не привел. Видимо, в Украине дюраль – стратегический материал. Наше парусно-туристское будущее повисло в неопределенности.
       Использовать дерево решили только в крайнем случае, если не придумаем ничего лучше. Известному туристу-паруснику, конструктору одного из самых интересных вариантов тримарана на основе байдарки Игорю Крыгину пришла в голову оригинальная идея: попробовать сантехнические пластиковые трубы. Сама по себе идея не нова, пластик давно используется в кораблестроении. Но сантехнический, легко доступный любому человеку, да еще не для отделочных работ, не по прямому предназначению, а для несущей конструкции?
       Сомнений было много. Выдержит ли пластик нагрузки волн? Воздействие соленой воды? Солнечной инсоляции? Перепад температур?
Предварительно провели пару опытов.
       Кусок пластиковой трубы диаметром 32 мм нагревали в муфельной печи. При нагреве до 100 градусов существенной потери прочности на изгиб не наблюдалось. Зажатый в тиски разогретый кусок трубы идентичной длины изгибался при одинаковой нагрузке ровно настолько, насколько образец холодной. Лишь при температуре 120 градусов Цельсия полипропилен становился вязким, мягким, как пластилин, и поддавался формовке под прессом. Стало ясно, что нагрев солнечными лучами даже в самую сильную жару не изменит его основных свойств.
       Влияние ультрафиолета проверяли еще более примитивным способом: обрезок такой же трубы выложили на ярко освещаемую солнцем поверхность на срок в 6 месяцев. Видимых изменений не наблюдалось, ломкость не появилась. А поскольку туристское судно эксплуатируется максимум два месяца в году, можно было предположить, что как минимум на сезон хватит.
       Итак, материал найден. Удачно или нет – могла показать только практика. Поскольку дело происходило в январе, испытывать материал предстояло в условиях предстоящих весенних и летних соревнований.
       Много времени забрала разработка профиля и формы шпангоута. Надежности найденной конструкции способствовали мощные «тройники» с поперечными перекладинами (см. рис. 1). Заодно перекладины, опираясь на поплавок, дополнительно снимают нагрузку с «ножек» шпангоута.
       Понятно, что чем короче труба – тем меньше она гнется (а пластик «грешит» гибкостью гораздо сильнее дюраля). Значит, длины отрезков трубы в конструкции должны быть минимально возможными. Но увеличение количества «тройников» привело к утяжелению шпангоутов в сравнении с дюралевым вариантом. Сравнить, насколько конкретно утяжелилась ферма, не представляется возможным в связи с отсутствием дюралевого варианта.
       Высота «ножек» каждого шпангоута высчитывалась, исходя из размеров поплавков. Поскольку форма баллона – сигарообразная, места крепления шпангоутов строго фиксированы возле карманов и диаметр труб поперечного набора разный, то все пять шпангоутов различались как по высоте «ножек», так и по ширине (расстоянию между «ножками»). Размеры измерялись с точностью до 1 мм.
       Соединение труб проводилось методом сваривания паяльником, используемым в сантехнических работах для сварки пластиковых труб. Что примечательно – десять шпангоутов были изготовлены по готовым размерам всего за один (!) вечер. Вряд ли дюраль по скорости обработки когда-нибудь сможет догнать пластик.
       В целях облегчения общего веса судна для изготовления шпангоутов и стрингеров использовались трубы фирмы «Экопласт»-16 диаметром 1,5 дюйма.
       Над прикреплением пластиковых шпангоутов к дюралевым трубам поперечного набора пришлось поломать голову. Наконец, решили изготовить пластиковые «сухари», обхватывающие и пластмассовые, и дюралевые трубы (см. рис. 2). В муфельной печи разогревались навески отходов пластиковых труб до температуры в 120 градусов Цельсия и помещались в специально изготовленную пресс-форму и прессовались в «сухари» - по три на каждый шпангоут, всего – 30 штук. Все балки поперечного набора имеют разный наружный диаметр – 40, 45, 48, 50 и 70 мм. Это осложнило задачу, так как пришлось изготавливать пять разных вкладышей в пресс-форму, но в течение нескольких вечеров все было готово.
       Для уверенной укладки поперечной балки было вполне достаточно и двух «сухарей», но третий делался для усиления места, в котором проходит шпилька (см. рис.1). На второй и четвертой балках к этим шпилькам крепятся вант-путенсы, так что нагрузка на пластик очень значительная.
       Далее возник вопрос, как соединить пластиковую трубу с пластиковым сухарем. Хорошо было бы спаять, как «тройники» и «уголки», но каким образом это осуществить? Таких промышленных паяльников нет. Как локально разогреть сопрягаемые поверхности до температуры, необходимой для слипания?
       Оригинальную идею предложил Влад Ульянов – по трубе змейкой выкладывается нихромовая проволока произвольной длины диаметром 0,5 мм, оба конца которой выводятся наружу (см. рис. 3). Сверху накладывается «сухарь» - так, чтоб проволоки не было видно. Через лабораторный автотрансформатор по проволоке пропускается электрический ток силой, подбираемой экспериментально. При этом пластик расплавляется и спаивается в монолит, накрепко соединяя детали. Оторвать их вручную оказалось невозможно.
       Более серьезные целенаправленные испытания на прочность не проводили, но эксплуатация в походных и соревновательных условиях подтвердила жизнеспособность данного соединения.
       Итак, дюралевая труба удобно располагается в углублениях «сухарей». Для прикрепления ее к шпангоуту использовалась идея Юры Воловенко: обычные пластиковые монтажные стяжки по три на шпангоут. На практике оказалось, что от вибрации стяжки ослабевают, и их приходится иногда подтягивать. Но общую конструкцию это не ослабляло.
       Опыт нескольких походов показал, что при кажущейся простоте и легкости данная конструкция достаточно надежна.
       Из-за конструкционных особенностей при разборке катамарана трубы поперечного набора от шпангоутов не отсоединяются, что ускоряет будущую сборку.
       Стрингеры (по два на баллон) имеют длину около 6 м. Поскольку перевозка столь длинных деталей затруднительна, встал вопрос оптимальной длины секций. Рекомендованная для перевозок общественным транспортом удобная длина не более 2 м потребовала очередных раздумий, каким образом пропускать стрингеры в «тройники» «ножек» шпангоутов, а «тройники» фиксировать на определенном участке стрингера. А также – каким образом соединять части стрингеров друг с другом. Традиционным методом, как дюраль – с помощью муфты с фиксатором – рискованно: пластик мягок, и может разрушиться при знакопеременных нагрузках в точке расположения фиксатора.
       Посему было принято решение складывать общую длину из отдельных отрезков, равных расстоянию между соседними шпангоутами. Из-за конструктивных особенностей «тройников» расстояние между торцами стрингеров равно 20 мм.
       Соединение стрингеров между собой – по типу «ожерелье» (с помощью троса, пропущенного внутри). На каждом поплавке использовали по два троса: для автономной стяжки левой и правой части продольного набора.
       Для того, чтоб концы стрингеров не ломались в месте вхождения в «тройники» шпангоутов, оба конца каждого из отрезков протачивались настолько, чтоб обеспечить внутри «тройника» небольшой люфт.
       Соединение в одну точку трех «линий» стрингеров (верхней и двух боковых) каждого баллона на носу и корме привело вот к каким идеям (см. рис. 4).



       Используя все те же заводские «тройник» и два «уголка», верхний стрингер на корме впаяли в «тройник» (поскольку сам он из пластика), а боковые по отработанной схеме вводили с люфтом в «уголки». Носовые дюралевые верхние стрингеры сохранились, поэтому их заклепали в «тройнике».
       При экспериментальной сборке конструкции выяснилась сложность: неизбежные в момент сборки зазоры в местах многочисленных соединений добавляли несколько сантиметров в общую длину. И чтоб протянуть трос, а затем стянуть набор до нужной минимальной длины, понадобились шпильки на обоих концах троса длиной более 10 см. На них навинчивались гайки, которые стягивали «ожерелье».
       Испытания на Кальмиусском водохранилище при скорости ветра до 10 м/с, короткой невысокой волне высотой до 10 см и максимальной загрузке в 10 человек (килограммов 600) привели к следующим результатам.
       В месте крепления «ножек» шпангоуты продавливают гибкие стрингеры, и середины стрингеров, несмотря на плотные карманы по всей их длине, изгибаются дугою вверх. Однако катамаран сохранял плавучесть и скоростные качества.
       В те же дни в соревнованиях «Кубок Донецка-2005» судно грузили экипажем в пять человек. Стрингеры уже не выгибались. Однако при случайном столкновении торчащей шпилькой на носу поплавка мы пробили баллон соперника. Стало ясно, что от шпилек на тросах следует отказаться в целях техники безопасности.
       Поскольку до сих пор не придумали, как использовать для стяжки стрингеров трос без длинных оконечностей – шпилек, в течение двух сезонов вместо стального троса используем обыкновенный туристический репшнур диаметром 6 мм с прочностью на разрыв до 400 кг. По одному на поплавок, пропуская его вкруговую, что оказалось вполне достаточным. Однако существует риск перетирания репшнура в местах изгибов – на носу и корме. Тем не менее, после двух сезонов эксплуатации места истираний обозначились лишь потемнением, но структура шнура не нарушена.
       Но значительный запас прочности для этого узла совершенно не лишний. Лопнувшая стяжка чуть ли не мгновенно повлечет за собой рассыпание стрингеров и как следствие - отрыв поплавка. Пытаемся придумать что-то понадежнее репшнура.
       Условия экспериментальной эксплуатации нашей конструкции см. в табл. 1.


       На волне гибкий пластиковый каркас, конечно, «играет». Но при смене старых баллонов на новые (в 2006 году) фирмы «Романтик» (г. Харьков), которые можно набивать «до звона», излишняя эластичность конструкции стала гаситься более жесткими поплавками.
       Возможно, «отыгрывание» воздействий волны позволили нашему судну удачно пройти испытания в довольно суровых погодно-ветровых условиях (см. «Судовой журнал» «Мистраля», части I и II по адресу: http://parusa.narod.ru/race/2006/azov/index.htm).
       Катамаран с пластиковыми стрингерами и шпангоутами не потерял скоростных и грузоподъемных качеств, свидетельство чему – дважды, в 2005 и 2006 годах, мы становились вице-чемпионами Украины, уступая в своем классе лишь киевским лодкам фирмы «Ducky», несоизмеримо дорогим и изготовленным из самых современных материалов.
       Положительные характеристики пластика:
1. Недорого.
2. Не корродирует, не окисляется, не «прикипает» в стыках.
3. Не намного тяжелее дюраля и гораздо легче нержавейки.
4. Эластичен при достаточной прочности.
5. Очень быстро монтируется.
6. Стоек к воздействиям солнца и перепадам температур.
7. Легко доступен всем слоям населения.
8. Стоек к воздействию солей морской воды и не требует промывки пресной водой.
9. Разогревшись под лучами солнца, не обжигает при прикосновении, как металл.
10. Совместим с любым металлом (отсутствие электрохимической коррозии).

 


Таблица 1. Условия испытаний катамарана со шпангоутами и стрингерами из пластиковых труб.
Дата Скорость ветра, м/с Высота волны, м
Коли-
чество
дней Загруз-ка судна, кг
Район испыта-ний
Выполняемая работа и километраж
Май 2005 До 10 До 0,1
3
До 600
Кальмиусское вдхр. Гонки по треугольнику, катание публики
До 30 км
Май 2005 До 7 До 0,4
5
До 300 Красно-оскольское вдхр. Гонки по трегольнику, спасработы, маршрутная гонка Загрызово – о.Муравьиный - Загрызово. Свыше 80 км
Август 2005 До 10 До 0,7

10

До 400 Азовское море: Мариуполь – Ялта – Новопетровка - Ялта
Поход Мариуполь – Ялта, гонки по трегольнику, спасработы, гонки без руля, маршрутная гонка Ялта – Бердянская коса – Ялта. Свыше 250 км
Май 2006 До 10 До 0,1
3
До 450
Кальмиусское вдхр. Гонки по треугольнику, катание публики.
Свыше 30 км
Май 2006 Свыше 10 Около 0,5
12
До 500
Красно-
оскольское вдхр. Гонки по треугольнику, поход с.Загрызово – с.Червоный Оскол – с.Пристин – с.Сеньково.
До 200 км
Август 2006 До 30 До 1,5

14

До 400
Азовское море: Геническ – Казантип –Ялта. Поход-ралли Геническ – Арабатская стрелка – м.Казантип – Нижнезаморское; гонки по треугольнику, спасработы; поход с пересечением моря напрямик (126 км) – Нижнезаморское – м. Дзензик (Обиточная коса) – Бердянский маяк – Ялта.
Свыше 500 км

11. Доступность ремонта (в любом населенном пункте можно найти магазины по продаже сантехники).
12. Не представляет интереса для сборщиков металлолома (а также сантехников, потому что короткие обрезки труб никому не нужны, а «тройники» и «уголки» непригодны для повторного использования).
13. Не гремит при транспортировке.
Возможно, будущее парусного туризма – за сантехническим пластиком.

       Примечание: в катамаране Сергея Мельничука из г. Макеевки обтекатели на краспице изготовлены из пластиковой сантехники.

       Выводы: сантехнический пластик успешно прошел испытания и может быть использован в качестве материала в изготовлении разборных парусных туристических катамаранов, открывая широкие возможности для конструкторов малых разборных судов.

       Список людей, принимавших участие в разработке:
1. Крыгин Игорь Михайлович – канд. физ.-мат. наук, ст. научный сотрудник ДонФТИ НАН Украины, почетный турист Украины, судья I категории по парусному туризму, конструктор, капитан и владелец разборного парусного тримарана на основе байдарки «Муму» У-0505.
2. Ульянов Владислав Владимирович – слесарь-инструментальщик ДонФТИ НАН Украины, капитан и владелец самодельного разборного парусного катамарана, I разряд по парусному туризму.
3. Дмитрук Ольга Игоревна – ст. преподаватель физкультуры ДИГХ ГА ЖКХ, капитан и владелец разборного парусного катамарана «Мистраль», кмс по парусному туризму, судья II категории.
4. Воловенко Юрий Васильевич – монтажник компьютерных сетей ЧП «Пронет», III разряд по парусному туризму.
5. Яремчук Владимир Александрович – ст. преподаватель физкультуры ДИГХ ГА ЖКХ, кмс по парусному туризму.
6. Воронин Виктор Николаевич – слесарь аварийной службы, I разряд по парусному туризму.
7. Гурий Сергей Петрович – завотделом Центра издательской деятельности «Вытокы» ДонОблИППО.
 
Встречающиеся в статье морские термины.
Ванты – боковые растяжки мачты.
Вант-путенсы – места прикрепления вант к корпусу яхты. Путенсы распределяют нагрузку на две точки.
Катамаран – двухкорпусное судно. В данном случае корпуса прдставлены надутыми воздухом поплавками, соединенными рамой из труб. В центре рамы расположена мачта.
Краспица – находящиеся приблизительно посредине мачты перпендикулярные к ней элементы конструкции. Через «ножки» краспицы проходят ромбо-ванты, усиливающие мачту в месте наибольшей нагрузки на излом.
Стрингер – продольное ребро жесткости судна. Стрингеры опираются на шпангоуты или сами служат опорой для них.
Тримаран – трехкорпусное судно. Есть тримараны на основе байдарки, когда по бортам для остойчивости выносятся дополнительные поплавки. А есть тримараны с тремя большими баллонами, причем центральный – самый большой.
Шпангоуты – поперечное ребро жесткости бортовой обшивки судна (между днищем и палубой). Крепятся к стрингерам.