В начале 2019 мои друзья из яхт-школы «Морские практики» решили, что для путешествий по высоким широтам насущно необходимо подходящее судно. Выбор пал на шхуну, подобную тем, на которых в конце 19 — начале 20 века в северных морях добывали рыбу и зверя русские и норвежские моряки. Поскольку у школы уже имелся успешный опыт строительства классического парусно-гребного поморского карбаса (под руководством опытного мастера), шхуну тоже решили строить своими силами. В России подобные суда уже не строят, но во время путешествия по Норвегии морские практики познакомились с норвежскими кораблестроителями, которые согласились поделиться опытом.
Одна из целей проекта — перенять и распространить информацию о технологиях деревянного судостроения, которые есть у норвежцев, научиться самим и научить других. Поэтому я и решил написать эту статью (надеюсь, она по мере развития проекта перерастет в цикл)
Если интересно, как из прямых двадцатимиллиметровых досок можно сделать криволинейную балку шпангоута сечением 175 миллиметров, что такое малковка и как считать и срезать угол малки — добро пожаловать под кат!
Весна, лето и осень прошли за обсуждением проекта шхуны и поиском места для верфи. В результате долгих поисков получилось договориться с САФУ, и под верфь в Архангельске на территории университета выделили ангар, в котором раньше были автомастерские. Норвежских специалистов пригласили провести первый мастер-класс в начале ноября. Темой для мастер-класса стало изготовление шпангоутов. Шпангоут — одна из двух важнейших деталей силового набора судна. Вторая самая важная деталь — киль. Но киль один, и геометрия у него достаточно простая, а шпангоутов — 41 штука и каждый — своей, достаточно сложной формы. От того, насколько получится перенять технологию их изготовления, во многом зависит успешность всего проекта.
Готовим верфь и инструменты
Последние несколько лет ангар, в котором теперь будет верфь, использовался университетом как склад. Поэтому первым делом объявили субботник, чтобы расчистить пространство под проведение мастер-класса.
Следующий пункт подготовки можно описать фразой «сделать инструменты, чтобы сделать инструменты, чтобы ..., чтобы начать делать шпангоут». Хорошо, что мы играем в эту игру не на самых суровых настройках — не исторические реконструкторы, а практики, которым надо построить более-менее современное судно в классическом формате, но не отказываясь от всей мощи технологий. Поэтому глубина у этой рекурсии небольшая, поход в сосновый бор за строевым лесом с собственноручно выкованными топорами можно пропустить, пользуемся магазинами стройматериалов и электроинструментом. Но в любом случае, всей оснастки, нужной для выклейки шпангоута, в готовом виде не купить. Первоочередные задачи — два стола. Один, фанерный, размером 7*4.5 метра — разметочный, на него будут переноситься с чертежа линии всех шпангоутов в масштабе 1:1, чтобы снять с них шаблоны. Самый большой шпангоут будет размером 6 (ширина шхуны в самой широкой части, миделе) на 4 метра (высота борта) — это диктует размеры стола. Второй стол — металлический, размером 4.5*2 метра. Он меньше, потому что шпангоут состоит из двух ветвей, каждая из которых выгибается и клеится отдельно. Поэтому ширина нужна в два раза меньше. Его надо сварить из уголка по хитрой схеме, чтобы можно было выставлять в нужных местах упоры, задающие форму при выгибании и склеивании шпангоута. Упоры изготовила дружественная организация, они же выделили уголок для стола — варить нужно своими силами.
Для разметочного стола закупили брус 50*100 и доску 20*150 для основания и фанеру 10 мм 1525*1800 — самого лучшего качества, которую смогли найти. Так как на столе будем чертить, старались выбирать только листы, на которых не было сучков и других дефектов хотя бы на одной стороне. Перебрав всю фанеру, которая была в наличии, отобрали 12 подходящих листов.
Пол ангара в том месте, где планируется располагать стол, страшно неровный, с перепадом высот около 15-20 сантиметров. Первым делом вворачиваем в пол ряд шпилек и отмечаем на них уровень основания будущего стола — хорошо, что среди участников субботника оказался профессиональный строитель и подсказал, что с маячками все будет гораздо проще.
Укладываем на нужном уровне первую доску основания, прикрепляем к полу рамными дюбелями, чтобы стол не гулял. Поверх первого слоя досок укладываем поперечины из бруса и застилаем слоем фанеры.
Основная забота — выдержать везде углы и чтобы на стыках листов не было перепадов высоты — это будет мешать черчению.
Для второго стола свариваем уголки попарно и получившиеся Т-образные швеллера привариваем к основанию. Между швеллерами оставляем проемы, по которым будут перемещаться упоры (также, при необходимости, в эти проемы можно будет заводить струбцины, чтобы прижимать деталь к столу).
Подготовительные работы проведены, последним пунктом подготовки к мастер-классу вешаем школьную доску. К приему норвежских специалистов готовы.
Мастер-класс, день 1
Первая задача — перенести на разметочный стол линии всех шпангоутов. Норвежцы сделали проект шхуны, создали 3д модель силового каркаса — киля с установленными шпангоутами. Для того, чтобы на основе 3д модели вручную начертить полноразмерные линии шпангоутов на столе, норвежцы используют любопытный прием — добавляют несколько плоскостей, пересекающих диаметральную плоскость судна и шпангоуты под определенными углами (как я понял из объяснений — стараются держать прямой угол между плоскостью и линией какого-то из шпангоутов в точке пересечения)
а затем — замеряют в cad-системе расстояния от диаметральной плоскости до точки пересечения линии шпангоута с каждой из плоскостей. После того, как все эти расстояния для каждого шпангоута свели в таблицу, все дальнейшие операции по черчению на разметочном столе ведут уже по ней, не обращаясь к модели.
Прояснив эти детали, приступили к чертежной работе на монтажном столе. Первым делом наносим линии, соответствующие диаметральной плоскости и всем секущим плоскостям
Затем, беря расстояния из таблицы, отмечаем точки пересечения шпангоута с соответствующими плоскостями. Каждую отмеченную точку подписываем номером шпангоута, чтобы не перепутать в дальнейшем.
Кстати, когда начали работать на разметочном столе, норвежцы сказали, что в обуви по нему ходить нельзя, чтобы не стереть начерченное. И высказали опасение, что при работе босиком возможны травмы — будем вбивать гвозди, потом можем о них запинаться и т.п. Быстро сбегали на рынок, благо все рядом, и закупили несколько пар безразмерных домашних валенок. Норвежцы впечатлились, сказали, что это хороший вклад в техпроцесс — не зря они заявляли, что приехали не только учить, но и учиться.
После того, как все точки для шпангоута отмечены, можно начинать чертить линию шпангоута. Для этого в отмеченные точки вбиваем гвозди, прикладываем к ним тонкую гибкую рейку, и закрепляем гвоздями с другой стороны. Дальше проверяем, что рейка легла ровно, нигде не идет на излом и вообще даёт красивый изгиб (апокрифическая фраза Туполева, что хорошо летает только красивый самолёт, справедлива и для кораблей). Скорректировав положение рейки, чтобы все было красиво, закрепляем ее гвоздями с обеих сторон и чертим линию соответствующего шпангоута:
Мастер-класс, день 2
После того, как разметили линии всех шпангоутов, пора переходить к следующему этапу — делать шаблон шпангоута. Шаблон шпангоута изготавливается из фанеры, процедура состоит в следующем — по линии шпангоута укладывается рейка, фиксируется, затем необходимо ее поднять и подложить под нее листы фанеры, на которых нужно отметить линию шпангоута. После этого куски шаблона выпиливаются из листов и скрепляются столярным клеем и саморезами. Для того, чтобы зафиксировать планку и одновременно обеспечить возможность ее приподнять, норвежцы показали простое до гениальности решение — берется дощечка, с одного конца в нее вбивается 2 гвоздя (на расстоянии толщины планки друг от друга), и еще один гвоздь — с другого конца.
Конец с двумя гвоздями надевается на планку, так чтобы она проходила между гвоздями, второй конец прибивается к столу. Несколько таких дощечек надежно фиксируют планку в нужном положении, позволяя перемещать ее вверх-вниз:
Укладываем под планку листы фанеры, скрепляем саморезами:
После этого размечаем на шаблоне линию шпангоута. Норвежцы объясняют, что очень важно правильно отметить угол под которым будет обрезан шпангоут в самой нижней точке — от точности этого угла будет зависеть, насколько качественно получится состыковать две ветви шпангоута друг с другом и с килем:
После тщательной разметки можно вырезать шаблон — аккуратно вырезаем электролобзиком. Когда шаблон готов — укладываем его на металлический стол и расставляем по нему упоры.
День третий. Клеим шпангоут.
По этапу выгибания собственно шпангоута у нас было много вопросов — два главных — доски какой толщины использовать и каким способом создавать усилие на изгиб доски. Про толщину досок одолевали сомнения — норвежцы предложили использовать доски толщиной 20 мм. При этом все, с кем мы обсуждали этот момент в Архангельске — когда искали лес, когда обсуждали техпроцесс — первым делом начинали сомневаться, что получится гнуть шпангоуты из двадцатки — ломаться будет. Заронили в нас зерно сомнения. Но мы всё-таки решили поверить норвежским профессионалам, и вот момент истины — будем проверять, как гнется пакет двадцатимиллиметровых досок. Способ загнуть пакет тоже обсуждали очень бурно. Норвежцы предложили использовать винтовые домкраты — но найти такие с метровым вылетом мы не смогли. После долгих обсуждений альтернатив решили использовать грузовые тали — они позволяют прикладывать усилие практически в любом направлении и обеспечивают перемещение на любое необходимое расстояние.
Доски перед укладкой в пакет прогоняем через рейсмус.
Набираем пакет, и пробуем изогнуть его, пока что без клея. Доски гнутся и ломаться не собираются, можно клеить шпангоут!
Для склеивания шпангоута используем эпоксидную смолу. Замешиваем смолу с отвердителем в пропорции, указанной в инструкции. Сначала грунтуем доски тонким слоем эпоксидки. После грунтовки приступаем к склеиванию. Наносим основной слой клея, быстро складываем доски в пакет и выгибаем с помощью тали. Когда заготовка приняла форму будущего шпангоута, предварительно зажимаем пакет струбцинами и выравниваем доски лёгкими постукиваниями кувалдой.
После этого затягиваем струбцины до упора и оставляем деталь склеиваться до завтра.
День четвертый. Загадочное слово «малковка»
Задача на сегодня — научиться малковать шпангоут. Первым делом узнаем, что такое малковка и зачем она нужна. Дело в том, что шпангоуты устанавливаются под прямым углом к килю, и внешние плоскости всех шапнгоутов параллельны друг другу. Но расположены они на разном расстоянии от диаметральной плоскости, и доски обшивки, огибающие шпангоуты, образуют с внешней плоскостью шпангоута угол (свой в каждой точке каждого шпангоута) — а нужно, чтобы они прилегали к шпангоуту. Поэтому внешнюю сторону шпангоута надо обрезать (под определенным углом в каждой точке) — чтобы обеспечить плотное прилегания обшивки к шпангоуту.
Это срезание угла шпангоута и называется малковкой. Раньше корабелы малковали каждый шпангоут по месту, уже после установки всех шпангоутов на киле — прикладывали доску обшивки и прикидывали, сколько нужно срезать в каждой точке. Малковали топором или рубанком и повторяли операцию, пока доска не начинала лежать как надо. Небольшие деревянные лодки и сейчас строят именно таким способом — но малковать по месту и на глаз 41 шести-восьмиметровый шпангоут — так себе занятие. Поэтому нам очень интересен способ, который используют норвежцы — с помощью небольших предварительных расчетов обеспечить сделать пару вспомогательных инструментов, определить углы малки по чертежу на разметочном столе и промалковать отдельный шпангоут используя электроинструмент (пилу и рубанок) ещё до сбора силового набора.
Для определения углов малки по чертежу норвежцы используют специально размеченную линейку. Линейку можно разметить исходя из того, что шпация (расстояние между соседними шпангоутами) у нас одинаковая по всей длине судна — поэтому, зная, на сколько первый шпангоут расположен дальше от ДП, чем третий, можно вычислить, под каким углом к ДП будет проходить доска обшивки между этими шпангоутами — это и будет угол малки для второго шпангоута. Длину линейки выбирают исходя из максимальной разницы в расстоянии от ДП между парой шпангоутов, разделенных двумя шпациями (1 и 3, 2 и 4 и т.п). На линейке отмечают, какой угол малки должен быть для шпангоута при определенной разнице в расстоянии от ДП до соседних с ним шпангоутов. На словах непонятно, вот чертеж:
А вот сама линейка:
Разница в расстоянии от ДП до шпангоутов — это просто расстояние между линиями шпангоутов на разметочном столе. С такой линейкой определение углов малки выглядит просто — кладём шаблон рядом с линией шпангоута на разметочном столе, и проходим по всей длине шпангоута, замеряя линейкой, какому углу соответствует расстояние между соседями этого шпангоута в каждой точке (шаг между точками берём около 50-80 см и стараемся, чтобы угол был целым числом — для удобства).
После того, как углы малки посчитаны, приступаем к малкованию. Малковать шпангоут вообще-то можно разными способами — в зависимости от уровня технического оснащения. Самый продвинутый вариант — ленточным станком с качающимся столом/пилой, самый примитивный — топором и рубанком по месту. У нас станка пока что нет, но есть небольшая механизация — норвежцы посоветовали конструкцию оснастки для электропилы, которая позволяет зафиксировать пилу под определенным углом к шпангоуту, и прокатить ее вдоль шпангоута, снимая малку.
Получается некий промежуточный по механизации вариант — первоначальную малку (на минимальный для шпангоута угол) снимаем электропилой:
А потом до нужных углов малки по всей длине доводим шпангоут электрорубанком:
Полтора-два дня работы рубанком — и ветвь шпангоута готова. Дальше нужно склеить вторую ветвь и отмалковать ее по тем же углам малки, но соблюдая зеркальную симметрию (потому что вторая ветвь пойдет на другой борт) — это делается полностью аналогично первой ветви. Еще нужно сделать шаблон, склеить и отмалковать флор — деталь, которая соединяет две ветви в один шпангоут в том месте, где ветви сходятся и шпангоут соединяется с килем — после этого шпангоут можно собирать. На этапе изготовления флора у нас возникли трудности — для выбранного нами для мастер-класса 35-го шпангоута флор должен был изгибаться под прямым углом, и с первого раза изогнуть пакет, не поломав доски, не получилось. Норвежским мастерам уже пора было уезжать, поэтому решили остановиться на том, что сделано, и технологию изготовления флора и сборки шпангоута из ветвей оттачивать самостоятельно — если эта статья вызовет интерес, то следующая, я думаю, будет как раз о сборке шпангоутов.
Сейчас мы продолжаем работу на верфи — делаем шаблоны для всех шпангоутов, оттачиваем мастерство вычисления углов малки, и параллельно готовим помещение верфи к закладке судна — надо снести несколько стен и перегородок, чтобы пространства хватило для будущего судна. За новостями с верфи можно следить в нашем инстаграмме. А если после прочтения статьи захотелось приобщиться к строительству (и в перспективе — поучаствовать в походах на построенной шхуне) — мы всегда рады волонтерам, читайте вот здесь и пишите в личку, расскажу, как можно попасть на верфь.
(в статье использовались фотографии которые сделал участник мастер-класса Даниил Шкаруба)
Автор: Илья
