Шпангоут — поперечный элемент корпуса судна¶
Шпангоут — поперечный силовой элемент набора корпуса судна, самолёта или космического аппарата, расположенный поперёк продольной оси корпуса и воспринимающий нагрузки от давления воды, веса конструкции и внешних воздействий. Вместе с продольными элементами (стрингерами, килем, палубными балками) шпангоуты формируют каркас корпуса, обеспечивающий его прочность и форму. Термин происходит от нидерл. spant — «прогон, пролёт».
¶Назначение
Основные функции шпангоутов:
- восприятие и распределение нагрузок от гидродавления, внутренних масс и ударных воздействий;
- поддержание формы обшивки корпуса, предотвращение её коробления;
- передача нагрузок от обшивки к продольным элементам набора и далее к килю;
- обеспечение поперечной прочности корпуса — сопротивления сжатию и изгибу в поперечной плоскости.
Шпангоуты работают совместно со стрингерами: обшивка воспринимает давление воды и передаёт его на шпангоуты, а те — на продольные связи. Такая ортогональная система «шпангоуты — стрингеры» обеспечивает высокую прочность при минимальной массе конструкции.
¶Классификация
По конструкции шпангоуты подразделяются на:
- цельнокорпусные (сплошные) — выполнены из листа с вырезами (фасонные шпангоуты), распространены на малых судах;
- составные (сборные) — состоят из отдельных частей (пояс, полупояса, флор), соединённых между собой;
- профильные — изготовлены из прокатных профилей (двутавров, уголков, коробчатых профилей), применяются в судостроении и авиации.
По расположению в наборе различают:
- средние шпангоуты — расположенные в центральной части корпуса, воспринимающие наибольшие нагрузки;
- кормовые и носовые шпангоуты — расположенные в сужающихся частях корпуса, часто имеют сложную форму.
По способу крепления к обшивке:
- внешние — приваренные или приклёпанные к обшивке извне;
- внутренние — расположенные внутри корпуса, вплотную к обшивке.
¶Нумерация шпангоутов
Шпангоуты нумеруются от нуля к корме (в российском судостроении) или от форштевня к ахтерштевню. Расстояние между соседними шпангоутами называется шпацией и составляет, как правило, 500—800 мм. Положение шпангоута определяется шпангоутным уклонением — расстоянием от мидель-шпангоута (условной плоскости, делящей судно пополам) до данного шпангоута. Шпангоутный уклонитель — чертёж, на котором показаны формы шпангоутов в развёртке.
¶Шпангоуты в авиации
В авиационной конструкции шпангоутами называют поперечные силовые элементы фюзеляжа, крыла и оперения. Авиационные шпангоуты, как правило, имеют замкнутое сечение (овальное, круглое, прямоугольное) и изготавливаются из алюминиевых сплавов, титана или композитных материалов. Шпангоуты крыла часто выполняют функцию крепления законцовок элеронов, посадочных щитков и других агрегатов. В конструкциях с полужёсткой обшивкой шпангоуты воспринимают часть нагрузок совместно с обшивкой.
¶Шпангоуты в космической технике
В конструкциях ракет и космических аппаратов шпангоутами называют поперечные рамы, обеспечивающие жёсткость цилиндрической обечайки и воспринимающие нагрузки от разгонных двигателей, внутреннего оборудования и теплового расширения. Шпангоуты космических аппаратов часто изготавливаются из алюминиевых сплавов или композитов и имеют облегчённую конструкцию с технологическими отверстиями.
¶Материалы и изготовление
В судостроении шпангоуты изготавливают из морской корабельной стали (марок типа 09Г2С, Д), нержавеющей стали, алюминиевых и титановых сплавов. Способы изготовления:
- гибка листа на шпангоутогибочных станках;
- прокатка профилей;
- сварка составных элементов;
- литьё (редко, для ответственных узлов).
В авиации применяют штамповку, фрезерование из сплошной заготовки (иногда с высоким коэффициентом использования металла), вытяжку и аддитивные технологии для отдельных узлов.
¶См. также
- Стрингер
- Киль (судостроение)
- Набор корпуса судна
- Шпангоутный уклонитель
¶Историческая справка
До появления металлического судостроения шпангоуты изготавливались из дерева (дуба, ясеня, бука) и крепились к обшивке деревянными нагелями или металлическими скобами. С переходом к стальному корпусу в конце XIX века шпангоуты стали клёпаными, а с развитием сварных технологий в середине XX века — преимущественно сварными. В современном судостроении преобладают сварные конструкции из профильного проката.
¶Источники
- Правила Регистра России. Классификация и постройка морских судов.
- Справочник конструктора-судостроителя.
- Справочник по проектированию самолётов (под ред. Н. Н. Полунина).
- Космонавтика: Энциклопедия.
