академия НАУК СССР
^Фи%


РЕДКОЛЛЕГИЯ СЕРИИ «НАУЧНО-БИОГРАФИЧЕСКАЯ ЛИТЕРАТУРА» И ИСТОРИКО-МЕТОДОЛОГИЧЕСКАЯ КОМИССИЯ ИНСТИТУТА ИСТОРИИ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ И ТЕХНИКИ АН СССР ПО РАЗРАБОТКЕ НАУЧНЫХ БИОГРАФИЙ ДЕЯТЕЛЕЙ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ И ТЕХНИКИ:
Л. Я. Бляхер, А. Т. Григорьян, Б. М. Кедров,
Б. Г. Кузнецов, В. И. Кузнецов, А. И. Купцов,
Б. В. Левшин, С. Р. Микулинский, Д. В. Ознобишин,
3. К. Соколовская (ученый секретарь), В. Н. Сокольский, 10. И. Соловьев, А. С. Федоров (зам. председателя),
И. А. Федосеев, Н. А. Фигуровский (зам. председателя), А. А. Чеканов, С. В. Шухардин, А. П. Юшкевич,
А. Л. Яншин (председатель), М. Г. Ярошевский


II. Г. Ханович
Юлиан Александрович
ШИМАНСКИЙ
1883—1962
ИЗДАТЕЛЬСТВО «НАУКА» МОСКВА 1978


Книга посвящена научной, педагогической, инженерной, изобретательской и общественной деятельности выдающегося инженера-кораблестроителя академика 10. А. Шиманского. В ней изложены основные научные идеи, внесенные Ю. А. Шиманским в теорию и практику кораблестроения. Привлечены историко-биографические материалы, освещающие жизнь и творчество ученого.
Ответственный редактор академик В. В. НОВОЖИЛОВ
Израиль Григорьевич Ханович Юлиан Александрович Шиманский (1883—1962)
Утверждено к печати
редколлегией научно-биографической серии Академии паук СССР
Редактор В. С. Лупач. Художественный редактор И. В. Разина Технический редактор Я. Я. Плохова, Корректор В. С. Федечкина
ИБ № 7432
Сдано в набор 19.9.77. Подписано к печати 9.2.78. Т-00138,
Формат 84xl08V3a. Бумага типографская № 1. Гарнитура обыкновенная. Печать высокая. Уел. иеч. л. 10,08. Уч.-изд. л. 9,8. Тираж 6400. Тип. зак.- 2873. Цена 65 коп.
Издательство «Наука» 117485, Москва, В-485, Профсоюзная ул., 94а 2-я тип. издательства «Наука» 121099, Москва, Г-99, Шубинский пер., 10
1г Я1805—012 Х 051(02)—78
БЗ 18—67—77
© Издательство «Наука», 1978 г,


От редактора
Для современной науки характерно широкое использование разнообразного, иногда весьма изощренного, математического аппарата, причем нередко качество научной работы оценивается количеством преодоленных в ней математических трудностей. Само по себе применение тонких математических средств можно лишь приветствовать, если, однако, при этом не забывать, что в инженерных исследованиях они имеют лишь служебное значение и никак не являются самоцелью. Мерой качества теории прикладного значения следует считать достижение нужного результата с помощью простейшего математического аппарата. Эта истина тривиальна, между тем она часто забывается.
Основной чертой академика Юлиана Александровича Шиманского как ученого было непревзойденное умение видеть простое в сложном. Посвятив свою деятельность проектированию и расчетам прочности кораблей, он в течение полувека оказывал большое влияние на развитие отечественного судостроения, находясь в одном ряду с такими выдающимися учеными-кораблестроителями, как А. Н. Крылов, И. Г. Бубнов и П. Ф. Папкович.
Как правило, Ю. А. Шиманский решал фундаментальнейшие задачи и ставил их, проявляя глубокое знание текущих потребностей кораблестроения. Одни задачи оказывались простыми, но постановка их требовала большой практической зоркости, другие, наоборот — настолько сложными, что строгая теоретическая постановка их оказывалась невозможной. Тогда Ю. А. Шиманский шел по пути решительных упрощений, стремясь сохранить лишь основные черты явления.
5


Математический аппарат Ю. А. Шиманского был скромен. Но весьма опрометчив.о делать заключение о теоретической недостаточности его работ. Своими математическими познаниями он пользовался виртуозно, извлекая из них множество интересных, практически важных и всегда простых результатов.
Особо следует отметить роль Юлиана Александровича в труднейшей области, требующей наибольшей научной и инженерной зоркости — разработке норм прочности для судов различных классов. Отечественное судостроение знало двух великих нормотворцев — И. Г. Бубнова и Ю. А. Шиманского; другие были только их последователями или подражателями.
Со страниц книги встает образ выдающегося ученого и замечательного человека Юлиана Александровича Шиманского.


Глава первая
Жизненный путь
5(17) декабря 1883 г. в Ташкенте в семье военного врача Александра (Вячеслава) Викторовича Шиманского родился сын, названный Юлианом. Родители не баловали его и воспитывали в строгих правилах, среди которых правдивость, скромность и трудолюбие почитались основными. Каролина Карловна Шиманская, неустанно заботившаяся о своих детях — Станиславе, Юлиане, Викторе и Марии, находила время знакомить их с историей и литературой.
Деятельность Александра Викторовича служила для всей семьи примером, достойным подражания. Пользовавшийся заслуженным авторитетом у своих коллег — специалистов военно-медицинского дела, он располагал к себе и как человек высоких моральных качеств, умевший объективно оценивать многие проявления социальной несправедливости царского режима. Подобное свободомыслие и, в частности, прямое сочувствие Александра Викторовича жертвам самодержавного гнета в родной Польше вызывало у начальства отрицательную реакцию, однако безупречная служба и образцовая дисциплина помогали отцу Шиманского сохранить свое положение в армии.
В семье Шиманских военное дело почиталось основным организующим началом в воспитании молодого поколения. Поэтому в 1891 г. без каких-либо колебаний было решено отдать Юлиана в Третий Московский кадетский корпус.
Как и другие подобные средние учебные заведения, Третий Московский кадетский корпус давал своим воспитанникам хорошую подготовку по математике, физике, химии и иностранным языкам, достаточную для поступле¬
7


ния затем в высшую техническую школу. По свидетельству академика А. Н. Крылова, распорядок дня в корпусе располагал к развитию инициативы и самообразования учащихся; обучение основам военного дела не только не сужало их возможности в приобретении технических знаний, но и, воспитывая в кадетах дисциплину и организованность, способствовало лучшей организации учебы.
Молодой Шиманский, много времени уделял изучению технических новинок. Военно-морская техника в то время особенно привлекала молодежь. Из уст в уста передавались эпизоды русско-турецкой войны 1877 г.: в мае этого года небольшие катера, вооруженные шестовыми минами, отделившись под покровом ночи от парохода «Константин», снаряженного лейтенантом Степаном Осиповичем Макаровым, успешно атаковали турецкую эскадру в Батуми. Почти одновременно с этим в Мачинском рукаве дунайского устья этим же способом на глазах всей турецкой эскадры был взорван броненосец «Сейфи».
Морская героика и широкие возможности применения новой техники в военном кораблестроении захватили Юлиана. После успешного окончания Третьего Московского кадетского корпуса в 1901 г. он поступил на кораблестроительное отделение Морского инженерного училища в Кронштадте. Здесь, как следует из аттестационного листа, выданного 17 апреля 1905 г., Юлиан Шиманский проявил себя «в занятиях весьма усердным, в исполнении служебных обязанностей весьма исполнительным» и из числа пяти старших воспитанников выдержал экзамен вторым. Наибольшие баллы (12) он получил по сопротивлению материалов и прикладной механике, т. е. по предметам, уже в юношеские годы определившим дальнейшую направленность его инженерной и научной деятельности.
По окончании училища корабельный инженер Ю. А. Шиманский был прикомандирован к конторе Севастопольского военного порта и назначен помощником строителя крейсера «Очаков».
Несколько штрихов начального периода инженерной деятельности Шиманского, заимствованных из неопубликованных воспоминаний его жены Елены Александровны Шиманской, с которой Юлиана Александровича связывали 30 лет супружеской жизни: «Когда по окончании Кронштадтского морского инженерного училища,— писа-


Александр Викторович Шиманский
ла она,— Юлиан Александрович начал самостоятельную трудовую жизнь, он, по его рассказам, свое жалованье тратил на приобретение книг, совсем не заботясь о своих бытовых удобствах. По воспоминаниям его товарищей, молодой инженер Шиманский спал на сложенных стопками книгах, столом ему служили тоже книги. В ответ на дружеские замечания товарищей Шиманский щурил глаза и лукаво улыбался.
Юлиан Александрович не придавал особого значения одежде. Он считал, что нужно одеваться так, чтобы было опрятно и удобно. Поэтому он любил ходить на работу одетым в морской китель: не нужно возиться с галстуком. Он осуждал тех мужчин, которые слишком заботились о своей одежде и внешности».
В Севастополе в течение трех лет Ю. А. Шиманский приобрел разнообразный производственный опыт: ремонтировал военные и гражданские суда, принимал участие в постройке броненосца «Иоанн Златоуст», выполнял за¬
9


дание по приемке судостроительной стали на Днепропетровском металлургическом заводе, участвовал в сдаточных испытаниях кораблей. Эту разностороннюю работу он постоянно сочетал с выполнением необходимых судостроительных расчетов. Незаурядные способности молодого корабельного инженера помогали ему обнаруживать отдельные конструктивные недостатки судов и устранять их относительно простыми средствами.
В 1908 г. Юлиан Александрович поступил на кораблестроительное отделение Морской академии в Петербурге. Здесь он слушал лекции Алексея Николаевича Крылова по математике, теоретической механике и теории корабля, Ивана Григорьевича Бубнова — по строительной механике корабля, Ивана Петровича де Колонга — по теории компасов, Юлия Михайловича Шокальского — по астрономии. Энтузиасты своего дела, они умелгс воспитывать в курсантах любовь к изучаемым дисциплинам. Об увлеченности одного из них на флоте говорили: «Колонг считает, что корабли строятся для того, чтобы было на чем устанавливать компасы и уничтожать их девиацию». Лекции Ю. М. Шокальского, автора широко известных трудов по океанографии и геодезии, почетного члена Академии наук, наряду с необходимыми каждому моряку зпа- ниями давали курсантам капитальное представление об астрономии как «величественнейшей из точных наук», призванной отражать законы движения необъятной Вселенной. Особое же влияние на всю дальнейшую деятельность Юлиана Александровича оказали А. Н. Крылов и И. Г. Бубнов, привив ему основные принципы, характерные для всей крыловской школы,— незыблемое единство теории и практики, умение видеть простое в сложном и делать сложное простым в практическом применении, всемерное внедрение прогрессивных идей в отечественное кораблестроение.
По свидетельству Шиманского, Крылов и Бубнов посвящали свои лекции и практические занятия решениям насущных задач теории и строительной механики корабля, включая в учебные программы те вопросы, которые не были еще освещены в научно-технической литературе. Это позволяло им раскрывать перед слушателями свою творческую лабораторию, обучать их постановке задач, выбору метода исследования и применению результатов на практике.
10


&*тстлщонный лисп
Е
о
а
t
2
Г
з
*
f
с?
£ : »
Свидетельство об окончании Ю. А. Шиманским Морского инженерного училища
(1905 г.)


Этими лекциями была навеяна первая печатная работа Юлиана Александровича, написанная им совместно с братом, инженером-технологом Станиславом Шиманским, «Принципы числовых расчетов», посвященная теории и практике рационального ведения числовых расчетов, которым Крылов придавал исключительное значение.
В предисловии к этой книге, изданной в 1909 г., можно прочесть: «Нам пришлось часто наблюдать, что даже люди с высшим математическим образованием не всегда отдают себе ясный отчет в возможных ошибках и пределах точности получающихся конечных результатов, а самые выкладки производят с громадной затратой лишнего труда и изводом бумаги. Часто без вреда для точности искомых чисел бывает возможно в 5 и 10 раз сократить труд расчета. Проф. Крылов в своем труде «Теория корабля» говорит, что ему приходилось рассматривать представленные заводами в Морской технический комитет проекты, в которых до 9/i0 и даже иногда до 34/35 вычислительной работы было затрачено на выписывание и исчисление лишних цифр». И далее: «...Полное игнорирование, а порой и превратное толкование этого вопроса в средних и высших учебных заведениях создают то, что одни с почти суеверным страхом относятся к возможности какого-либо сокращения в процессе расчета и ведут его «на всякий случай» с добросовестностью, достойной лучшего применения, и умопомрачающей (к тому же фиктивной совершенно) точностью, другие, более или менее уяснившие себе сущность расчета, а порой выработавшие себе собственные приемы сокращенного вычисления, не решаются их применять на практике из боязни быть заподозренными в небрежности расчета лицами, которым этот расчет попадет в руки».
Выход в свет этой книги способствовал подведению прочного научного фундамента под все здание кораблестроительных вычислений. Академик Крылов неоднократно отсылал к ней авторов «умопомрачающих» расчетов, которые, по его образному выражению, «могут объективно служить примером того, как инженерные расчеты производить не надо».
Успешно закончив в 1910 г. Морскую академию, Ю. А. Шиманский поступил на Балтийский судостроительный и машиностроительный завод на должность помощника строителя линейных кораблей «Петропавловск»
12


Ю. А. Шиманский — подпоручик Корпуса корабельных инженеров (Севастополь, ноябрь 1906 г.)
и «Севастополь», спроектированных под руководством и при непосредственном участии А. Н. Крылова и И. Г. Бубнова. Здесь он глубоко изучил методы прикладной инженерной деятельности обоих ученых и, в частности, ознакомился с оригинальными расчетами прочности корпуса и его деталей, выполненными самим профессором Бубновым и являющимися, по свидетельству Юлиана Александровича, «образцовыми»: в расчетных записках проектов линейных кораблей содержались новые решения многих задач строительной механики корабля, не изложенные ни в печатных, ни в устных выступлениях.
Естественное стремление помочь обобщению опыта эффективного применения новых идей учения о прочности судов и сделать его достоянием широких кругов кораблестроителей наряду с проявившимся влечением к научно-педагогической деятельности побудили Ю. А. Шиманского принять в 1912 г. приглашение Морского
13


инженерного училища в Кронштадте возглавить Кораблестроительный отдел в качестве помощника инспектора классов. Здесь до 1916 г. он читал лекции и вел практические занятия по теории и строительной механике корабля, по сопротивлению материалов и корабельной архитектуре, руководил производственной и морской практикой курсантов на заводах и кораблях флота. Свободное от службы время Юлиан Александрович целиком посвящал написанию «Справочной книги для корабельных инженеров», все издания которой (1916, 1934, 1958—
1960 гг.) широко известны как «Справочник Шиманского». Можно без преувеличения отметить, что с выходом в свет этой книги начался период широкого применения методов строительной механики корабля в практической деятельности инженеров-судостроителей.
В 1916 г. Ю. А. Шиманский был приглашен на должность начальника судостроительной технической конторы (конструкторского бюро) Путиловской верфи (впоследствии переименована в Северную судостроительную верфь, ныне Судостроительный завод имени А. А. Жданова). Здесь он руководил разработкой рабочих чертежей по проектам легких крейсеров типа «Адмирал Бутаков» и эскадренных миноносцев типа «Новик». С тех пор конструирование и постройка кораблей отечественного флота были направлены по новому, прогрессивному руслу. Внедрена оригинальная «русская система» набора корпуса, обеспечивающая необходимую прочность кораблей при наименьшем возможном весе. Борьба за живучесть ко-* раблей — за сохранение их боевых качеств в условиях тяжелых повреждений — была поставлена на рациональные основы, разработанные С. О. Макаровым и А. И. Крыловым. Корабли флота стали оснащаться новыми приборами и устройствами, существенно повысившими эффективность использования всех боевых средств. -Юлиан Александрович систематически пользовался консультациями А. Н. Крылова и И. Г. Бубнова.
После Великой Октябрьской социалистической революции особенно широко развернулась научная и инженерная деятельность Ю. А. Шиманского: все силы и энергию он отдает возрождению родного флота, совмещая работу на верфи с педагогической деятельностью в Военно-морской академии. Сюда он был приглашен в 1920 г. начальником академии А. Н. Крыловым для .раз-
14


Ю. А. Шиманский после окончания Военно-морской академии (1911 г.)
работки нового устава Академии и составления учебных программ, а затем назначен старшим руководителем цикла кораблестроительных дисциплин и начальником кораблестроительного факультета.
В 1925 г. Юлиана Александровича назначают начальником Кораблестроительного отдела Технического управления Рабоче-Крестьянского Красного Флота, а в 1927 г.— начальником Кораблестроительной секции Научно-технического комитета РККФ. В Техническом управлении он вплотную занимается организацией ремонта и модернизации старых военных судов, а в Научно-техническом комитете руководит разработкой технических заданий на проектирование новых кораблей и систематически направляет и контролирует работу проектно-конструкторских бюро промышленности. Это был период, когда возрождение РККФ стало насущной потребностью первого пролетарского государства, поставившего задачу создания
15


мощного Военно-Морского Флота, достойного нашей великой Родины.
Работу в Научно-техническом комитете РККФ Ю. А. Шиманский совмещает с педагогической деятельностью в Высшем военно-морском инженерном училище (ныне ВВМИОЛУ имени Ф. Э. Дзержинского), читая до 1932 г. курс строительной механики корабля.
Выпускники военно-морских учебных заведений в своих воспоминаниях тепло характеризуют педагогическую работу Юлиана Александровича, отличавшуюся присущими ему одному особенностями. Так, корабельный инженер И. В. Гире пишет: «Надо сказать, что система преподавания, которую он применял, была очень своеобразной. Он редко читал нам лекции в обычном понимании этого слова. Приходя в класс, он заставлял нас, слушателей, самостоятельно читать про себя и молча изучать по книге материал по указанному вопросу. Если кому-то что-нибудь было непонятно и возникал вопрос, Юлиан Александрович брал в руки мел и начинал всем разъяснять возникший вопрос, сопровождая свои пояснения формулами, которые он писал на доске своим характерным, похожим на кружево, мелким почерком... Его разъяснения всегда были очень интересны, содержательны и помогали понять существо предмета. Так мы проштудировали классический курс сопротивления материалов С. П. Тимошенко и раздел справочника для корабельных инженеров, касающийся строительной механики корабля, написанный самим Ю. А. Шиманским. Этот толстый справочник, изданный в 1916 г. в небольшом количестве экземпляров, уже тогда являлся библиографической редкостью, и мы охотились за ним в магазинах старой книги и на развалах у букинистов, причем на обладателей справочника, сумевших его приобрести, смотрели с завистью» \
Корабельный инженер В. Ф. Безукладов вспоминает: «Лекции Юлиана Александровича... не отличались внешней красотой ораторских приемов. Зато он всегда мастерски умел пояснять курсантам физический смысл излагаемых явлений и методов, существо тех или иных решений, границы их применимости, добиваясь при этом от  11 Жизнь, отданная судостроению. Л., 1973, с. 23—24.
16


слушателей полного понимания всех принципиальных положений строительной механики корабля. В результате эти лекции оставляли неизгладимый след в памяти слушателей, помогали им в усвоении изучаемого материала и применении его к решению практических инженерных задач» 2.
На экзаменах Ю. А. Шиманский разрешал пользоваться «Справочной книгой для корабельных инженеров». Нередко сам открывал книгу на соответствующей странице и задавал курсанту вопрос: «Разъясните, что там у него (Шиманского.— И. X.) написано». При полном понимании физической сущности дела ставилась высокая оценка; плохо подготовившимся к экзамену приходилось пересдавать предмет по нескольку раз. Он всегда благожелательно относился к экзаменующимся, освобождая их от запоминания формул, но строго требуя уяснения существа вопроса.
Разные оценки находила методика педагогической работы Ю. А. Шиманского: специалисты, воспитанные на лекциях, рассчитанных на «среднего» студента, темп изложения которых позволял обучающимся буквально записать основные формулировки и все сопровождающие их пояснения, не могли объективно оценить характерную для Юлиана Александровича манеру проведения занятий — полноценные консультации по каждому из вопросов, возникавших в аудитории при самостоятельном изучении учебного материала. Однако даже противники такой методики преподавания вынуждены были отмечать высокое качество всегда доходчивых и исчерпывающих консультаций.
Та же методика сохранялась и в многочисленных консультациях специалистам судостроительной промышленности и Военно-Морского Флота. Шиманский прежде всего ставил перед собой цель — глубоко понять самому, а затем разъяснить собеседнику, какой вопрос его беспокоит. После этого начиналось исследование вопроса в упрощенной, а затем, если это необходимо, в более сложной форме. Содержание консультации всегда базировалось на возможно простой физической схеме явления и использовании математического аппарата, уровень
2 Там же, с. 12.
17


которого отвечал бы необходимой точности результата. Не было случая, чтобы консультируемый уходил не вполне удовлетворенным, хотя сложность ряда вопросов требовала от Юлиана Александровича большого напряжения.
В начале 1931 г. в соответствии с директивой нашей партии центральные комитеты профсоюзов судостроителей и водников приступили к организации научно-технического общества, которое должно было объединить научных и инженерно-технических работников обеих отраслей народного хозяйства. Как об этом свидетельствует в своих воспоминаниях И. И. Яковлев 3-4, входивший в состав организационного бюро, Юлиан Александрович живо откликнулся на предложение привлечь к руководящей работе в обществе ученых, труды которых определяли пути развития советского судостроения и морского транспорта; вместе с академиком А. Н. Крыловым, выразившим согласие возглавить новую организацию, на первом учредительном съезде он был избран членом Правления, а затем и членом Президиума, руководителем секции прочности судов.
Деятельность научно-технического общества немыслима без издания периодического специализированного органа. Ю. А. Шиманский принял активное участие в создании журнала «Судоходство и судостроение», являясь на всех стадиях его развития членом редакционной коллегии и постоянным автором. После разделения общества на две самостоятельные отраслевые организации — Всесоюзное научное инженерно-техническое общество водного транспорта (ВНИТОВТ) и Всесоюзное научное инженерно- техническое общество судостроения (ВНИТОСС) — этот журнал переименовали в «Советское судостроение», «Морское судостроение» и, наконец, «Судостроение».
Юлиан Александрович был инициатором издания «Трудов Всесоюзного научного инженерно-технического общества судостроения (ВИИТОСС)», отдельные выпуски которых систематически освещали результаты научно- практической деятельности многих специализированных секций Центрального правления общества.
3-4 В 1931 г. И. И. Яковлев заведовал планово-экономическим отделом объединения «Союзверфь», с 1933 г. был директором Ленинградского кораблестроительного института.
18


В наше время, когда научно-технические общества стали одним из мощных передовых отрядов советской интеллигенции, активно участвующим в коммунистическом строительстве СССР, полезно вспомнить первые проявления этой творческой деятельности в начале 30-х годов текущего столетия.
В 1932 г. судостроительный завод в г. Николаеве должен был по заданию наркома Серго Орджоникидзе выполнить ответственный и большой заказ для Дальнего Востока. Производственные возможности завода были тогда еще весьма ограниченны, и он не справлялся с выполнением задания, не смог освоить своими силами электросварку многих сложных конструкций. Для решения этих задач были вызваны из Владивостока В. П. Вологдин, из Ленинграда Ю. А. Шиманский. Оба ученых предложили простое и оригинальное решение. Заказ был выполнен в срок.
В 1932 г. Ю. А. Шиманский назначается начальником секции прочности Научно-исследовательского института, а затем начальником отдела прочности и председателем научно-технического совета Центрального научно-исследовательского института.
В 1933 г. по представлению академика А. Н. Крылова Юлиан Александрович избирается членом-корреспонден- том Академии Наук СССР.
Новые назначения и избрание в Академию наук СССР совпали с началом строительства большого советского флота.
О степени активности Ю. А. Шиманского в этой государственно важной работе как ученого и организатора коллективов ' паучпых и ипжеперпо-технических работников могут служить следующие факты: с 1932 по 1941 г. им изданы 42 научные работы, в том числе по строительной механике корабля 29, по железобетонному судостроению 5, по проектированию корабля 4, по теории корабля и судоподъему 4. В 1941 г. Юлиан Александрович был удостоен Государственной премии первой степени за капитальный труд «Динамический расчет судовых конструкций».
В это десятилетие Ю. А. Шиманский возглавлял государственные комиссии (в частпости, по бронированию кораблей), являлся председателем научно-технических советов ряда организаций, исполнял обязанности ответст¬
19


венного руководителя работ по вопросам прочности кораблей.
В 1939 г. в связи с быстрым развитием советского кораблестроения остро ощутилась нужда в производстве большого количества судостроительной стали. В центре сталелитейной промышленности — Днепропетровске — состоялось совещание, на котором Юлиан Александрович выступил с докладом «Требования, предъявляемые к корпусной стали, и их обоснования». Решение, принятое по этому докладу, обеспечивало производство в короткие сроки в требуемом количестве высококачественного материала, необходимого для строительства морского и океанского флота нашей Родины. Можно, не боясь преувеличения, утверждать, что ни один сколько-нибудь важный вопрос строительства большого флота не решался без активного и непосредственного участия Юлиана Александровича.
Министр судостроительной промышленности СССР Б. Е. Бутома в обращении к читателям сборника воспоминаний «Жизнь, отданная судостроению» характеризует эту сторону деятельности Ю. А. Шиманского так: «Перед нами возникает облик выдающегося человека, наделенного строгой принципиальностью, исполненного внутреннего достоинства. За внешней суховатостью таилась искренняя доброжелательность, сочетавшаяся с бескомпромиссной требовательностью. За большой сдержанностью скрывалась скромность, покоившаяся на огромной внутренней силе. Подчеркнутая вежливость исходила из глубокого уважения и внимательности к собеседнику, коллеге. Всегда корректный, точный и обязательный, Юлиан Александрович являл собою образец исполнения служебного долга и предельной деловитости. Он прекрасно знал цену времени, понимал его невозвратимость и был ярым противником всякого пустого словоговорения. Однако он никогда не жалел сил и времени для того, чтобы досконально выяснить тот или иной сложнейший вопрос, особенно если он был актуальным. Лишь в одном случае Ю. А. Шиманский неузнаваемо преображался — становился предельно резким, до несдержанности,— когда на его пути попадался человек, по его мнению, безответственный в своих суждениях... Тут он давал волю своему гневу, ибо считал подобных людей никчемными. Умел он также сразу и весьма точно определять людей, у которых
20


ничего не было за душой, но прикрывавших свое невежество звонкой фразой, пустословием» 5.
Остановимся на памятных многим специалистам заседаниях Научно-технического совета Центрального научно- исследовательского института, председателем которого он состоял в течение 25 лет. Начинались и заканчивались они точно по регламенту. Докладчикам по основным вопросам предоставлялось не более 15 минут, и если кто-либо из них, незнакомый еще с деловитостью и организованностью председателя, обращался к нему с просьбой о продлении регламента, Юлиан Александрович, независимо от служебного или научного положения докладчика, отвечал: «Прошу Вас уложиться в положенное время». Выступавшим в прениях давалось 5 минут. Если оратор отклонялся от обсуждавшегося вопроса, Шиманский напоминал: «Вы говорите не на тему!»
Решения Совета всегда формулировались конкретно и не допускали различных толкований. Председатель Научно-технического совета не любил ссылок на так называемые объективные причины и не стеснялся называть непосредственных виновников задержки решения практически важного вопроса. Содержательность рекомендаций Совета и их научно-техническая обоснованность обеспечивали, как правило, эффективное и своевременное их выполнение.
Наряду с руководством техническими советами по сварке и железобетонному судостроению, экспертным советом Регистра СССР и судостроительной секцией Арктического научно-исследовательского института Юлиан Александрович систематически консультировал ведущих работников этих организаций и непосредственно участвовал в разработке наиболее сложных задач и проблем. Так, в 1938 г. им написан для Арктического института оригинальный труд «Условные измерители ледовых качеств судов».
В 1941 г. Юлиан Александрович Шиманский удостаивается звания заслуженного деятеля науки и техники РСФСР, в 1943 г. за выдающиеся заслуги в области военного кораблестроения и подготовки инженеров-корабле- строителей Президиум Верховного Совета СССР наградил его орденом Ленина.
5 Жизнь, отданная судостроению, с. 6.
21


В годы Великой Отечественной войны Юлиан Александрович Шиманский интенсивно работал в научно-исследовательском институте, эвакуированном в Казань, над совершенствованием корпусных конструкций кораблей. При этом он поддерживал постоянную связь с академиком А. Н. Крыловым, о чем свидетельствуют, в частности, знаменитые «письма Шиманскому» 6, в которых Алексей Николаевич впервые изложил теорию успокоителей качки, основанных на перемещении твердых грузов. Заключая теоретическую часть «писем», Крылов заметил: «Надо было навести порядок в изложении вопроса: уж больно много в иностранных журналах, да и в наших написано несуразного». Как известно, «наведению порядка» в научно-технической литературе академик Крылов уделял немало внимания, справедливо полагая, что плохая книга или технически неграмотная статья может принести не меньший вред, чем «прямая диверсия». Адресат писем был выбран Крыловым не случайно. Можно найти немало примеров, когда Юлиан Александрович выступал как активный «блюститель порядка в науке», не считаясь с авторитетом лица или организации, выдвигавших в отдельных работах «несуразные», по его мнению, предложения.
С 1945 по 1950 г. Ю. А. Шиманский заведовал кафедрой строительной механики корабля в Ленинградском кораблестроительном институте, совмещая эту работу с руководством Технического совета Центрального научно-исследовательского института имени академика А. Н. Крылова.
Многие годы Юлиан Александрович возглавлял Государственные экзаменационные комиссии по выпуску ин- женеров-судостроителсй. По свидетельству И. И. Яковлева, он умело превращал защиту дипломных проектов в завершающий этап учебы, был строгим, требовательным экзаменатором, но не придирался к мелким недочетам, а всегда нацеливал будущих специалистов на главное. Большой вместительный зал был всегда заполнен студентами старших курсов, которые записывали вопросы Ю. А. Шиманского. Основная цель председателя Государственной экзаменационной комиссии сводилась к выявлению элементов
Ханович И. Г. Академик Алексей Николаевич Крылов. М., 1967, с. 40—41.
22


Группа преподавателей и курсантов Высшего Военно-морского инженерного училища имени Ф. Э. Дзержинского (1928 г.). Сидят (слева направо): С. Т. Яковлев, Н. В. Григорьев, Ю. А. Шиманский, Л. X. Казинг
А. И. Балкашин, П. Г. Гойкинс и А. Н. Щеглов


творчества в дипломной работе будущего инженера, определению степени самостоятельности его расчетов и умения убедительно защитить принятые решения. Юлиан Александрович наставлял будущих инженеров-корабле- строителей: инженерную работу нужно стараться организовать так и нужно относиться к ней так, чтобы сам процесс ее выполнения, связанный с преодолением неизбежных трудностей, воспринимался не только как выполнение служебных обязанностей, но и как проявление творчества, наличие которого, даже в малом масштабе, делает эту работу инициативной, интересной, более продуктивной и менее утомительной.
В 1945 г. в связи с 220-летием Академии наук СССР за выдающиеся заслуги в развитии науки и техники Президиум Верховного Совета СССР наградил Ю. А. Шиманского орденом Трудового Красного Знамени. Эта награда — еще одно подтверждение плодотворности долголетней научно-организационной работы Юлиана Александровича по эффективному привлечению институтов Академии наук СССР к решению основных проблем советского кораблестроения.
В 1947 г. Юлиана Александровича избирают председателем Центрального правления Всесоюзного научного инженерно-технического общества судостроения, сохранялось за ним и руководство секцией прочности судов ВНИТОСС. На этом не новом для него поприще Ю. А. Шиманский развил особо активную деятельность: по тематике, рекомендованной руководством Центрального правления, все секции общества проводили ежегодно специализированные сессии и совещания, на которых вырабатывались конкретные предложения по важнейшим вопросам судостроения. Хорошей традицией стали ежегодные Крыловские чтения, наглядно свидетельствовавшие о новых достижениях отечественной науки и техники. Постоянные личные контакты с руководителями министерств обеспечивали скорейшее внедрение предложений научно-технической общественности в народное хозяйство.
В том же 1947 г. Ю. А. Шиманский назначается председателем Технического совета по сварке. Роль Юлиана Александровича во внедрении сварки в отечественное судостроение исключительно велика. Еще в 1932 г. в статье «О перспективах применения электросварки в судострое¬
24


нии», опубликованной в № 1—2 журнала «Судоходство и судостроение», он смело высказывается за повсеместную замену клепки сваркой и широкое применение нового прогрессивного метода как при ремонте, так и при постройке судов. В то время многие судостроители еще не осознали эффективности этого метода и, ссылаясь на отсутствие опыта, недостаточность квалификации сварщиков и невысокое качество электродов, скептически относились к широкому внедрению электросварки. Понадобилось 15 лет активной борьбы, основными средствами которой являлись обобщение передового опыта проектирования и постройки сварных судов, разработка конкретных организационнотехнических мероприятий, повышающих уровень подготовки кадров и качество исходных материалов, чтобы электросварка заняла подобающее место в отечественном судостроении.
Большое значение для достижения этой цели имела представительная конференция, созванная по инициативе ВНИТОСС в Ленинграде в 1947 г., в работе которой приняло участие 425 делегатов от 80 организаций пяти министерств. Душой конференции был Юлиан Александрович.
Не меньшую роль сыграла и реализация его предложения о проведении серии статических испытаний корпусов головных сварных кораблей с постановкой их на одну или две опоры (о чем подробно будет рассказано дальше) при назначении нагрузки, отвечающей расчетным напряжениям в основных связях. Эксперименты подтвердили идеи Ю. А. Шиманского по совершенствованию и рационализации корпусных конструкций.
Многолетняя плодотворная научная деятельность Юлиана Александровича нашла объективное признание при избрании его в 1953 г. в действительные члены Академии наук СССР. В связи с этим небезынтересно напомнить рапорт академика А. Н. Крылова, направленный в Президиум Академии наук СССР еще в 1945 г.: «В 1920г. я возбудил вопрос о необходимости учредить в составе Академии наук Техническое отделение... (Оно) было в январе 1929 г. фактически утверждено, причем в него были избраны три академика: С. А. Чаплыгин, В. М. Мит- кевич и Г. М. Кржижановский... В настоящее время советская инженерная общественность в лице Научного инженерно-технического общества судостроения... выдвину¬
35


ла предложение об избрании двух корабельных инженеров — Ю. А. Шиманского и П. Ф. Папковича, состоящих уже 10 лет членами-корреспондентами Академии наук, в действительные члены Академии наук. В прилагаемых представлениях указаны труды этих лиц за последние 10 лет, но есть формальные затруднения к их избранию — нет кафедры судостроения. Таких вакансий не будет и в будущем, и необходимо возбудить ходатайство перед правительством об учреждении но крайней мере еще четырех кафедр по судостроению... сперва двух кафедр, а затем еще двух вдобавок к одной, которую случайно занимает корабельный инженер..» 7. В заключение Крылов пишет: «Необходимо помнить, что современный большой броненосец стоит около 120 000 000 рублей золотом; при проектировании такого корабля возникает ряд вопросов, решение которых не под силу проектным организациям и требует как знания математики, так и самого корабля. Шиманский и Папкович как раз в своих последних трудах показали такие знания.
Экспериментальное исследование такого корабля требует весьма больших расходов, ибо содержание такого корабля на‘ходу в море требует около 30 000—60 000 рублей золотом в один день, т. е. гораздо больше, нежели годичная зарплата двух академиков...» 8
Вскоре после избрания в Академию паук СССР Шиманский провел в Ленинграде межведомственное совещание о внедрении сталей повышенной прочности в гражданское судостроение. Рекомендации этого совещания, созванного Академией наук СССР совместно с Центральным правлением ВНИТОСС, сыграли важную роль в дальнейшем развитии морского флота: был разработан
порядок внедрения нового типа судостроительных сталей и одобрен переход на расчетный метод проектирования корпусов.
Тесное переплетение общественной и служебной деятельности характерно для всей жизни академика Шиманского. Он рассматривал общественную работу, как непо-
7 А. Н. Крылов был в 1914 г. избран в члены-корреспонденты Академии наук по разряду физических наук, а в 1916 г.— ординарным академиком по математической физике.
8 Академик А. Н. Крылов. (Воспоминания и очерки). М., 1956, с. 554-558.
26


Президиум Правления ВНИТОСС (май 1936 г.). Слева направо: профессора В. Л. Поздюнин
и Г. Е. Павленко, академик А. Н. Крылов, член-корреспондент АН СССР Ю. А. Шиманский,.
профессор В. Л. Сурвилло


средствеыную обязанность ученого, неразрывно связанную с его творческой деятельностью. В 1948—1956 гг. Юлиан Александрович был избран председателем судостроительной секции и Совета Ленинградского Дома ученых, членом Центрального комитета профсоюза рабочих машиностроения и удостоен звания заслуженного члена Всесоюзного научного инженерно-технического общества.
В 1954 г. Президиум Верховного Совета СССР наградил Ю. А. Шиманского вторым орденом Трудового Красного Знамени. В 1955 г. на Всесоюзном съезде научно- технического общества судостроительной промышленности он был избран председателем его Центрального правления и за выдающиеся заслуги — почетным членом Общества.
В 1956 г. Английское общество корабельных инженеров избрало академика Шиманского действительным членом и наградило медалью Общества. Это решение основывалось, в частности, на признании исключительных заслуг Юлиана Александровича в создании норм прочности морских стальных судов, заложивших основу расчетного метода проектирования различных судов гражданского флота.
В Правилах Регистра СССР, юридически признанных иностранными классификационными обществами, в том числе Английским Ллойдом, приняты и другие предложения, выдвинутые в трудах академика Шиманского: смешанная система набора, конструкции прерывистых связей, набор ледовых подкреплений, учет динамических усилий, воздействующих на судовые конструкции, и т. и.
Под руководством Юлиана Александровича были разработаны и нормы для расчета прочности стальных судов внутреннего плавания, позволившие создать наиболее совершенные конструкции корпусов речных и озерных судов, отвечающие современному состоянию науки и техники.
В этой труднейшей области техники, требующей инженерной зоркости и научной обоснованности, академик Шиманский выступает как подлинный нормотворец в одном ряду со своим учителем Иваном Григорьевичем Бубновым.
Юлиан Александрович вел большую литературную (историографическую, редакторскую, научно-популярную, публицистическую) работу. Уже в начале 30-х годов он зарекомендовал себя как ведущий специалист в области
28


Ю. А. Шиманский в рабочем кабинете (1941 е.)
прочности судов. В связи с этим Редакционный совет «Технической энциклопедии», в состав которого входили А. Ф. Иоффе, М. А. Шателен, О. Ю. Шмидт и другие выдающиеся ученые, привлек его по представлению А. II. Крылова к написанию статей «Заклепочные соединения в судостроении» (т. 8, 1931 г.) и «Строительная механика корабля» (т. 22, 1933 г.). По степени ясности и полноте изложения они могут служить образцом подобного вида научно-технической литературы.
По поручению Президиума Академии наук СССР Шиманский редактировал изданный в 1958 г. в серии «Классики науки» сборник «Избранные труды А. Н. Крылова». В написанной им редакционной статье приводятся краткие, но емкие характеристики каждого из 12 произведений Алексея Николаевича, включенных в сборник, и аргументируются основные признаки, по которым они отобраны из всего многогранного наследства ученого (свыше 135 трудов общим объемом в 500 авторских листов),.
29


Президиум заседания, посвященного памяти академика А. Н. Крылова в Высшем Военно-морском инженерном училище (октябрь, 1955 г.). Слева* направо: капитаны 1 ранга-инженеры: А. П. Барсуков и Г. М. Ершов, академики Ю. А. Шиманский и В. Г1. Смирнов
В том же 1958 г. под редакцией Шиманского по постановлению Президиума Академии наук СССР был издан сборник «Памяти Алексея Николаевича Крылова», в который вошли две статьи Юлиана Александровича: «Деятельность А. Н. Крылова в области кораблестроения» и «Воспоминания об Алексее Николаевиче». В первой из них в характерной для ее автора лаконичной форме (вся статья занимает 6 страниц печатного текста) изложены определяющие вехи жизни академика Крылова. «Деятельность А. Н. Крылова,— писал Шиманский,— полностью охватывает тот период исторического развития кораблестроения, в течение которого в нем происходили коренные сдвиги и изменения, связанные с начавшимся в конце прошлого столетия скачкообразным и интенсивным развитием различных областей науки и техники» 9. Далее эта мысль подтверждается одним из выступлений Алексея Николаевича на заседании ВНИТОСС: «За последние пятьдесят лет судостроение развилось более, не-
30


Вице-адмирал-инженер А. А. Фролов поздравляет Ю. А. Шиманского в связи с 75-летием со дня рождения (1958 г.).
жели за предшествующие пятьдесят, а может быть и сто веков. Чему обязан этот быстрый прогресс? Ответ ясен: судостроение преобразилось из искусства в строгую точную пауку» 9 10  11.
Во второй статье Юлиан Александрович делится личными воспоминаниями, среди которых особо примечателен эпизод, оставшийся неосвещенным во всей биографической литературе о Крылове: «Моя первая встреча с Алексеем Николаевичем Крыловым произошла 50 лет тому назад в 1907 г. в Севастополе, куда он приехал вместе с Иваном Григорьевичем Бубновым для проведения испытаний подводным взрывом опытного отсека с целью натурной проверки предложенной им новой конструкции противоминной защиты корабля...» 11
9 Памяти Алексея Николаевича Крылова. М. 1958, с. 22.
10 Там же, с. 22.
11 Там же, с. 233.
31


В составе комиссии по изданию «Собрания трудов академика А. Н. Крылова», возглавлявшейся академиком В. И. Смирновым, Юлиан Александрович принял на себя обязанности редактора ряда томов, требовавшие немалой работы по подготовке их к выпуску в свет.
Примерно в это же время академик Шиманский подготавливает издание «Избранных трудов» другого своего учителя и наставника, профессора Ивана Григорьевича Бубнова. В предисловии к этой книге, изданной в 1956 г., он пишет: «...Труды И. Г. Бубнова, особенно те из них, которые были им опубликованы лишь в виде журнальных статей, стали в настоящее время библиографической редкостью... Однако и все другие опубликованные работы И. Г. Бубнова отличаются большой оригинальностью, теоретическим интересом и практической значимостью, а поэтому переиздание этих трудов становится совершенно необходимым не только в качестве признания нами больших заслуг покойного И. Г. Бубнова, но и для облегчения наиболее широкого использования этих работ в текущей практике нашего кораблестроения» 12.
К научно-популярному жанру Ю. А. Шиманский обратился в 1944 г., когда им было издано пособие для бригадиров и мастеров «Прочность корабля».
Ему удалось популярно изложить основные задачи рабочих судостроительной промышленности, сохранив высокий научно-технический уровень книги.
Юлиан Александрович выступал на страницах газет («Красный флот», «Промышленно-экономическая газета», «Ленинградская правда» и др.), используя любую возможность общения с широкими кругами читателей, главным образом по вопросам технологии судостроения. При посещении заводов и верфей с интересом беседовал с рабочими и мастерами. Больше всего он ценил творческую инициативу коллективов судостроителей — инженеров и рабочих, без которой не мыслил достижение эффективных результатов.
Несмотря на внешнюю строгость и некоторую суховатость, к Юлиану Александровичу, по его собственному выражению, «народ шел лавиной». В рабочие часы и в домашних условиях его не легко было застать без собе-
12 	Бубнов И. Г. Избранные труды. Л., 1956, с. 4.
32


седника, каждый получал у него необходимую помощь и консультацию. Ученики и соратники академика Шиманского вспоминают о нем как о человеке высоких моральных качеств: он заботливо относился к нуждам каждого, оказывал щедрую материальную помощь, при всей своей занятости тратил немало времени, чтобы помочь сотрудникам, если они встречали серьезные затруднения в личных и служебных делах.
Академик Шиманский очень любил способную и талантливую молодежь, в которой видел достойную смену старым крыловским кадрам. Однако он нигде не упоминал о той большой работе, которую систематически проводил среди «строителей малого флота» — морских моделистов Ленинграда. Его подшефные в 1958 г. вторично завоевали первенство Советского Союза по модельному спорту и получили ряд призовых мест на международных соревнованиях в Лондоне, Шверине и Катовицах.
При частых встречах с морскими моделистами Шиманский советовал им «развивать свои способности,— к чему в нашей стране столько возможностей, упорно учиться, не оставлять ничего не понятого, быть терпеливым и настойчивым в достижении поставленной цели, творить, дерзать, становиться активными создателями кораблей, моряками» 13.
Б. Е. Бутома в обращении к читателям книги «Жизнь, отданная судостроению» писал: «Без всякого преувеличения можно сказать, что с именем Юлиана Александровича Шиманского связана целая эпоха в советском судостроении, и эпоха весьма ответственная. Вот ее некоторые вехи. Произошел переход на сварные соединения корпусных конструкций взамен клепаных. Были созданы новые методики инженерных расчетов, связанных с внедрением легированных сталей в корпусостроении и с устранением вибрации судов. Разрабатывались новые расчетные схемы, острая надобность в которых порождалась насущными требованиями обеспечения местной и общей прочности судов, подкрепления корпусов в местах вырезов, а также приложения сосредоточенных статических и динамических нагрузок и т. д. Любая из перечисленных проблем представляет собою сложнейший комплекс науч¬
13 	Архив АН СССР, фонд акад. Ю. А. Шиманского.
2 И. Г. Хандвич
33


ных и инженерных вопросов, и Юлиан Александрович блестяще решал эти проблемы, прежде всего заботясь о том, чтобы довести свои решения до практического инженерного результата. Пожалуй, именно здесь, при решении возникавших проблем, ярче всего обнаруживается сильнейшее качество Ю. А. Шиманского как ученого — органическое сочетание теории с практикой, науки с жизнью!» 14
Академик Ю. А. Шиманский скончался 11 апреля 1962 г.; он похоронен на Литераторских мостках Волкова кладбища в Ленинграде вблизи могил А. Н. Крылова и П. Ф. Папковича.
Выдающийся ученый, инженер, общественник, воспитатель новых поколений судостроителей и моряков, Гражданин с большой буквы, патриот своей Родины, безгранично преданный делу коммунистического строительства,— таким вошел в историю советской науки Юлиан Александрович Шиманский.
14 Жизнь, отданная судостроению, с. 18.


Глава вторая
Труды по строительной механике надводного корабля
Значительную часть своей научной и инженерной деятельности Юлиан Александрович посвятил строительной механике корабля, обобщая, развивая и совершенствуя идеи, заложенные в основополагающих трудах отечественной школы кораблестроения. Чтобы уяснить роль и значение наследства академика Шиманского в этой сложной области знания, читателю-неспедиалисту необходимо познакомиться с основными ее проблемами.
Корабль представляет собой плавучее сооружение, которое независимо от его назначения можно уподобить длинному упругому стержню с поперечным сечением, изменяющимся вдоль судна. Такой стержень, или, как его называют специалисты, эквивалентный брус, должен быть прочным, т. е. обладать свойством сопротивляться внешним нагрузкам в той мере, в какой это необходимо для обеспечения нормальной повседневной службы корабля. К внешним нагрузкам, действующим на каждое судно, относятся силы давления воды, приложенные к омываемой ею части судовой поверхности, веса механизмов, топлива, перевозимых грузов, вооружения и т. п., включая и вес самого корпуса судна, так называемые силы инерции, учитывающие переменность движения грузов при качке корабля на волнении, и др.
При выборе материала и размеров составных частей корпуса, как правило, требуют, чтобы деформации (удлинения, прогибы, взаимные углы поворота отдельных сечений и т. п.), вызванные действием внешних нагрузок, оставались упругими, или исчезающими; после устранения соответствующих сил эквивалентный брус должен возвращаться к своей первоначальной форме и раз-
35
2*


Грузовое судно «Академик Шиманский»
мерам. Ясно, что если это требование не будет выполнено, то вслед за наблюдаемыми (за пределами упругости) остаточными деформациями сначала нарушатся нормальные условия эксплуатации судна, а затем возможно и разрушение корпуса.
Прочность корабля в целом как эквивалентного бруса называют его общей, или продольной, прочностью. При этом корабль рассматривают как балку, опирающуюся не на относительно короткие (сосредоточенные) опоры, а на сплошную опорную поверхность воды, омывающей наружную обшивку корпуса. Силы давления воды вместе с весовой нагрузкой и силами инерции, действующими на различные грузы, образуют уравновешенную систему сил. Однако указанное свойство, имеющее место в любой момент для корабля в целом, на каждом отдельно взятом отрезке его длины, как правило, нарушается. Вследствие этого действие рассматриваемой совокупности сил в плоскости каждого шпангоута проявляется в виде поперечной, или перерезывающей, силы, стремящейся «срезать» судно по соответствующему сечению, и изгибающего момента, вызывающего растяжение (или сжатие) верхних продольных связей (палубного настила, подпалубных продольных балок и т. п.) и соответственно
36


сжатие (либо растяжение) нижних (киль, днищевые листы обшивки корпуса, продольные днищевые балки и т. д.).
Действие изгибающих моментов проявляется также в виде деформации корпуса корабля в целом— прямолинейная продольная ось эквивалентного бруса искривляется: выпучивается вверх посредине длины судна и свисает к оконечностям (в носу и корме), когда корабль располагается на вершине волны (рис. 1, а), и изгибается противоположным образом, если судно находится на ее подошве (рис. 1, б). Подобные деформации заметны даже для обычного, «неморского» глаза: стрелка прогпба сов-
Рис. 1. Располс на в(
а — на вершине, б — на подошве
ременного большого корабля длиной 180—200 м может в реальных условиях плавания доходить до 1 —11/2 м.
Отмеченные обстоятельства вызывают дополнительное требование к конструкции корпуса — жесткость, характеризующее свойство корабля деформироваться не более заданных пределов, отвечающих нормальным условиям его повседневной службы. Это требование может оказаться и более жестким (в обычном смысле слова), чем условие прочности. Поясним это на примере деревянного трапа, переброшенного с борта судна на пирс (на берег). Исходя из требования прочности его можно было бы сделать более легким, чем обычно, не затрачивая «излишний» материал в виде толстых брусков или досок. Однако переход по такому трапу облегченной конструкции, да еще с грузом, из-за большого прогиба может быть опасным или по меньшей мере затруднительным.
Наряду с общей прочностью и жесткостью к корпусу корабля предъявляют требование местной прочности, под которой понимают свойство любой из многочисленных деталей корпуса (поперечных балок — шпангоутов, продольных балок — стрингеров, кильсонов, листов наружной обшивки и палубы, фундаментов механизмов и вооружения и т. п.) выдерживать приходящуюся на нее часть внеш¬
ожение корабля олне:
37


них нагрузок в пределах, отвечающих нормальным условиям эксплуатации. Ясно, что листы наружной обшивки корпуса, непосредственно воспринимающие давление воды на участках между соответствующими шпангоутами и продольными связями и передающие действие внешней нагрузки на указанные связи, должны удовлетворять требованиям местной прочности. В том же смысле прочными должны быть и сами шпангоуты и участки продольных балок между ними, воспринимающие на себя результирующую нагрузку, переданную листами наружной обшивки.
При обеспечении прочности корпусных конструкций следует иметь в виду, что корабль представляет собой такое инженерное сооружение, для которого всемерное уменьшение строительного веса имеет особо важное значение. Не вызванное требованиями необходимой и достаточной прочности излишнее увеличение веса корпуса соответственно уменьшает полезную грузоподъемность транспортного судна. Для военного корабля избыточный строительный вес понижает боевые качества. Излишнее перетяжеление корпуса корабля при сохранении заданных грузоподъемности или вооружения неизбежно приведет к увеличению водоизмещения и вместе с тем существенно повысит его стоимость.
Указанные соображения настоятельно требуют оптимизации инженерных решений, основой которых должно быть рациональное удовлетворение обоих требований — прочпости и экономичности.
Наука о прочности корабельных конструкций, изучающая методы обеспечения их жесткости, местной и общей прочности при наименьшей возможной затрате материалов, названа основоположником этого учения — профессором И. Г. Бубновым — строительной механикой корабля. Изложенные выше основные понятия, вводящие читателя- неспециалиста в существо предмета, принадлежат И. Г. Бубнову и А. И. Крылову. Напомним в кратких чертах ту историческую обстановку, в которой закладывался фундамент новой науки.
Переход от дерева, веками использовавшегося в качестве основного материала при постройке судов, к железу и стали, открыл перед кораблестроением во второй половине XIX в. исключительно широкие перспективы: стало вполне реальным значительное увеличение водоиз¬
38


мещения и главных размерений (длины, ширины, осадки) кораблей, а вместе с тем грузоподъемности транспортных судов и вооружения военных кораблей. Однако реализации этих возможностей мешали традиции деревянного судостроения, согласно которым новые корабли строились либо на основе опыта, передававшегося из поколения в поколение, либо на базе «правил», представлявших собой эмпирическое обобщение этого опыта. По образному выражению И. Г. Бубнова, корабельная архитектура за рубежом полвека шла ощупью, руководимая грубым эмпиризмом.
В этих условиях даже принципиально новые предложения, возникавшие при отсутствии ясной картины распределения действующих усилий по отдельным деталям корпуса и при неумении производить расчеты их прочности, не могли получить правильного и широкого применения. Из поля зрения иностранных судостроителей полностью выпал вопрос об обеспечении устойчивости относительно тонких металлических связей при их сжатии. Еще 1744 г. Леонард Эйлер в «Известиях Санкт-Петербургской Академии наук» опубликовал работу, в которой доказал, что при некотором значении сжимающей силы прямолинейная форма равновесия оси стержня становится неустойчивой: небольшой эксцентриситет (смещение точки приложения сжимающей силы по отношению к прямолинейной оси стержня), незначительная поперечная нагрузка вызывают изгиб стержня, последствия которого не исчезают после устранения соответствующих причин явления.
Расплатой за «грубый эмпиризм» явились многие аварии стальных судов, иногда кончавшиеся их гибелью.
Так, в 1874 г. английский пароход «Мэри» переломился па волне из-за того, что авторы проекта не учли потери устойчивости тонкого палубного настила при сжатии его от действия изгибающего момента на волнении. Палубные листы «Мэри» сгофрировались, при неоднократном действии волн появились трещины в настиле, а затем палуба разрушилась. Растерянность в корабельных кругах была столь велика, что английские инженеры начали сомневаться в том, что весьма разнообразные п постоянно изменяющиеся усилия, действующие на корабль на волнении, когда-либо будут выражены математическим языком.
39


Между тем именно в математическом выражении физической стороны проблемы и решении на этой базе ее основных задач заключался единственно рациональный путь ликвидации разрыва между возможностями, которые открывало введение нового судостроительного материала, и повседневным практическим их использованием. Назрела острая необходимость в создании на основе фундаментальных теоретических исследований и тщательно поставленных опытов новой научной дисциплины, разрешающей основные вопросы кораблестроения,— определение внешних сил, действующих на корабль в разнообразных условиях морской обстановки; создание методов расчета внутренних усилий и деформаций, возникающих в судовых конструкциях под действием внешних сил; разработку норм прочности кораблей, обоснованных опытом их повседневной и боевой службы и обеспечивающих надежность конструкций при наименьших затратах материала \ Перечисленные вопросы входят в состав общей проблемы создания методов расчета прочности, жесткости и устойчивости судовых конструкций и корпуса корабля в целом.
Как уже говорилось, создание строительной механики корабля обязано русской школе кораблестроителей, возглавленной А. Н. Крыловым и И. Г. Бубновым. Наиболее полное развитие идеи этой школы получили в трудах ее учеников — академика Юлиана Александровича Шиманского и члена-корреспондента Академии наук СССР Петра Федоровича Папковича.
В 1916 г. Ю. А. Шиманский завершил свой многолетний труд по обобщению и систематизации опыта расчета и проектирования корпусных конструкций кораблей отечественного флота изданием в соавторстве с корабельным инженером М. Ф. Гардениным «Справочной книги для корабельных инженеров» 1 2. Морской технический комитет
1 Хотя возникновение этих задач обусловливалось потребностями военного кораблестроения, в частности возможностью использовать выигрыш в весе корпуса для увеличения бронирования и вооружения кораблей, решение их представляло неменьший интерес и для транспортных судов. Условия их эксплуатации (плавание в грузу и порожнем, специфические условия загрузки и т. п.) вносили свои особенности в исследование основных задач.
2 На титульном листе и в подписи под предисловием составителей книги инициалы Шиманского приведены в необычном для
40


премировал вторую часть «Справочной книги», написанную Юлианом Александровичем, как «полезнейшее практическое пособие». По полноте и глубине охвата разнообразных разделов строительной механики корабля, методичности и новизне изложения этот труд и сегодня может служить образцом подобного вида научно-технической литературы.
В течение двух десятилетий по «Справочной книге» обучались многие поколения судостроителей, а для опытных корабельных инженеров она служила настольным пособием.
«Справочник Шиманского» (так до настоящего времени называют эту книгу) после некоторых дополнений и включения в него главы «Вибрация корабля», написанной профессором П. Ф. Папковичем, был переиздан в 1934 г. в виде второго и третьего томов «Справочника по судостроению», вышедшего под общей редакцией профессора В. Л. Поздюнина. И это издание «Справочника Шиманского», как и первое, стало библиографической редкостью уже в начале 50-х годов. В связи с этим в 1958—1960 гг. под научным руководством и при непосредственном участии Юлиана Александровича издается новый капитальный труд «Справочник по строительной механике корабля», составленный коллективом его учеников и последователей.
Без преувеличения можно сказать, что «Справочник Шиманского» сыграл значительную роль в приближении основной цели, поставленной его автором — сделать достижения науки о прочности корабля достоянием широких кругов кораблестроителей и научить их использованию этих достижений для создания рациональных корпусных конструкций, отличающихся необходимыми прочностью, жесткостью и устойчивостью при минимально возможном весе. По этому поводу в предисловии к изданию 1916 г. можно прочесть: «Отсутствие специальной справочной книги по кораблестроению стало особенно ощутительным после тех успехов, которые сделало отечественное судостроение за последние десять лет. Успехи эти сопровождались установлением во многом новых
нас виде: Ю. В. Это объясняется тем, что его отец имел два имени — Вячеслав и Александр. Во всех остальных изданиях и в официальных документах фигурирует единственный вариант отчества — Александрович.
41


взглядов и методов расчета, что обесценило в значительной степени накопленный предыдущей практикой справочный материал». Далее отмечается, что развитие судостроения в России «выдвинуло как насущную потребность вопрос о такой справочной книге, которая содержала бы в себе все необходимые для корабельного инженера сведения справочного характера, а также нормы, требования и предписания Морского министерства и таким образом способствовала бы объединению в техническом отношении деятельности отдельных заводов».
Вторая часть «Справочника» издания 1916 г. состоит из двух отделов: первый — «Математический и спра¬
вочный», второй — «Строительная механика и строительная механика корабля».
Первый отдел начинается параграфом «Принципы числовых расчетов», представляющим собой краткое изложение содержания одноименной книги, изданной в 1909 г. в соавторстве с братом Станиславом и являющейся первой печатной работой Юлиана Александровича. Необходимость соблюдения этих принципов аргументируется им следующими,словами: «В каждой сфере человеческой деятельности, в той или иной отрасли техники, науки, в хозяйственной жизни может быть принята известная достаточная точность, выходить за пределы коей не имеет смысла, так как эта излишняя точность не может быть совершенно использована, а между тем она покупается дорогой ценой в смысле непропорционально большой затраты как труда, так и денежных средств». И далее: «Почти все справочные книжки, служащие руководством при технических расчетах, совершенно не считаются в своих данных с точностью чисел и пределами ошибок; например, в справочной книге для инженеров «Hütte» приводится таблица веса погонного метра круглого, квадратного и шестигранного железа с точностью шести знаков, что соответствует ошибке в 0,001 процента, между тем ни обмер такого железа, ни его удельный вес не могут быть определены с точностью большей, чем на три знака, т. е. с точностью большей 1%. В качестве другого примера может служить таблица «Важные числовые величины», помещенная в той же книжке; в этой таблице, например, величина ускорения g дана с тремя знаками (9,81), а величина Y g — с весемью знаками (3,1320919)».
42


Известно, какое большое значение придавал академик А. Н. Крылов выполнению правил приближенных вычислений и обучению специалистов «умению вычислять», обеспечивающему при минимальной затрате труда получение результата с необходимой для практики степенью точности. Если учесть, что основы этой вычислительной культуры — ее фундамент — были заложены Крыловым, то объективно следует признать, что первым зданием, целиком и полностью построенным на этом фундаменте, был «Справочник Шиманского». Его многочисленные математические и справочные таблицы содержат то и только то количество значащих цифр, которое, с одной стороны, отвечает практическим потребностям, с другой — соответствует реальным возможностям определения «справочной» величины (удельного веса материала, основных размеров сортамента и т. п.). Тем же высоким уровнем вычислительной культуры отличаются все расчетные примеры, приведенные в обоих отделах «Справочника» и построенные на базе известного крыловского принципа — «каждая неверная цифра — это ошибка, всякая лишняя цифра — это полошибки». С сожалением приходится констатировать, что эта отличительная особенность трудов школы Крылова — Бубнова не сохраняется во многих справочных и научно-технических изданиях, по степени выполнения правил приближенных вычислений мало отличающихся от справочника «Hütte».
Второй отдел «Справочника Шиманского» делится па две части. При составлении первой из mix, включающей основы теории упругости, методы расчета прочности, жесткости и устойчивости призматических брусьев и пластин при простых деформациях (растяжении или сжатии, срезе, кручении, изгибе) и их сочетаниях (при сложном сопротивлении), а также способы расчета плоских перекрытий из нескольких перекрестных связей, Юлиан Александрович пользовался трудами И. Г. Бубнова и профессора Электротехнического института С. П. Тимошенко. «Самостоятельно нами написана,— сообщал Шиманский в предисловии ко второму отделу «Справочной книги для корабельных инженеров»,— лишь глава о расчете составных балок, выводы которой применены в дальнейшем при изложении теории общей продольной прочности корабля. Что касается второй части, то в основание ее нами положены те принципы
43


строительной механики корабля, которые нашли свое выражение в лекциях профессора И. Г. Бубнова и в образцовых расчетах, производившихся под его руководством на наших казенных судостроительных заводах. Однако ввиду почти полного отсутствия руководств по строительной механике корабля, при изложении второй части, для придания ей возможной полноты, мы принуждены были во многом самостоятельно пополнять и систематизировать имевшийся в нашем распоряжении материал».
Скромная оценка Ю. А. Шиманским своей многолетней работы не может умалить высокую значимость создания им первого в мировой литературе научно-практического пособия по рациональному выбору системы набора корпуса и определению размеров его частей и деталей на основе расчетов, базирующихся на принципах строительной механики корабля. Сам Юлиан Александрович неоднократно отмечал, что «Справочная книга для корабельных инженеров» в значительной мере определила направление всей его научной и практической деятельности. Работая с 1916 по 1925 г. начальником судостроительной технической конторы Северной судостроительной верфи, Ю. А. Шиманский, как уже отмечалось, принимает на себя в 1920 г. руководство циклом кораблестроительных дисциплин, а затем и обязанности начальника Кораблестроительного факультета Военно-морской академии. Развивая идеи И. Г. Бубнова, он создал оригинальный курс строительной механики корабля, который читал до 1934 г. Ближайшим помощником Юлиана Александровича в его педагогической деятельности в Академии был другой выдающийся корабельный инженер и ученый Петр Федорович Папкович. Курс строительной механики корабля Шиманский с 1927 по 1932 г. читал также в Высшем военно-морском инженерном училище.
В эти годы единственным учебным пособием в обоих высших морских учебных заведениях по курсу строительной механики корабля служил «Справочник Шиманского». В связи с этим необходимо отметить еще одну его отличительную особенность: сохраняя присущую подобным изданиям лаконичность, «Справочник» содержит ясное изложение всех исходных положений и методов получения окончательных формул, представленных в виде, удобном


для практического использования, и поясненных численными примерами.
Естественно, что второе издание 1934 г. (второй и третий тома «Справочника по судостроению») дополняет предыдущее тем основным, что было создано и систематизировано за истекшие двадцать лет.
К таким дополнениям относится пятая глава второго тома «Справочника», посвященная определению деформаций и напряжений в сечениях кольца, нагруженного заданной системой внешних сил. Эта задача, представляющая практический интерес при расчете корпуса подводного корабля и вошедшая в книгу «Строительная механика подводных лодок», изданную в 1948 г., решается на основе разработанного Ю. А. Шиманским метода наложения. Существо этого метода заключается в определении внутренних усилий (осевой и перерезывающей силы, изгибающего момента), а также перемещений (радиального, тангенциального и угла поворота) произвольного сечения кольца для случая действия на него единичных внешних нагрузок. Затем на базе принципа наложения полученные результаты легко распространяются на случай действия на кольцо произвольной системы сил.
Новая, седьмая, глава второго тома «Справочника по судостроению» посвящена расчету балок, лежащих на упругом основании. Фундаментальное решение этого вопроса было дано в известной работе академика А. Н. Крылова, оснастившей советских инженеров новыми методами расчета сооружений.
Поясним смысл этой инженерной проблемы. Когда балка либо жестко закреплена одним концом, либо поставлена на две опоры, из которых одна неподвижна, а другая может свободно перемещаться по жесткому (практически недеформируемому) фундаменту, причем обе опоры связаны с балкой шарнирами, позволяющими ей поворачиваться вокруг своих осей, неизвестные опорные реакции, т. е. усилия, действующие на балку со стороны фундамента, определяются простейшим методом теоретической механики, а последующий расчет балки (проверка ее прочности и жесткости, подбор необходимого сечения) выполняется простыми средствами инженерной дисциплины, именуемой сопротивлением материалов. Задача усложняется, если балка поставлена на несколько опор, и становится особенно сложной, когда
45


балка опирается на сплошное и притом упругое основание: в каждой точке соприкасания балки с фундаментом реакция последнего зависит от прогиба балки, а именно пропорциональна этой деформации, равной «усадке» фундамента в соответствующей точке.
Сколь важно решение подобной задачи для судостроения, можно видеть из следующих примеров. Конструкция днища пассажирского или грузового судна состоит из среднего киля, нескольких параллельных ему продольных балок — стрингеров — и многих поперечных балок — шпангоутов. Опорами для киля и стрингеров служат поперечные переборки, разделяющие отдельные отсеки судна. Ввиду относительно частого расположения шпангоутов, равномерно распределенных между переборками, обычно полагают, что продольные связи — киль и стрингеры — лежат на сплошном упругом основании. Такая схематизация явления, существенно упрощая постановку инженерной задачи, не вносит в ее решение практически заметных искажений.
Другим примером может служить расчет прочности корабля, поставленного в док на килевой дорожке, состоящей из набора деревянных (из бревен) клеток, имеющих различную степень жесткости.
В седьмой главе второго тома «Справочника по судостроению» инженер-конструктор найдет необходимые расчетные формулы и вспомогательные таблицы для наиболее часто встречающихся на практике случаев.
Во второе издание «Справочника Шиманского» введена восьмая глава «Расчет рамных конструкций», т. е. стержневых конструкций, все стержни которых лежат в одной плоскости и жестко соединены между собою в узлах. К ним относятся шпангоутные рамы надводных кораблей и подводных лодок, стойки туннелей гребных валов, траловые дуги (в трех последних случаях рамы называются криволинейными). По полноте и научному уровню изложения эта глава, дополненная и отредактированная профессором П. Ф. Папковичем, может служить примером глубокого и всеобъемлющего рассмотрения вопроса.
С такой же исчерпывающей полнотой изложены одиннадцатая глава «Устойчивость упругих систем» и двенадцатая — «Изгиб и устойчивость тонких цилиндрических оболочек», опирающиеся на ряд положений Ю. А. Шиман¬
46


ского, содержащихся в статьях «Расчет балок перекрытий на действие сжимающих усилий» («Бюллетень Научно- технического комитета УВМС РККА», 1930, № 4), «Устойчивость балок, нагруженных изгибающим моментом на опорах» («Бюллетень Научно-технического комитета УВМС РККА», 1931, № 5), «Изгиб тонких цилиндрических оболочек, подкрепленных ребрами конечной жесткости» («Бюллетень Научно-исследовательского института военного кораблестроения», 1933, № 1), и др.
Практическая важность этих глав обусловлена необходимостью обеспечения той равновесной формы упругой системы (сжатых стержней или пластин, балок на жестких или упругих опорах, цилиндрических оболочек и др.), которая принята конструктором в качестве исходной при расчете соответствующей деформации (сжатия, кручения или изгиба). Превышение так называемых критических, или эйлеровых, нагрузок, вызванное нарушением расчетной схемы, может привести к аварийным ситуациям и к разрушению корпуса. В связи с этим большое значение приобретает правильное определение критических (эйлеровых) напряжений, позволяющих с учетом необходимого запаса прочности, который, в свою очередь, зависит о г достоверности знания внешней нагрузки, точности расчетных формул, уверенности в механических качествах материала и тщательности выполнения конструкции, назначить допускаемые напряжения.
В комментарии к статье «Влияние напряжений на устойчивость упругих систем» при издании ее в «Сборнике статей по судостроению» (1954 г.) Юлиан Александрович писал: «В этой статье... приводдтся теоретическое решение вопроса о величине поправочных коэффициентов к теоретическим формулам устойчивости стальных конструкций для применявшихся в то время трех марок судостроительной стали. Последующие, чисто экспериментальные исследования этого вопроса достаточно точно подтвердили приведенные в статье результаты теоретического исследования и этим показали возможность использования такого теоретического метода исследования для решения указанного вопроса применительно к новым маркам стали...».
В другой работе «Расчет балок перекрытий на действие сжимающей нагрузки», переизданной в связи с практической важностью вопроса и общностью получен¬
47


ного решения в «Сборнике статей по судостроению» 3, излагается новый метод расчета стоек переборок, бортовых ветвей шпангоутов и палубных бимсов. Он обеспечивает их устойчивость при восприятии и разносе по всей плоскости перекрытия усилий, приложенных к ее кромкам и лежащих в этой плоскости. До этого из-за отсутствия более точных расчетных средств обычно применялась формула Эйлера, определяющая критическую нагрузку двухопорной балки, нагруженной по концам сжимающими усилиями.
Академик Шиманский показал, что такой приближенный подход приводит к весьма большому отступлению от действительности; более точное исследование этого вопроса дает возможность получить значительное облегчение веса подкреплений перекрытий не только за счет правильного учета условий работы балок, но и путем установления вытекающей отсюда целесообразной системы подкреплений, учитывающей возникающие в этом случае напряжения в листах перекрытия.
Статья состоит из двух частей: в первой устанавливается распределение по длине балки реакций от листов перекрытия,* во второй выводится на этой основе уточненное выражение для критической нагрузки, на порядок отличающееся от применявшейся ранее формулы Эйлера.
Даже одного этого достаточно, чтобы по заслугам оценить творческий вклад Юлиана Александровича в развитие учения о прочности корабля. Чтобы это представление было, по возможности, полным, следует особо отметить роль Шиманского в становлении собственно строительной механики корабля. В частности, в третьем томе «Справочника по судостроению» наряду с общими основаниями обеспечения прочности судового корпуса инженер-конструктор найдет отработанную в деталях современную методику расчета продольной и местной прочности, основы расчета подкреплений под механизмы, котлы, вооружение, особенности конструирования сварных соединений, расчет мачт и боевых рубок, обеспечение прочности корпуса при спуске на воду и при постановке судов в док, особенности конструирования корпуса подводных лодок и т. п. Подобно И. Г. Бубнову автор «Справочника» вы¬
3 Шиманский Ю. А. Сборник статей по судостроению. Л., 1954.
48


ступает во всех своих основных трудах как нормотворец, завершающий решение основных задач строительной механики предложением рациональных норм прочности кораблей, подтвержденных опытом их повседневной и боевой службы.
Научное наследство академика Шиманского в области строительной механики корабля весьма многообразно. Его перу и после 1934 г. принадлежит ряд фундаментальных трудов.
В кораблестроении отсутствовали какие-либо нормы, регламентирующие прочность надводного борта. Наиболее полное рациональное использование предшествовавшей практики настоятельно требовало соответствующего теоретического исследования, оценивающего действие волн на корпус корабля.
Такое исследование было выполнено Ю. А. Шиманским еще в 1931 г. в статье «Определение усилий от ударов волн», опубликованной в пятом выпуске «Бюллетеня Научно-технического комитета УВМС РККА». Важность вопроса определялась многими авариями судов, систематическими повреждениями различных портовых сооружений и неоднократными разрушениями плавучих средств судоподъема в условиях морского волнения (например, при подъеме броненосца «Ростислав» в 1927 г. и крейсера «Олег» в 1928 г.). Единичные измерения усилий от удара морских и океанских волн о неподвижную преграду, выполненные в разное время, показали, что соответствующие давления могут достигать 30 т на квадратный метр площади преграды.
Уже в статье 1931 г. были получены общие формулы, дающие количественную оценку влияния основных факторов на величину усилий, которые вызываются ударом волн о неподвижную преграду или о корпус плавающего корабля. По этим формулам Юлиан Александрович рассчитал наибольшие напряжения в наборе и обшивке надводного борта десяти кораблей различных классов (сторожевой корабль, быстроходный тральщик, крейсеры, миноносцы, лидеры и др.) и сопоставил полученные результаты с данными наблюдений, выполненных в процессе повседневной службы. Это позволило ему впервые в кораблестроении нормировать прочность надводного борта судов с учетом воздействия волновых ударов. Последующая практика подтвердила правильность и этих норм.
49


В другой работе «Расчет прочности изогнутых листов обшивки корпуса судна» («Сборник Научно-исследовательского института военного кораблестроения», 1936, № 6, вновь издана в упоминавшемся авторском «Сборнике статей по судостроению»), Юлиан Александрович разработал практический метод расчета листов наружной обшивки, имеющих погибь (изогнутых в поперечной плоскости) и находящихся под одновременным действием давления воды и продольной нагрузки, обусловленной участием этих листов в общем изгибе корпуса. Для обоснования метода были использованы как теоретические исследования устойчивости цилиндрических оболочек, проведенные в предшествовавших работах Шиманского, так и результаты натурных испытаний семи опытных конструкций, специально изготовленных для этой цели. Так как «все теоретические формулы устойчивости цилиндрической оболочки как вследствие принятых при выводе их теоретических допущений, так и вследствие практических отступлений в выполненных конструкциях от вполне правильной формы их образования дают преувеличенные значения для критических нагрузок против получающихся в действительности», то предлагаемый приближенный практический метод расчета строится на базе введения в теоретические формулы сомножителя г] = 0,95—0,025 c/t (t — толщина листа, с — стрелка прогиба листа), хорошо воспроизводящего коррективы, внесенные результатами систематических опытов. Статья завершается рекомендуемым порядком расчета и численными примерами его проведения.
Сколь разнообразны обстоятельства, с которыми приходится считаться инженеру-судостроителю и к каким непредвиденным результатам может привести отсутствие учета особенностей реальной обстановки, показано в статье Ю. А. Шиманского «Условия правильного производства ремонта и достройки корпуса корабля», опубликованной в «Сборнике статей по судостроению» (1954).
При ремонте судов замену изношенных или поврежденных связей корпуса естественно приходится производить наплаву или в доке, когда в сечениях корпуса уже действуют напряжения, обусловленные его продольным изгибом. Такая же ситуация возникает при достройке корабля после спуска его на воду и в других случаях, когда по тем пли иным причинам необходимо установить на
50


плавающем корабле дополнительные продольные связи.
«Рассматриваемый в настоящей статье вопрос,— писал Ю. А. Шиманский,— приобретает особо важное значение в условиях военного времени, когда даже капитальные аварийные ремонты корпусов кораблей по ликвидации полученных ими боевых повреждений приходится производить крайне спешно в условиях, отличных от нормальных условий мирного времени». Юлиан Александрович рассчитывает «тот ущерб прочности корпуса, который неизбежно должен получаться в случае, если прочные связи корпуса будут установлены или заменены при положении корабля наплаву или в доке».
Физическая сущность вопроса состоит в следующем. Пусть в сечении корпуса корабля (при нахождении его в доке или на плаву) в районе, подлежащем ремонту, возник изгибающий момент М. Он вызовет во всех продольных связях пропорциональные себе напряжения. Обозначим напряжение в ремонтируемой связи а0. Естественно, удаление ее приведет к повышению напряжений в оставшихся связях корпуса. В связи, замененной на плаву или в доке, в отличие от условий при постановке ее на стапеле, т. е. при ненагруженном корпусе (М=0), возникнут остаточные напряжения — о0, равные по величине и противоположные по знаку тем напряжениям, которые возникали из-за наличия изгибающего момента М. Как показывают расчеты, в остальных связях корпуса независимо от числа и расположения вновь устанавливаемых или заменяемых связей также возникают остаточные напряжения и притом того же знака, что и обусловленные действием момента М.
«Так как остаточные напряжения для этих двух категорий связей получаются с разным знаком, то,— заключает Шиманский,— какое-нибудь из них всегда будет увеличивать абсолютную величину наибольших расчетных напряжений сечений корпуса, понижая этим расчетную прочность корпуса».
Юлиан Александрович заканчивает статью рекомендациями, как при корпусных работах в неблагоприятных условиях довести до минимума отрицательные последствия предварительного изгиба корпуса судна.
В статье «Испытание корпуса корабля в доке», обобщавшей опыт Великой Отечественной войны, Шиманский обосновывает свои предложения о целесообразности на¬
51


турных испытаний сварных корпусов головных судов для проверки их прочности и выявления производственных или конструктивных недочетов. Эта статья была опубликована во втором номере журнала «Судостроение» за 1945 г., а затем в «Сборнике статей по судостроению» 1954 г.
«Испытание корпуса, которое здесь имеется в виду, должно состоять из постановки корабля в сухой док последовательно на одну и две опоры таким образом, чтобы вызвать в сечениях корпуса изгибающие моменты, несколько превышающие их наибольшие расчетные значения, последующего производства замеров деформаций корпуса и напряжений в его основных связях и наблюдения за поведением его различных конструктивных узлов с целью обнаружения в них возможных строительных дефектов».
Впервые подобный опыт был проведен еще в 1936 г. над корпусом сторожевого корабля. Испытания выявили ряд существенных нарушений технологического процесса при сборке судна на стапеле. Одновременно получила подтверждение рекомендованная Ю. А. Шиманским методика подобных испытаний и была доказана эффективность их как средства, исключающего повторение технологических и конструктивных дефектов при серийной постройке кораблей.
Опыт оценки прочности кораблей, накопленный в годы второй мировой войны, позволил Шиманскому сделать в статье следующие основные выводы:
1. «Можно с полной уверенностью утверждать, что все известные случаи аварийных повреждений корпуса в тяжелых навигационных условиях плавания кораблей в военное время, происшедшие вследствие различных строительных дефектов и упущений, были бы предотвращены, если бы корпуса головных кораблей были своевременно испытаны в доке». Этот вывод, в частности, подтверждается анализом причин аварий многих сварных судов американской постройки типа «Либерти», которые погибли в море либо были выведены из строя на продолжительное время.
2. «Материальный и другой ущерб, связанный с аварийными повреждениями судов в процессе их эксплуатации, несоизмеримо больше затрачиваемых средств и времени испытаний головных судов в доке».
52


В конце статьи Шиманский указывает на наиболее «уязвимые» ослабленные узлы корпуса судна. Ими по многолетнему опыту эксплуатации являлись различные прерывистые связи, т. е. продольные связи корпуса, поперечное сечение которых по длине корабля резко меняется (вплоть до обрыва связи). Примерами могут служить комингсы палубных люков, местные продольные переборки, продольные связи в местах расположения палубных надстроек и т. п. Протяженность этих связей по длине корабля ограничена соответственно длиной палубных люков, расстоянием между поперечными переборками, длиной палубных надстроек (носовой, средней и кормовой) .
Детальному исследованию прерывистых связей посвящен его труд «Проектирование прерывистых связей судового корпуса», изданный отдельной книгой в 1949 г. Отметив во введении, что в строительной механике корабля почти полностью отсутствуют теоретические и экспериментальные исследования вопросов, связанных с проектированием прерывистых связей, он далее замечает: «Решение соответствующих задач методами теории упругости встречает столь большие трудности, что в настоящее время мы имеем строгое решение лишь для случая прерывистой связи, образованной наличием круглого или эллиптического отверстия в пластинах судового корпуса.
Однако даже это единственное строгое решение задачи еще не нашло в практике корпусостроеяия достаточно полного и правильного использования».
В этом труде Юлиан Александрович разрабатывает общую приближенную теорию деформации прерывистых связей, рассматривая ее как базу, необходимую для последующих лабораторных и натурных испытаний, призванных уточнить и откорректировать методику соответствующих инженерных расчетов.
Распределение напряжений в прерывистых связях устанавливается на основе простых физических представлений. «Представим себе,— пишет он,— что какая-либо связь, входящая в состав сечения растягиваемой конструкции, разрезана, как это показано штрихпунктиром на рис. 2, а. Очевидно, что в этом случае обе части разрезанной связи, освобожденные от действовавших до этого по их торцам растягивающих напряжений, будут стре¬
53


миться в районе разреза укоротиться, т. е. раздвинуться. Этому, однако, будет препятствовать примыкающая к ним непрерывная часть конструкции, в результате чего здесь должны возникнуть сдвигающие усилия, препятствующие свободному смещению разрезанной части относительно непрерывной части конструкции (рис. 2, б). Эти сдвигающие усилия будут иметь наибольшую величину в месте разреза, быстро уменьшаясь по мере удаления от этого
Рис. 2. Схема возникновения сдвигающих (б) и нормальных (в) напряжений в разрезанной (по штрих-пунктиру) связи (а)
места. Помимо сдвигающих усилий, появляющихся по линии примыкания прерывной части конструкции к ее непрерывной части, по этой же линии должны возникнуть и некоторые нормальные усилия, препятствующие изгибу концов прерывной части конструкции, который в противном случае должен был бы произойти под действием изгибающих моментов, образованных сдвигающими усилиями, как это показано на рис. 2, в».
Другая физическая картина явления дополняет описанную выше. «Рассмотрим растяжение показанной на рис. 3 прерывистой связи, состоящей из непрерывной части а и прерывной части б. Пусть показанные на рисунке сечения I—I настолько удалены от концов прерывной части, что они уже остаются плоскопараллельными, т. е. все продольные волокна между этими сечениями имеют одинаковое удлинение.
Прерывная часть б постепенно, от концов к середине, включается в работу на растяжение непрерывной части а,
54


й при достаточно большой длине прерывной части получается некоторый средний участок, ограниченный сечениями III—III, на котором напряжения в сечениях всей связи становятся равномерно распределенными, и, следовательно, удлинения всех продольных волокон на длине этого участка получаются одинаковыми.
На участках, ограниченных сечениями II—III, на протяжении которых действуют сдвигающие усилия между прерывной и непрерывными частями, продольные волокна, примыкающие к прерывной части... имеют меньшее удлинение, чем волокна более удаленные.
/ // /// /// // /
I I I I ' i
Рис. 3. Схема прерывистой связи, состоящей из непрерывной части а и прерывной части б
Суммарные удлинения всех продольных волокон между сечениями I—I будут одинаковыми, если удлинения их, а следовательно, и напряжения на участках I—II будут увеличиваться по мере приближения к той кромке непрерывной части, к которой присоединяется прерывная часть. Это увеличение напряжений, естественно, будет наибольшим в районе кромки, непосредственно примыкающей к прерывной части, т. е. в районе торцевых углов прерывистой связи».
Математизация описанных представлений позволила Юлиану Александровичу при некоторых дополнительных предположениях получить аналитические зависимости, отражающие распределение касательных (сдвигающих) и нормальных напряжений по сечениям прерывной и непрерывной частей растягиваемых или сжатых связей, а вместе с тем определить коэффициент концентрации напряжений, показывающий, во сколько раз наибольшее их значение превышает напряжение, которое наблюдалось
55


бы при непрерывности связи. Аналогично этому исследуется более общий случай изгиба конструкции.
В результате проведенного исследования Ю. А. Шиманский сделал следующие обобщающие заключения об участии прерывистых связей в прочности всей конструкции:
1) прерывная часть включается в работу всей конструкции благодаря тем сдвигающим и нормальным усилиям, которые возникают по линии примыкания ее к смежным непрерывным связям. При этом в случае растяжения, сжатия или чистого изгиба (в отсутствие поперечных сил) всей конструкции сдвигающие усилия достигают наибольшей величины в концевых сечениях прерывной части, интенсивно уменьшаясь по мере удаления от этих сечений;
2) абсолютная величина сдвигающих усилий в концевых районах прерывистой связи, а вместе с тем и величина коэффициента концентрации напряжений в прилегающей непрерывной части конструкции возрастают с увеличением площади поперечного сечения прерывной части и уменьшением высоты ее стенки;
3) концы прерывистых связей должны присоединяться к достаточно жестким опорным конструкциям, которые могут воспринять возникающие здесь относительно большие нормальные усилия;
4) в тех случаях, когда достаточно плавного уменьшения площади сечения концов прерывной части по тем или иным причинам получить нельзя, следует для уменьшения жесткости соединения этих концов с непрерывными связями выполнить его не сваркой, а с помощью заклепок.
Эти и другие конкретные конструктивные выводы, сделанные в первой главе книги, применяются затем к проектированию палубных надстроек (глава И), конструированию вырезов в связях корпуса (глава III) и иных видов прерывистых связей (глава IV). При этом особенно плодотворна идея исследования перераспределения напряжений, вызванного наличием выреза как явления, аналогичного перераспределению напряжений в прерывистой связи. Действительно, «проведя через центр выреза линию OOi, параллельную действующим в пластине растягивающим или сжимающим усилиям, как показано на рис. 4, а, мы разобьем пластину на две симметричные
56


части, каждую из которых можно рассматривать как прерывистую связь, высота прямолинейной кромки которой резко меняется (рис. 4, б). В соответствии с выводами, приведенными в главе I, в такой прерывистой связи должно возникнуть соответствующее перераспределение напряжений и, в частности, наибольшая концентрация напряжений в районе изменения высоты ее прямолинейной кромки, т. е. в углах выреза (точка а), как естественный результат действия тех сдвигающих усилий, которые появляются по линиям примыкания частей прерывистой связи, имеющих разную высоту (линии AB)».
а 5
Рис. à. Перераспределение напряжений в пластине с вырезом (а), аналогичное наблюдаемому в прерывистой связи (б)
Применение приближенной теории деформации прерывистых связей иллюстрируется в главах II — IV многими примерами расчета палубных надстроек (средней и полубака), выполненных из различных материалов, ребер жесткости палубного настила, продольных переборок и платформ и т. п. Каждый из этих примеров наряду с определением размеров деталей корпуса преследует цель оптимизации выбора самой конструкции. Таким образом, теория Шиманского предоставляла кораблестроителям большие возможности для рационального конструирования корпуса. Вот что писал по этому поводу сам Юлиан Александрович: «В современной практике корпусострое- ния, еще далеко не свободной от элементов необоснованного технического консерватизма, подкрепление круглых вырезов часто осуществляется в виде накладных листов круглой или прямоугольной формы, полностью охватывающих вырез, как это показано на рис. 5.
В свете всего сказанного, и в частности представления выреза как сочетания прерывистых связей, совершенно очевидно, что такая конструктивная форма подкрепления
57


круглого выреза явно нецелесообразна не только потому, что она требует сравнительно большого веса, но именно потому, что она не достигает цели, т. е. не устраняет те концентрации напряжений, о которых говорилось выше; степень нецелесообразности увеличивается по мере увеличения района, связи, охватываемого накладным листом. При достаточно большой величине этого района накладной лист окажется совершенно бесполезным, так как в нем самом должны появиться такие же концентрации па- пряжений, как и в неподкрепленном вырезе».
MiliiЦ Minui
L-
/А
V
1 )
Рис. 5. Накладные листы различной формы
tТТТтТм НМИМ
d Ö
Прошло 25 лет с момента выхода в свет труда академика Шиманского, но он и по сей день остается основным (пожалуй, единственным) научно-практическим пособием при конструировании прерывистых связей судового корпуса.
Спуск корабля на воду и постановка судна в док имеют ряд особенностей, отличающих их от условий нагрузки корабля на плаву. В первом случае кроме веса корпуса и спускового устройства система внешних сил включает в себя меняющиеся по мере перемещения судна силы давления воды и реакции спускового фундамента, распределенные по соответствующей части длины судна. Во втором случае вес корпуса, механизмов и вооружения уравновешивается реакциями доковых опор (киль-блоков), которые зависят от их «усадки» и жесткости конструкции. Этот важный вопрос был исследован Ю. А. Шиманским в монографии «Расчет прочности корпуса корабля при постановке в док и при спуске на воду», изданной в 1946 г. отдельным выпуском (№ 9) «Трудов Центрального научно-исследовательского института имени академика А. Н. Крылова». Конечная цель его расчетов состояла в проверке общей и местной прочности судна в наиболее
58


опасном случае и разработке конструктивных мероприятий, исключающих возможность аварийных ситуаций при спуске корабля на воду и постановке его в док. От «Справочной книги для корабельных инженеров» монография отличается общностью и полнотой исследования и решением новых вопросов, среди них, в частности, учет киле- ватости днища и его влияния на распределение реакций упругого фундамента при переменной по длине жесткости.
Сколь ни велика скорость хода надводного корабля (легкого крейсера или миноносца), преобладающее действие на него оказывают гидростатические давления воды, определяющие основную часть архимедовой силы поддержания. Подобная особенность характерна для так называемых водоизмещающих судов. [1а глиссирующих судах благодаря своеобразной форме их корпуса и относительно большой скорости хода поддерживающая сила создается в основном гидродинамическими давлениями, пропорциональными при прочих одинаковых условиях квадрату скорости. Так как из условий равновесия равнодействующая всех сил давления воды должна быть равна по величине результирующей всех сил тяжести, действующих на судно, и направлена прямо противоположно ей, то глиссер «выходит» из воды и по мере увеличения хода соответственным образом изменяет «угол атаки», образованный плоскими кормовыми участками днища и горизонтальной плоскостью. При этом носовая оконечность, отличающаяся большим развалом шпангоутов и пологой формой образования днища, оказывается над водой и «подвергается действию больших усилий от удара волн; так как эти усилия имеют направление, близкое к вертикальному, то они могут быть опасными не только для местной прочности корпуса катера, но и для его общей продольной прочности. Удары днища катера о волны могут быть настолько большими и резкими, что в некоторых случаях именно они ограничивают возможную наибольшую скорость катера при данном состоянии моря».
Последняя цитата взята нами из работы 10. А. Шиманского «Расчет прочности глиссирующих катеров», опубликованной в десятом выпуске «Трудов Центрального научно-исследовательского института имени академика А. Н. Крылова» в 1946 г. Здесь, как и в других работах, Юлиан Александрович применяет метод нормирования прочности на базе так называемых условных измерите¬
59


лей. Его сущность заключается в том, что характер и степень влияния всех главнейших факторов, определяющих деформацию, устанавливаются путем анализа условий, в которых находится рассматриваемая конструкция. Сама деформация оценивается расчетной формулой, позволяющей сравнить роль этих факторов при обеспечении прочности конструкции. «Применяя далее такую условную расчетную формулу,— писал Шиманский,— к ряду же построенных и испытанных на практике конструкций и делая надлежащие обобщающие сопоставления получаемых результатов, можно подобрать для этой условной расчетной формулы такие численные коэффициенты, при которых надежность ее окажется проверенной на практике».
Чтобы вычислить силу удара волны, Юлиан Александрович использовал полученные Н. Вагнером и Л. И. Седовым решения для случая вертикального удара тел различной формы при падении их на поверхность спокойной воды. Однако, чтобы применить их к случаю с глиссирующими катерами, пришлось принять ряд допущений, вследствие -которых расчетная формула стала «условной», но позволяла решить поставленную задачу. Эти допущения сводились к следующему: длина участка днища, входящего в соприкосновение с водой в момент удара, равна одной десятой длины катера, а расчетная величина угла дифферента катера — утроенному значению его при движении с полной скоростью на тихой воде (такой прием учитывает килевую качку судна при движении его на волнующемся море). Кроме того, принималось предположение, что сила удара воды по соприкасающейся с ней части длины судна распределяется по закону треугольника с вершиной, приходящейся на середину этой длины.
Сравниваемые глиссирующие катера признаются равнопрочными, если отношения расчетных изгибающих моментов и срезывающих сил к предельным значениям этих величин, полученным в предположении, что в корпусе возникли опасные напряжения (для металлов — предел текучести, для дерева — половина временного сопротивления), одинаковы, Эти условия позволяют рассчитать общую продольную прочность вновь проектируемого глиссирующего судна, пользуясь подходящим прототипом, зарекомендовавшим себя хорошими мореходными качествами при движении на волне.
60


Монография Ю. А. Шиманского «Расчет прочности глиссирующих судов» содержит примеры подобных расчетов наряду с решениями многих дополнительных вопросов (местная прочность, особенности выбора материала, нормы допускаемых напряжений и т. п.), возникающих в процессе конструирования корпуса глиссирующего катера.
Из всего сказанного у читателя может создаться впечатление, что безопасность плавания корабля как инженерного сооружения требует обеспечения лишь общей продольной и местной прочности. Действительно, как в заграничной практике, так и в отечественной кручению корабля, неизбежно возникающему в различных условиях его эксплуатации, не уделялось должного внимания. Адмирал Флота Советского Союза И. С. Исаков свидетельствовал, что при плавании на эскадренном миноносце «Изяслав» он по «разводу» мачт, удаленных одна от другой на расстояние более 60 м, наблюдал как следствие удара в борт корабля при швартовке угол закручивания корпуса порядка трех градусов. В рукописи неопубликованной статьи И. С. Исакова «Корабль — упругая балка» можно прочесть: «В момент удара, находясь на баке, я инстинктивно повернул голову в сторону мостика и неожиданно для себя увидел, что мачты корабля, бывшие точно в створе (настолько, что я не видел грота-стеньги, заслоняемой фок-мачтой), вдруг разъехались и фок-мачта отклонилась от отвесного положения, показав грот-стеньгу, затем как будто грот перекосился на другую сторону на меньший угол, а затем все стало на свои обычные места.
Эффект увиденного был настолько неожиданным, что я сперва не поверил своим глазам».
Подобные явления должны наблюдаться также при движении корабля косым курсом по отношению к направлению бега волн и при боковой качке. Для нахождения деформаций и напряжений, вызванных действием крутящих моментов, могли быть использованы известные из теории упругости решения, относящиеся к кручению призматического бруса тонкостенного профиля. Имея в виду, что поперечное сечение корпуса представляет собой так называемый замкнутый контур (рис. 6), состоящий из шпангоутов (2), палуб (2), второго дна (3) и продольных переборок (4), Юлиан Александрович предложил простой метод расчета, учитывающий особенности такого
61


контура («Справочник по строительной механике корабля», т. I и И, 1958).
Важность рассматриваемого вопроса определяется не только формальным требованием — проверить прочность корпуса и на кручение. Гораздо более существенной является необходимость учета при расчете прочности и конструктивном оформлении различных вырезов в настиле корпусных перекрытий тех сдвигающих усилий, которые возникают при кручении корпуса.
Рис. 6. Многосвязный контур поперечного сечения корпуса
Последнее замечание позволяет установить непосредственную связь между рядом работ Юлиана Александровича, преследующих общую цель освободить практику кор- гхусостроения «от элементов необоснованного технического консерватизма» и поставить расчеты прочности на рациональную основу.
В процессе развития строительной механики корабля как науки, объемлющей многие проблемы учения о прочности, устойчивости и жесткости корабельных конструкций, выявилась необходимость выделения и специализации ряда исследований в виде самостоятельных дисциплин и отвечающих им научных направлений. Особенности конструирования подводных лодок потребовали многих усилий, направленных на решение задач, связанных со строительством подводного флота. Так возникла новая дисциплина «строительная механика подводных лодок», создание которой обязано трудам Ю. А. Шиманского и его школы.
Полученные Юлианом Александровичем реищния—дж^ намических задач учения о прочности судов, включая фундаментальный труд «Динамический расчет судовых конструкций», определили новое направление в развитии строительной механики корабля. Оно охватывает исследо¬
62


вание вибрации корпуса и корабельных конструкций, систематическое изучение динамических нагрузок и рекомендацию мер по учету и возможному ограничению их влияния на прочность корабля.
Научные работы академика Шиманского позволили расширить практические приложения теории упругости и пластичности к решению инженерных задач кораблестроения. Это научное направление отличается строгостью и общностью исследований, уступая другому, решающему те же задачи средствами дисциплины «сопротивление материалов», в простоте результатов и полноте охвата объектов.
Эту классификацию работ можно признать в известной мере условной. Однако представляется, что она поможет лучше раскрыть все многообразие научного наследства Юлиана Александровича.


Глава третья
Работы по строительной механике подводного корабля
Повседневная и боевая служба подводной лодки проходит в условиях, существенно отличных от условий службы надводного корабля. Корпус подводной лодки должен обладать не только достаточной продольной, но и необходимой общей поперечной прочностью, обеспечивающей безопасное восприятие больших сжимающих усилий, вызванных давлением воды на предельной глубине погружения.
Мировая* история подводдого флота знает немало случаев гибели лодок от «неизвестных» причин, «которые, всего вероятнее, должны быть объяснены разрушением их корпуса на большой глубине в результате или недостаточной его прочности, или аварийного переуглубления подводной лодки, сверх установленной для нее расчетом предельной глубины погружения». Эта цитата взята из введения к книге Ю. А. Шиманского «Строительная механика подводных лодок», изданной Государственным издательством судостроительной литературы в 1948 г. Там же можно прочесть: «Другой отличительной особенностью в обеспечении прочности корпуса подводной лодки является то, что ошибки, допущенные в конструкции, могут стать причиной внезапной гибели подводной лодки при ее глубоководном погружении, когда нет возможности не только своевременно, но и в последующем обнаружить дефекты в конструкции корпуса. Это обстоятельство существенно отличает условия работы корпуса подводных лодок от корпуса надводных кораблей и других инженерных сооружений».
Особенности действий подводных лодок и вытекающее из них своеобразие приемов и способов расчета прочности цх корпусов потребовали создания специализированного
64


курса строительной механики подводного корабля, базирующегося на общих рациональных принципах учения о прочности судов и решениях новых фундаментальных задач, основанных на соответствующих теоретических и экспериментальных исследованиях.
К работе над этим курсом Юлиан Александрович приступил еще в начале 30-х годов (применительно к программам Военно-морского училища имени Ф. Э. Дзержинского и Николаевского кораблестроительного института). Наряду с этим он проводил теоретические исследования прочности и устойчивости тонких цилиндрических оболочек, изогнутых пластин и колец, сочетая эту работу с руководством испытаниями корпусов подводных лодок.
Вся эта систематическая долголетняя работа Ю. А. Шиманского и легла в основу изданной в 1948 г. книги «Строительная механика подводных лодок». Первая ее часть посвящена практическим методам и приемам расчета прочности корпуса подводных лодок, вторая — подробному выводу расчетных формул. Такое распределение материала должно было, по мнению Юлиана Александровича, помочь «избегнуть загромождения математическими выкладками основной — первой — части курса в ущерб легкости ее усвоения». Во второй части автор использовал свои предыдущие работы, вошедшие в третий том «Справочника по судостроению» 1934 г., и оригинальные журнальные статьи, опубликованные в различное время.
Избранная Шиманским форма изложения не только обеспечивала «легкость усвоения» первой части курса, но и была удобна для практического применения. В каждой из восьми глав наряду со сводкой относительно простых расчетных формул и рекомендованных алгоритмов вычислений содержатся нормы прочности корпусных конструкций и условия, в которых они должны быть соблюдены. Так, в первой главе обосновывается расчетная глубина погружения при заданном предельном ее значении. Одновременно учитывается возможность как «самопроизвольного, имеющего аварийный характер, переуглубления подводной лодки», так и нарушений первоначальной формы образования связей корпуса. На последнее обстоятельство Юлиан Александрович обращал особое внимание. «...При постройке подводных лодок,—писал он,— должно быть обращено самое серьезное внимание на контроль правильности сборки. При этом нельзя допускать, чтобы
3 И. Г. Ханович 65


отступления от правильной круговой формы шпангоутов превосходили 74% от радиуса корпуса и стрелки прогиба обшивки между смежными шпангоутами превышали 15% от толщины обшивки».
Здесь, как и в других своих работах, Юлиан Александрович напоминал, что прочность строящегося корабля обеспечивается коллективной работой инженеров-конструк- торов и рабочих-судостроителей. Для ее успешного завершения необходимо, чтобы рациональная конструкция была изготовлена качественно, т. е. неизбежные в процессе производства отклонения не выходили за пределы расчетных допусков. Превышение их при сборке корпуса подводной лодки, как показали расчеты Шиманского, могут привести к преждевременной потере устойчивости шпангоутов и наружной обшивки в условиях, близких к предельной глубине погружения. Это заключение подтверждается и предшествовавшим ему опытом строительства подводных кораблей.
Вторая глава первой части посвящена прочности наружной обшивки. Изложение расчетной схемы предваряется в ней. подробным описанием общего характера деформации. «Под действием всестороннего давления воды обшивка получает первоначально симметричную относительно ее оси деформацию сжатия и изгиба в пролетах между шпангоутами. При дальнейшем увеличении давления обшивка теряет устойчивость с образованием в ней чередующихся выпучин и впадин в поперечном и в продольном направлениях. Явление потери устойчивости обшивки, т. е. образование на ней заметных выпучин и впадин, обычно в первый момент имеет местный характер, причем местные выпучины или впадины могут появляться при давлении, значительно меньшем эйлерова (критического) давления, отвечающего общей потере устойчивости обшивки. Появление таких преждевременных местных выпучин или впадин объясняется наличием в этих местах чрезмерных строительных отклонений обшивки от правильной круговой формы. Протяженность преждевременных выпучин и впадин ограничивается шпангоутами, и поэтому при достаточном запасе местной прочности у шпангоутов, даже при дальнейшем увеличении давления воды на обшивку, выпучины или впадины сохраняют свой местный характер. Однако по мере приближения действующего давления к критическому число таких
П6


местных вмятин и выпучин, а также глубина их увеличиваются, и они приобретают характер нежелательных остаточных деформаций обшивки.
Величина критического давления определяется моментом быстрого увеличения числа местных выпучин и вмятин с последующим переходом их в сплошную волнообразную поверхность обшивки».
Приведенное описание полностью отвечает многократным наблюдениям, выполненным в процессе модельных и натурных испытаний. При этом достижение критического давления легко отмечается не только визуальным наблюдением за состояние^ обшивки, но и обычно сопровождающим его шумовым эффектом, а также резким падением давления воды, наблюдаемым по манометру.
Ясно, что наружная обшивка корпуса подводной лодки должна быть рассчитана так, чтобы исключить неустойчивость ее деформации при предельной глубине погружения. Сложность решения этой задачи связана с тем, что в отличие от оценки сопротивляемости цилиндрической оболочки внутреннему давлению, которая может быть с достаточной точностью определена с помощью теоретических формул, подсчет сопротивляемости цилиндрической оболочки внешнему сжимающему воздействию обычно дает завышенные величины критического давления. Чтобы избежать этого, Ю. А. Шиманский устанавливает поправочные коэффициенты, введение которых в расчетные формулы позволяет привести результаты вычислений в соответствие с наблюдаемыми на модельных и натурных объектах.
Неизбежность такого приема и необходимость учета неточности сборки корпуса обусловливаются отличием от обычно принимаемой в теоретических исследованиях пропорциональности напряжений и деформаций той действительной зависимости между ними, которая наблюдается вблизи критической нагрузки. По этому поводу Юлиан Александрович писал: «Вследствие указанных причин никакая теоретическая формула не может быть рекомендована для пользования ею до тех пор, пока она не будет согласована с данными непосредственного опыта и в соответствии с этим исправлена; наоборот, любая из известных теоретических формул при этом условии становится почти одинаково надежной в тех пределах пользования ею, для которых она исправлена».
67
3*


В третьей и четвертой главах первой части книги «Строительная механика подводных лодок» излагаются методы расчета прочности шпангоутов.
Опыт боевой службы подводных лодок показал, что при подводных взрывах бомб и мин ударная волна, производя вмятины в обшивке корпуса в пролетах между шпангоутами, часто не нарушает ее водонепроницаемости. Вместе с тем участки деформированной обшивки уже не могут передавать воспринимаемое ими давление воды на соседние недеформированные части. «В этом случае,—
заключает Юлиан Александрович,— как и во всех других случаях образования в обшивке местных вмятин, живучесть корпуса на больших глубинах его погружения будет обеспечиваться лишь местной прочностью шпангоутов». При современном развитии средств борьбы с подводными лодками крайне необходимо, определяя конструктивные размеры набора, исходить не только из условия обеспечения устойчивости наружной обшивки, но и из практики боевой службы кораблей. Шиманский предлагает соответствующие нормы конструктивных размеров набора и излагает приближенные методы расчета прочности шпангоутов эллиптической и произвольной формы.
Особый интерес представляет четвертая глава, повторяющая практически содержание статьи «Расчет составных шпангоутов корпуса подводной лодки», опубликованной Юлианом Александровичем ранее в одном из сборников. Составные шпангоуты прочного корпуса подводной лодки (рис. 7) образуются из отдельных частой (круговой или иной формы), соединенных между собой в узлах кницами (косынками) и имеющих дополнительные связи в промежутках между узлами. Такие шпангоуты обычно устанавливаются в районах расположения различных цистерн (рис. 7, а) и нередко применяются для образования всего прочного корпуса (рис. 7, б). «Особен-
т


ностыо этого типа шпангоутов (составленных из пересекающихся круговых балок и прямолинейных распорок — рис. 7, б),— писал Шиманский,— является четкое распределение функций, выполняемых их составными связями и, как следствие этого, отсутствие изгибающих усилий в сечениях этих связей. Круговые балки воспринимают действующую на шпангоут внешнюю нагрузку и передают ее в виде касательных сосредоточенных сил на узловые точки; распорки, расположенные между узловыми точками, уравновешивают на себе указанные сосредоточенные силы».
Для определения этих сосредоточенных в узлах сил Шиманский доказывает предварительные леммы, упрощающие выполнение соответствующих расчетов.
Полнота рассмотрения возможных конструктивных решений задачи обеспечивается исследованием различных типов распорок (раскосные или безраскосные фермы, балка со сплошной стенкой, оптимальная конструкция), доведенным до простых расчетных результатов, проиллюстрированных типовыми примерами.
Пятая глава книги посвящена расчету прочности переборок, которые по своему назначению подразделяются на концевые, ограничивающие прочный корпус подводной лодки, переборки систерн быстрого погружения, балластных и топливных систерн внутри прочного корпуса, водонепроницаемые переборки легкого корпуса, ограничивающие палубные и наружные балластные систерны, легкие водонепроницаемые переборки для обеспечения непотопляемости корабля при аварийных повреждениях прочного корпуса в надводном положении и др. Для каждого из перечисленных типов поперечных связей корпуса назначаются нормы прочности и условия, в которых они должны быть соблюдены.
Далее в главе подробно рассматриваются преимущества и недостатки различных типов конструктивных решений, какими являются плоские, цилиндрические и сферические переборки.
«1. С точки зрения экономии веса,— пишет Шиманский,— сферическая переборка значительно выгоднее плоской поперечной переборки; это является следствием юго, что в связях плоской поперечной переборки, работающих на изгиб, напряжения распределяются неравномерно и? следовательно, материал этих связей используется
69


менее эффективно, чем в сферической переборке, в которой напряжения по всей ее площади и толщине практически одинаковы.
В конструктивном и габаритном отношениях преимущество сферической переборки заключается в отсутствии у нее ребер...
2. Органическим недостатком сферических переборок является далеко не одинаковая сопротивляемость их давлению воды с разных сторон переборки. Сопротивляемость сферической переборки давлению воды с ее выпуклой стороны оказывается сильно пониженной, так как она ограничивается предельной нагрузкой, отвечающей моменту потери устойчивости переборки, т. е. началу изгиба ее в обратном направлении».
Так как методика расчета прочности плоских переборок подводной лодки по существу совпадает с рекомендуемой в строительной механике надводного корабля, то в остальной части пятой главы автор излагает основы теории и метода расчета сферических переборок, отличающегося от других введением поправочных коэффициентов, согласующих результаты вычислений с опытными данными.
Целесообразность следующей главы — «Подкрепления корпуса» — Юлиан Александрович аргументировал так: «Прочность корпуса подводной лодки, как и всякого другого инженерного сооружения, определяется прочностью тех, хотя бы и единичных, но ослабленных мест корпуса, которые могут получиться в результате возможных упущений при его проектировании и постройке. Поэтому вопросу о надлежащем местном подкреплении заведомо ослабленных частей корпуса должно уделяться не меньшее внимание, чем обеспечению прочности корпуса в целом».
Местных подкреплений требуют участки шпангоутов и наружной обшивки, на которых были допущены при постройке корпуса или возникли в процессе службы корабля отступления от расчетной формы связей за приемлемые пределы, места выкружек или вырезов в шпангоутах прочного корпуса, связанных с выходами гребных валок, торпедных аппаратов и т. п. Конструктор найдет в этой главе конкретные решения, практические нормы и требования по восстановлению прочности «заведомо ослабленных частей корпуса».
70


Особенности расчета прочных рубок подводных лодок изложены в седьмой главе. Они определяются, в частности, условиями боевой живучести лодки при плавании в надводном положении при обстреле ее, вынуждающем назначать толщину обшивки рубки, значительно превосходящей величину, соответствующую обычному расчету прочности.
Последняя — восьмая — глава первой части «Строительной механики подводных лодок» содержит расчеты постановки в док, особенно важные в аварийных случаях, требующих необычного распределения опорных киль-блоков и клеток под корпусом подводной лодки. Тому же вопросу посвящена статья Ю. А. Шиманского «Расчет постановки в док подлодок».
Вторая часть книги «Вывод расчетных формул» кроме непосредственной научной значимости имеет большое учебно-воспитательное значение. Она позволяет инжене- ру-конструктору, освоившему расчетные методы, рекомендованные в первой части книги, не только углубить свои знания, но и изучить творческие приемы применения математических средств для решения практических задач кораблестроения.
В основу первой главы второй части положена статья 10. А. Шиманского «Изгиб тонких цилиндрических оболочек, подкрепленных ребрами конечной жесткости», опубликованная в 1933 г.
Если пренебречь сравнительно небольшой продольной кривизной обводов корпуса, то постановка задачи непосредственно отвечает расчету прочности наружной обшивки подродного корабля.
Изучением этого практически важного вопроса занимались многие авторы. Юлиану Александровичу принадлежит наиболее простое решение этой сложной задачи путем применения тригонометрических рядов к исследованию деформаций упругой системы, а также рациональной обработки полученного результата, упрощающей его практическое использование.
Таблицы, составленные Шиманским, позволяют простыми расчетными средствами определить деформации и напряжения в различных сечениях цилиндрической оболочки.
Во второй главе второй части книги излагается решение задачи об устойчивости тонких цилиндрических обо¬
71


лочек и изогнутых пластин, впервые изложенное Шиманским в шестом номере «Сборника трудов» за 1936 г. Относительная простота и наглядность полученных результатов рассматриваются автором работы как «естественное следствие примененного для решения этой задачи метода потенциальной энергии». Мало того, применение этого метода позволило отказаться от некоторых допущений,
Рис. 8. Цилиндрическая оболочка, подкрепленная круговыми ребрами жесткости
обычно принимаемых в теории устойчивости тонких оболочек.
В чем же заключается существо метода потенциальной энергии? Поясним на примере цилиндрической оболочки (рис. 8), подкрепленной круговыми ребрами жесткости (шпангоутами) и находящейся под действием равномерно распределенного по ее поверхности давления q и осевой нагрузки Г, которая также равномерно распределена по торцевым кромкам оболочки. До тех пор пока действующая на оболочку внешняя нагрузка не достигла критического значения, форма изгиба остается устойчивой: при отклонении от этой равновесной формы оболочка будет вновь к ней возвращаться. Это свойство устойчивости характеризуется тем, что приращение потенциальной энергии оболочки при таком отклонении оказывается большим, чем работа, совершенная действующими на оболочку внешними силами.
Когда внешняя нагрузка достигнет критического значения, становится возможным такое отклонение оболочки, при котором приращение потенциальной энергии ее оказывается равным работе внешних сил.
Отсюда следует, что значение критической нагрузки может быть получено путем приравнивания выражения
72


работы внешней нагрузки приращению потенциальной энергии оболочки при отклонении ее от равновесной формы. По самому смыслу задачи форма отклонений должна быть выбрана такой, при которой значение критической нагрузки получается наименьшим.
Используя метод потенциальной энергии, Юлиан Александрович снова применяет тригонометрические ряды для воспроизведения деформаций упругой системы, а в окончательные выражения для критической нагрузки вводит поправочные (переменные) коэффициенты, учитывающие неточности сборки и отклонения от закона Гука при напряжениях, близких к эйлеровым.
В третьей главе рассказывается о применении метода наложения к исследованию изгиба кольца, в четвертой — исследуются деформации составного кольца. Под составным понимается кольцо, образованное из дцух частей круговой формы в общем случае разного сечения и характеризуемых различными радиусами. С деформацией подобных колец приходится иметь дело при расчетах прочности шпангоутов подводной лодки, составленных из двух круговых участков либо имеющих местные усиления.
Исследование выполнено в общей постановке и доведено до определения изгибающего момента, осевой и перерезывающей силы в произвольном сечении. Применение общего решения к частным случаям приводит к неожиданным результатам. Так, «если одна часть составного кольца имеет большую жесткость по сравнению с жесткостью другой части, то в части кольца, менее жесткой, никаких дополнительных усилий не возникает, в части же более жесткой появляется постоянный изгибающий момент», пропорциональный разности радиусов обеих частей.
Тема пятой главы второй части четко сформулирована в ее названии — «Влияние начальной погиби в кольце и цилиндрической оболочке на их прочность». Важность исследования этого вопроса станет очевидной, если учесть, что введение поправочных коэффициентов в теоретические формулы для определения эйлеровой нагрузки не дает исчерпывающего решения, поскольку эти коэффициенты не учитывают степени отклонения от расчетной круговой формы, т. с. величину начальной погиби — одной из основных причин расхождения теоретических расчетов с опытом.
73


Чтобы сделать метод исследования зримым, Юлиан Александрович сначала решает задачу о сжатии прямого стержня длиною L при наличии первоначальной погиби /о на участке протяженностью с (рис. 9). Критическое напряжение, рассчитываемое в предположении, что неустойчивость равновесной формы стержня проявляется в пределах упругости, определяется по той же формуле Эйлера, которая отвечает случаю /0 = 0, т. е. в отсутствие начальной погиби. При этом наибольший изгибающий момент,
Рис. 9. Сжатие прямого стержня, имеющего на участке длиною с первоначальную погибъ /о
а вместе с ним и наибольшие напряжения в стержне, имеющем начальную погибь, зависят не только от величины сжимающей силы и наибольшей стрелки начальной погиби /о, но и от длины участка с, на который она распространяется. Наихудший случай при с = L. Далее определяется максимально допустимая величина стрелки погиби, при которой наибольшие напряжения не превысят предела пропорциональности или близкого к нему предела упругости материала. Аналогичным образом исследуются максимально допустимые величины погиби кругового кольца и цилиндрической оболочки как при наличии, так и при отсутствии подкрепляющих ребер.
Последняя глава книги посвящена экспериментальным исследованиям устойчивости оболочки. В ней сначала устанавливаются общие законы, которым должны подчиняться деформации подобных конструкций, характеризующихся одним и тем же отношением (масштабом) всех сходственных линейных размеров и выполненных из материалов, обладающих одинаковыми механическими свойствами. Так, в наиболее частом случае, когда суммарные (результирующие) величины распределенных нагрузок пропорциональны квадрату масштаба и, следовательно, давления в натуре и на модели одинаковы, напряжения не зависят от масштаба X. При этом срезывающие силы
74


прямо пропорциональны À2, а изгибающие моменты — V; соответственно этому стрелки прогиба пропорциональны а углы поворота сечений на модели и в натуре одинаковы. Проведенные на этой основе модельные и натурные испытания позволяют рекомендовать достоверные значения поправочных коэффициентов, вводимых в теоретические формулы для критических напряжений, что существенно повышает точность расчетов.
Труд «Строительная механика подводных лодок» подытоживает многолетнюю работу Юлиана Александровича, связанную со строительством советского подводного флота.
Ближайшими помощниками Юлиана Александровича в разное время были Л. Г. Маркова, В. Ф. Сегаль — при разработке отдельных теоретических вопросов строительной механики корабля и В. Ф. Безукладов — при проведении систематических экспериментальных исследований на кораблях.
Труды академика Шиманского служат основой советской школы строительной механики корабля, многие представители которой успешно продолжают развивать идеи, внесенные в корабельную науку Юлианом Александровичем. Так, В. А. Постнов получил важные результаты в области исследования пластин судового корпуса после потери устойчивости, А. А. Курдюмов, Г. О. Таубин и другие исследователи внесли значительный вклад в разработку вопросов общей и местной прочности корпуса при постановке корабля в док и при спуске его на воду, В. В. Екимов, В. В. Козляков, Я. И. Короткий, Н. В. Мат- тес, И. Н. Сиверцев и Б. Н. Смоляков провели многие оригинальные исследования по основным вопросам продольной и поперечной прочности корпуса и рациональному его конструированию. Особенностям строительной механики подводных лодок посвящены монографии К. Г. Абрамяна, H. С. Соломенно, В. В. Сорокина, В. С. Калинина, В. А. Постнова и других. Дальнейшее развитие основополагающих трудов академика Шиманского по проектированию прерывистых связей судового корпуса можно найти в исследованиях В. В. Козлякова, Н. Л. Сиверса и других ученых. Все это свидетельствует о решающем влиянии, которое оказывали и оказывают идеи Юлиана Александровича на развитие советской кораблестроительной школы.


Глава четвертая
Вклад Ю. А. Шиманского в теорию корабля
Академик Шиманский сыграл выдающуюся роль в развитии строительной механики корабля. Научное наследство Юлиана Александровича охватывает и многие другие разделы корабельной науки, в первую очередь теорию корабля. Чтобы полнее уяснить его вклад в эту науку, напомним ее основные положения.
Каково бы ни было назначение судна, оно должно обладать плавучестью, остойчивостью, плавностью и умеренностью качки, непотопляемостью, ходкостью, поворотливостью и устойчивостью на курсе. Перечисленные мореходные качества судна изучаются теорией корабля.
Плавучестью называется свойство судна держаться на воде, неся все предназначенные ему по роду службы грузы и имея при этом заданную осадку (углубление) носом и кормой.
Со школьных лет читатель знаком с законом Архимеда. Величайший из математиков и механиков своего времени (287—212 гг. до н. э.) в сочинении «О плавающих в жидкости телах» доказал основные предложения — теоремы, одна из которых приведена ниже в том виде, в каком она была им сформулирована: «Предложение пятое. Если более легкое, нежели жидкость, тело будет в нее помещено, то оно погрузится настолько, что объем жидкости, равный объему погруженной части, будет весить столько же, как и все тело». Таким образом, закон Архимеда устанавливает, что мерой плавучести, т. е. количественной оценкой свойства судна плавать, является объем V вытесненной им воды, называемый объемным водоизмещением корабля (объем подводной части) и измеряемый в кубических метрах. Вес воды (в тоннах) в этом объеме
76


равен сумме Р всех весов (грузов, вооружения, механизмов и т. п., включая и вес корпуса судна), которые по своему назначению должен нести корабль. Следовательно,
(3.1)
где у — объемный вес воды, изменяющийся в пределах от 1,000 до 1,003 т/м3 для речной и морской воды соответственно.
Казалось бы, что в столь простом вопросе не может быть неясностей, хотя справедливости ради следует напомнить, что основное уравнение плавучести (3.1) нашло свое практическое применение в кораблестроении лишь через 19 веков 1 после появления трактата «О плавающих в жидкостях телах».
Уже в наше время (в 1938—1939 гг.) при составлении нового судостроительного стандарта С1-141, определявшего требования к таблицам нагрузки надводного корабля, возникла дискуссия об учете в этих таблицах веса воздуха. Сторонники положительного решения вопроса мотивировали его тем, что, например, для корабля водоизмещением в 50 тыс. т вес воздуха в корпусе судна составляет около 65 т и, таким образом, имеет тот же порядок, что и многие другие «мелкие» статьи весовой нагрузки.
Чтобы своевременно рассеять имеющееся в этом вопросе заблуждение и внести в него необходимую ясность, Ю. А. Шиманский выступил в «Сборнике статей по судостроению» (1954 г.) со статьей, которая так и называется «Нужно ли учитывать вес воздуха в нагрузке корабля». Прежде всего, Юлиан Александрович устанавливает, «что вес воздуха, расположенного выше плоскости ватерлинии, никакого влияния на вес и посадку корабля не оказывает», так как вызванное им «давление передается через воду и воздух, находящийся ниже плоскости ватерлинии, соответственно на наружную и внутреннюю поверхности обшивки корпуса и, следовательно, полностью
1 Впервые в 1666 г. английский корабельный инженер А. Дин «предсказал» углубление корабля до спуска его на воду. Он был настолько уверен в правильности своих расчетов весовой нагрузки и объемного водоизмещения судна, что еще на стапеле приказал прорезать в бортовой обшивке пушечные порты (отверстия для выхода стволов орудий), которые после спуска корабля на воду возвышались над се поверхностью на том именно расстоянии, какое было заранее вычислено строителем.
77


уравновешивается». В отличие от этого, «вес воздуха, находящегося ниже плоскости ватерлинии, т. е. воздуха в объеме погруженной части корпуса, непосредственно воспринимается (только) внутренней поверхностью обшивки и таким образом... увеличивает вес корабля».
Приведенные выше цитаты из статьи наряду с ответом на поставленный вопрос дают объективное представление о доходчивости и ясности языка ее автора. Убедительность его суждений подкрепляется затем простыми формулами, свидетельствующими, что незначительное влияние воздуха (до 0,13%) «с избытком покрывается теми неизбежными погрешностями и неточностями, которые присущи технике кораблестроения, как в процессе выполнения всех чертежных и вычислительных работ, так и в процессе постройки корабля».
Из этих же формул следует, что постановка вопроса об учете веса воздуха в нагрузке надводного или подводного корабля сама собой отпадает, если в кораблестроительных расчетах, связанных с применением закона Архимеда, все веса, в том числе и вес воды, определять в действительных условиях, при которых строятся и плавают корабли, т. е. в реальном воздушном пространстве.
Чтобы пояснить читателю необходимость опубликования статьи, академик Шиманский в заключение выражает сожаление, что «учет веса воздуха в объеме корпуса не только успел широко распространиться, но уже в обязательном порядке еще применяется в практике нашего судостроения», хотя подобное применение при опытном определении остойчивости судна является не только нецелесообразным, но и по существу ошибочным.
Остойчивостью называют свойство корабля сохранять положение равновесия и вновь возвращаться к нему, после того как прекратится действие причин (перемещение грузов, порыв ветра и т. п.), вызвавших изменение этого положения.
В каком бы положении корабль ни плавал, на него постоянно действуют две силы, равные по величине и направленные вертикально в противоположные стороны: вес корабля Р со всеми находящимися на нем грузами и поддерживающая сила воды А (архимедова сила плавучести). Каждая из них по существу представляет собой результирующую (равнодействующую) многочисленных
78


сил, приложенных в различных местах корабля. Сила Р, равная весу корабля, если ее приложить в точке G, именуемой центром тяжести судна (рис. 10), оказывает на положение корабля в воде такое же влияние, как и веса самого корпуса, бронирования, вооружения, механизмов, топлива и т. п., вместе взятые. Аналогично вместо сил давлений воды, действующих на различные участки подводной поверхности корабля, можно при изучении условий его равновесия рассматривать одну результирующую силу поддержания, равную весу воды в объеме подводной части судна. Сила эта А приложена в точке С, являющейся центром тяжести указанного объема и именуемой центром величины.
В прямом положении корабля обе силы — вес Р и сила поддержания А — лежат на одной вертикали. Если же какая-либо внешняя причина вызовет наклонение корабля (рис. 11), то вследствие увеличения подводного объема у одного борта и соответственно уменьшения — у другого, центр величины переместится в сторону крена.
На рис. 11 представлены три возможных типичных случая.
1. Точка М пересечения направления силы поддержания с диаметральной плоскостью (она называется метацентром) лежит выше центра тяжести корабля (рис. 11, а); в этом случае вес и сила поддержания стремятся погрузить в воду один борт корабля (на рисунке — левый) и поднять другой (правый). Такое положение будет, очевидно, остойчивым, так как после устранения причины, вызвавшей накренение, корабль вернется в прямое положение. Восстанавливающее действие пары сил Р и А оценивается произведением общей величины этих сил (Р = А) на плечо пары г, называемым восстанавливающим моментом Мвос.
2. Поддерживающая сила пересекает диаметральную плоскость в точке М (рис. 11, б), лежащей ниже центра тяжести корабля (метацентр М располагается ниже точ¬
Рис. 10. Силы, действующие на корабль в прямом положении
79


ки G); очевидно, что в этом случае под действием пары сил Р и А корабль будет продолжать крениться и в конце концов может опрокинуться. Здесь следует «восстанавливающий момент» считать отрицательным, а само положение корабля — неостойчивым.
3. 	Обе силы, действующие на накрененный корабль, лежат на одной вертикальной прямой — метацентр М совпадает с центром тяжести G (рис. 11, в). В этом случае
Рис. 11. Силы, действующие на корабль в накрененном положении h — метацентрическая высота, г — плечо пары сил Р и Л
корабль не вернется в прямое положение, так как восстанавливающий момент отсутствует, или, иначе говоря, равен нулю. Такое положение, называемое безразличным, представляет скорее теоретический интерес, так как в реальных условиях плавания под влиянием внешних причин корабль накренится дополнительно в ту или иную сторону от безразличного положения, а центр величины переместится в направлении полученного крена: остойчивость нового положения будет снова определяться возвышением метацентра над центром тяжести корабля.
Чем выше метацентр над центром тяжести, тем остойчивее корабль, тем при прочих одинаковых условиях (фиксированных весе Р корабля и угле крена 0°) больше восстанавливающий момент, который, согласно рис. 11, а, определяется формулой 2
Мвос =Pr = Ph sin 0° = PM. (3.2)
Здесь h = MG — возвышение метацентра над центром тяжести, называемое метацентрической высотой (началь¬
2 При 0°<25° можно полагать sin 0°=0, где 0 = 0°/57,3° — угол крена, измеренный в радианах.
80


ной) и принимаемое в качестве меры остойчивости корабля при относительно небольших углах крена. Значение ее на построенном корабле нетрудно определить опытным путем. Для этого достаточно, отведя судно в спокойную часть гавани, накренить его путем переноса груза, вес которого р известен, на достаточно большое расстояние L поперек судна (рис. 12).
Измерение угла крена 0 проще всего вести по наблюдениям за отклонением веска, подвешенного на длинной нитке или тонкой проволоке. Если длина веска равна Z, а отклонение его по шкале составляет d, то угол крена (в радианах) определится по формуле
Q = d:l (3.3)
Так называемый кренящий момент, вызвавший отклонение корабля от прямого положения, очевидно, составит
Мкр = pL. (3.4)
Приравняв его из условия равновесия восстанавливающему моменту (3.2), согласно (3.3), получим
<3-5>
Мера остойчивости судна — начальная поперечная ме- тацентрическая высота — существенно влияет на другое его мореходное качество — плавность и умеренность качки. Резкая порывистая качка на боевом корабле затрудняет наведение орудий и снижает меткость огня. На пассажирском судне с качкой связано представление о «морской болезни», заставляющее либо отказаться от комфортабельного путешествия по морям и океанам, либо «отлеживаться» на койке в утомительном ожидании «спокойного моря», а вместе с ним и ликвидации физиологических последствий качки.
Численными характеристиками плавности и умеренности качки могут служить период качки, т. е. промежуток
Рис. 12. Определение угла крена по отклонению веска
81


времени, в течение которого происходит полное колебание судна (например, с борта на борт и обратно), и амплитуда качки, под которой понимают наибольшее отклонение корабля от прямого равновесного положения (при боковой качке — это максимальный угол крена, при килевой — наибольший угол дифферента на нос или на корму, при вертикальной качке — максимальное всплытие или погружение центра тяжести корабля). При прочих одинаковых условиях, чем больше период колебаний судна, тем больше плавность качки; чем меньше амплитуда колебаний, тем умереннее качка.
Связь метацентрической высоты корабля с характеристиками его качки хорошо известна благодаря распространенному классическому выражению профессора H. Е. Жуковского: «метацентрическая высота — рычаг, за который волны раскачивают корабль»: чем больше /&, тем при прочих равных условиях больше кренящий момент волны.
Метацентрическая высота определяет собой наряду с другими факторами (например, шириной судна В) период его собственных поперечных (боковых) колебаний Гбок. Так называется промежуток времени, в течение которого судно совершает полный двойной размах, т. е. переходит из одного крайнего накрененного положения в другое, а затем снова возвращается в исходное, если его на тихой воде предварительно раскачать, например, перебега- нием команды с борта на борт. С достаточным приближением он определяется следующей простой формулой:
Т бок — у— » (3*6)
к=0,63 — для грузовых судов и к=0,80 — для военных кораблей, причем искомый период Гбок исчисляется в секундах, а линейные величины (В и h) — в метрах.
Таким образом, увеличение вдвое метацентрической высоты снижает период колебаний, а вместе с ним и плавность качки в У2 = 1,4 раза. При боковой качке корабля на волнении, когда корабль располагается лагом (бортом) к волне, решающее значение при оценке характеристик качки имеет отношение Т^к к периоду волны.
Волнение, наблюдаемое в природе, весьма разнохарактерно. Однако во многих случаях и в особенности при так называемом регулярном волнении (например, при мерт¬
82


вой зыби, т. е. волнении при прекратившемся ветре) можно отчетливо различить гребни и подошвы волны — наиболее высокие и низкие ее участки. Наш глаз видит эти волны перемещающимися в направлении, перпендикулярном к гребням и подошвам. Промежуток времени, в течение которого два следующих друг за другом гребня (или подошвы) проходят через одну и ту же точку пространства, называется периодом волны т, а расстояние между двумя последовательно идущими гребнями (подошвами) — длиной волны Я. Период волны нетрудно определить, наблюдая, например, вертикальные колебания буя или другого небольшого плавающего предмета: полный период такого колебания, т. е. время, в течение которого буй подымается снизу вверх, а затем снова опустится в свое нижнее положение, очевидно, равняется периоду волны.
Длина % (м) и период т (сек) регулярной волны связаны между собой следующими простыми зависимостями:
% = 1,55т2 и т = 0,8УЯ. (3.7)
Исследование качки корабля на волнении является одной из сложных динамических проблем теории корабля. Впервые она изучалась русским академиком И. Бернулли. Им и была установлена, можно сказать, решающая роль, которую играет при анализе качки отношение Тб0к : т периода собственных (свободных) колебаний судна Гбок к периоду волны т; при регулярном волнении корабль совершает так называемые вынужденные колебания, период которых равен периоду волны. Бернулли впервые указал, что при равенстве Тбок=%, т. е. при резонансе, амплитуда качки достигает наибольшего значения. Одновременно работа Бернулли позволила сделать и другой вывод: корабль, обладающий относительно большим периодом собственных колебаний, не только отличается более плавной качкой, но и меньше восприимчив к ней, т. е. реже встречает на море такие волны, которые способны его раскачать.
Позднее (в 1861 г.) В. Фруд создал элементарную теорию боковой качки корабля на волнении, названную так по исходному предположению о малых размерах корабля по сравнению с длиной волны. Теория Фруда позволила установить, что направление силы поддержания, действующей со стороны воды на «элементарный» корабль, при
83


волнении не сохраняется вертикальным (как это было принято Бернулли), а в каждый момент перпендикулярно к взволнованной поверхности моря. В согласии с этим отклоняется от вертикали и подвешенный на корабле отвес, определяя направление так называемого кажущегося веса, т. е. силы, учитывающей кроме ускорения свободного падения и ускорение, определяемое качкой.
Дальнейшие попытки совершенствования элементарной теории в работах Сен-Венана, Бертена и других не увенчались успехом. Понадобился гений А. Н. Крылова, чтобы создать общую теорию качки корабля на новых рациональных основах. Естественно, что теория В. Фруда стала частным и притом простейшим случаем теории Алексея Николаевича Крылова.
Приведенные выше сведения по теории корабля и о состоянии, в котором находилась эта наука, помогут читателю оценить вклад в нее Ю. А. Шиманского, в частности, в проблему нормирования метацентрической высоты корабля. Сложность решения этой задачи определяется противоречивыми требованиями, предъявляемыми для достижения двух основных мореходных качеств судна— остойчивости и плавности, а также умеренности качки.
Юлиан Александрович посвятил новой проблеме две статьи: «О надлежащем выборе метацентрической высоты при проектировании судна» и «К вопросу о надлежащем выборе метацентрической высоты», опубликованные в «Сборнике статей по судостроению» в 1954 г. Хотя поводом для написания их явилось нерациональное определение Техническим советом Русского Регистра основных элементов нефтеналивного судна на заре строительства советского торгового флота, этот вопрос не потерял актуальности применительно к судам различных типов, а рекомендации Ю. А. Шиманского сохранили свою эффективность и по настоящее время.
Исходя из позиции, что «неясности и разногласия в этом вопросе в значительной степени могут быть устранены, коль скоро вопрос этот будет разрешаться применительно к каждому типу судна в отдельности, а не вообще, как это обычно практикуется», Юлиан Александрович рекомендует рассматривать раздельно следующие типы судов: военный, пассажирский и грузовой.
Первый тип судов он предлагает рассматривать «главным образом» как орудийную платформу, качество кото¬


рой, как таковой, ухудшается с уменьшением периода и с увеличением амплитуды качки». Общее и достаточно объективное решение вопроса о нормировании метацент- рической высоты пассажирского судна, т. е. судна второго типа, затрудняется из-за отсутствия достоверных результатов исследований физиологического влияния качки на непривычных к морю людей. Наконец, рассматривая грузовое судно, судно третьего типа, которому и посвящена значительная часть обеих статей, он допускает вполне определенное решение поставленного вопроса.
«Требования, предъявляемые в отношении качки к мореходным качествам грузового судна, как сухогрузного, так и наливного,— писал Юлиан Александрович,— сводятся главным образом лишь к тому, чтобы сравнительно низкий надводный борт его меньше заливался водой и чтобы амплитуда качки не затрудняла обслуживания механизмов судна». Далее он показывает, что оба эти требования взаимно не противоречат, и устанавливает условия, при которых их совместное удовлетворение будет наи лучшим.
Действительно, заливание судна водой может иметь место при относительно длинных волнах. В этом случае основной вывод теории Фруда об отклонении отвеса на «элементарном» корабле от вертикали будет оправдываться. На таких волнах корабль, качка которого определялась бы указанными отклонениями3, мог обладать «идеальными» мореходными качествами, так как его действующая ватерлиния (пересечение волновой поверхности с бортовой обшивкой) совпадала с накрашенной (на тихой воде). В этом случае борта совершенно не заливались водой и весь эффект качки сводился к изменению (по отношению к неподвижному пространству) положений корабля, мачты которого оставались бы всегда нормальными (перпендикулярными) к волновой поверхности, уровень воды и топлива в цистернах не изменялся, люди и механизмы работали, как на спокойной воде, и т. п. В другом крайнем случае если бы судно оставалось «непоколебимым», то на достаточно большой волне наблюдалось бы заливание
3 	Их амплитуда равна, очевидно, максимальному склону волны а, т. е. наибольшему углу, образованному плоскостью, касательной к волновой поверхности, с горизонтальной. Обычно а изменяется в пределах от 6—9° (для длинных волн) до 12° (для коротких волн длиной до 30 м).
85


бортов и другие отрицательные последствия качки. Отсюда Шиманский делает вывод, что на относительно длинных волнах «при оценке влияния качки на мореходные качества грузового судна нужно учитывать амплитуды качки, отсчитывая их не от вертикального направления, а от направления, нормального волновому профилю», т. е. от «кажущейся» вертикали. При этом, естественно, необходимы меры к уменьшению этих амплитуд.
Для пояснения рекомендуемых Ю. А. Шиманским основных положений при рациональном выборе метацентри- ческой высоты грузового судна на рис. 13 приведена так называемая резонансная кривая, представляющая собой типичную зависимость динамического коэффициента
X = 0 max * (3.8)
показывающего, во сколько раз амплитуда качки 0тах превышает наибольший склон волны, от относительного периода качки
t —Т бок • т, (3*9)
под которым понимается отношение периода собственных колебаний корабля Тбок к периоду волны т. Вблизи резонанса (т=Гбок и, следовательно, £=1) динамический множитель достигает наибольшего значения (на рис. 13 Хшах= 5), величина которого зависит от сопротивления воды качаниям корабля и от наличия специальных стабилизирующих средств4. При малых значениях отноше¬
4 	Так, например, установка на скуле судна (месте перехода от борта к днищу) бортовых килей достаточно большой протяженности (порядка 50% длины корабля) снижает динамиче-
86


ния Т^ок\х амплитуда качки практически равна волновому склону и, например, при £ = 0,5 превышает а всего лишь в 1,3 раза. Можно сказать, что в этих условиях корабль качается, как плот,— действующая ватерлиния совпадает с накрашенной. Наоборот, при относительно больших значениях t (период собственных колебаний корабля более чем в полтора раза превышает период волны) динамический множитель меньше единицы и, если £ = 2, корабль отклоняется от прямого положения не более чем на ±0,15а=1-Н,5°. В данном случае у относительно низкобортного судна борта и палуба заливаются водой.
Для лучшего уяснения рекомендуемых принципов нормирования остойчивости Юлиан Александрович проиллюстрировал их применение на примере «именно того наливного судна, для которого Технический Совет Регистра установил метацентрическую высоту согласно его соображениям, как видно, не имеющим ничего общего с приводимыми здесь обоснованиями».
Основные элементы этого судна таковы: водоизмещение Р=15 000 71, ширина 5 = 16 м, высота #=9,5 м. Все расчеты и заключения по ним приведены в таблице. В первой ее строке задан (с интервалом в одну секунду) ряд значений периода боковой качки судна, во второй — приведены отвечающие им согласно формуле (3.6) значения поперечной метацентрической высоты; наконец, в третьей строке по формуле (3.7) рассчитаны длины волн, периоды которых равны соответствующим значениям Тбок, заданным в первой строке.
Учитывая, что «волны длиной менее 50 м являются небольшими волнами неправильного образования и с непостоянным периодом» и потому «не могут вызвать значительной качки рассматриваемого судна», а также принимая во внимание, что «волны длиной свыше 300 м крайне редки» и в этих редких случаях можно изменить курс судна, чтобы избежать их опасного действия на качку, Шиманский приходит к заключению, что периоды, равные 6 и 14 сек и отвечающие указанным выше длинам волн, и являются, очевидно, теми границами, в пределах которых нерационально выбирать период собственных колебаний судна.
ский множитель на 20—25%. Еще более эффективное средство снижения амплитуд качки — применение успокоительных си- стерн, активизированных бортовых рулей и др.
87


Период боковой кач- ки’ сек Тбок
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
8,0
9,0
Отвечающая периоду боковой качки метацентраль- ная высота h, м
11,3
6,40
4,10
2,84
2,08*
1,60
1,26
Длина резонансной ВОЛНЫ Ху м (при т = Тб0К)
14,1
25
39
56
76
100
127
Характер волнения
Небольшие волны неправильного образования
Частые правильные волны
Штормовые
волны
Границы опасного района
Опасный район
Период боковой качки, секТб0К
10
И
12
13
14
15
16
0,710
0,605
0,520
0,455
0,40
225
264
308
352
400
17
Отвечающая периоду боковой качки метацентраль- ная высота h, м
1,02
0,845
0,35
Длина резонансной волны ХУ м (при т = Тбок)
156
189
Характер волнения
Большие штормовые волны
Весьма большие штормовые волны или зыбь
Границы опасного района
Опасный район
Общие выводы Юлиан Александрович сформулировал так: «1. Для периодов собственных колебаний судна существуют верхняя и нижпяя границы, в пределах которых значения метацентрической высоты нежелательны с точки зрения лучших мореходных качеств. 2. Мореходные качества судна оказываются лучше обеспеченными при периоде собственных колебаний, меньшем нижней


границы, чем при периоде, большем верхней границы».
Предложение Ю. А. Шиманского о повышении мета- центрической высоты нефтеналивного судна по сравнению с назначенной ему Регистром (h = 1,8 ж, положение ее в таблице отмечено значком *) наряду с существенным улучшением мореходных качеств обеспечивало значительный экономический эффект, так как реализация его была связана с расширением проектируемого судна, т. е. с увеличением его вместимости.
По этому вопросу возникла острая дискуссия, участники которой стремились доказать свою правоту, ссылаясь в основном на заграничные источники. Юлиан Александрович, научно обосновав свою позицию, ответил оппонентам словами, не утратившими своего значения и в настоящее время. «Вполне ясно представляя себе ту большую ответственность, которая лежит на Техническом Совете Регистра при обсуждении и принятии им тех или иных решений для практического их осуществления,— писал он,— я считаю вполне понятным и для него естественным ту осторожность и технический консерватизм, которые побуждают его придавать столь большое значение готовым шаблонам заграничного судостроения и считать их достаточными техническими или формальными обоснованиями для его решений. Новые усовершенствования техники заграничного судостроения лишь с годами оформляются в виде шаблонов, причем к моменту такого оформления они становятся в свою очередь уже отчасти устаревшими; поэтому путь чрезмерной осторожности неизбежно является и путем технической отсталости со всеми его отрицательными последствиями, сводящимися в конечном счете к значительным экономическим невыгодам».
Исследование, описанное выше, проводилось в условиях плавания судна на правильном (регулярном) волнении: гребни (подошвы) волн предполагались параллельными друг другу, длины и соответственно периоды волн считались одинаковыми, форма волнового профиля полагалась идентичной для всех следующих одна за другой волн и притом мало отличающейся от синусоиды. Именно к этим условиям относится график на рис. 13, воспроизводящий зависимость амплитуды качки от периода волны (при фиксированных значениях а и Гбок).
Подобная идеализация реальной морской обстановки,
89


выделяя основные черты исследуемого процесса, естественно, не может охватить всего многообразия явления и, как следствие этого, «до настоящего времени морская стихия еще не может считаться вполне побежденной наукой и практикой кораблестроения». Эта цитата взята из статьи Ю. А. Шиманского, о которой речь пойдет дальше. В ней содержится и свидетельство специалистов Британской ассоциации морских инженеров: «В течение последних лет происходили несчастные случаи с судами, в результате которых суда таинственным образом исчезали. Полнейшее исчезновение судов без оставления каких-либо следов приводило к предположению, что суда перевернулись». Чтобы исключить возможность повторения подобных «таинственных» случаев и полностью победить морскую стихию, необходимо в первую очередь изучить влияние нерегулярности волнения на качку корабля и разработать эффективные средства борьбы за безопасность плавания в реальных условиях морской обстановки (рациональный выбор формы и высоты надводного борта, применение средств, стабилизирующих качку, и др.). Результаты исследования в этом направлении Ю. А. Шиманский опубликовал в статье «Прибор для исследования качки судна» в «Сборнике статей по судостроению» за 1954 г.5
Выбор темы статьи не случаен. Аналитический способ исследования влияния нерегулярности волнения и непря- мостенности борта на качку корабля стал возможен благодаря общей теории качки корабля на произвольном волнении, созданной академиком А. Н. Крыловым. При современном состоянии вычислительной техники трудоемкость расчетов не может служить ограничением для практического применения общих методов исследования. При этом можно использовать ЭВМ как чисто вычислительные средства, выполняющие необходимые операции в соответствии с общими расчетными формулами при заданных исходных данных. Юлиан Александрович избрал другой более рйциональный путь: создание специализированной вычислительной машины — оригинального прибора, имитирующего и записывающего качку при произвольном волнении, которое воспроизводится соответствующим устройством.
5 	Приведенные цитаты заимствованы из этой работы.
90


Попытки создания таких аналоговых машин для лабораторных исследований (в Англии — Руссо в 1900 г. и Байлс в 1911 г.) не увенчались успехом из-за громоздкости предложенных приборов, неполной имитации исследуемого явления и необходимости изготовления многих сложных моделей, каждая из которых соответствует конкретному судну с заданными основными элементами.
Прибор Ю. А. Шиманского свободен от перечисленных недостатков. На рис. 14 изображен уравновешенный
Р
Рис. 14. Колебания рычага АА воспроизводят качку корабля на тихой воде в отсутствие сил сопротивления
рычаг первого рода АА длиной 2L, нагруженный но концам равными грузами Р. В равноудаленных точках рычага а с ним скреплены упругие нити с, другими концами закрепленные к неподвижному телу В. Пусть упругость нити характеризуется тем, что для растяжения ее на 1 см необходимо приложить силу в К граммов. Подобрав веса грузов Р и «жесткость» К нитей с так, чтобы период колебания рычага, как маятника, равнялся периоду свободных колебаний исследуемого судна (это легко выполнить на базе простой расчетной формулы), нетрудно убедиться в том, что выведенный из состояния равновесия рычаг будет в точности воспроизводить качку корабля на тихой воде.
Чтобы дополнительно учесть сопротивление воды качаниям корабля, достаточно присоединить к рычагу АА в равноудаленных точках d с помощью шарниров два стержня в (рис. 15), концы которых перемещаются в жидкости, находящейся в сосудах F. Простой регулировкой (числа и размеров пластинок, погруженных в жидкость,
91


и т. п.) нетрудно добиться такой интенсивности сил сопротивления колебаниям прибора, при которой полное затухание наблюдаемого процесса получалось через такое же число размахов, какое необходимо для затухания качки судна.
Наконец, для исследования качки на волнении достаточно тело В заменить вторым рычагом DD (рис. 16), который подобно АА снабжен упругими нитями е. Благодаря им обеспечивается периодическое колебательное движение рычага DD вокруг оси
Рис. 15. Колебания рычага АА воспроизводят качку корабля на тихой воде с учетом сил сопротивления
Изложив с необходимой подробностью теорию прибора, Юлиан Александрович заключает свою работу следующими дополнительными рекомендациями: «а) движение волнового рычага DD не должно заметно изменяться от добавочного действия на него натяжения нитей с; для этого действие их должно быть пренебрежимо мало по сравнению с действием нитей е, определяющих основное движение волнового рычага; б) волновой рычаг DD должен быть снабжен движущим механизмом, регулирующим амплитуды размахов его, но действующим таким образом, что общий характер движения рычага остается неизменным; в) необходимо иметь возможность настраивать рычаги АА и DD на любые периоды колебания их в пределах практической потребности; это может быть проще всего достигнуто устройством передвижения грузов вдоль рычагов и изменением коэффициентов упругостей нитей с и е; г) для учета влияния формы образования борта на качку судна, т. е. влияния изменения ос¬
92


тойчивости при больших углах крена, необходимо иметь возможность регулировать упругость нитей с в зависимости от величины угла поворота рычагов АА и DD относительно друг друга. Это может быть достигнуто введением добавочных упругих нитей соответствующей длины; д) прибор должен быть снабжен устройством для записывания колебательного движения рычагов АА и DD с отметкой времени».
Рис. 16. Колебания рычага АА воспроизводят качку корабля па волнении при наличии сопротивления воды
Простота и наглядность прибора, имитирующего качку судна на произвольном волнении, полнота описания и рекомендаций его автора настоятельно требуют широкого использования незаслуженно забытого предложения в первую очередь в учебных целях. Подобные приборы окажут неоценимую услугу делу подготовки квалифицированных специалистов при проведении соответствующих лабораторных работ в высших учебных заведениях. Требования безопасности плавания в любых условиях должны привлечь пристальное внимание судостроительной общественности к по-прежнему острой проблеме борьбы с морской стихией и к одному из эффективных способов ее практического изучения.
Развитие кораблестроения и средств вооружения во второй половине XIX в. поставило перед теорией корабля новую проблему — сохранение плавучести судна при больших подводных пробоинах. В иностранных флотах ее пытались разрешить путем разделения корабля на большое число водонепроницаемых отсеков, обеспеченных
93


мощной водоотливной системой. Но корабли продолжали гибнуть от сравнительно небольших пробоин, полученных в бою («Мажестик» в 1915 г. при попытке прорыва через Дарданеллы) или в результате навигационных аварий (столкновение броненосцев «Виктория» и «Кампердоун» в 1892 г.). По этому поводу ближайший ученик и сотрудник А. Н. Крылова, профессор И. Г. Бубнов писал: «...Право, если взлелеянный инженерами идеал — быть в состоянии выкачивать каждой из 30 машин воду из любого из двухсот отделений — не был достигнут, то только вследствие практической невозможности установить достаточное число труб и клапанов для того, чтобы не выбросить из корпуса судна всю артиллерию, котлы и машину, получив таким образом идеальную непотопляемую коробку». И далее: «...условия аварии были весьма благоприятны для пострадавших судов: „Виктория“ была протаранена с малого хода, „Гангут“ получил пробоину, общей площадью не превосходящую 3—4 квадратных фута (приблизительно 0,4 кв. метра.— И. X.). Что же ждать в бою, где таранить будут умышленно без предосторожно- стей, мины будут делать пробоины в 150—200 квадратных фут (около 20-ти кв. метров.— И. X.), а может быть и больше? Ведь, возможно, что бой между такими судами обратится в гладиаторскую резню без победителей, а только с побеященными. Но в чем ошибка? Почему слово расходится с делом, чертеж — с его практическим выполнением, расчет — с фактом? Причина этого ясна — ошибочен принцип, положенный в основу дела, неверен принцип, оценивающий непотопляемость числом непроницаемых отделений и количеством воды, выбрасываемой его водоотливными средствами» 6.
В этих словах, адресованных иностранным судостроителям и их русским почитателям из тогдашнего Морского технического комитета, сформулированы общие позиции создателей современного учения о непотопляемости судов — С. О. Макарова, А. Н. Крылова и И. Г. Бубнова. Как известно, основные принципы учения были предложены Макаровым, который рекомендовал в качестве основного метода для рационального спрямления поврежденного корабля затопление водой неповрежденных отсеков. Вместе с тем Степан Осипович считал необходимым
6 	Бубнов И. Г. О непотопляемости судов.— Морской сборник, 1901, № 4, с. 113—114.
94


с целью приема на судно возможно меньшего количества забортной воды для сохранения или даже повышения остойчивости заранее вычислить, какую перемену в крене и дифференте производит наполнение водою каждого из отделений. Это не означало, что на корабле не надо иметь водоотливных средств. Наоборот, они весьма необходимы, но для откачивания воды не из отделения, получившего большую пробоину, а из смежных с ним отсеков, переборки которых пропускают («фильтруют») воду из-за небольших повреждений от осколков или в результате течи, вызванной сотрясением при взрыве.
Методы выполнения таких расчетов в то время еще не были разработаны, а теория непотопляемости как раздел теории корабля, являющийся базой для решения аварийных задач и локализации последствий аварий и боевых повреждений, не существовала. Заслуга создания современной теории непотопляемости принадлежит академику А. Н. Крылову и сотрудничавшим с ним И. Г. Бубнову и Ю. А. Шиманскому.
С предельной ясностью основные принципы теории непотопляемости были сформулированы А. Н. Крыловым в телеграмме, посланной вице-адмиралу С. О. Макарову.
«Вот формулировка того, как я понимаю вопрос о непотопляемости корабля.
1. Часто говорят: «непотопляемость корабля обеспечивается подразделением трюма на отсеки». Это выражение не точно. Непотопляемость обеспечивается запасом плавучести корабля. Запас же плавучести есть объем надводной части корабля, ограниченный верхнею из водонепроницаемых палуб. Подразделение трюма на отсеки есть одно из средств для использования запаса плавучести.
2. Кроме плавучести, необходимо обеспечить и остойчивость корабля. Это возможно достигнуть соответствием подразделения надводных частей подразделению трюма и устройством надлежащей системы для выравнивания корабля затоплением отделений. Лишь такое выравнивание дает возможность использовать весь запас плавучести. Водоотливная система бессильна в борьбе с пробоиной. При подразделении трюма надо руководствоваться расчетом, принцип для которого должен быть такой: чтобы плавучесть утрачивалась раньше остойчивости корабля, т. е. чтобы корабль тонул, не опрокидываясь.
95


3. 	Всякое повреждение надводного борта влечет за собой соответствующее уменьшение запаса плавучести и остойчивости корабля... Развитие скорострельной артиллерии заставило изменить систему бронирования, рассматривая главное ее назначение — обеспечить запас плавучести и остойчивости корабля <...)
9. До сих пор при составлении проекта боевого корабля производят по большой части тот же расчет остойчивости, который имел значение для судов парусных, а при суждении о столь важном качестве, как живучесть или непотопляемость корабля, довольствуются не расчетами, точными и определенными, а общими соображениями, даже нс подкрепляемыми числами, попросту говоря, разговорами... Все это происходит потому, что расчетам не верят, основных принципов для них не устанавливают, а тогда нет оценки и требований к боевому кораблю».
Составление таблиц непотопляемости потребовало от А. Н. Крылова систематического исследования, вошедшего затем во все учебные курсы теории корабля. Начав с определения изменения посадки и остойчивости судна при затоплении. единичного отсека—«глухого» или открытого сверху и сообщающегося с забортной водой, А. Н. Крылов рассмотрел затем вариант затопления группы отделений и привел расчетные формулы в этом наиболее сложном случае к такому виду, что вычисление основных элементов плавучести и остойчивости корабля сводится к простым арифметическим действиям над величинами, заранее рассчитанными для различных отделений. Так называемая первая таблица непотопляемости и содержала все необходимые данные по каждому отдельному отсеку с одновременным указанием его расположения на корабле. Уделив особое внимание обеспечению остойчивости поврежденного корабля, Алексей Николаевич ввел дополнительно вторую таблицу, позволяющую учесть повреждения в надводном борту и палубах корабля.
С 1908 г. таблицы непотопляемости были введены на всех судах русского флота, а в 1926 г. приняты повсеместно на кораблях английского, а затем и немецкого флотов.
В 1933 г. по инициативе и при непосредственном участии А. Н. Крылова и Ю. А. Шиманского таблицы непотопляемости были развиты и дополнены боевыми таблицами непотопляемости. В них содержатся готовые реше-


ни я для наиболее вероятных значительных повреждений. В левой части боевой таблицы перечислены отделения, заполненные водой в результате повреждения, и приведены все необходимые данные (осадки носом и кормой, угол крена и др.), соответствующие повреждению; правая часть таблицы содержит два-три варианта заполнения других отделений для спрямления корабля, указаны результаты таких спрямлений. Эти таблицы наряду с исходными таблицами непотопляемости Крылова могут служить подспорьем при повседневной подготовке к борьбе за живучесть корабля и в практическом применении соответствующих мер в боевой обстановке.
Придавая большое значение тренировке личного состава флота, С. О. Макаров в дополнение к таблицам непотопляемости рекомендовал снабдить все суда демонстрационными моделями и изучать на них как влияние разного рода повреждений, так и меры борьбы с ними.
Таблицы непотопляемости должны составляться в процессе проектирования корабля, так как они могут помочь правильному конструированию корпуса. В качестве исторического примера можно сослаться на первые таблицы непотопляемости, составленные А. Н. Крыловым для броненосца «Петропавловск». При этом в начале 1903 г. Крылов докладывал морскому техническому комитету, что если в диаметральной переборке кормового котельного отделения на «Петропавловске, не будет сделана дверь, то при пробоине в этом районе корабль неминуемо опрокинется, при открытой же двери он останется на плаву, сохранит способность управляться и может быть выравнен. Чтобы не ломать «традиций», руководство Комитета положило рапорт Крылова под сукно. Вспомнили о нем лишь в 1904 г., когда погиб «Петропавловск», а вместе с ним и командующий Тихоокеанским флотом вице-адмирал С. О. Макаров.
Уже в наше время при модернизации большого корабля возникли сомнения в целесообразности оставления водопроницаемой продольной переборки между двумя смежными отделениями. Решение этого практически важного вопроса явилось для Ю. А. Шиманского поводом для исследования общего случая затопления отделения, расположение и размеры которого вызывают одновременное появление большого крена и дифферента. Расчеты Шиманского показали необходимость объединить в целях
4 и. г. Ханоэдч
97


обеспечения непотопляемости корабля оба машинных отделения в один непроницаемый отсек.
Статья Юлиана Александровича «Исследование непотопляемости корабля», опубликованная в 1930 г. в «Бюллетене Научно-технического комитета УВМС РККА» (№ 4), а затем повторно изданная в «Сборнике статей по судостроению» 1954 г., представляет значительный вклад в теорию непотопляемости, определяя наиболее полное общее решение исследуемого вопроса, которое подразделяется на ряд последовательно усложняемых задач:
1. Расчет посадки и остойчивости аварийного корабля по приближенным формулам, предполагающим цилин- дричность его обводов.
2. Учет влияния нецилиндричности обводов на изменение посадки и остойчивости.
3. Построение диаграммы поперечной остойчивости поврежденного корабля.
4. Учет влияния времени затопления отделений на наибольший динамический угол крена.
5. Учет влияния сил сопротивления воды на максимально определяемый угол крена.
Первая задача решается на основе общих уравнений равновесия, установленных в теоретической механике для произвольного твердого тела, подверженного действию параллельных сил (веса и Архимедовой силы поддержания). Приближенный характер решения определяется допущением, что в пределах изменения посадки ширина поперечных сечений судовой поверхности (шпангоутов) остается неизмененной (борт прямостенен) и что такое же образование (прямостенность) имеют обводы затапливаемых отсеков (отделений) выше грузовой (накрашенной) ватерлинии. Иначе говоря, в пределах изменения посадки корабля его наружные обводы и внутренние отсеки предполагаются цилиндрическими. Кроме того, принимается, что угол дифферента судна относительно мал (не превышает 6°). В этих условиях Ю. А. Шиманский устанавливает формулы для среднего углубления Д, углов крена 0 и дифферента ср, а также начальной метацентрической высоты h судна после затопления на нем большого отделения в самом общем случае. Они более сложны, чем формулы А. Н. Крылова, поэтому ими пользуются путем последовательных приближений: сначала, полагая 0 = ф = 0, находят среднее углубление Ai в нервом приближении;
98


затем, принимая À = Ai и 0 = 0, определяют угол дифферента cpi в том же первом приближении; далее, полагая, что A = Ai и ср = ф1, рассчитывают первое приближение угла крена. В качестве исходных данных для второго приближения принимают найденные значения Ai, фА и 0i первого приближения. Расчетный алгоритм операций ведут до тех пор, «пока разница между последующими значениями не будет выходить из пределов желаемой точности». Процесс этот быстро сходящийся (обычно достаточно трех-четырех приближений) и не вызывает затруднений.
Вторая задача возникает в связи с необходимостью учета действительной формы обводов, отличающихся от цилиндрических (прямостенных) особенно существенно в оконечностях судна.
В новом методе рекомендуется нанести на так называемый теоретический чертеж судна, на котором приведен ряд поперечных и продольных сечений судовой поверхности, новую посадку корабля после затопления большого отделения на основе найденных при решении первой задачи величин А, ф и 0. «После этого на каждом шпангоуте следует отметить те площадки, которые оказались или излишне засчитанными или, наоборот, незасчитан- ными при вычислении посадки... в предположении цилин- дричности обводов корабля». Эта простая мысль Ю. А. Шиманского иллюстрируется рис. 17, где показано несколько шпангоутов с такими площадками, ограниченными обводом шпангоута, новой ватерлинией (ШиЕм) и вертикальной прямой, проведенной через точку пересечения исходной ватерлинии {WqLq) с обводом шпангоута. При этом рядом с каждой заштрихованной площадкой поставлен либо знак +, либо знак — соответственно тому, нужно ли ее дополнительно засчитать или исключить из уже учтенных при приближенном расчете, проведенном в предположении прямостенности борта, т. е. при замене действительной формы очертания сечения судна вертикальной прямой, проведенной через точку пересечения исходной ватерлинии с обводом шпангоута. Далее указывается простой способ учета «лишних», или «незасчитан- ных», объемов и влияния их на посадку корабля и его остойчивость.
Наглядность нового метода очевидна. Некоторое усложнение расчетов, связанное с введением поправок на нецилиндричность обводов, оправдывается не только по¬
*J9
4*


вышением точности результатов, но и тем, что конструктор впервые получил возможность установить их связь с теми конструктивными идеями, какие им были приняты при разработке формы судовой поверхности.
Знание начальной метацентрической высоты, характеризующей остойчивость корабля при относительно небольших отклонениях от положения равновесия, недостаточно для полного суждения о безопасности плавания,
Рис. 17. К учету непрямостен- ности борта при определении посадки корабля W\Li — ватерлиния аварийного корабля,
WoLo — исходная ватерлиния (до аварий)
особенно в условиях больших динамических воздействий (внезапный порыв сильного ветра, авария при подрыве на мине и др.). Исходным источником для решения динамических задач служит диаграмма поперечной остойчивости судна, выражающая (рис. 18) зависимость между углами крена 0 и восстанавливающими Мвосст моментами, которые при этих углах будут действовать на корабль. Особенно важно иметь подобную диаграмму для поврежденного корабля.
Впервые эта сложная задача была решена корабельным инженером Р. А. Матросовым в работе «Методы исследования остойчивости корабля с разрушенным бортом». Для ее упрощения он предположил, что дифферент корабля при его накренении остается неизменным. Ю. А. Шиманский дал простой и наглядный прием получения более общего решения, устраняющего необходимость предположения о неизменности дифферента, не оправданного при затоплении больших отделений. При этом, используя фор¬
100


мулы, установленные при решении предыдущих двух задач, Шиманский получает необходимые результаты без сколько-нибудь заметного усложнения расчетов.
Наконец, Юлиан Александрович обращает внимание судостроителей на то, что обычно рассчитанные значения ожидаемых наибольших величин углов крена превышают действительно наблюденные динамические размахи но двум причинам: 1. Расчеты основываются на предположении, что при аварии заполнение отсеков до уровня исходной ватерлинии произошло мгновенно и далее, в процессе
наклонения корабля, уровень воды в отсеках точно следовал за изменением действующей грузовой ветерлинии. 2. Расчеты не учитывают демпфирующего (задерживающего вращательное движение корабля) действия сил сопротивления воды.
Для оценки порядка завышения динамического крена, определяемого обычными расчетами, Ю. А. Шиманский предлагает простые приемы, которые базируются на упрощающих предположениях, учитывающих время затопления отсека по исходную ватерлинию и работу сил сопротивления воды качаниям корабля.
Статья «Исследование непотопляемости корабля» заканчивается численным примером изучения непотопляемости судна во всех подробностях и занимающим 11 страниц текста (включая необходимые иллюстрации). В этом снова видно умение Юлиана Александровича не только узреть в сложном простое, но и сделать сложное простым в практическом применении.
Труд академика Ю. А. Шиманского «Исследование непотопляемости корабля» относится к категории основополагающих в учении о непотопляемости судов. Он впервые создал возможность общего исследования базовой задачи — определения посадки и остойчивости поврежденного корабля с достаточно полным учетом всех основных
^Ôocrni т'м 2000 -
Рис. 18. Диаграмма поперечной остойчивости судна
101


факторов, влйяющйх на его непотопляемость. При этом решения, полученные Юлианом Александровичем, отвечают основным принципам школы А. Н. Крылова, в том числе тому из них, который Алексей Николаевич формулировал следующими словами: «Первое правило всяких вычислений состоит в том, чтобы точность результатов, ими доставляемых, соответствовала той практической потребности, для которой вычисления производятся» 7.
Развивая учение о непотопляемости корабля, Ю. А. Шиманский предложил оригинальный метод расчета непотопляемости подводной лодки в надводном положении, отличающийся от обычно принятых как простотой и наглядностью, так и повышенной точностью результатов. В статье «Расчет надводной непотопляемости подводных лодок» («Судостроение», 1947, № 2) он отмечает главнейшие особенности в условиях непотопляемости подводных лодок по сравнению с теми, что наблюдаются у надводных кораблей. Первое. По своей конструкции (отсутствие продольных переборок в прочном корпусе) подводная лодка при затоплении отсеков может получить опасные дифференты (на *нос или на корму), но не крены. Поэтому расчет непотопляемости лодки состоит в определении ее осадок носом и кормой, а следовательно, и угла дифферента, а также расчета остойчивости в таких аварийных условиях. Для проверки непотопляемости подводной лодки при предлагаемых Ю. А. Шиманским расчетах, как правило, достаточно рассмотреть лишь два крайних случая затопления: носового и кормового отделений прочного корпуса с прилегающими к ним балластными цистернами.
Второе. Вследствие малого запаса плавучести и относительно малой высоты надводного борта в оконечностях прочного корпуса при затоплении каждого из крайних (концевых) отделений поверхность воды обычно покрывает палубу в районе погружающейся оконечности корпуса. Поэтому посадка лодки и ее продольная остойчивость оказываются весьма чувствительными к влиянию на них выступающих частей и наружных устройств корпуса, как и к изменениям нагрузки. Это налагает повышенные требования к точности расчетов непотопляемости.
Идея метода, названная академиком Шиманским
7 Архив АН СССР, ф. 759.
102


«методом равнообъемных ватерлиний», заключается в следующем. При любом из исследуемых углов дифферента на чертеже лодки проводится ряд параллельных одна другой ватерлиний и для каждой из них вычисляется «суммарный объем Sv»-, вошедших в воду и вышедших из воды частей корпуса и наружных устройств (рулей, винтов, выступающих частей гребных валов и и т. п.— И. X.), приписывая входящим объемам знак плюс и выходящим знак минус». Затем рассчитываются объемы Vi заполненных забортной водой частей водонепроницаемого корпуса при заданных посадках лодки. Интерполируя разности ÊVi—ЕУг- по высоте расположения исследуемых ватерлиний, нетрудно найти ту из них, для которой Eiv—2Fi=0, т. е. ватерлинию, при которой выполняется необходимое условие плавучести (3.1). Для каждой из найденных таким образом ватерлиний, отвечающих различным значениям угла дифферента лодки, вычисляются суммы моментов входящих в воду ( + ) и выходящих из воды (—) объемов корпуса и его выступающих частей и аналогично восстанавливающих ( + ) и дифферентующих (—) моментов объемов заполненных забортной водой частей водонепроницаемого корпуса. Учитывая, кроме того, продольную остойчивость неповрежденного корпуса лодки и влияние свободных уровней жидкости в цистернах, нетрудно окончательно подсчитать величину неуравновешенного (восстанавливающего или дифферентующего) момента для каждой из найденных ватерлиний. Применив снова способ интерполяции, можно найти угол дифферента, при котором неуравновешенный момент окажется равным нулю, и нанести на чертеж действительную ватерлинию, по которую будет плавать поврежденная лодка, т. е. положение ее равновесия.
Большим преимуществом предложенного Ю. А. Шиманским метода, наряду с его наглядностью и точностью результатов, является, можно сказать, «автоматическое» получение диаграммы восстанавливающих моментов в функции от углов дифферента аварийной подводной лодки. Эта диаграмма аналогична представленной на рис. 9 для накренений неповрежденного надводного корабля.
К рассмотренным выше трудам академика Шиманского по теории корабля непосредственно примыкает его работа «Причины, вызывающие большие крены быстроходных судов на циркуляции», написанная в 1928 г,
т


Если на судне, идущем прямым курсом, переложить руль на некоторый угол и удерживать его в таком положении, то судно будет совершать движение, именуемое циркуляцией. С нею связано представление о поворотливости, т. е. свойстве судна изменять направление своего движения в той мере, в какой это требуют условия его службы. В противоположность этому, под устойчивостью на курсе понимают свойство судна сохранять прямолинейное направление своего движения с необходимой степенью точности.
В 1926—1927 гг. на некоторых типах быстроходных судов неоднократно наблюдались столь большие крены при циркуляции, что начали возникать опасения, не вызовут ли эти крены опрокидывание судов. Выяснением причин этого неожиданного явления занялся начальник кораблестрои! ельного отдела Технического управления РККФ Ю. А. Шиманский. Целью названной выше работы, опубликованной в «Сборнике статей по судостроению» 1954 г., являлась разработка конкретных мер, «которые должны быть проведены для предотвращения возможности появления каких-либо неожиданностей в отношении углов крена при циркуляции».
Следует отметить, что специалисты-судостроители и моряки вносили различные предложения для ликвидации «неестественно больших кренов». Среди них — ограничение угла перекладки руля при полных ходах, наличие на судне постоянного балласта из 100—150 т нерасходуемо- го топлива. Реализация первого предложения неизбежно вела к ухудшению поворотливости корабля, осуществление второго, рассчитанного на снижение центра тяжести судна и соответственное увеличение метацентрической высоты, не давая существенного эффекта, значительно уменьшало дальность плавания корабля. Таким образом, оба предложения ухудшали тактические качества быстроходных кораблей.
Юлиан Александрович доказал, что истинной причиной чрезмерного крена на циркуляции служит влияние на остойчивость судна жидкого груза, принимаемого на быстроходные суда во время плавания вопреки проектным предположениям. Это — вода, специально напускаемая на второе дно для предохранения нефти в междудон- ных отсеках от нагревания расположенными вблизи горячими поддонами топок котлов; вода, скапливающаяся
m


в трюмах турбинных отделений, особенно на полных xö- дах, из-за переполнения теплых ящиков и от работы различных вспомогательных механизмов.
Известно отрицательное влияние на остойчивость жидких грузов, имеющих свободную поверхность. Оно тем более значительно, чем меньше жидкого груза на одной и той же площади его свободной поверхности: при накре- нении корабля такой груз неизбежно переливается в сторону крена и увеличивает его.
Расчеты Юлиана Александровича показали, что стоит только исключить названные им причины, как корабли восстановят свои мореходные, а вместе с ними и боевые качества. Флот с удовлетворением принял к исполнению советы ученого.
Научное наследство академика Ю. А. Шиманского по теории корабля включает в себя и работы, свидетельствующие об его участии в обеспечении ходкости кораблей, т. е. их свойства при заданной мощности главных механизмов показывать проектную наибольшую скорость хода, а также его труды по теории подъема затонувших судов и по расчету спуска построенного на стапеле корабля, которые по характеру применяемых в них методов исследования принято относить к теории корабля.
Статья «Теория всплытия затонувшего судна», впервые опубликованная в 1935 г. в «Сборнике ЭПРОН» 8 (т. X—XII) и переизданная в «Сборнике статей по судостроению» 1954 г., была написана с целью дать теоретические основы для проектных расчетов и последующего выполнения судоподъемных работ.
На рис. 19 представлена схема всплытия затонувшего судна: на рис. а судно полностью лежит на грунте, на рис. б показано его положение при выходе из воды всплывающей оконечности, на рис. в — промежуточное положение судна после полного отрыва от грунта и, наконец, на рис. а — судно на плаву, что достигнуто путем последовательного осушения его водонепроницаемых отсеков и присоединением к судну дополнительных «плавучестей» в виде герметически закрытых понтонов.
Для каждого этапа судоподъема, определяемого переходом от одного положения к другому, академик Шиманский выводит формулы, оценивающие поперечную и про-
8 ЭПРОН — экспедиция подводных работ.
105


Дольную остойчивость судна и позволяющие судить о безопасности операции (отсутствие возможности опрокидывания поднимаемого корабля), а также рассчитать положение судна к концу каждого этапа.
Вторая статья «Применение комбинированного способа осушения отсеков при подъеме затонувших судов», опубликованная в тех же изданиях, посвящена одновременному применению двух средств создания необходимых для судоподъема «плавучестей»: непосредственной откачки воды из затопленного отсека и удаления ее сжатым
г
Рис. 19. Схема всплытия затонувшего судна
воздухом. Важность вопроса определяется тем, что каждый из названных способов может быть использован в полной мере лишь в исключительных случаях, когда прочность и непроницаемость ограничивающих отсеки стенок, и в первую очередь его палубы, оказываются достаточно обеспеченными при тех сравнительно больших давлениях, которым они подвергаются в процессе подъема судна. Результаты, полученные в этой работе, были успешно использованы при подъеме корабля, затонувшего на большой глубине еще в 1905 г.
Если операция судоподъема воспринимается каждым, когда-либо ее наблюдавшим, как волнующее событие, которое при малейшей неточности выполнения отдельных этапов может закончиться опрокидыванием судна и возвращением его на грунт, то спуск большого корабля со стапеля — неуправляемое человеком движение десятка тысяч тонн металла — зрелище впечатляющее. Какие только опасности не предостерегают корабль на этом этапе его жизни, когда он готовится впервые стать собственно «плавающим сооружением»! Остановка на стапеле после начала спуска, поломка оконечности при прыжке с порога спускового фундамента, удар о противоположный берег обычно небольшой водной акватории и другие «неожиданности», случавшиеся в истории кораб¬
106


лестроения, требуют от судостроителей — конструкторов и технологов — мер, безусловно исключающих их вероятность.
Статья Ю. А Шиманского «Расчет цепных задержни- ков при спуске судна», впервые опубликованная в четвертом номере журнала «Судостроение» за 1937 г. и также переизданная в «Сборнике статей по судостроению» в 1954 г., посвящена методу расчета «наиболее простого, дешевого и вместе с тем... достаточно надежного средства для своевременной остановки судна после схода его со стапеля». Обычно ограничиваются своевременной отдачей якорей с достаточно длинными концами якорной цепи. Однако при ограниченном естественными условиями водном пространстве перед стапелем и в особенности при относительно большом спусковом весе судна применение одних только якорей оказывается недостаточным.
Что же собой представляют цепные задержники? Это якорные цепи, вытравливаемые таким образом, чтобы их натяжение было возможно наибольшим и близким к разрывному усилию. С этой целью «на якорную цепь накладывается ряд рвущихся стопоров, благодаря которым она вытравливается не сразу вся, а постепенно по мере движения судна, находясь, следовательно, во все время движения в растянутом состоянии». Статья заканчивается примером, иллюстрирующим эффективность этого метода по сравнению с изложенным в курсе Шлезингера «Корабельная архитектура». Рекомендации академика Шиманского и, в частности, предложение рационально размещать стопора — более часто в концевой части цепи — нашли успешное применение при спуске больших кораблей.
Труды, о которых шла речь в этой главе, дают достаточно полное представление о вкладе Юлиана Александровича во все разделы науки о мореходных качествах корабля. Создавая их, Шиманский — один из ближайших учеников и соратников А. Н. Крылова — развивал основные идеи создателя современной теории корабля применительно к новым задачам, поставленным строительством советского флота»


Глава пятая
Труды
по проектированию корабля
Проектирование корабля — сложный и многогранный раздел корабельной науки. Основные знания, которые дают теория и строительная механика корабля, служат фундаментом для решения многообразных вопросов, связанных с созданием столь величественного сооружения. Выбор типа машинной установки, мощности главных и вспомогательных механизмов, оснащение системами вооружения, бронирования и противоминной защиты, обеспечение корабля радионавигационными и локационными средствами, проектирование внутреннего расположения — вот далеко не полный перечень вопросов, которые наряду с выбором системы набора корпуса, размеров его основных деталей и марок судостроительной стали определяют лицо будущего корабля.
Из перечисленных вопросов выбор системы набора корпуса — один из принципиальных. Рациональному решению его посвящены две статьи Юлиана Александровича: «О выборе правил для руководства при проектировании стандартных типов коммерческих судов» («Морской сборник», 1921, № 3, Техническое приложение) и «Рационализация конструкции судового корпуса» («Судоходство и судостроение», 1931, № 2), опубликованные также в «Сборнике статей по судостроению» 1954 г,
«Еще в 1918 г., т. е. в период первоначального зарождения нашего коммерческого морского судостроения,— писал Ю. А. Шиманский,— мной неоднократно возбуждался вопрос о целесообразности перехода к научно обоснованному проектированию корпусов коммерческих судов взамен подражания заграничной практике, которая на многие годы затормозилась в своем естественном раз¬
108


витии, подчинив себя искусственно созданным формам, совершенно не отвечающим современному уровню развития технических знаний в области судостроения. Тогда же мной предлагалось перейти для постройки коммерческих судов к «продольно-поперечной» системе набора корпуса, практиковавшейся в военном судостроении и представлявшейся наиболее выгодной и для коммерческих судов, как это было показано на ряде конкретных проектов нескольких типов транспортных судов.
Эта система набора корпуса, отвергнутая в то время нашими официальными учреждениями (Русский Регистр), позже оказалась запатентованной за границей и в настоящее время уже широко применяется в коммерческом судостроении под названием системы Миллара; продольнопоперечная система набора корпуса, совершив указанный кругооборот, вернулась к нам уже облеченной в те же искусственные заграничные формы, при которых присущие ей преимущества не могут быть реализованы достаточно полно».
Что же представляет собой продольно-поперечная система набора, в чем заключаются ее преимущества по сравнению с поперечной системой и почему понадобилось около 30 лет, чтобы новая прогрессивная система получила широкое распространение в нашем гражданском судостроении? Чтобы ответить на первый вопрос, напомним, что корпус судна представляет собой длинную пустотелую балку, составленную из листов обшивки и подкрепляющих их профилей, соединенных между собой с помощью сварки или клепки. Днищевая часть наружной обшивки служит нижним пояском этой балки, верхняя палуба вместе с примыкающей к ней частью наружной обшивки — верхним пояском, а борт (листы обшивки вместе с продольными связями — стрингерами) образует стенку этой балки. Так как при изгибе корпуса судна наиболее эффективно используются те продольные связи, которые входят в состав верхнего и нижнего поясков балки, то для рационализации конструкции судового корпуса необходимо отдать предпочтение продольному набору днища и палубы: в этом случае днищевые и палубные стрингеры вместе с примыкающими к ним продольными бортовыми связями принимают непосредственное участие всей своей площадью сечения в сопротивлении продольному изгибу корпуса.
109


Поперечный набор — шпангоуты и бимсы, выполняя ответственную роль обеспечения местной прочности, не принимают непосредственного участия в продольном изгибе судна, а только способствуют устойчивости листов обшивки и настила палуб при сопротивлении их действию сжимающих усилий, возникающих при продольном изгибе.
Таким образом, продольно-поперечная система набора корпуса в общих чертах может быть охарактеризована тем, что части корпуса, принимающие наибольшее участие в продольной прочности, как-то: днище и палубы, набраны по чисто продольной системе, борта же судна, принимающие меньшее участие в продольной прочности, набраны по поперечной системе.
Результаты работ, проведенных под руководством и при непосредственном участии академика Шиманского, по сравнению корпусов больших грузовых судов, набранных по классификационным правилам английского Ллойда, с результатами набора по продольно-поперечной системе, выполненного на базе рациональных расчетов прочности, объективно свидетельствовали о большом технико-экономическом эффекте: вес металлического корпуса снижался на 25%, стоимость металлического корпуса уменьшалась на 30%, полная стоимость постройки нового типа судна снижалась на 20%.
Как же могло случиться, что прогрессивная система набора корпуса не нашла необходимой поддержки в официальных учреждениях, занятых гражданским судостроением, и на первых порах была ими отвергнута? Ведь те же идеи рационального распределения основных связей корпуса и эффективного использования механических свойств материалов были подтверждены практикой строительства боевых кораблей русского флота, а сама новая система набора была широко известна за рубежом как русская, причем в устах виднейших кораблестроителей это наименование отождествлялось со словами «научнообоснованная» и «рациональная».
Ответ на последний вопрос требует относительно большого исторического экскурса, оправданного своей поучительностью и необходимостью «коренного пересмотра установившегося у нас отношения к заграничным правилам постройки коммерческих судов». В 1907—1908 гг. профессором И. Г. Бубновым был написан доклад «О преподавании корабельной архитектуры в Санкт-Петербург-
110


бком политехническом институте >> (по инициативе профессора П. Ф. Папковича этот доклад был опубликован в журнале «Судоходство и судостроение» № 4—5 за 1932 г. в связи с дискуссией, развернувшейся вокруг статьи Ю. А. Шиманского «Рационализация конструкции судового корпуса», вторично он издан в Сборнике «Избранные труды И. Г. Бубнова» в 1956 г.). Вот краткие выдержки из этого доклада: «... Таблицы, где по одному-двум основным размерам определяются размеры всех деталей, в большом ходу в технических науках в особенности в машиностроении (таблицы болтов, подшипников и пр.) и, конечно, вполне допустимы там, где дело идет о мелких, второстепенных деталях, выполняющих весьма простые и притом вполне определенные функции.
В судостроении подобные таблицы составлены для проектирования судовых корпусов, т. е. сооружений, весящих сотни тысяч пудов, причем размеры всех отдельных частей и деталей даны в них с мельчайшими подробностями, до диаметра и числа заклепок включительно, в зависимости только от двух размеров судна» (его длины и периметра миделевого шпангоута). «Такие таблицы составляются обществами Ллойда, Веритас и другими и обыкновенно называются Правилами. Страховые общества под угрозой непринятия на страх судна и груза предписывают инженерам в точности придерживаться этих Правил при проектировании и постройке судов... Каких-либо мотивов, формул и расчетов, послуживших для составления подобных таблиц, нигде до сих пор не опубликовано, так что все, предписываемое ими, должно приниматься на веру в авторитет анонимных составителей. Как характерную черту Правил, можно указать, *что во всех этих предписаниях, примечаниях и пояснениях, излагаемых на десятках и сотнях страниц, все глаголы употребляются почти исключительно в повелительном наклонении («должно быть сделано так-то»..., «делается так-то...») и лишь изредка в сослагательном ■(«может быть сделано так-то»), причем слова «следовательно», «поэтому», «так как» и пр. совершенно отсутствуют... Коммерческие суда во всех государствах проектируются и строятся по таким Правилам, но на военное судостроение действие их не распространяется».
Наличие подобных Правил проектирования и конструирования судов торгового флота, с одной стороны,
111


и фундаментальная Теоретическая Подготовка Корабельных инженеров в Политехническом институте — с другой, по свидетельству И. Г. Бубнова, вызывали среди обучающихся «естественное разделение на две группы: большинство студентов по линии наименьшего сопротивления решает, что истина — в Правилах, и лишь с недоумением припоминает, для чего же его прогнали сквозь строй расширенных курсов математики, механики, теории корабля и пр., когда для проектирования и постройки судна, в сущности, достаточно таблиц Ллойда и умножения. Меньшинство... одолевает предмет, но также останавливается в недоумении над вопросом: зачем его раньше учили каким-то странным, буквально ни на чем не основанным Правилам, несостоятельность которых может ясно показать даже он, студент».
Поднятый профессором И. Г. Бубновым вопрос о несовместимости двух методов обучения, один из которых (по Правилам) требует подготовки «среднего техника», а другой («по науке») —творческого инженера-строителя, еще долгие годы не получал рационального разрешения. Дело усугублялось тем, что на страницах журнала «Морской сборник», пользовавшегося популярностью среди офицерского состава флота, за подписью «безвестной читателям литеры Ферт» в седьмом номере за 1914 г. появилась статья «Новые методы и старые корабли», в которой методам строительной механики корабля приписывались не свойственные им приемы, в результате которых «излишние запасы прочности приводят к увеличению веса корпуса корабля за счет уменьшения наступательных и оборонительных средств его». Исходя из того, что «морские сражения решаются не столько запасом прочности, сколько запасом артиллерии и угля», автор статьи, скрывшийся за подписью «Ф.», на корню отрицал строительную механику корабля и порожденные ею «новые методы».
Подобное выступление на страницах периодической печати «неминуемо должно вызвать сомнение в пользе теоретических исследований, основанных на приложении высшего математического анализа к чисто практическим вопросам и недоверие к нашим инженерам, исповедующим и применяющим при проектировании военных кораблей вытекающие из этих исследований «новые методы»»,— писал Юлиан Александрович в своей первой печатной работе «По поводу статьи «Новые методы и старые
U 2


корабли» («Морской сборйиК», 1914, № 11). Дискуссий по этому вопросу длилась в течение года: понадобилась вторая статья Ю. А. Шиманского «Ответ автору статьи «Новые методы и старые корабли» («Морской сборник», 1915, № 6), в которой, как и в предыдущей, со всей убедительностью были вскрыты допущенные «Ф.» «грубые ошибки как чисто академического, так и логического характера».
Вряд ли современному читателю будет интересно знакомиться во всех деталях с содержанием спора между наукой и практицизмом, между рациональными методами проектирования кораблей и устаревшими приемами, истоки которых ведут к деревянному судостроению. Подтверждением того, что основой дискуссии являлась борьба между этими двумя несовместимыми позициями, может служить характеристика, которую самому себе дает «безвестный Ферт»: он занимается «постройкой кораблей на верфи, а не у «классной доски» и потому приводит расчеты в том виде, в каком они производятся инженерами на верфях, а не студентами на практических занятиях».
Заключая затянувшуюся дискуссию, Юлиан Александрович писал: «Я смело могу утверждать, что в настоящее время на наших отечественных верфях расчеты производятся именно в том виде, в каком излагаются «у классной доски» и на практических занятиях; поэтому приведенное выше заявление автора статьи лишь подтверждает, что он не имел случая ознакомиться с этими расчетами ни во время пребывания у классной доски, пи во время занятий постройкой кораблей на верфи».
Обе статьи Шиманского получили полное одобрение А. Н. Крылова и И. Г. Бубнова, которые рассматривали их как достойную отповедь попыткам вселить недоверие к методам строительной механики корабля, а вместе с тем и неверие в боеспособность новых кораблей нашего флота.
Однако борьба за применение «новых методов» в гражданском судостроении только начиналась. Понадобилась постройка за границей большого числа нефтеналивных судов по так называемой продольной системе Ишервуда, которая, как известно, не была предусмотрена ни одним из существующих Правил; необходимо было завершение «кругооборота» продольно-поперечной системы и возвра¬
113


щение ее к нам под названием системы Миллара, потё- рявшей ряд исходных преимуществ, чтобы добиться «коренного пересмотра установившегося у нас отношения к заграничным правилам постройки коммерческих судов и идущим на поводу их правилам нашего Регистра».
Доказывая, что «эти правила далеко не отвечают современному уровню судостроительной техники», Юлиан Александрович пояснял, что это обстоятельство «объясняется многими причинами, частично не имеющими даже непосредственной связи с судостроением и порождаемыми общими условиями, связанными с капиталистической системой народного хозяйства и международными отношениями в этой области. Наше судостроение до сего времени (т. е. до 1931 г.) продолжает идти на поводу этих взаимоотношений, оставаясь в техническом рабстве указанных правил, ни в какой мере не пытаясь от него освободиться, чтобы перейти... на более высокую ступень технического прогресса, отвечающую современному уровню технических знаний и средств производства».
Констатируя в комментарии к статье «Рационализация конструкции судового корпуса», написанном при переиздании ее в «Сборнике статей по судостроению» 1954 г., что борьба с «большим техническим консерватизмом» к этому времени была в основном завершена, академик Шиманский отмечал: «Одно из направлений — внедрение в практику коммерческого судостроения расчетного ме~ тода проектирования корпусов коммерческих судов — остается и в настоящее время недостаточно полно реализованным, так как до сих пор у нас еще отсутствуют регламентированные Регистром правила и нормы для выполнения таких расчетов».
В статье «Новые «Правила классификации и постройки морских стальных судов» Морского Регистра СССР», опубликованной в первом номере журнала «Судостроение» за 1957 г., академик Шиманский (в соавторстве с кандидатами технических наук А. И. Максимаджи и Я. И. Короткиным) снова возвращается к вопросу о расчетных методах проектирования корпусов морских судов и приводит развернутую критику новых «Правил», изданных в 1956 г. Предшествовавшие им «Правила» 1940 г. предусматривали постройку только клепаных судов лишь из обычной регистровской (малоуглеродистой) стали, причем для сухогрузных судов рассматривалась только по¬
114


перечная система набора, «что являлось вчерашним днем судостроения». Применение таких «Правил» полностью исключало использование технико-экономических преимуществ, которые дают сварка, продольно-поперечная система набора и стали повышенного сопротивления. В этой связи выход новых «Правил» 1956 г. явился несомненно шагом вперед.
Составители «Правил» Регистра СССР 1956 г. проделали значительную работу по вскрытию и анализу тех закономерностей, которые в неявной форме заложены в «Правилах» постройки судов различных классификационных обществ: английского и германского Ллойдов, французского Веритас и др. Особенно ценной является возможность использовать эти закономерности, обобщающие многолетний опыт постройки и успешной эксплуатации транспортных судов, для установления сопоставимых измерителей прочности судна, проектируемого расчетными методами.
Но как бы ни были совершенны «Правила» постройки судов, пишут авторы статьи, «им присущи коренные, заложенные в самой их основе недостатки. Основной недостаток всяких «Правил» постройки судов состоит в том, что прочные размеры связей корпуса, обеспечивающие его общую и местную прочность, задаются в них лишь в функции от главных размерений судна, и поэтому «Правила» недостаточно учитывают индивидуальные особенности судов, которые могут существенно влиять на выбор прочных размеров их корпуса... Поэтому неизбежно «Правила» рассматривают некоторое «осредненное» судно, и всякие реальные суда будут иметь свои индивидуальные отклонения в прочности. В связи с этим проектирование связей корпуса по расчету на основании методов строительной механики корабля должно являться несомненно более совершенным и прогрессивным приемом, обеспечивающим дальнейшее совершенствование конструкции корпусов и облегчение их веса».
Последовательный разбор отдельных глав корпусной части «Правил» 1956 г. свидетельствует о рациональном подходе их составителей к решению поставленной перед ними сложной задачи. Этот подход базируется на положениях строительной механики корабля, чем существенно отличается от чисто эмпирического способа обобщения результатов постройки и эксплуатации судов, при-


пятого во многих заграничных классификационных обществах. Однако отдельные «указания, имеющиеся в некоторых иностранных «Правилах» постройки судов», сыграли отрицательную роль при окончательном редактировании новых «Правил» Регистра СССР.
В первую очередь это относится к регламентации перехода от чисто поперечной системы набора корпуса сухогрузных судов к продольной или продольно-поперечной. «...B «Правилах»,— отмечают Ю. А. Шиманский и его соавторы,— вводится ряд ограничений, которые практически не дают возможности полностью использовать преимущество продольной системы для облегчения корпуса судна». Так, площадь поперечного сечения непрерывных продольных балок засчитывается1 при оценке общей прочности судна лишь на... 80%. «Между тем общепринятые положения строительной механики корабля и имеющиеся экспериментальные данные (например, испытания танкеров «Newcombia» и «Newerita») со всей очевидностью показывают, что непрерывные продольные ребра следует считать полностью участвующими в обеспечении общей прочности». В общем, по образному выражению академика А. Н. Крылова, новые «Правила» Регистра СССР «на тормозах принимают продольную систему набора».
Второй принципиальный недостаток «Правил» авторы статьи видели в том, что они допускали лить «частичное применение хорошо свариваемой стали повышенного сопротивления для отдельных конструкций корпуса суд- па, в основном запроектированного из обычной малоуглеродистой стали», причем «размеры связей этой конструкции могут быть уменьшены по согласованию с Регистром». Изложенные далее в «Правилах» принципиальные основы такого согласования противоречат рациональным указаниям строительной механики корабля по двум основным вопросам: а) если, следуя «Правилам», применить сталь повышенного сопротивления частично, допустим, лишь для палубного стрингера или для наиболее толстого бортового листа обшивки на уровне верхней палубы, то уменьшение толщины этих связей неизбежно приведет к увеличению расчетных напряжений в остальных про¬
1 Вводится в расчет продольной прочности с так называемым редукционным коэффициентом, равным 0,8.
116


дольных связях, выполненных из обыкновенной малоуглеродистой (регистровой) стали, а это недопустимо; б) требования Регистра исходят из того, что основной характеристикой стали, определяющей прочность конструкции, является временное сопротивление (т. е. наибольшее напряжение, наблюдаемое при разрушении), а не предел текучести (под ним понимают напряжение, при котором нарастание деформации происходит без увеличения нагрузки).
Несостоятельность последней позиции была всесторонне и убедительно доказана на специальном межведомственном совещании, проведенном с участием представителей Регистра СССР в конце 1954 г. в Ленинграде. «Так как у сталей повышенного сопротивления,— писали Ю. А. Шиманский и его соавторы,— временное сопротивление увеличивается по сравнению с обыкновенной сталью в меньшей степени, чем предел текучести, то применение рекомендаций Регистра будет означать весьма неполное использование повышенных механических свойств этих сталей и приведет к ненужному утяжелению корпусов и излишней затрате материала».
Далее в статье следуют ссылки на проекты сухогрузного судна грузоподъемностью в 10 тыс. г, танкера грузоподъемностью в 25 тыс. т и китобойной базы водоизмещением в 43 800 г, на примере которых иллюстрируется та особенность § 15 «Правил», которая может привести не только к неполному использованию больших преимуществ сталей повышенного сопротивления, но и к прямо противоположному эффекту — утяжелению корпуса.
Вот почему по предложению академика Шиманского авторы статьи в разделе «Общие выводы» писали: «Включенный в новые «Правила» Регистра параграф, посвященный вопросу применения для постройки судна сталей повышенного сопротивления, должен быть из «Правил» изъят, так как содержащиеся в нем рекомендации противоречат общепризнанным установкам строительной механики корабля и могут тормозить внедрение в судостроение сталей повышенного сопротивления». Кроме того, «для обеспечения возможности наиболее правильного и полного использования в практике транспортного судостроения современных достижений науки и техники в части совершенствования конструкций корпусов транспортных судов, уменьшения их веса и применения для
417


их постройки новых материалов» настоятельно рекомендуется скорейший выпуск Регистром СССР «Требований к выполнению расчетов прочности транспортных судов» на базе уже разработанных Отделом судостроения и модернизации ЦНИИ Министерства Морского флота и с учетом богатого опыта отечественного военного кораблестроения.
С большим удовлетворением можно констатировать, что начатая академиком Шиманским важнейшая работа по внедрению в гражданское судостроение методов расчетного проектирования успешно завершена Регистром Союза ССР, выпустившим в 1962 г. «Нормы прочности морских судов», созданные под непосредственным руководством Юлиана Александровича. На основе этих «Норм» спроектированы корпуса десятков отечественных судов различных классов и типов. «Нормы прочности морских судов» явились первым в мировой практике документом, регламентирующим конструирование корпусов на основе рациональных указаний строительной механики корабля. Выход «Норм» повлиял и на структуру «Правил» зарубежных классификационных обществ, постепенно принимающих вид документов, в которых все больше используются расчетные методы проектирования корпуса.
В поле зрения Ю. А. Шиманского постоянно находились и другие вопросы, связанные с проектированием кораблей. К их числу относятся предложения, изложенные на страницах журнала «Морской сборник» в статьях «Степень экономической целесообразности переделки крейсеров типа «Адмирал Бутаков» и «Измаил» в коммерческие пароходы» (1919, № 5—6) и «О выборе типа главных механизмов для судов нашего будущего коммерческого флота» (1919, № 7—8).
Первая из них служила ответом на предложение Комиссии по судостроению использовать недостроенные в связи с войной 1914—1918 гг. легкие крейсера для пополнения наших водных транспортных средств. Положительное техническое решение вопроса, безукоризненно выполненное под руководством И. Г. Бубнова, по существу было односторонним. Поэтому Ю. А. Шиманский предпринял детальное экономическое исследование, в результате которого установил, что по своим техническим показателям (высокая скорость в 25 или 29 узлов в зависимости от оставления на кораблях всех механизмов или
118


половины их, оМосйтельно малая грузовместимость, большой расход топлива) переделанные крейсеры не могли быть эффективно использованы в народнохозяйственных целях, а продажа их за границу после переделки может возместить не более 11% стоимости одного крейсера (без артиллерии).
«...Считаю нужным,—писал далее Ю. А. Шиманский,— отметить коренную ошибку во взгляде на существование и дальнейшую судьбу наших незаконченных крейсеров, которая и приводит многих и в том числе Комиссию по судостроению к столь поспешному стремлению использовать, в какой бы ни было степени, оставшееся имущество...
...Незаконченные крейсера и ныне продолжают являться частью нашего военного флота и судьба их связана с судьбой этого флота... Наш действующий военный флот успешно выполнил возлагавшиеся на него задачи, способствуя крушению германского, а следовательно, и мирового милитаризма, а флот, не законченный постройкой, являющийся неизбежным дополнением первого, сыграл известную военно-политическую роль и затраты на него также должны быть вписаны в общий баланс расходов на поддержание морского могущества России».
В первые годы строительства советского торгового флота у ряда специалистов отмечалось определенное предубеждение против применения на коммерческих судах турбинных установок с зубчатой передачей. Статья Ю. А Шиманского в № 7—8 «Морского сборника» за 1919 г. доказывает, «что было бы большой и непоправимой ошибкой при создании нашего коммерческого флота игнорировать этот новый, но уже достаточно испытанный на практике тип судового двигателя; было бы большой ошибкой не использовать благоприятную для нас обстановку, т. е. возможность создать наш коммерческий флот с более экономичными, чем уже существующие в иностранных флотах, машинами, что сразу поставило бы его в более благоприятные условия при неизбежной конкуренции в деле обслуживания международной морской торговли».
Свое заключение Юлиан Александрович основывает на анализе многих сравнительных данных по эксплуатации судов с паротурбинными и обычными паросиловы-
119


Ми установками («цилиндрическая» паровая машина). Введение между валом турбины и гребным валом промежуточной зубчатой передачи позволяет повысить число оборотов турбины до оптимального, отвечающего минимуму расхода пара и существенному уменьшению веса и размеров установки при одновременном обеспечении такого числа оборотов гребного винта, при котором достигается наивыгоднейший коэффициент его полезного действия. В этом случае преимущества нового типа судового двигателя по сравнению с паровой машиной характеризуются следующими данными: экономия в расходе топлива составляет 10—20%, а смазочных материалов до 50%, снижение веса установки исчисляется 15%; одновременно с этим отмечается повышение надежности, простота эксплуатации и удобство маневрирования.
«Приводимые в настоящей статье данные относительно выбора желательного типа механизмов для судов нашего будущего коммерческого флота,— заключает свою работу Юлиан Александрович,— по моему мнению, достаточно убедительны, чтобы остановить этот выбор на турбине с зубчатой передачей. В случае иного решения этого вопроса нашими руководящими учреждениями было бы крайне желательно знать обоснования, послужившие для такого решения, дабы оно не могло быть истолковано лишь как проявление технического консерватизма, граничащего с рутиной».
Ю. А. Шиманский принимал постоянное активное участие в обсуждении проектов новых типов судов для перевозки специализированных грузов на различных водных путях нашей необъятной Родины. Так, на Техническом совете Центрального научно-исследовательского института водного транспорта (ЦНИИВТ) обсуждались проекты двух архитектурных типов нефтевозов для Каспийского моря большой грузоподъемности при относительно малой осадке: один — «фермовый», в котором продольная прочность обеспечивалась продольной фермой, а второй — «островной», отличавшийся сильно развитой средней надстройкой. В статье инженера А. Осмоловского («Судостроение» 1936, № 8) - указывалось, что Технический совет ЦНИИВТа остановил свой выбор на «островном» типе и что такое же решение было принято Народным комиссариатом водного транспорта для судов первоочередной постройки.
î 20


«Наличие... этого указания,— писал Юлиан Александрович в статье «О выборе типа судна для бесперегру- зочной перевозки нефти на линии Баку — Астрахань» («Судостроение», 1937, № 1),— побуждает меня выступить с настоящей заметкой с целью несколько глубже осветить вопрос о наиболее оптимальном типе судна для перевозки нефти на линии Баку — Астрахань». Прежде всего Шиманский показывает, что автор «островного» проекта А. Осмоловский нечетко разграничивает две стороны рассматриваемого вопроса: выбор наивыгоднейшей системы проводки судов и связанную с этим оценку экономической целесообразности прорытия Астраханского канала глубиной в 4,5 м для избежания перегрузочных операций при доставке нефти в Астрахань и выбор наивыгоднейшего типа судна, осуществляющего бесперегрузоч- ную перевозку нефти. При подобном рассмотрении вопроса «большие преимущества, получающиеся при изменении ныне практикуемой системы перевозки нефти, невольно и ошибочно могут быть отнесены за счет преимущества того или иного типа судна».
Так оно и оказалось. Несмотря на существенные недостатки «островного» варианта, о которых в статье А. Осмоловского даже не упоминалось, было принято необоснованное решение. Осмоловский для достижения необходимой продольной прочности судна предусмотрел на нем высокую двухэтажную среднюю надстройку, ограниченную не вертикальными переборками, а наклонными палубами, помещения под которыми не использовались и неизбежно заполнялись взрывчатыми газами, скопление которых недопустимо. «Единственное преимущество такого «совершенно нового и оригинального типа судна», как его рекламирует тов. Осмоловский,— писал Ю. А. Шиманский,— усматривается им в том, что оно запроектировано «в виде бруса равного сопротивления». Так называется балка, размеры поперечных сечений которой изменяются соответственно действию внешней нагрузки, чтобы наибольшие напряжения в каждом из этих сечений были практически одинаковыми. Но такое преимущество, по мнению Шиманского, в еще большей степени может быть достигнуто в «фермовом» типе судна, превосходящем в этом отношении «островное» если не новизной, то оригинальностью. «К несчастью,— замечает Юлиан Александрович,— оба эти качества, т. е. и «но¬
Ш


визна» и «оригинальность», далеко не всегда влияют положительно на строительные и эксплуатационные качества инженерного сооружения... Ответить на вопрос о том, какой из рассмотренных типов судов является лучшим, следовало бы словами «оба хуже» в том смысле, что ни один из них не отвечает оптимальному решению вопроса, а подготовленные институтом материалы не содержат необходимых аналитических исследований оптимальных элементов и конструкции нового типа судна. В частности, необоснованным остается выбор отношения длины к ширине судна, равного восьми, что не оправдывается условиями ограничения осадки глубиной канала; даже не затронут вопрос о применении стали повышенных механических качеств (например, типа хромансиль и др.), при которой отпала бы тенденция придавать конструкции корпуса оригинальные уродливые формы».
Упомянув о том, что как эксперт он представил отрицательный отзыв об «островном» типе судна и предложил иную конструкцию судна, при которой исключается необходимость прорытия глубокого канала, Юлиан Александрович в заключение статьи ставит вопрос о необходимости внесения большей ясности в задачи технических советов институтов, их структуру, права и обязанности, чтобы обеспечить более строгое и критическое отношение к научно-исследовательской проблематике.
Можно было бы привести множество примеров активного и убедительного воздействия Юлиана Александровича на научно-исследовательские работы по проектированию новых типов судов, особенно в области военного кораблестроения, где он и по своим знаниям, и по опыту работы и, наконец, по служебному положению играл руководящую роль.
Отсюда и сложность освещения этого направления его деятельности. Вспоминается эпизод, когда группа учеников и ближайших сотрудников обратилась к Юлиану Александровичу перед одной из его юбилейных дат с просьбой кратко изложить, что конкретно сделано им в области проектирования кораблей. После минутной паузы академик Шиманский ответил: «Это невозможно. Ответ на Ваш вопрос находится в тысячах чертежей, сотнях объяснительных и расчетных записок, материализованных затем в реальных кораблях флота. Я могу назвать десятки номеров проектов, в разработке которых я прини-
т


мал еще под руководством А. Н. Крылова и И. Г. Бубнова непосредственное участие, а затем сам руководил проектированием многих из них. Для меня каждый такой номер проекта — это часть моей жизни, а для вас, молодых кораблестроителей,— это ничего не говорящие цифры».
Следует рассказать еще об одной из многих его работ — о проекте самоходного гидростата, в котором талант его автора и применяемые им методы научного проектирования проявляются в той же яркой форме, которая характерна для всей его инженерной деятельности. Наша задача существенно упрощается тем, что статья «Проект автономного гидростата», представляющая собой в выдержках объяснительную записку к проекту, снабженную необходимыми основными чертежами, опубликована в «Сборнике статей по судоподъему, водолазному и аварийно-спасательному делу Экспедиции подводных работ СССР» (1938, т. XXIII—XXV) и одновременно в сокращенном виде в «Трудах Всесоюзного научно-инженерного технического общества судостроения» (1938, т. 2, вып. 4) под названием «Автономный самоходный гидростат», а затем переиздана в «Сборнике статей по судостроению» (1954). Примечание, которым редакция «Сборника» снабдила публикацию статьи — «Материал печатается для широкого его обсуждения ввиду спорности ряда положений, выдвигаемых проектировщиками»,— заставляет подробнее остановиться на основных позициях проекта и главным образом на их убедительности и обоснованности.
«Рассматривая историческое развитие средств, служащих для производства глубоководных работ и наблюдений,— писал академик Шиманский,— можно отметить большое отставание их от общего уровня техники на всех этапах этого развития; это отставание в настоящее время граничит с полным отрывом от техники, в результате чего даже самые последние образцы аппаратов для глубоководных погружений не только не удовлетворяют тем оперативным требованиям, которые должны и по состоянию техники могут быть к ним предъявлены, но, с точки зрения современного инженерного искусства, представляются недостаточно технически грамотным разрешением поставленных заданий.
Главнейшими причинами такого положения в капиталистических странах, надо думать, является малая ком-
123


мерческая заинтересованность в нейосредстЁенны& йссйё- дованиях батисферы» (так называется водное пространство, покрывающее более двух третей земной поверхности) . Этим, в частности, объясняется, что первый американский аппарат был построен зоологическим обществом только в 1930 г. Рекордная глубина погружения этого аппарата в районе Бермудских островов в 1934 г. составила 923 м. Несмотря на наличие у испытателя специального фотоаппарата, все изображения фантастических рыб были им зарисованы. Похоже на то, что крайняя ограниченность и неполнота наблюдений, а также отсутствие каких-либо сведений об удачных попытках повторных погружений свидетельствуют о том, что американский аппарат был построен не для научно-практических исследований, а для однократного установления рекордной глубины погружения.
Всесоюзный научно-исследовательский институт морского рыбного хозяйства и океанографии, проявив естественный интерес к исследованиям батисферы, одобрил в 1935 г. проект глубинного гидростата и сдал его в производство. Как следует из опубликованных в ряде журналов описаний, в качестве прототипа для этого гидростата был выбран американский аппарат, представляющий собой прочную сферическую камеру, погружение и всплытие которой производилось со вспомогательного судна при помощи троса. «Совершенно очевидно, что такая камера,— писал по этому поводу Ю. А. Шиманский,— подвешенная на весьма длинном гибком тросе к плавающему судну, неизбежно должна иметь столь большие перемещения по отношению к подводным объектам наблюдения, что возможность использования ее в качестве базы для наблюдения представляется более чем сомнительной».
Если при этом учесть, что погружение и подъем такого аппарата занимают несколько часов и что как в это время, так и при эксплуатационном рабочем режиме аппарат не может управляться находящимися в нем исследователями, а возможности управления им со вспомогательного судна весьма ограниченны, станет ясной рациональная идея академика Шиманского создать автономный самоходный гидростат, погружение и всплытие которого может осуществляться совершенно самостоятельно (без участия вспомогательной плавучей базы), обладаю¬
124


щий возможностью управляемого перемещения в вертикальном направлении, в горизонтальной плоскости и вокруг своей вертикальной оси.
«Уместно будет отметить,— писал Юлиан Александрович,— что заключение о преимущественной безопасности автономного аппарата по сравнению с подвесным совпадает с мнением по этому вопросу покойного К. Э. Циолковского, высказанным в его посмертной статье, помещенной в выпуске XIII—XV «Сборника ЭПРОН». Проект автономного самоходного гидростата разработан нами по заданию ЭПРОНа, с привлечением к этой работе многих специалистов, при общей консультации академика А. Н. Крылова».
На рис. 20 показан внешний вид гидростата, а на рис. 21 — общее расположение его приборов и механизмов. Форма корпуса — цилиндрическая с вертикальной осью.
Приведенные ниже основные размеры гидростата сами по себе свидетельствуют об оригинальности и экономичности технического решения.
Внешний диаметр цилиндрической части 1400 мм
Внутренний диаметр 1340 мм
Высота цилиндрической части прочного корпуса . . 5600 мм
Вся высота прочного корпуса 8700 мм
Полная высота гидростата с надстройкой 9150 мм
Высота служебного помещения (центрального поста
внутри прочного корпуса) 2100
Заслуживают исключительного внимания высокие эксплуатационные характеристики гидростата (при полном водоизмещении 10,55 т)
Наибольшая глубина погружения 2500 м
Рабочая скорость опускания аппарата на наибольшую
глубину 2,2 м/сек
Отвечающее ей время опускания 19 мин
Рабочая скорость подъема гидростата 2,75 м/сек
Отвечающее ей время подъема с глубины 2500 м . 15 мин
Наибольшая скорость подъема аппарата 4,0 м/сек
Соответствующее ей время подъема с наибольшей глубины 10,5 мин
Скорость горизонтального перемещения 0,3 м/сек
Дальность плавания в горизонтальном направлении . 3000 м
Угловая скорость вращения аппарата вокруг своей
вертикальной оси 45 град/
мин
125


Рис. 20. Внешний вид гидростата
По приведенным выше показателям автономный самоходный гидростат не имеет равного в мировой технике. По основной характеристике — наибольшей глубине погружения — он уступает лишь глубоководной исследовательской подводной лодке «Алюминаут» (4570 ж, США, 1964 г.), батискафам «Триест» (10 900 ж, США, 1964 г.), «Дуглас» (10 900 ж, США, 1965 г.) и «Архимед» (10 900 ж, Франция, 1961 г.), которые по водоизмещению превышают его в 10—20 раз.
При погружении в гидростате в нормальных условиях два человека могут пребывать в нем в течение 10 час. В случае надобности в гидростате можно разместить трех человек и одновременно значительно увеличить время их пребывания под водой.
В проекте предусмотрен ряд мер для повышения безопасности эксплуатации гидростата. Всплытие аппарата может быть произведено в любой момент путем сбрасывания твердых грузов, укрепленных вне прочного корпуса; количество этих грузов продублировано на случай несрабатывания стопорного устройства; для избежания неожиданного удара о дно при быстром погружении гидростата к нему на длинном тросе подвешен груз, который, касаясь грунта, обеспечивает необходимое торможение. Для регенерации воздуха, сжигания водоро-
126


г
Рис. 21. Общее расположение приборов и механизмов гидростата
1 — крышка;
2 — запирающий механизм;
3 — выключатель освещения;
4 — прибор К-5;
5 — контактная станция гребного
вала;
6 — то же насоса;
7 — сальник для вывода провод¬
ника;
8 — мотор поворотного меха¬
низма;
9 — маховик;
10 — рефлектор лампы вспышки; и — моно детандер;
12 — выключатель лампы вспыш¬
ки;
13 — уравнительная система;
14 — баллон со сжатым воздухом;
15 — выключатель верхнего про¬
жектора;
16 — выключатель нижнего про¬
жектора;
17 — механизм для сбрасывания
груза;
18 — боковой груз;
19 — кислородный резервуар;
20 — кислородный кран и мано¬
метр;
21 — выключатель освещения;
22 и 23 — вентили;
24 — выключатель затемнения
верхнего прожектора;
25 — иллюминатор;
26 — манометры;
27 и 28 — вентили;
29 — контактная станция махо¬
вика запирающего механизма;
30 — переливная труба;
31 — штепсель для переносной
дампы


да, выделяемого аккумуляторами, гидростат оборудован специальными установками и другими средствами, необходимыми для обеспечения длительного пребывания в нем людей. Если после всплытия гидростат окажется далеко от своей плавучей базы, закрытая надстройка обеспечит плавучесть в 2000 кг при начальной остойчивости около 20 см; кроме того, все необходимые средства сигнализации (радио, ракеты, световые сигналы) помогут экипажу гидростата показать место своего нахождения после всплытия.
Наш краткий обзор деятельности академика Шиманского в области проектирования кораблей будет неполным, если не рассмотреть статью «Использование опыта эксплуатации кораблей в части общей продольной прочности корпуса» («Сборник статей по судостроению», 1954), обобщающую ранее опубликованные работы «Использование опыта войны в части общей продольной прочности корпуса» («Судостроение», 1946, № 3) и «Использование опыта войны в части проектирования прерывистых связей» («Судостроение», 1946, № 4).
Для Юлиана Александровича как подлинного ученого опыт всегда был и оставался критерием истины. Особое значение ой придавал объективному обобщению опыта эксплуатации судов, а для военных кораблей — глубокому анализу причин аварий и повреждений, полученных ими в боевых условиях или в процессе повседневной службы. Академик Шиманский часто обращал внимание своих учеников и ближайших сотрудников на исключительную поучительность широко известной книги академика А. Н. Крылова «Некоторые случаи аварии и гибели судов», неизменно подчеркивая, что всесторонний анализ причин аварий и повреждений является основным источником, который позволяет объективно судить о правильности или порочности исходных положений, принятых при проектировании и конструировании кораблей.
Статья начинается следующими словами: «Плавание кораблей в тяжелых условиях военного времени (речь идет о Великой Отечественной войне 1941—1945 гг.— И. X.), естественно, должно было способствовать быстрейшему проявлению на них возможных недочетов в части конструкции и прочности корпуса, которые могли получаться или в результате допущенных при постройке корпуса чисто производственных дефектов, или различных конструктивных упущений, или же вследствие не
№


правильности общих установок, положенных в основу прочности конструкций корпуса».
Детально анализируя аварийные и другие повреждения корпусов, случавшиеся в годы войны, академик Шиманский доказывал, что «во всех без исключения случаях причиной этих повреждений являлось нарушение основных, т. е. элементарных, требований существующих правил и норм, которые не были выполнены при постройке корабля». К числу главных нарушений он относил:
1) отсутствие проверки прочности сечений корпуса корабля в оконечностях (в частности, недостаточное обеспечение устойчивости палубного настила) и «грубые ошибки с нарушением элементарных правил конструирования корпуса», допущенные при разработке рабочих чертежей;
2) неправильное конструирование различных прерывистых связей корпуса (недостаточная компенсация вырезов в палубах и других продольных связях и отсутствие «скругления углов») ;
3) необычно малый шаг заклепок на обделочных угольниках поперечных переборок на отдельных кораблях (равный трем диаметрам), существенно ослабивший соответствующие связи;
4) неправильное в ряде случаев сочетание ъ корпусе различных сортов стали: некоторые продольные связи из стали повышенного сопротивления «работали совместно» со смежными связями, изготовленными из обычной судостроительной стали;
5) конструирование и выполнение сварных швов вопреки действующим требованиям, хотя практика показала, что трещины, возникающие из-за подобных конструктивных или производственных дефектов, могут распространяться на весь корпус, если он целиком сварной.
Уже сам по себе перечень главнейших причин повреждений, появившийся в итоге большой работы, выполненной под руководством и при непосредственном участии Ю. А. Шиманского, свидетельствует о глубине и полноте проведенного анализа. «Только такой метод использования опыта эксплуатации кораблей,— писал Юлиан Александрович,— является единственно обеспечивающим прогрессивное развитие техники судостроения».
Опыт Великой Отечественной войны подтвердил, что правила и нормы проектирования корпусов кораблей Военно-Морского Флота СССР, разработанные последова-
5 И. Г. Ханович
129


телами школы А. Н. Крылова и И. Г. Бубнова, полностью отвечают требованиям плавания кораблей в любых условиях. Поэтому, заключал Ю. А. Шиманский, «должны быть отвергнуты предложения об изменении существующих правил и норм как в сторону их ослабления, так и ожесточения, если эти предложения обосновываются соображениями сугубо академического характера и тем более, если они никак технически не обосновываются, а происходят от настроений, вызванных аварийными повреждениями корпуса, которые получались на практике вследствие несоблюдения при постройке корпуса этих правил и норм». Для исключения возможности повторения явных ошибок и элементарных нарушений при постройке корпусов наряду с другими организационными мероприятиями академик Шиманский рекомендовал «разработать и регламентировать отсутствующие в нашей практике судостроения подробные и полные правила конструирования корпуса корабля». Кроме того, он требовал, чтобы корпуса вновь строящихся головных кораблей испытывались по уже разработанной им методике «на прогиб и перегиб в сухом доке с целью выявления их конструктивных качеств и устранения обнаруженных при этом испытании конструктивных и производственных дефектов».
Предложения Юлиана Александровича приняты советскими кораблестроителями и обеспечивают дальнейшее прогрессивное развитие отечественного судостроения.
Академику Шиманскому принадлежит основополагающая работа по проектированию ледокольных и ледорезных судов. Она издана в 1938 г. отдельным томом (№ 130) «Трудов Арктического научно-исследовательского института» под названием «Условные измерители ледовых качеств судна».
Несмотря на то что ледоколы существовали к этому времени уже почти три четверти века, не было сколь- нибудь надежного способа оценки ледокольных качеств судов: при проектировании новых кораблей, предназначенных для работы во льдах, базировались на прототипе, допуская лишь отклонения, вызванные специфическими требованиями заказчика и основанные на чисто умозрительных заключениях проектантов.
Освоение и развитие Северного морского пути настоятельно требовало создания нового типа судов, оптимальные размеры, обводы и конструкция которых опре-
Î30


делились бы на научных основах, опирающихся на фундаментальные теоретические и экспериментальные исследования. В этой связи определение рациональных измерителей ледовых качеств судов и последующая работа Ю. А. Шиманского по созданию теории моделирования движения судов в сплошном ледяном поле являлись как нельзя более своевременными.
Состояние проектирования кораблей ледового плавания, писал во введении к работе Юлиан Александрович, «находится еще в первоначальной стадии своего развития, при которой вместо отсутствующей достаточной научной базы преобладают элементы простого подражания и искусства».
До этого большинство экспериментальных работ ограничивалось проверкой местной прочности корпуса ледовых судов. Юлиан Александрович рекомендует проводить систематические экспериментальные исследования, которые позволят корректировать теоретически обоснованные выводы по всем вопросам ледоколостроения. В основу их кладется метод условных измерителей, позволяющих проводить сравнительную оценку ледовых качеств различных судов и определяющих влияние основных факторов на способность корабля преодолевать лед.
К числу условных измерителей Ю. А. Шиманский относит следующие характеристики, служащие для сопоставления ледовых качеств обводов судов: коэффициент ледокольности (щ) и плечо вертикальных сил (ЯО ; коэффициент ледорезности (г]2) и плечо поперечных сил (À2). Вычисление их производится на базе теоретического чертежа судна в предположении, что давление льда на его борт, направленное по нормали к бортовой поверхности, прямо пропорционально косинусу угла 0 между этой нормалью и направлением движения судна. Действительно, разложим поступательное перемещение s судна (рис. 22) на две составляющие: s sin0 — по направлению касательной к поверхности борта и s cos 0 — по нормали к борту. Первая из них вызывает лишь трение льда о наружную обшивку, которым Юлиан Александрович полагает возможным пренебречь, вторая определяет основную часть воздействия льда на корпус, а именно давление, направленное по нормали к борту. Естественно предположить, что это давление в различных точках бортовой поверхности прямо пропорцио¬
131
5*


нально нормальным составляющим s cos 0 перемещения судна, т. е. косинусу угла 0.
Разложим теперь перпендикулярное к борту давление льда на корпус судна в любой его точке на три составляющие (рис. 23) : вертикальную рв, горизонтальную продольную рпрод, направленную по движению судна, и горизонтальную поперечную jWep, перпендикулярную к обеим указанным выше. Теперь нетрудно обычными для кораблестроительных расчетов средствами просуммировать каждую из групп перечисленных составляющих по
всей носовой части судна (вплоть до его наибольшего поперечного сечения) и найти суммарные значения вертикальной силы Рв, продольной горизонтальной силы Ржрод и поперечной горизонтальной силы РПопер.
Коэффициенты ледокольности и ледорезности судна, введенные академиком Шиманским, определяются следующими равенствами:
р р
n в TTYi — ^попер
Yjl -» ИТ)2 — р
-1 прод J прод
Аналогичным путем находятся точки приложения равнодействующих вертикальных и горизонтальных поперечных составляющих давлений льда на бортовую поверхность судна. Отношения их отстояния от плоскости наибольшего поперечного сечения судна к длине носовой оконечности определяют соответственно величины измерителей Kl И %2.
В работе Ю. А. Шиманского приведена таблица условных измерителей ледовых качеств обводов 18 различных судов при разных осадках. Она позволяет сделать следующие основные выводы:
132


а) наилучшими Ледокольными качествами, характеризуемыми наибольшими значениями r]i=2,41 и À,i=0,84, отличаются обводы ледокола «Ермак» при осадке судна, равной Г=6,7 м\ с увеличением осадки ледокольные качества корабля ухудшаются, например при Т=7,9 м r]i=l,62 и Ài=0,70;
б) наилучшими ледорезными качествами, характеризуемыми наибольшим значением т]2=4,65 при Х2=0,67, обладают обводы ледореза «Литке» при осадке Т=6,5 м; например, для «Челюскина» при Т7=5,9 м расчеты определяют т]2=2,12 и Я2=0,88.
Рис. 23. Разложение давле- ния льда р на составляющие
При вычислении условных измерителей обводы корпуса принимались точно по грузовой ватерлинии, соответствовавшей указанной осадке. По этому поводу Юлиан Александрович писал: «Следует считать более правильным принимать образование корпуса на уровне ватерлинии, расположенной несколько ниже грузовой ватерлинии судна, т. е. по линии соприкасания борта судна с серединой толщины льда».
Кроме рассмотренных академик Ю. А. Шиманский ввел дополнительно два класса условных измерителей: для оценки ледокольной мощности судна — коэффициент статической ледокольной мощности kl и коэффициенты динамической ледокольной мощности при ударе х2 и в условиях налезания на лед к3; для оценки прочности судна — коэффициенты прочности корпуса при сжатиии во льдах [Xi, при выжимании р2 и при ударе о лед М-з, а также коэффициент прочности бортовой обшивки |х4. С этой целью предварительно была решена задача о сопротивлении ледяного покрова разрушающим усилиям, приложенным к его кромке. Разложим (рис. 24) давление Ç, оказываемое бортом судна на лед, на две составляющие: горизонтальную Р, вызывающую сжатие льда, и вертикальную 7V, определяющую деформацию изгиба ледового покрова.
133


Определение предельной толщины льда, разрушаемого при статическом действии сил Р и N, а также величины потенциальной энергии V деформации при разрушении ледяного покрова, характеризующей предельное его состояние при ударе борта судна о кромку льда, может быть выполнено аналитическим путем, если рассматривать плавающий лед как плоскую пластину толщиной t,
Рис. 24. Разложение дав* ления борта судна на лед
лежащую на упругом основании, к свободной кромке которой приложены изгибающее и сжимающее усилия.
На рис. 25 и 26 представлены результаты таких расчетов: задаваясь значениями сил Р и N, приходящихся на один метр длины кромки льда, нетрудно по рис. 25 определить отвечающую им толщину t разрушаемого покрова. При этом соответствующее значение потенциальной энер- ги деформации находится по рис. 26 в зависимости от угла наклона борта ß.
Графики на рис. 25 позволяют определить коэффициент статической ледокольной мощности к i, Действительно, полагая, что полное продольное усилие Р равно упорному давлению винтов, которое пропорционально наибольшей мощности главных механизмов судна HP, и относя его к ширине судна В, можно написать
N = 0,02-^-тh «г/л* и Р =0,02 ~ г\3т/м,
где величины HP и В измеряются соответственно в лошадиных силах и метрах, г]з=У гр2+г)22, а гр и ц2 — коэффициенты ледокольности и ледорезности судна, определенные по изложенной выше методике. Далее по рис. 25 для найденных величин N и Р определяется отвечающая им наибольшая толщина льда £тах, которую исследуемое судно может преодолевать при непрерывном ходе, используя всю мощность главных механизмов. Так как сомножитель 0,02 в предыдущих формулах выбран из того условия, что при осадке Т ~ 6,7 м для ледокола «Красин» по графикам рис. 25 получилось £=1,0 м, то можно счи-
134


! 1 I 1 1 1 1 1 1 L 0
0 50 WO 150Р,т/м 10 20 30 53 50 70 80ß0
Puc. 25. Зависимость между разрушающими лед усилиями N и Р, приходящимися на метр длины кромки ледяного покрова, при различных толщинах льда t
Рис. 26. Зависимость между потенциальной энергией деформации V при разрушении льда от угла наклона борта ßo при различной толщине t льда
тать, что найденная для исследуемого судна величина играет роль условного измерителя (£max=Xi), который и называется коэффициентом статической ледокольной мощности судна. Для сопоставления приведен ряд значений измерителя Иь у ледокола «Ермак» при осадке Г = 6,7 м он составляет 0,87 и падает при осадке Т = 7,9 м до 0,64; у «Челюскина» при Т = 5,9 м он составляет 0,22.
Аналогичным образом используются графики на рис. 26 при вычислении коэффициента динамической ледокольной мощности при ударе >с2, т. е. в условиях, когда разрушение ледяного покрова достигается путем повторных разбегов судна.
Приведенных примеров представляется достаточно, чтобы по заслугам оценить предложенный академиком Шиманским метод условных измерителей. Применительно к судам ледового плавания он и поныне представляет собой единственный рациональный способ всесторонней сравнительной оценки их основных качеств. Вместе с тем идея введения условных измерителей может быть применена к решению многих задач, различающихся как критериями сравнения, так и классами сопоставляемых объектов.


Глава шестая
Основополагающие работы Ю. А. Шиманского по железобетонному судостроению
Академику Шиманскому принадлежат основные труды в области прочности железобетонных плавучих сооружений. Еще на заре своей научной деятельности он оценил технические и экономические преимущества, которые сулило отечественному судостроению применение железобетона. Юлиан Александрович понимал, сколь серьезной должна быть научно-исследовательская работа, призванная обеспечить эффективность использования этого материала. Выступая по докладу корабельного инженера P. М. Ловягина «О применении железобетона для судостроения» («Ежегодник Союза морских инженеров», т. II, 1917), содержащему обстоятельный обзор строительства железобетонных судов за границей, Ю. А. Шиманский обращал его внимание, что одних иностранных источников для объективного рассмотрения вопроса недостаточно. В частности, на примере грузового судна водоизмещением 1000 т он показал, что использование железобетона в качестве основного материала для корпуса судна может привести к уменьшению его грузоподъемности в два раза. Предостерегая от крайностей, Юлиан Александрович отмечал, что применение за границей симметричной арматуры (железные прутки располагаются в бетонной балке симметрично относительно ее срединной плоскости) противоречит самой идее железобетонной конструкции, которая должна компенсировать недостаточную прочность бетона при растяжении. «Совершенно неизвестно, например, как меняется сопротивление бетона и железобетона при действии переменной нагрузки,— писал он.— Особенно затруднительно решение этого вопроса по отношению к нормам допускаемых напряжений на растяжение».
136


Сам К). А. Шиманский еще до доклада P. М. Ловя- гина провел опыт по изгибу железобетонной балки и установил, что «трещины в растянутой части бетона появляются лишь по достижении в растянутой арматуре напряжения свыше 4000 атм» (4000 кг/см2). Аналогичные исследования показали, что в условиях переменных по знаку нагрузок уже при напряжениях в арматуре, превышающих 250 атм, в бетоне могут появляться трещины, которые «захватывают всю высоту сечения рассматриваемой части корпуса судна (палубы или днища»).
После опытов Юлиан Александрович приступил к подготовке курса лекций по железобетонному судостроению, который он читал слушателям кораблестроительного отдела Морской академии (курс этот был издан в 1921 г. литографией Морской Академии и сейчас представляет библиографическую редкость). «Целью преподавания этого предмета,— писал он в предисловии,— являлось, с одной стороны, познакомить слушателей с общими основаниями бетонного и железобетонного гражданского строительства, поскольку оно может соприкасаться с практической деятельностью корабельных инженеров, с другой же стороны, дать им все те сведения как теоретического, так и практического характера, которые могут найти применение в области уже чисто железобетонного судостроения. Эта последняя область настолько своеобразна и еще мало разработана, что отличается почти полным отсутствием точных и проверенных на практике теоретических и описательных фактических данных; поэтому при преподавании курса железобетонного судостроения пока приходилось ограничиться установлением общих оснований и условий, сопровождающих применение железобетона для целей судостроения. Такая подготовка, однако, должна помочь корабельным инженерам следить за происходящим в настоящее время развитием железобетонного судостроения за границей и самостоятельно работать над развитием этого дела у нас».
Весь курс состоит из четырех частей. Первая часть «Бетон и бетонные работы» начинается с истории бетонных сооружений от глубокой древности (3600 лет до н. э.) до наших дней, затем следует подробное описание составных частей «механической смеси вяжущего вещества с балластом (песком, щебнем, гравием), затворенной водой и в этом состоянии помещенной в формы,
137


6 которых эта смесь затвердевает». Далее описывается процесс приготовления бетона и производства бетонных работ, физические и механические свойства бетонов и методы их испытания. Так же детально излагается часть вторая курса «Железобетон и железобетонные работы», которая дополнена параграфами о преимуществах железобетона по сравнению с другими строительными материалами и рекомендациях областей его эффективного применения. Третья часть — «Расчет железобетонных конструкций» — содержит подробное изложение технических условий и норм для расчета железобетонных сооружений Министерства путей сообщения и Военно-инженерного ведомства, разработанных комиссией профессоров Инженерной академии во главе с Н. А. Белелюбским — отцом русской школы мостостроения и организатором производства в России высококачественного цемента.
Наиболее интересной является четвертая часть, посвященная собственно железобетонному судостроению. «Судостроение,— писал Юлиан Александрович,— является совершенно обособленной и вместе с тем наиболее сложной разновидностью прикладной техники, применение в которой железобетона до последнего времени встречало большие затруднения, обусловленные, главным образом, таким фактором, как необходимость уменьшения и точного учета веса корпуса, а также непостоянством нагрузки и подвижностью этого рода сооружений. Лишь современное развитие теории расчета прочности железобетона и накопление практических знаний, основанных на изучении свойств материалов и опытных данных, а также усовершенствование способов производства железобетонных работ, позволило с уверенностью в успехе начать применение железобетона к судостроению в большем масштабе».
В 1921 г. пророчески прозвучали слова Шиманского: «В ближайшем будущем железобетон должен совершенно вытеснить железо и дерево при постройке таких плавучих сооружений, у которых вес корпуса не стоит на первом месте, как, например, плавучие доки, понтоны, баржи и т. п., и будет постепенно завоевывать подобающее ему место при постройке и других плавучих сооружений». Крупнейшие в мире железобетонные доки грузоподъемностью в 6 тыс. г, построенные по проекту Ю. А. Шиманского в 1936 г., морское грузовое судно
138


водоизмещением в 3700 г, морские и речные баржи, спроектированные по методу Шиманского, объективно свидетельствуют о развитии железобетонного судостроения в СССР, во многом обязанного трудам Юлиана Александровича и его школы.
Содержание четвертой части курса «Железобетонное судостроение» охватывает изложение «Правил постройки железобетонных судов внутреннего плавания», принятых в классификационном обществе «Германский Ллойд», и правительственных правил, принятых в Дании при постройке небольших плоскодонных судов. Эти материалы наряду с приложением к курсу, в котором освещается история развития1 и состояние железобетонного судостроения за границей, сыграли положительную роль при отечественных исследованиях, поставленных с целью расширения областей применения железобетона в судостроении.
Оригинальной частью всего курса является разработка метода расчета прочности железобетонных плавучих сооружений, который был развит дальше Ю. А. Шиманским в одноименной книге, изданной в соавторстве с инженером И. Н. Сиверцевым в 1932 г. («Труды Научно-исследовательского института судостроения и судовых стандартов Союзверфи», вып. № 11, ОНТИ) 1 2. И сегодня книга служит единственным в мировой литературе научно-практическим пособием для конструкторов железобетонных судов. Во введении к ней Ю. А. Шиманский, в частности, писал: «В настоящее время можно считать установленным, что достижение техники железобетонного судостроения вполне гарантирует техническую выполнимость постройки из железобетона почти всех средств водного транспорта и вспомогательных плавучих сооружений...» При этом по дешевизне, скорости постройки, долговечности, огнестойкости и легкости ремонта железобетонное судостроение «даже пред¬
1 Интересно отметить, что впервые железобетон применялся при постройке в 1849 г. во Франции весельного судна изобретателя Лямбо. Затем железобетон начал широко применяться в гражданском строительстве, а судостроители «вспомнили» о нем лишь в конце XIX в.
2 Роль И. Н. Сиверцева как соавтора этой книги сводилась к практическому расчету но методу Шиманского прочности железобетонных судов.
139


почтительнее железного судостроения, а тем более деревянного... Кроме того, можно считать установленным, что при существующих условиях данные экономического рас- счета всегда приведут к безусловной экономической выгодности применения железобетона для постройки таких плавучих сооружений, для которых вес корпуса не играет существенной роли, т. е. плавучих сооружений без движущих механизмов и не предназначенных для длительной буксировки, как-то: плавучие доки, понтоны, дебаркадеры, маяки, перегрузочные баржи, шаланды и т. п.»
К основным недостаткам железобетона как судостроительного материала относятся его пониженная сопротивляемость механическим усилиям, особенно знакопеременным нагрузкам, и существенная зависимость названных прочностных качеств «от свойств и пропорции составных материалов и от условий производства работ».
Юлиан Александрович указывает на многие неиспользованные еще возможности дальнейшего совершенствования железобетонного судостроения (применение механического бетонирования, использование специальной арматуры, использование разных сортов бетона для различных частей корпуса и т. д.) и среди них — на разработку новых методов расчета и проектирования с целью установления на базе «теоретических исследований и лабораторных испытаний законов совместной работы бетона и железа», а на их основе — наиболее целесообразных конструкций.
Именно эту задачу и решает труд академика Шиманского «Железобетонное судостроение». «При установлении методов и норм для расчета прочности железобетонных плавучих сооружений,— написано в книге,— мы считали себя совершенно свободными от тенденции использовать и рекомендовать таковые уже установившиеся в заграничном железобетонном судостроении и перешедшие туда почти без изменений из практики гражданского железобетонного строительства... В этом отношении мы в корне расходимся с установкой и вытекающей из нее практикой, принятыми в нашем железобетонном судостроении, считая их проявлением излишнего технического консерватизма, совершенно неуместного в этой новой отрасли судостроения и поэтому тормозящего ее естественное и необходимое дальнейшее усовершенствование и развитие».
140


В чем же заключаются основные положения метода, предложенного Ю. А. Шиманским? «Для правильности и удобства производства расчетов прочности судостроительного железобетона мы рекомендуем здесь метод приведения неоднородного материала железобетона к однородному материалу — железу... Сущность этого метода заключается в том, что входящий в рассматриваемое поперечное сечение конструкции бетон заменяется железом при условии сохранения сечением
Рис. 27. Растяжение или сжатие железобетонного бруска
а — торцы прутков арматуры до деформации, б — после растяжения, в — после сжатия
прежней прочности; полученное таким образом новое сечение, так называемое приведенное сечение, удобно в том отношении, что к нему могут быть уже полностью применены обычные расчетные формулы, выведенные для однородного материала и что нормы для напряжений могут быть назначаемы как для однородного материала, а не отдельно для бетона и для железа, как это имеет место при практикующихся в настоящее время методах расчета».
Исходной для метода приведения служит гипотеза плоских сечений, согласно которой поперечное сечение железобетонного бруска, плоское до деформации, остается плоским и после деформации. Так, например, при растяжении или сжатии оно смещается параллельно своему первоначальному положению — все продольные волокна бетона и железа удлиняются (или соответственно укорачиваются) на одну и ту же величину AL (рис. 27). При изгибе балки поперечные сечения, оставаясь плоскими, разворачиваются «веером» одно по отношению к другому, поворачиваясь каждое вокруг своей оси; при этом верх¬
1411


ние (на рис. 28) волокна растягиваются, нижние — укорачиваются, а так называемые нейтральные волокна, проходящие через оси OiP 02, 0з и 04, не изменяя своей длины, меняют только свою форму — искривляются.
Исходя из основной идеи железобетонной конструкции, Юлиан Александрович предполагает, что при любом типе деформации (растяжении, сжатии, изгибе и др.) примыкающие один к другому волокна железа и бетона «работают совместно», т. е. изменяют свою общую первоначальную длину L на одну и ту же величину AL, называемую абсолютной деформацией. Отношение AL к L именуется относительной деформацией 8.
'ûf ]
' 0Z (
'ûj
'#4
Рис. 28. Изгиб железобетонного бруска а — брусок до деформации, б — брусок после деформации
Согласно известному закону Гука, между напряжениями öm (численно равными усилиям, воспринимаемым единицей площади поперечного сечения) и относительными деформациями еж имеется прямая пропорциональность:
Cm=Em&m» (5.1)
Здесь Еж — коэффициент пропорциональности, называемый модулем нормальной или продольной упругости железа (он равен 2 • 106 кг!см2), а индекс «ж» при обозначениях напряжения и относительного удлинения показывает, что эти величины относятся к железной арматуре. Равенство (5.1) справедливо лишь до некоторого напряжения (порядка 2500 кг!см2), которое носит название предела пропорциональности.
Если предположить, что закон Гука выполняется и для бетона, т. е.
бб = EqBq, (5.2)
и учесть основное (определяющее) свойство железобетонной конструкции: 8б=еш, согласно (5.1) и (5.2) >
142


получим
öq 10Ж = Eq iE ж = H,
где через п обозначено отношение модулей нормальной упругости бетона и железа.
Теперь уже нетрудно найти приведенную площадь Fnp поперечного сечения железного бруса, которая воспринимает на себя такое же усилие, как и действительное сечение железобетонного стержня, состоящее из F6 (см2) бетона и Fm (см2) железа:
Fпр • бж = F ж^ж "h F б o'б = F жсгж -f- F б^ож, откуда следует
^пР = ^ж + nF б, (5*3)
«т. е. для получения приведенной площади сечения нужно площадь бетона ввести в расчет с коэффициентом п».
Второе исходное положение метода академика Шиманского основано на том, что бетоны, строго говоря, не подчиняются закону Гука. В связи с этим Юлиан Александрович вводит понятие о модуле деформации бетона Еб, представляющем собой по-прежнему в соответствии с (5.2) отношение напряжения аб к отвечающей ему относительной деформации еб, но теперь зависящим от величины напряжения. Вместе с тем от напряжения будет зависеть и «редукционный» коэффициент п. Эта зависимость, представленная на рис. 29, определена на основе систематических экспериментальных исследований.
Принятие изложенных выше основных положений позволяет свести дальнейшие расчеты к обычным в строительной механике и сопротивлении материалов.
Чтобы сделать книгу практическим пособием для конструктора железобетонных судов, Ю. А. Шиманский последовательно излагает общий порядок расчета прочности корпуса судна, методику определения величин и характера внешних сил, действующих на проектируемое сооружение, основания для назначения норм допускаемых напряжений и, наконец, расчетные формулы для напряжений в различных элементах набора (шпангоутах, бимсах, стрингерах, днищевой и бортовой обшивке, палубном настиле и т. п.), отличающиеся от общепринятых реализацией изложенных выше двух основных принципов нового метода.
143


«Настоящий труд Ю. А. Шиманского является ценнейшим вкладом в дело совершенствования метода расчета железобетонных судов». Эти слова принадлежат корабельному инженеру И. Н. Сиверцеву. Если учесть, что до этого в течение многих лет И. Н. Сиверцев детально изучил методы расчета, перенесенные в судостроение из гражданского строительства, то станет ясной объективность его заключения о вкладе Ю. А. Шиманского в железобетонное судостроение. В какой мере неудовлетворительными оказались применявшиеся до этого методы, можно судить по следующему свидетельству
Рис. 29. Зависимость редукционного коэффициента п от напряжения в арматуре аж а — сжатие бетона,
5 — растяжение бетона
Sûû fâffû
Ож> кг/см2
И. Н. Сиверцева: еще в 1926 г. в Вольске в присутствии представителя Регистра СССР было проведено испытание днищевой плиты железобетонного парома; она разрушилась при нагрузке, в 50 раз превышающей расчетную. Ясно, что подобные «методы» расчета и заключенные в них баснословные «запасы прочности» могли только дезавуировать развитие железобетонного судостроения.
Труд академика Шиманского нашел широкий отклик у научно-технической общественности. Центральное правление Всесоюзного научного инженерно-технического общества судостроения (ВНИТОСС) организовало секцию железобетонного судостроения, которую возглавил Юлиан Александрович. В статье «О научно-исследовательской работе в области железобетонного судостроения» («Судостроение» 1940, № 2) Шиманский от имени секции внес ряд практических предложений, в том числе о создании специализированных верфей, натурных испытаниях построенных железобетонных судов и систематическом наблюдении за их эксплуатацией, проведении систематической научно-исследовательской работы по усовершенство-
144


вайшо материала бетона й технологии производства, разработке рациональных типов железобетонных плавучих сооружений и т. д.
Известно, что академик Шиманский немедленно откликался на любой «неясный» вопрос, необходимость решения которого выдвигала практика судостроения. Так, при постройке первых больших плавучих железобетонных доков стало необходимым разработать систему установки их на якорях. В статье «Теория расчета установки плавучего дока на якорях» («Судостроение», 1937, № 4),
Рис. 30. Основные параметры, определяющие положение дока
на якорях
а затем изданной в «Сборнике статей по судостроению» (1954), Юлиан Александрович исследует зависимости между основными параметрами, определяющими положение дока. Эти параметры показаны на рис. 30, где Г0 и Ti — горизонтальные составляющие натяжения цепей, разность которых равна действующему на док усилию ветра P, h — возвышение точки А закрепления цепи над уровнем грунта в месте расположения якоря (точка D), I — длина части цепи, провисающей по так называемой цепной линии, а — ее горизонтальная проекция, b — длина части цепи, лежащей на грунте, В — ширина дока, В+ 2к — расстояние между якорями, а к — расстояние якоря до стенки дока при среднем его положении в отсутствие ветра (Р = 0).
Используя свойства цепной линии, Ю. А. Шиманский показывает, как при заданной длине цепи L=Z+fc и заданном расстоянии s = a + b якоря от стенки дока найти натяжение цепи Т0, если известны вес р погонной единицы длины цепи и высота h точки ее закрепления. Это позволяет решить задачу о положении дока при любом
145


усилии ветра Р и сделать ряд конкретных рекомендаций по выбору акватории, которую занимает док, и подбору характеристик цепей. Статья, в частности, советует «при разработке проекта установки дока ... стремиться точки крепления якорных канатов к стенкам дока помещать возможно ниже, а глубину грунта в местах укладки якорей выбирать по возможности малой». При соблюдении такой рекомендации параметр h станет меньше, а цепи будут использоваться более полно. С целью «наибольшей активизации работы цепных канатов» без ущерба для грузоподъемности дока рекомендуется также вдоль лежащей на грунте части каждой цепи при среднем положении дока (Р=0) протягивать «старые, отжившие сроки службы якорные цепные канаты» и тем самым увеличивать погонный вес р. Так, простыми средствами был исчерпывающе и рационально разрешен «неясный» вопрос, имеющий большое практическое значение.
Академик Шиманский неоднократно обращал внимание судоремонтников еще на одну область эффективного применения железобетона. В статье «Железобетон для восстановления изношенных корпусов металлических плавучих сооружений» («Судостроение», 1941, № 1) он писал: «Количество различного вида плавучих сооружений, которые вследствие их ветхости хранятся неопределенное время на так называемых кладбищах судов, стесняя территории и акватории портов и речных затонов, весьма велико. В настоящее время получено средство для «омоложения» таких пришедших в ветхость плавучих сооружений, при помощи которого можно полностью или частично восстановить их работоспособность. После такого «омоложения» срок дальнейшей службы их даже увеличивается по сравнению с прежним».
В качестве средства восстановления изношенного металлического корпуса Шиманский предлагал использовать железобетон. Соответствующий технологический процесс упрощается тем, что изношенный металлический корпус служит готовым каркасом, облегчая наложение арматуры и последующее бетонирование обшивки и частей набора. Предложенный Юлианом Александровичем метод судоремонта впервые в СССР был применен в 1924 г. С тех пор в течение 15 лет эксплуатировались свыше тридцати «омоложенных» судов водного транспорта. «Таким образом,— заключает статью Ю. А. Шиманский,—


возможность и экономическую и техническую целесообразность восстановления изношенных корпусов методом бетонирования можно считать практически проверенными».
Обращая внимание на актуальность рассматриваемого вопроса в условиях военного времени и имея в виду необходимость экономии металла, Юлиан Александрович рекомендует конкретные организационные и технические меры, обеспечивающие широкое внедрение железобетона в судоремонт. Всесоюзная конференция, созванная ВНИТОСС и проведенная под председательством академика А. Н. Крылова, полностью поддержала предложения Юлиана Александровича.
На кораблях еще в 30—40-х годах текущего столетия на баке выставлялся пост впередсмотрящего, в задачу которого входило своевременное оповещение о невидимой с ходового мостика опасности. Сейчас эти и другие не менее ответственные функции в совершенстве выполняют радио- и гидролокационные приборы. Можно с полным правом сказать, что на корабле «Советское судостроение» обязанность далеко и вперед смотрящего, владевшего современной наукой и техникой, успешно выполнял Юлиан Александрович Шиманский, принявший эту вахту от Алексея Николаевича Крылова.


Глава седьмая
Исследования по динамическому расчету судовых конструкций
Начало деятельности Юлиана Александровича в одном из главных направлений развития учения о прочности корабля — динамическом расчете судовых конструкций — относится к 1927 г. Возглавляя кораблестроительную секцию Научно-технического комитета РККФ, он много времени уделял установлению единой научно обоснованной методики расчетов подкреплений под артиллерийскими установками вновь проектируемых кораблей.
Специфика подобных расчетов связана с динамическим воздействием усилий, которые возникают при выстреле из орудия и передаются на палубы, переборки и борта корабля непосредственно или через промежуточные упругие связи соответствующих подкреплений. Если учесть, что в те годы отсутствовали обоснованные нормы и правила расчета, опирающиеся на опыт конструирования и испытания различных типов судовых подкреплений, то станет ясной острая необходимость предпринятой Ю. А. Шиманским совместно с В. И. Першиным работы по созданию первой в научно-технической литературе монографии «Расчет подкреплений под палубные артиллерийские установки». Издана она была в 1932 г. Научно- техническим комитетом УВМС РККА.
«Расчеты подкреплений под одни и те же орудия, произведенные на разных заводах или даже на одном заводе, но разными лицами,— читаем мы во введении к книге,— значительно разнятся в отношении общих схем и принимаемых норм для допускаемых напряжений... Многие расчеты страдают слишком большой теоретичностью и, как следствие этого, громоздкостью, сопровождаясь сложными аналитическими исследованиями отдельных вопро¬
148


сов, далеко выходящими за пределы практически необходимой точности, или, наоборот, в этом отношении слишком неполны и примитивны, будучи основаны на мало достоверных допущениях...» Цель монографии — разработать единые нормы прочности и относительно простые расчетные схемы, предполагающие использование их «лицами, имеющими лишь общеинженерное образование, без специального военно-кораблестроительного уклона».
Перекрытия, в плоскости которых передаются усилия при выстреле, представляют собой тонкие пластины больших размеров (например, настил палубы), подкрепленные ребрами (бимсами). Силы, действующие при выстреле, передаются на них через несколько болтов или заклепок, связывающих тумбу орудия с палубным настилом, что позволяет считать, что подобные силы сосредоточены в центрах поперечных сечений болтов (заклепок). Такова постановка задачи. Ее решение для случая одной сосредоточенной силы находится методами теории упругости. С их помощью исследуется и действие на пластину сосредоточенного крутящего момента. Затем полученные результаты применяются к расчету прочности палубного настила, воспринимающего в своей плоскости сосредоточенные воздействия от болтов, крепящих штыревое основание (тумбу) орудия к палубе. Параллельно выводятся формулы, которые определяют перемещения палубы в месте установки орудий и позволяют судить о степени динамичности нагрузки, действующей при выстреле из орудия. Нет надобности подчеркивать, что все формулы просты в практическом применении.
Центральном вопросом является способ учета динамичности нагрузки. Исследованию этой задачи в общем виде посвящена известная работа академика А. Н. Крылова «Некоторые замечания о крешерах и индикаторах», опубликованная в 1909 г. в «Известиях Академии наук». Частное ее решение применительно к нагрузке, действующей на судовые подкрепления под орудия, дано в статье профессора П. Ф. Папковича «О некоторых случаях динамической нагрузки», изданной в 1916 г. в первом томе «Ежегодника Союза морских инженеров». Ю. А. Шиманский поставил цель «изложить результаты указанных исследований в том виде и с той степенью полноты, которые должны облегчить их использование для практических расчетов подкреплений под орудия».
149


Усилие, передающееся на подкрепление при выстреле из орудия, действует в течение короткого промежутка времени £3, изменяясь по закону, который с достаточной степенью приближения может быть выражен графиком, показанным на рис. 31. Это усилие в течение времени ti быстро нарастает до наибольшего своего значения Ртах, которое сохраняется до истечения времени £2, а затем также быстро убывает до нуля к концу промежутка времени £3; временной интервал £2—£4 в несколько раз превышает время нарастания (£i) и убывания (£3—£2) силы.
Величины tu £2, £3 и Ртах определяются в результате натурных испытаний орудия (путем измерения ускорений откатывающейся его части) и, следовательно, могут считаться известными.
Действие усилия на орудийную установку, расположенную на упругом основании (например, на палубном настиле), вызывает его перемещения, наибольшее значение которых в общем случае может превзойти величину, отвечающую статическому приложению усилия Ртах. Так как в пределах закона Гука напряжения прямо пропорциональны деформациям (упругим перемещениям), то наибольшие напряжения, вызванные динамическим действием усилия, окажутся соответственно больше статических, которые могли быть вызваны силой Ртах. Отношение указанных величин и определяет собой ' коэффициент динамичности нагрузки а.
Простыми аналитическими приемами Юлиан Александрович показывает, что значение а зависит (как и в работах А. Н. Крылова и П. Ф. Папковича) от отношения времени нарастания динамической нагрузки £1 к периоду т собственных колебаний судовой связи, воспринимающей эту нагрузку. График этой зависимости представлен
Р А
Рис. 31. Приближенный график изменения с течением времени t усилия Р при выстреле орудия
150


на рис. 32 и при £i/t>0,5 хорошо воспроизводится формулой
Напомним, что периодом собственных колебаний упругой связи первого тона называется тот наименьший промежуток времени, по истечении которого упругая система, выведенная из состояния равновесия, возвращается к исходному положению. Для орудийной установки
т - 6.3J/T,
где М — масса установки, а К — коэффициент жесткости рассчитываемой связи подкрепления под орудие, т. е. коэффициент пропорциональности между величиной усилия, действующего на связь, и перемещением, отвечающим этому усилию.
Учитывая, что подвижная часть артиллерийской установки вследствие наличия компрессора не может принимать полного участия в движении подкрепления, Юлиан Александрович исследует влияние массы подвижной части установки на период собственных колебаний подкрепления. Практическое приложение полученных решений иллюстрируется расчетными примерами. Знание коэффициента а позволяет просто учесть динамический характер нагрузки: либо умножить расчетные напряжения, определяемые статическим действием Ртах на а, либо соответственно уменьшить в а раз допускаемое напряжение.
Наряду с результатами рассмотренных выше исследований в книгу «Расчет подкреплений под палубные артиллерийские установки» включены образцовые расчеты наиболее типичных подкреплений и все необходимые справочные материалы вплоть до решения основных задач строительной механики и сопротивления материалов, нормы допускаемых напряжений и т. п.
Значительной вехой в области динамического расчета судовых конструкций явилось создание академиком Шиманским одноименного труда, удостоенного в 1941 г. Государственной премии первой степени.
В предисловии к третьему (посмертному) изданию «Динамических расчетов судовых конструкций», вышедшему в 1963 г., Юлиан Александрович писал: «Современное развитие судостроения ставит перед инженерами-
151


судостроителями ряд практических задач, связанных с динамическим расчетом судовых конструкций, т. е. расчетом вибрации и прочности под действием усилий, быстро меняющихся во времени... Нахождение наибольших динамических деформаций упругих систем и их наибольшей вибрации приводится к настолько сложным аналитическим задачам, что достаточно строгое математическое решение их возможно лишь для немногих простейших случаев, не охватывающих все потребности практики».
Рис. 32. Зависимость коэффициента динамичности нагрузки а от ti/%
И далее: «С точки зрения математической строгости, общности и ясности изложения классическим сочинением в области теории упругих колебаний и незаменимым руководством при глубоком ее изучении является замечательная книга акад. А. Н. Крылова «Вибрация судов», но именно поэтому она не может достаточно полно удовлетворить потребности инженера-практика, так как он не найдет в ней конкретизированных решений нужных задач». В ряде трудов, посвященных вибрации упругих систем, используется математическая общность теории и практики расчета различного вида типовых конструкций, устанавливаются некоторые общие механические принципы и вытекающие из них методы и приемы расчета. Это обобщение можно сделать более полным, использовав метод приведения Ю. А. Шиманского, позволяющий значительно сократить, упростить и, главное, представить нагляднее те выводы общей теории колебаний упругих систем, которыми приходится пользоваться при динамическом расчете судовых конструкций.
Чтобы разобраться в методе приведения и понять, что нового внес Юлиан Александрович в его применение для
152


решения многих задач, возникающих в практике судостроения, остановимся на некоторых основных положениях теории вибрации.
Проблема вибрации и мер борьбы с ней возникла в русском флоте в 1900 г. По этому поводу в книге «Вибрация судов», изданной в 1907 г., А. Н. Крылов писал: «В нашем флоте был крейсер «Громобой» в 14 000 тонн, сравнительно легкой постройки с тремя поршневыми машинами; когда он вышел осенью в 1900 г. на первые ходовые испытания, то оказалось, что при 105 оборотах машин (в минуту) вибрация достигала наибольшей величины; именно полная амплитуда колебаний в оконечностях и посредине судна составляла, как мною было замерено, около 30 миллиметров; при такой вибрации наводить орудия было невозможно; мина, вложенная в кормовой аппарат, на моих глазах каким-то образом сбила стопора, сама ушла из аппарата и была потеряна».
Приводит А. Н. Крылов и другой пример. «При испытании водоотливной турбины на одном из старых крейсеров,— пишет он,— произошло следующее явление; сама водоотливная центробежная помпа стояла внизу в трюме на втором дне, а паровая машинка, приводящая ее в движение, стояла на палубе и соединялась с помпою длинным вертикальным приводным валиком. Когда машинке давали ход и число ее оборотов достигало примерно трех четвертей полного, валик начинал сильно бить, так что можно было опасаться, что он сломается или что его вырвет из подшипников; но если оставляли регистр (паровой клапан) открытым вовсю, так что число оборотов продолжало возрастать, то валик бить переставал и полным числом оборотов работал вполне спокойно и правильно. Тем не менее пришлось для устранения этого явления поставить добавочный промежуточный подшипник».
«Конечно,— заключал А. Н. Крылов,— добавочный подшипник — не велика штука; так оно и есть, если его поставить одновременно с установкой всей машины и предвидеть при самом ее проектировании; но когда на корабле все готово и корабль должен идти в море, а вместо того надо валики турбин, которых на нем штук двадцать, снимать и ставить подшипники заново, то задержка корабля стоит несравненно дороже самой работы; поэтому при проектировании всякого механизма падо предвидеть
т


и предвычислить все обстоятельства его работы, чтобы потом не приходилось его переделывать».
Предвидению и предвычислению вибрации корпуса корабля, его мачт, различных судовых перекрытий и фундаментов и посвящен труд академика Шиманского «Динамический расчет судовых конструкций», позволяющий относительно простыми средствами исключить возможность проявления вредных последствий вибрации в широко различных условиях повседневной и боевой службы кораблей.
Учение о вибрации и мерах борьбы с ней основано на представлениях о собственных и вынужденных колебаниях упругих систем. Для наиболее наглядного описания первого типа колебаний напомним исторический пример, с изложения которого начинается курс «Вибрации судов» А. Н. Крылова: «Триста пятьдесят лет тому назад Галилей в Флорентийском кафедральном соборе, видимо, с гораздо большим вниманием следил за качаниями паникадила, нежели слушал мессу и проповедь архиерея. Паникадило, висевшее из высокого купола собора, совершало размахи медленно, примерно в 7 секунд, справа налево, так что Галилею было легко вести двойной счет числа размахов и биений своего пульса. Месса была длинная; размахи паникадила становились все меньше и меньше, а между тем продолжительность каждого размаха оставалась неизменной.
Это явление, подмеченное Галилеем, было им затем проверено опытами над маятниками и было первым явлением, легшим в основу учения о колебательном движении, получившего за эти 350 лет громадное развитие и самые разнообразные применения».
Подобно маятнику корабль в целом и каждая деталь конструкции его корпуса, вал машины и прибор, установленный на палубе или навешенный на переборку, имеют свои характерные периоды свободных колебаний. Каждый из этих объектов в процессе эксплуатации взаимодействует с другими материальными телами и воспринимает усилия, которые могут изменяться периодически. Подобные силы называют возмущающими, а вызванные ими колебания объекта — вынужденными. Если период возмущающей силы, т. е. наименьший промежуток времени, на протяжении которого она претерпевает полное изменение, равен периоду собственных колебаний маятни-
т


ка, корабельной конструкции или другого устройства, то возникает резонанс; при этом в отсутствие или при незначительности демпфирующих сил (трение, сопротивление среды, демпфирующие усилия, вызываемые специальными гасителями колебаний) амплитуды вынужденных колебаний достигают относительно больших значений, опасных для эксплуатации объекта.
Общеизвестно, что раскачать тяжелый язык самого большого колокола может даже малолетний ребенок, если он будет тянуть за веревку не как попало, а в темпе собственных качаний колокола: в этом случае действие отдельных (пусть даже малых) толчков суммируется и вызывает значительные по амплитуде вынужденные колебания. История знает много примеров, наглядно подтверждающих явление резонанса: обрыв цепного моста во времена наполеоновских войн в Испании или аналогичное происшествие с Египетским мостом через Фонтанку в Петербурге — все это следствия совпадения периода отбивания шага при церемониальном марше с периодом собственных колебаний мостов.
Аналитическое исследование колебаний систем с одной степенью свободы, т. е. таких систем, положение или состояние которых определяется лишь одной величиной (координатой), зависящей от времени, выполняется относительно простыми математическими средствами. К числу таких систем относится маятник, положение которого однозначно определяется, например, углом отклонения его от равновесного состояния. При исследовании вертикальной качки корабля, не сопровождаемой боковыми и килевыми колебаниями, можно рассматривать корабль как систему с одной степенью свободы, а в качестве координаты, определяющей произвольное положение корабля, принимать вертикальное перемещение, например центра тяжести судна, отсчитываемое от положения его на тихой воде.
Динамический расчет систем, обладающих одной степенью свободы, подробно рассматривается в первой главе труда Ю. А. Шиманского. Хотя квалифицированный читатель найдет здесь решения, известные ему из других источников, он вместе с тем отдаст должное ясности, методичности и полноте изложения, включающего такие вопросы, как действие нагрузки, возрастающей во времени по квадратичному закону, псевдогармонические коле¬
155


бания системы, период которых зависит от величины амплитуды, и др.
Сложность аналитического исследования возрастает с увеличением числа степеней свободы системы. Вторая глава книги посвящена динамическому расчету систем, положение которых однозначно определяется двумя функциями времени. Простейшая система такого вида показана на рис. 33. Материальная точка М, связана с двумя неподвижными точками А ж В упругими связями (пружинами), расположенными одна по отношению к другой под заданным углом а и имеющими в общем случае различную жесткость. Положение точки М в плоскости чертежа определяется в любой момент двумя декартовыми
координатами: х ж у. Пусть при х=у=О точка М находится в равновесном состоянии 0. Выведенная из этого состояния, она будет обладать двумя степенями свободы (по числу координат, определяющих ее произвольное положение) .
Можно ориентировать оси координат х ж у относительно заданных направлений действия упругих связей таким образом, чтобы каждое из уравнений движения, отражающих изменение с течением времени координат точки М, содержало только одну из величин: х либо у. Такое разделение координат отвечает физической картине разложения колебания точки М по произвольному направлению на два составных колебательных движения вдоль фиксированных направлений координатных осей х ж у.
Таким образом, выбрав удачно величины, определяющие положение колеблющейся точки, можно рассматривать движение системы с двумя степенями свободы как результат наложения двух колебаний, каждое из которых^ характеризуется одной степенью свободы. Подобные вели¬
Рис. 33. Простейшая система с двумя степенями свободы
156


чины называются главными, или нормальными, координатами, а колебания, им отвечающие,— главными (нормальными) колебаниями.
Аналогичное положение имеет место при исследовании движения систем, обладающих тремя и более степенями свободы. Колебание системы, состояние которой вполне определяется числом п независимых величин, являющихся функциями времени, может быть разложено на п главных колебаний, каждое из которых отвечает изменению с течением времени соответствующей одной главной координаты. На этой основе Ю. А. Шиманский построил изложение третьей главы, посвященной динамическому расчету систем, обладающих несколькими степенями свободы.
Если главные координаты определены и их изменения с течением времени представляются гармоническими членами типа Ci sin(p^+8i), где Ch pt и e i — соответственно амплитуда, частота и начальная фаза i-го колебания, то, согласно изложенному, любая характеристика (обобщенная координата) исследуемого процесса движения системы с п степенями свободы может быть выражена суммой:
Vi=*Cи sin (pi£+ei)+C2iSiii (р2£+е2) +
+C3i sin (pst+гз) +...+Cni sin (pnt+en). (6.1)
В частном случае, когда система совершает такое колебательное движение, при котором отсутствуют все составляющие, кроме главного колебания с частотой ри вместо (6.1) можно написать
Vi=Cu sin (piH-8i), v2=Ci2sin (piH-8i),
v2=Ci2 sin (piH-ei),. . ., vn=Clnsin (p^+eO, (6.2)
где обобщенными координатами v2, u3vn служат
перемещения n точек системы, определяющих ее произвольное состояние. Из (6.2) следует, что
v2 =
•Vu
v3 =
£тз
^11
Vu-
Vn =
C-piii
Vu
(6.3)
т. e. в указанном случае колебательное движение можно рассматривать как колебание системы лишь с одной степенью свободы, так как оно, согласно уравнениям (6.3), вполне определяется лишь одной координатой vt.
157


Точка упругой системы, перемещение которой Vi выбрано в качестве обобщенной координаты, характеризующей исследуемое движение, называется щентром приведения. Величины Ci2/CiU Cis/Cn, ...Cin/Cn определяют собой отношения амплитуд колебаний соответствующих точек системы к амплитуде колебаний центра приведения. Они являются частными значениями так называемой нормальной функции, выражающей собой относительные перемещения различных точек системы.
Применив простые средства исследования систем с одной степенью свободы к изучению колебания системы, характеризуемого изменением одной главной координаты, и суммируя затем соответствующие результаты при наличии всех главных колебаний, можно определить вынужденные колебания системы с несколькими степенями свободы в самом общем случае.
Такой метод исследования, предложенный академиком Шиманским, является по существу дальнейшим развитием метода главных координат, конкретизация которого, с одной стороны, привела к значительному упрощению математических операций, с другой — придала этим операциям наибольшую наглядность в связи с выделением роли каждого главного колебания и установлением зримой связи между перемещениями отдельных точек системы.
Следующая, четвертая, глава — «Динамический расчет упругих тел» — раскрывает содержание метода приведения в условиях систем с неограниченным числом степеней свободы, к которым относятся упругие тела.
«... Упругое тело можно рассматривать как систему, состоящую из неограниченного числа сосредоточенных масс, свободные перемещения которых ограничены наличием у них общей упругой связи. В соответствии с этим колебательное движение упругого тела в общем случае является результатом, т. е. суммой неограниченного числа простых гармонических колебательных движений, представляющих собой главные или нормальные колебания тела. Каждое главное колебание тела характеризуется особой его формой и соответствующим этой форме периодом колебания и может совершаться независимо от всех других главных его колебаний.
Основное различие между формами главных колебаний упругих тел заключается в числе узлов, т. е. в числе
158


таких точек, линий или поверхностей, которые остаются неподвижными при колебательном движении тела. Форма колебания с наименьшим числом узлов соответствует колебанию первого тона, имеющему наименьшую частоту, т. е. наибольший период. Формы колебания с последующим увеличением числа узлов соответствуют колебаниям тел второго, третьего и т. д. тонов с последующим увеличением их частоты, т. е. уменьшением их периода.
Перемещения и колебания тела, происходящие в результате воздействия на него динамической нагрузки, являются суммой перемещений и колебаний, отвечающих формам его главных колебаний. Если формы колебания тела известны, то каждое такое колебание в отдельности можно рассматривать как колебание системы, обладающей лишь одной степенью свободы, ибо* в данном случае всякое перемещение тела по этой форме вполне определяется лишь одной какой-либо обобщенной координатой, например перемещением какой-либо одной точки тела».
Далее излагаются способы определения приведенной массы, приведенного коэффициента жесткости упругой связи и приведенной силы, знание которых необходимо для решения простейшей задачи о колебании центра приведения. После установления основных свойств нормальных функций и последовательности динамического расчета рекомендуемый метод исследования применяется к разным типам судовых конструкций — различно закрепленным балкам и пластинам, причем по ходу изложения устанавливаются способы отыскания форм и частот главных колебаний первого, второго и более высоких тонов.
Первая часть книги завершается пятой главой, в которой задача о динамических перемещениях систем с одной степенью свободы, вызванных заданными перемещениями точек упругих связей, решенная в первой главе, обобщается для произвольной системы, в том числе упругого тела.
Вторая часть книги посвящена собственно динамическому расчету судовых конструкций. В ней наряду с относительно простыми и наглядными новыми решениями таких задач, как ходовая вибрация корабля и колебания судовых мачт, рассмотренных в работах профессора П. Ф. Папковича, излагаются методы динамического расчета судовых перекрытий и фундаментов, судовых вало- проводов, кроппгтейнов гребных валов, подкреплений, обе¬


спечивающих прочность корпуса при ударном действии волн и при плавании в ледовых условиях, т. е. задач, не описанных в научно-технической литературе.
Научной базой новых исследований кроме метода приведения служил и метод условных измерителей. Применение метода приведения сопровождается дальнейшим его развитием. Так, например, при расчете судовых перекрытий используется графическое задание форм колебаний, уточняемое последующим приближением.
В качестве условного измерителя прочности корпуса при сжатии его льдом Шиманский рекомендует принять наибольшую разрушаемую толщину последнего, для оценки которой им предложены простые расчетные формулы и вспомогательная таблица. Известная условность расчета, вызванная исходными допущениями, не снижает ценности измерителя как критерия, позволяющего «сопоставить прочность рассматриваемого судна с прочностью судна-прототипа, ледовая прочность которого известна по опыту эксплуатации в ледовых условиях плавания». Аналогичным образом вводятся условные измерители прочности корпуса при ударной нагрузке, условные измерители прочности кронштейнов гребных валов и т. п. Во всех случаях эти измерители позволяют на рациональной основе обобщить опыт плавания в различных условиях морской обстановки и на этой базе оценить соответствующие качества вновь проектируемых кораблей.
Выдержавший три издания труд академика Ю. А. Шиманского «Динамический расчет судовых конструкций» и поныне служит основным практическим руководством для инженеров-конструкторов и учебным пособием для студентов кораблестроительных втузов. К нему непосредственно примыкают две последующие работы Юлиана Александровича, изданные в «Трудах Центрального научно-исследовательского института имени академика А. Н. Крылова»: «Влияние подводного взрыва на общую прочность корпуса корабля» (1944, вып. 4) и «Принципы конструкций бронирования кораблей» (1966, вып. 12).
«Опыт морской войны показал,— писал Шиманский во введении к первой из этих работ,— что при подводных взрывах мин, торпед и авиабомб, происходящих в каком- либо одном районе корпуса корабля, разрушение этого района корпуса часто сопровождается нарушением общей продольной прочности корпуса в другом его районе; это
160


нарушение выражается в виде появления гофр и разрывов палубы, бортов и днища на узко ограниченном участке длины корпуса...
Естественно полагать, что нарушение целости корпуса в районе его, не подвергающемся непосредственному действию подводного взрыва, могло бы быть предотвращено соответствующим усилением прочности корпуса в этом районе».
Поскольку ни в нашей, ни в зарубежной практике военного кораблестроения вопрос о влиянии подводного взрыва на общую прочность корпуса никогда не ставился, Ю. А. Шиманский разработал расчетную методику определения динамических деформаций судовых конструкций. В основу ее положен метод приведения.
Положение диаметральной плоскости корабля вполне определяется двумя обобщенными координатами, например вертикальным перемещением какой-либо точки на уровне грузовой ватерлинии и углом поворота корабля вокруг поперечной оси, проходящей через эту точку. Таким образом, плавающий корабль (в отсутствие боковой качки) представляет собой систему, обладающую двумя степенями свободы. Следовательно, динамическое перемещение его должно определяться двумя независимыми одна от другой главными координатами.
Можно доказать, что если центр тяжести площади грузовой ватерлинии лежит на одной вертикали с центром тяжести корабля, то главными координатами служат вертикальное перемещение каждой из указанных точек и угол поворота судна около поперечной оси, проходящей через центр тяжести площади грузовой ватерлинии. «Оба эти движения в этом случае могут совершаться совершенно независимо друг от друга, не возбуждая одно другого, определяя собой вертикальное колебательное движение корабля и его килевую качку».
Нормальная функция для первого главного колебания равна единице, так как перемещения всех точек корабля при вертикальной качке одинаковы; вторая нормальная функция воспроизводит линейную зависимость перемещений от расстояния точки от центра вращения. Соответственно этому легко находятся такие характеристики центра приведения, как приведенная масса и приведенный коэффициент жесткости, а вместе с ними и частота соответствующего главного колебания.
6 И. Г. Ханович
161


Известные затруднения возникают при оценке приведенной силы. Анализ аварий при подрыве кораблей на минах позволил сделать следующее допущение: наибольшая нагрузка, действующая на корпус при подводном взрыве, приближенно равна разрушающему значению перерезывающей силы, рассчитанному для шпангоута, удаленного от форштевня на расстояние, равное 0,1 длины корабля; при этом продолжительность действия взрывной нагрузки составляет примерно 80—85% периода свободных колебаний корпуса первого тона. При этих предположениях можно оценить наибольшее напряжение, возникающее в корпусе от действия изгибающих моментов, вызванных взрывом, и принять его в качестве соответствующего условного измерителя. Такой подход не требует глубокого изучения сложной проблемы внешних сил. Юлиан Александрович опровергает существовавшее мнение о том, что основной причиной нарушения общей прочности корпуса при подводных взрывах являются продольные динамические перемещения корпуса как упругой балки под действием продольного удара. В конце работы «Влияние подводного взрыва на общую прочность корпуса корабля» приведен детально разработанный пример расчета общей продольной прочности корпуса на действие подводных взрывов.
В 30—40 годах нашего столетия, по глубокому убеждению Юлиана Александровича, такая важная область корабельной архитектуры, как конструкция бронирования, была весьма отсталой. Несмотря на коренные изменения в артиллерии, броне и самом корпусе корабля, еще бытовали традиции, возникшие в начале броненосного судостроения. Между тем развитие броненосного судостроения сопровождалось усовершенствованием качества брони и технологии изготовления броневых плит, а в соответствии с этим уменьшением толщины брони и увеличением размеров броневых плит; одновременно проявилось стремление осуществить более монолитную связь брони с корпусом, вследствие чего не только не требовалось усиление прочности корпусных конструкций, прилегающих к броне, но, наоборот, они могли быть облегчены благодаря совместной работе их с броней. Юлиан Александрович решил провести теоретико-экспериментальные исследования с целью определения общих принципов и методов расчета конструкций бронирования кораблей, под которыми он
162


понимал не только различные корпусные конструкции для подкрепления брони, но и различные виды соединения броневых плит между собой и крепления их к корпусу. Результатом этих исследований и явился труд «Принципы конструкций бронирования кораблей».
Его первая глава «Влияние размеров броневой плиты на элементы ее деформации под действием снаряда» содержит описание физико-математической модели явления. Снаряд массой М, обладающий в момент соприкосновения с броневой плитой известной скоростью Уо, встречает сопротивление плиты в виде перелген- ной силы Р, которая, действуя на снаряд, уменьшает его скорость. В свою очередь, равная ей и противоположно направленная сила, приложенная к броневой плите, «вызывает ее общую упругую прогибь и местную пластичную деформацию в виде местной остаточной вмятины» (рис. 34).
Приравняв кинетическую энергию снаряда работе силыР, нетрудно получить сотноше- ние, из которого следует, что независимо от закона изменения переменной силы сопротивления, ее наибольшее значение Ртах, а вместе с ним пробивная способность снаряда уменьшаются с ростом глубины вмятины и увеличением упругого прогиба плиты в месте удара снаряда. Отсюда вытекают заключения, что «с точки зрения увеличения сопротивляемости броневой плиты действию снаряда представляется выгодным применение для нее пластичного материала, способного выдерживать более глубокие вмятины при одинаковом разрушающем усилии Pmaî. Также представляется выгодным увеличивать размеры броневых плит и уменьшать жесткость конструкций подкреплений за броней для увеличения этим упругой прогиби броневой плиты при ударе снаряда».
Далее Шиманский доказывает, что увеличение размеров броневой плиты приводит к уменьшению тех реакций, которые вызываются на ее опорном контуре при уда¬
Рис. 34. Удар снаряда о броню
h — толщина брони, ô — глубина вмятины
163
6*


ре снаряда. Подтверждается это боевым опытом и результатами испытания на полигонах, которые показывают, «что случаи перекоса и даже полного отрыва броневой плиты при ударе в нее снаряда являются далеко не единичными».
Первая глава завершается новым исследованием действия косого удара снаряда о броневую плиту. «Видно, что это явление совершенно не укладывается в ту элементарную схему, на основе которой построены применяемые на практике формулы пробиваемости брони при косом ударе снаряда,— писал Юлиан Александрович, предварительно раскрыв истинную картину процесса.— Эти формулы выведены при явно противоречащем действительности допущении о невлиянии касательной реакции плиты на ее сопротивляемость действию косого удара снаряда».
Вторая глава посвящена исследованиям роли брони в общей и местной прочности корпуса корабля.
Для возможного уменьшения веса корпуса и повышения его боевой живучести «необходимо всемерно стремиться всю броню, конструктивно связанную с корпусом, наиболее полно привлекать к участию в его работе». Возникающие при этом трудности связаны с осуществлением стыковых и пазовых соединений толстых броневых плит, для которых обычные сварные или заклепочные конструкции оказываются недостаточными. Преодолеть эти трудности можно, например, применением шпонок с «ласточкиным хвостом».
Опыт русско-японской и всех последующих войн показал, что отдельные плиты брони, навешенные на борт и конструктивно не соединенные между собой, получали большие перекосы или совершенно выпадали при попадании в них бронебойных и фугасных снарядов. Поэтому достаточно надежное соединение всех смежных броневых плит должно быть основным руководящим принципом конструкций бронирования. «Этот принцип,— писал Юлиан Александрович,— необходимо выполнять невзирая на конструктивные и производственные трудности, которые при этом могут встретиться»-.
Во второй главе подробно излагаются расчетные и конструктивные требования, обеспечивающие паиболее полное привлечение палубной и бортовой брони к усилению общей и местной прочности корабля. Здесь же в отдель¬
164


ном параграфе рекомендуются нормы прочности при расчете соединительной шпонки и других связей — продольных профилей, поставленных вдоль верхней и нижней кромок бортовой брони и жестко связанных с корпусом при помощи заклепок, а с броней — гужонами.
В третьей главе рассматриваются условия, в которых находится набор корпуса за броней. Назначение набора — поддерживать вес брони при одновременном восприятии статической нагрузки от давления воды, подкреплять броневое перекрытие против действия на него бронебойных и фугасных артиллерийских снарядов, ракет и авиабомб. Для каждой из этих задач устанавливаются нормы прочности и условия, в которых они должны выполняться.
В завершающей труд четвертой главе «Крепление броневых плит к корпусу и соединение их между собой» в концентрированном виде сформулированы основные требования, предъявляемые к конструкции обшивки, соединению броневых плит, креплению брони к корпусу и к амортизирующим устройствам.
Труды академика Ю. А. Шиманского по динамическому расчету судовых конструкций являются фундаментальными монографиями, сочетающими глубину и полноту исследований с рекомендациями относительно простых методов расчета, обеспечивающих удовлетворение норм прочности. Завершенность работ, охватывающих совместное решение трех основных задач строительной механики корабля — определение внешних сил, расчет вызванных ими напряжений и деформаций, установление норм прочности и жесткости — при непременном учете опыта эксплуатации и боевой службы кораблей, определяет их основополагающую роль в современной науке о корабле.
Дальнейшее развитие и широкое применение они получили в работах H. Н. Бабаева и В. Г. Лентякова, В. С. Калинина, А. А. Курдюмова Г. С. Чувиковского и др.


Глава восьмая
Работы по теории упругости и пластичности
Как математическая теория упругости, так и теория сопротивления материалов ставят перед собой общую задачу — определение напряжений и деформаций, возникающих в упругом теле под действием приложенных к нему внешних сил. Однако для ее решения обе науки пользуются разными методами.
Теория сопротивления материалов должна дать в руки инженера хотя и не вполне строгие, но зато простые расчетные формулы, позволяющие получить решение исследуемого вопроса с достаточным для практических целей приближением. Это достигается упрощением и схематизацией иногда весьма сложных явлений и принятием более или менее обоснованных предположений, наличие которых не всегда позволяет оценить степень полученного приближения.
От математической теории упругости и пластичности требуется получить возможно более точные решения основной части тех вопросов, которые возникают при инженерных расчетах напряжений и деформаций в упругом теле, а также исследовать те задачи, которые по своей сложности не решаются элементарными средствами.
Отказываясь от ряда рабочих гипотез теории сопротивления материалов и ставя перед собой, в частности, задачу оценить степень точности этих гипотез, математическая теория упругости базируется на такой физико- математической модели, которая отвечает общим свойствам реальных тел, определяющим существо исследуемого вопроса. Основой этой модели является представление об идеальном, или вполне упругом, теле, которое после удаления приложенных к нему внешних сил всегда возвра¬
166


щается в одно и то же исходное состояние. Последним допущением исключаются из рассмотрения теорией упругости так называемые остаточные деформации. Математическое исследование их стало предметом новой научной дисциплины — теории пластичности.
Вторым основным свойством идеально упругого тела является линейность зависимости между напряжениями и деформациями. Наконец, третье предположение связано с представлением об однородности тела; под ней следует понимать то его свойство, при котором под действием одних и тех же напряжений оно во всех своих точках деформируется одинаково.
Часто объект исследования математической теории упругости наделяют дополнительным свойством — изотропностью, под которой понимают независимость связи между деформациями каждого элемента тела и приложенными к нему силами от направления этих сил. Наличие этого качества существенно упрощает решение соответствующих задач, но не является обязательным для объектов теории упругости.
Еще в первом издании «Справочной книги для корабельных инженеров» Ю. А. Шиманский изложил основы теории упругости с полнотой, необходимой для «Справочника». «Задача теории упругости состоит в определении напряжений, деформаций и перемещений точек в упругом теле, находящемся под действием заданной системы внешних сил,— писал он.— Теория упругости исчерпывающе охватывает явления, происходящие в напряженном упругом теле и, облекая законы этих явлений в математическую форму, тем самым дает путь, следуя которому мы могли бы прийти к решению указанной задачи и таким образом получить решения самых разнообразных вопросов, предъявляемых практикой; однако, вследствие затруднений чисто математического характера, мы в настоящее время лишены возможности следовать этому пути и принуждены довольствоваться решением очень немногих наиболее простых задач».
Несмотря на эти затруднения, а точнее, в связи с ними, Юлиан Александрович неоднократно обращался к теории упругости, выступая как научный популяризатор ее методов и решений, как инженер, использующий богатство ее идей, даже в тех случаях, когда они не доведены до непосредственных количественных результатов, как
167


ученый, вносивший свой вклад в математическую теорию учения о прочности упругих тел.
Существенным вкладом в учебную литературу явилась и книга «Изгиб пластин», изданная в 1934 г. Главной редакцией судостроительной литературы в качестве основного пособия для курсантов кораблестроительного сектора Военно-морского инженерного училища имени Ф. Э. Дзержинского. Принятые в книге обозначения и форма окончательных расчетных формул совпадают с используемыми Ю. А. Шиманским во втором и третьем томах «Справочника по судостроению». Таким образом основным назначением книги явилось расширение кругозора будущих корабельных инженеров путем систематического изучения основ теории и математического аппарата, с помощью которых устанавливаются соответствующие расчетные зависимости. Но и при этом Юлиан Александрович остается верен своим методологическим принципам: «дабы не затемнять громоздкими математическими выкладками сущности излагаемых вопросов, такие выкладки приведены в сносках мелким шрифтом». В соответствии с назначением книги значительное в ней место отведено упражнениям и примерам, иллюстрирующим - практическое применение теоретических результатов.
Существенно новым в теории изгиба пластин явилось применение так называемого метода наложения, до тех пор использовавшегося лишь в теории изгиба балок.
Входящие в состав корпуса судна листы обшивки (бортовой, палубной, поперечных и продольных переборок), составляющие около 70% его веса, рассматриваются в теории упругости как тонкие пластины, ограниченные разного вида опорными контурами и находящиеся под действием различных систем внешних сил. В подавляющем большинстве случаев опорные контуры, составленные из балок (шпангоутов, стрингеров, бимсов, стоек переборок), на которые опираются пластины, имеют прямоугольную форму с различным отношением сторон а и &, размеры которых в десятки раз превышают толщину листов обшивки. При этом характер опорных закреплений бывает различным: пластина может свободно опираться на опорный контур ABCD (рис. 35, а), на отдельных участках контура, например AB (рис. 35, &), или по всему опорному контуру (рис. 35, в) может быть жестко закреплена; в последнем случае она не может свободно
168


поворачиваться вокруг соответствующих отрезков контура. В соответствии с этим при свободно опирающейся пластине в точках контура ABCD на нее действуют реактивные силы, а при жесткой заделке, кроме того, возникают реактивные изгибающие моменты, которые препятствуют повороту пластины в непосредственной близости к опорному контуру.
â
Рис. 35. Различные типы опор пластины
а — все кромки свободно опираются,
б — одна кромка AB заделана, остальные свободно опираются,
в — все кромки жестко заделаны
Еще более разнообразна система внешних сил, действующих на пластину: она бывает равномерно распределенной по всей поверхности пластины или меняющейся по линейному закону (например, силы давления воды), в ряде случаев сводится к системе сосредоточенных сил и т. п.
В трудах по теории упругости было принято каждый из возможных частных случаев сочетания условий закрепления кромок пластины и возможных вариантов нагрузки рассматривать самостоятельно, преодолевая при этом существенные математические трудности, связанные с необходимостью разработки индивидуальных способов решения каждой такой задачи. По этому поводу Ю. А. Шиманский писал: «Вполне естественно поэтому, что вследствие математических затруднений, связанных с решением дифференциальных уравнений четвертого порядка в частных производных, решение каждого частного случая изгиба пластин представляется в виде отдельного труда, отмеченного именем его автора».
169


В качестве примера «громоздкости и большого количества математических выкладок, связанных с решением различных случаев изгиба пластин таким методом», Юлиан Александрович приводит исследование сравнительно простого случая изгиба пластины, нагруженной равномерно и имеющей три свободно опирающиеся кромки, а четвертую заделанную. Это исследование сопровождается сложными математическими выкладками, едва укладывающимися на 15 страницах соответствующего труда (вместо двух страниц текста, приводящего к тем же расчетным формулам при применении метода наложения).
В заключение автор книги «Изгиб пластин» отмечал: «Применение метода наложения к исследованию изгиба пластин приводит к общим схемам решения для всевозможных случаев закрепления и нагрузки пластины, настолько же наглядным, как и для изгиба балок, причем все известные в настоящее время решения изгиба пластин могут быть легко получены как частные случаи этих общих решений».
В чем же заключается общая схема решения любой задачи об изгибе пластины с применением метода наложения? В качестве исходного рассматривается случай изгиба прямоугольной пластины, свободно опирающейся по всем четырем кромкам и нагруженной сосредоточенной силой Р, приложенной в произвольно заданной точке Е (рис. 35, а). В этих условиях известное решение теории упругости определяет изогнутую поверхность пластины с помощью двойного тригонометрического ряда, типичный член которого представляется произведением двух си-
. mttx . пяу y y л
нусов sin —— sin —, а коэффициенты Атп непосредственно выражаются через известные величины Р, а, Ъ, с и d. При любой другой нагрузке, распределенной по поверхности пластины по заданному закону, общий вид уравнения изогнутой поверхности остается тем же, а новые значения коэффициентов Атп находятся путем суммирования (интегрирования) однотипных выражений, каждое из которых отвечает соответствующей силе, приложенной к одной точке.
Таким образом, для пластины со свободно опирающимися кромками легко могут быть получены все характеристики ее изгиба: наибольшие прогибы, реакции опорных кромок, перерезывающие силы и изгибающие
170


моменты в любых сечениях, выражающиеся непосредственно через функцию о (х, у), которая определяет уравнение изогнутой поверхности пластины. В частности, для нагрузки, отвечающей закону изменения гидростатического давления, и для равномерно распределенной по поверхности пластины, в книге Ю. А. Шиманского «Изгиб пластин» приведены соответствующие расчетные формулы и вспомогательные таблицы.
Чтобы перейти от свободно опирающихся пластин к пластинам, у которых те или иные кромки заделаны, либо к так называемым неразрезным пластинам, опирающимся на ряд связанных между собой контуров, последние достаточно рассматривать как свободно опирающиеся, нагруженные дополнительно опорными моментами, возникающими вследствие жесткой заделки соответствующих опорных кромок пластин либо из-за влияния соседних участков неразрезной пластины. Эти опорные моменты, по аналогии с принципом наложения в теории изгиба балок, рассматриваются как лишние неизвестные, для определения которых составляется необходимое число линейных уравнений, отвечающих равенству нулю углов поворота изогнутой поверхности на соответствующих опорных кромках в случае их жесткой заделки, либо взаимному равенству углов поворота у смежных участков в случае неразрезной пластины.
Для облегчения расчетов по приведенной выше схеме Юлиан Александрович получил общее решение задачи об изгибе свободно опирающейся пластины, нагруженной на опорном контуре изгибающими опорными моментами.
Таким образом, при использовании метода наложения исследование любого случая изгиба пластин сводится к определению опорных моментов и последующему вычислению необходимых характеристик по известным формулам либо к непосредственному получению их с помощью таблиц.
Можно без преувеличения сказать, что разработанное Ю. А. Шиманским новое применение старого метода оказалось весьма эффективным: точный расчет изгиба пластин в самых разнообразных случаях перестал быть камнем преткновения для корабельных инженеров, практические возможности которых до этого ограничивались небольшим числом относительно трудоемких частных решений.
171


В большинстве своих работ по учению о прочности судовых конструкций академик Шиманский руководствовался основными принципами и рекомендациями математической теории упругости. В тех случаях, когда они не приводили к законченным количественным решениям, Юлиан Александрович строил соответствующие рабочие гипотезы, в основе которых лежали указанные принципы и рекомендации. В связи с этим выделение из всего многообразия его трудов работ по сопротивлению материалов в известной мере условно, поскольку невозможно провести строгую демаркационную линию между применяемыми в них методами исследования.
К работам по теории упругости и пластичности следует отнести статью «Расчет местной прочности тонкостенных труб и барабанов», впервые опубликованную в четвертом номере «Бюллетеня Научно-технического комитета УВМС РККА» (1930), а затем в «Сборнике статей по судостроению» (1954) (в связи с особой важностью вопроса и общностью полученного решения она открывает «Сборник»).
В практике судостроения широкое распространение имеют конструкции, выполненные в виде тонкостенных труб или барабанов цилиндрического либо конического образования, подверженных действию сил, приложенных по периметру поперечного сечения трубы (барабана) и расположенных в плоскости, перпендикулярной к оси конструкции. Примерами тДких конструкций могут служить барабаны, которые ставятся под вращающиеся части различных установок для их подкреплений, дымовые трубы и т. п. Отличительной особенностью их является относительно малая местная жесткость тех сечений, где приложена внешняя нагрузка. Без соответствующего подкрепления, исключающего возникновение значительных деформаций сечений, использовать достаточно большую прочность всей конструкции нельзя. В связи с этим в статье излагаются основания для расчета местной прочности и жесткости тонкостенных труб и барабанов. Они применяются к двум наиболее частым случаям нагрузки: сосредоточенной силой или распределенной равномерно по периметру сечения (когда внешняя нагрузка передается от подвижной части установки через шары или катки). В обоих случаях применение методов теории упругости позволяет определить изгибающий момент, срезы¬
172


вающую силу и радиальные перемещения для любого сечения подкрепляющего кольца.
Другая статья «Вибрация листов наружной обшивки судов вблизи расположения гребных винтов и меры для ее устранения», опубликованная в пятом выпуске «Бюллетеня Научно-технического комитета УВМС РККА за 1931 г. и повторенная в «Сборнике статей по судостроению» 1954 г., была написана в связи со случаями появления трещин в листах, расположенных над гребными винтами. Ограничивая исследование вибрации листа главными колебаниями пластины первого тона, Ю. А. Шиманский из основного уравнения теории упругости определил период ее свободных колебаний и на этой основе пришел к следующим заключениям.
«1. Действие гребных винтов на наружную обшивку судна, сводящееся к действию на нее периодических импульсов от струй воды, отбрасываемых лопастями винтов, может вызвать значительную вибрацию листов наружной обшивки, так как периоды собственных колебаний этих листов могут оказаться близки и кратны периодам указанных импульсов <...)
3. Для устранения возможности появления большой вибрации листов наружной обшивки необходимо стремиться к уменьшению периода собственных колебаний листов, что может быть достигнуто как уменьшением пролетов, т. е. уменьшением размеров сторон опорного контура, так и увеличением толщины листов». Далее показывается, что наиболее эффективным из указанных средств служит постановка одного промежуточного ребра жесткости (в плоскости шпангоута), вдвое уменьшающая соответствующий пролет пластины.
Значительно более сложны вопросы, связанные с определением предельной несущей способности корпусных конструкций, которые оцениваются величиной и характером внешних сил, вызывающих появление пластических (остаточных) деформаций.
Широкая дискуссия по основным вопросам теории пластичности в 1950 г. показала, что тогдашнее состояние этой новой области знания не удовлетворяло насущным потребностям инженерной практики и, в частности, не позволяло установить рациональные требования к механическим характеристикам судостроительных сталей, обеспечивающие снижение веса корпуса при сохранении
173


необходимой прочности и жесткости судовых конструкций. Во введении к статье «Теории пластичности и прочности стали», опубликованной в первом выпуске шестого тома «Трудов Всесоюзного научного инженерно-технического общества судостроения» (ВНИТОСС) (1953), академик Шиманский писал: «Ведущая роль и приоритет советских ученых в современном развитии этой науки, в особенности в области теории пластических деформаций, обязывает их в ближайшее время устранить отмеченное выше отставание ее от потребностей инженерной практики». В связи с большой актуальностью эта статья была значительно дополнена Юлианом Александровичем и издана в «Сборнике статей по^ судостроению» 1954 г.
В предисловии ко второму изданию статьи, увидевшей свет под названием «Практическая теория пластичности и прочности стали», Шиманский писал: «Работа эта имеет дискуссионный характер, так как изложенные в ней основные положения во многом не только не согласуются, но и противоречат существующей в настоящее время трактовке затронутых в работе вопросов». Стремясь обратить внимание читателя па направленность новой редакции статьи, он включил в ее наименование слово «практическая», поскольку выводы этой теории «могут быть непосредственно использованы для решения практических задач инженерной практики». К таким задачам он относил определение пластической (остаточной) деформации конструкции по известным величине и характеру действующих внешних сил; оценку наибольшей несущей способности стальной конструкции в области ее пластической деформации; определение по известной остаточной деформации конструкции значений вызвавших ее внешних сил, полагая, что характер распределения этих сил оставался одинаковым в течение всего времени их действия; установление критериев сравнительной оценки различных сталей с позиции пригодности их для заданного назначения и на этой базе установление рациональных требований к судостроительным сталям.
Хотя статья написана вполне доступно для лиц, имеющих обычную инженерную подготовку, остановимся лишь на основных выводах, полученных академиком Шиманским, и принципиальной стороне их аргументации.
При решении практических задач, обусловленных наличием в стальной конструкции больших пластических
174


деформаций, Юлиан Александрович рекомендует учитывать влияние величины и знака относительной деформации U на коэффициент Пуассона ц согласно равенству
Напомним, что коэффициентом Пуассона р, называют отношение относительной поперечной деформации i2 к относительной продольной деформации U, взятое с обратным знаком. Так, при растяжении стержня длиною I абсолютное его удлинение составит Al и соответственно этому относительная продольная деформация окажется равной h = Al/l; в то же время первоначальный поперечный размер (например, диаметр) стержня d изменится на величину Дй<0 и соответствующая относительная поперечная деформация составит i2 = Ad/d. Согласно определению, ц,=—i2/U.
Формула (7.1) выведена на базе общепринятого исходного положения, что пластическая деформация в отличие от упругой происходит без изменения объема материала. Соответствующий ей график зависимости коэффициента Пуассона \х от относительной продольной деформации U представлен на рис. 36. Вопреки этому графику другие авторы в условиях пластической деформации принимали jut неизменным и равным половине. Возникала ошибка из-за пренебрежения произведениями относительных деформаций по сравнению с их первыми степенями в выражении для относительного изменения деформируемого объема.
Ввиду практической невозможности получить лабораторным путем диаграмму пластического сжатия стали Ю. А. Шиманский предложил простой аналитический прием пересчета экспериментальной диаграммы растяжения образца, основанный на учете различия значений коэффициента Пуассона при пластическом сжатии и растяжении, а также того обстоятельства, что при сжатии относительная продольная деформация U по абсолютной величине, естественно, не может превышать единицу.
Далее академик Шиманский вводит новые представления об избыточном напряжении и модуле пластической деформации, которые рекомендует широко использовать для решения многих практических задач. Поясним каждое из них. Упругие деформации сопровождают всякую пластическую, и связь первых с соответствую щи-
(7.1)
175


ми напряжениями остается такой же, как при упругом состоянии тела. «Что касается зависимостей между напряжениями и чисто пластическими деформациями,— писал Юлиан Александрович,— то при их определении будем исходить из естественного предположения, что пластические деформации не только вызываются, но и определяются величинами избыточных напряжений», под которыми понимают разности между действительными напряжениями и соответствующими пределами текучести, т. е. напряжениями, возникающими вследствие остаточных деформаций. Далее вводится понятие о модуле пластической
Рис. 36. Зависимость коэффициента Пуассона ц от относительной продольной деформации ii в условиях пластичности
деформации Е\ определяемом отношением избыточных напряжений к соответствующим относительным деформациям. Нет надобности подчеркивать, что E' не сохраняет постоянного значения и находится из диаграмм растяжения или сжатия стали.
Не останавливаясь на других выводах работы, касающихся различных гипотез, принимаемых отдельными авторами при исследовании несущей способности стальных конструкций в сложных напряженных состояниях, а также существующих методов испытания металлов, отметим лишь исключительную простоту, наглядность и убедительность новых предложений Юлиана Александровича, которые он сам, объективности ради, признавал дискуссионными.
Сложность построения рациональной теории пластичности настолько велика, что дискуссия по этому вопросу продолжается и поныне. Несомненно, что последняя из фундаментальных работ, выполненных академиком Шиманским, окажет (и уже оказывает) существенное влияние на окончательное решение сложного и весьма важного вопроса.


Глава девятая
Вклад Ю. А. Шиманского в теорию сопротивления материалов
Расчет заклепочных и сварных соединений всегда относился к числу основных разделов теории сопротивления материалов. Это объясняется, по-видимому, простотой расчетных схем, не требующих применения сложного аппарата математической теории упругости, и той ролью, которую при производстве расчетов выполняют экспериментальные данные.
Важность этого раздела теории сопротивления материалов трудно переоценить: количество заклепок или длина сварного шва, требующиеся по расчету для соединения частей металлической конструкции, во многих случаях определяют ее размеры, а следовательно, и стоимость изделия.
Одним из основных средств оптимального решения задачи конструирования соединения, как и любого элемента сооружения, служит рациональное назначение норм прочности. Еще при подготовке к изданию «Справочной книги для корабельных инженеров» Ю. А. Шиманский провел теоретическое исследование сопротивления заклепки на отрывание и одновременное отрывание и трение или срез, результаты которого включены в «Справочную книгу». В частности, он указал, что «допускаемое напряжение на чистое отрывание должно составлять такую же часть от предела упругости материала заклепки (2000 атм), какую составляет принятое допускаемое нормальное напряжение от предела упругости в той же части сооружения». На основе этого заключения Шиманский рекомендовал повысить нормы для допускаемых напряжений заклепок на растяжение в 2—3 раза против прежней практики (по И. Г. Бубнову — 500 атм).
177


Правильность назначения новой нормы прочности Юлиан Александрович проверил путем растяжения трубчатых пиллерсов, снабженных клепаными башмаками, причем для наблюдения за водонепроницаемостью заклепочных соединений внутри пиллерса поддерживалось давление воды в 10 атм. Так как результаты этих опытов не были официально зафиксированы, Юлиан Александрович перед утверждением новой нормы повторил их в присутствии представителей заинтересованных организаций, которые затем обсудили результаты наблюдений. Данные экспериментальных исследований наряду с описанием испытательного стенда и методики их проведения изложены в статье «О сопротивлении заклепок на растяжение», опубликованной в пятом выпуске «Бюллютеня Научно-технического комитета УВМС РККА» за 1931 г. и в «Сборнике статей по судостроению» 1954 г. На основе экспериментальных исследований Ю. А. Шиманский пришел к таким заключениям.
«1. Сопротивляемость заклепок на растяжение следует считать того же порядка, что и сопротивляемость растяжению материала заклепочной стали.
2. Водонепроницаемость заклепок не нарушается при нагружении их растягивающими усилиями <...)
4. Нарушение водонепроницаемости и прочности заклепочного шва, работающего на растяжение, происходит вследствие деформации частей конструкции, но не самих заклепок».
В том же выпуске «Бюллетеня Научно-технического комитета УВМС РККА» опубликована еще одна статья Ю. А. Шиманского — «Исследование прочности заклепочного соединения, работающего на растяжение», также переизданная в «Сборнике статей по судостроению» 1954 г. Существо вопроса связано с принимаемым обычно предположением, что усилие, растягивающеее заклепочное соединение, распределяется между заклепками, располагаемыми по направлению этого усилия равномерно. Такое предположение можно было бы считать обоснованным, если бы соединяемые заклепками части конструкции были абсолютно нерастяжимыми. «Имеющее место в действительности удлинение частей конструкции в районе расположения заклепок,— писал Юлиан Александрович,— нарушает равномерное распределение усилий между заклепками, причем степень отклонения от
178


такого закона распределения усилий, очевидно, должна зависеть не только от порядка расположения заклепок, но и отношения площадей сечения соединяемых частей конструкции».
Решение задачи (относительно простыми средствами) приводит к выводу, что равномерное распределение растягивающего усилия между заклепками можно предполагать лишь тогда, когда соединяемые связи имеют равные площади поперечных сечений, иначе наиболее нагруженными будут крайние заклепки (считая со стороны связи, имеющей меньшую площадь). Дальнейшее увеличение числа заклепок при этом не повлечет за собой заметной разгрузки наиболее нагруженной заклепки. В статье приведены расчетные формулы и вспомогательная таблица, которые позволяют рационально спроектировать соединение.
После ознакомления с содержанием названных выше двух работ Ю. А. Шиманского у читателя могло возникнуть сомнение, стоило ли в наше время — время сплошного сварного судостроения — вновь публиковать их в «Сборнике статей по судостроению», равно как и уделять им внимание в этой книге. Такое сомнение легко рассеется, если читатель вспомнит, что соединения дюралюминиевых листов обшивки и других связей на скоростных катерах и поныне выполняются на заклепках, что заклепочные соединения применяются и в стальном кораблестроении для связи между относительно толстыми листами обшивки (килевой пояс и прилегающие к нему листы соседних поясов, палубный стрингер и шир- стрек) и в броневых подкреплениях и что заклепочные соединения широко используются в самолетостроении.
В 1936 г. опубликованы статьи Ю. А. Шиманского «Расчет электросварных швов на сложное сопротивление» и «Расчет прочности заклепочных и сварных соединений, работающих на срез под действием растягивающей или сжимающей силы».
Первая из них, затем включенная в «Сборник статей по судостроению» 1954 г., посвящена расчету сварных швов в условиях их одновременной работы на растяжение (сжатие) и на срез. Существовавшие до этого приемы учета сложного сопротивления базировались на шатких основаниях. Так, в заграничной практике расчетные нормальные и касательные напряжения складыва-
179


лесь геометрически, но из-за несовершенства этого приема, не учитывающего различия в сопротивлении растяжению и срезу, нормы прочности для таких суммарных напряжений разные авторитеты определяли различно в весьма широких пределах. Юлиан Александрович приводил и другие примеры «большого произвола, наблюдавшегося в вопросе о сопротивлении сварного шва нормальным и касательным напряжениям».
В результате теоретико-экспериментального исследования Ю. А. Шиманский предложил проверять прочность по следующей простой формуле:
|/а2 + га2т2 ^ agi (8-1)
где а и т, действующие в сварном шве, соответственно нормальное и касательное напряжения, /тг = аь/ть — отношение временных сопротивлений сварного шва при чистом растяжении (оъ) и при кручении (ть), а о§ — допускаемое напряжение при простом растяжении шва.
Во второй статье Юлиан Александрович распространяет результаты исследования неравномерности распределения растягивающего усилия между заклепками («Бюллетень Научно-технического комитета УВМС РККА», 1931, выщ 5) на случай сварного флангового шва, расположенного параллельно внешней силе, и для комбинированного соединения, составленного из лобового и флангового швов.
Методы теории сопротивления материалов широко использовались Ю. А. Шиманским и в других работах, которые кроме решения конкретных практических вопросов служат для обучения молодых специалистов умению ставить задачу, разработать физическую схему явления и, выбрав простые математические средства, получить решение с достаточной для практики степенью точности. К числу таких работ относится статья «Устойчивость балок, нагруженных изгибающим моментом на опоре» («Бюллетень Научно-технического комитета УВМС РККА», 1931, вып. 5).
Расчет прочности металлических конструкций из тонких листов и подкрепляющих их профилей должен заключаться не только в определении возникающих в них напряжений, но и в проверке устойчивости. Выполнение последнего требования в инженерной практике проверяет¬
180


ся, как правило, лишь при действии на конструкцию сжимающих нагрузок. По атому поводу Юлиан Александрович писал: «В частности, в кораблестроении не уделяется должного внимания необходимости проверки устойчивости балок, работающих на изгиб, что следует объяснить сравнительной сложностью такого расчета вследствие отсутствия необходимых для всех случаев расчетных формул, приведенных к виду, удобному для практического их применения».
На рис. 37 представлена двухопорная балка со свободно опирающимися концами, состоящая из тонкой стенки (1) и двух симметричных поясков (2) и подверженная действию сосредоточенного изгибающего момента М на верхней опоре.
Устройство опорных сечений балки препятствует повороту их относительно вертикальной оси X, но допускает свободное вращение вокруг горизонтальной у.
Под действием момента М в обоих поясках балки будут возникать нормальные напряжения разных знаков, причем тот из поясков, в котором будут иметь место сжимающие напряжения, при известных условиях может потерять устойчивость, изогнувшись в плоскости, нормальной к стенке балки, что, естественно, повлечет за собой потерю устойчивости всей конструкции.
Пренебрегая влиянием напряжений в стенке и задавая простейшую форму возможного отклонения пояска от прямого положения в виде синусоиды, Ю. А. Шиманский находит наименьшую величину момента Мэ, при достижении которой становится возможным указанное отклонение, и, следовательно, балка теряет устойчивость. Выражение для критического момента по своей структуре соответствует эйлеровой нагрузке и отличается от нее учетом высот опорных сечений h0 и hi балки. Аналогичное решение, полученное для призматической балки
А/
Рис. 37. Балка, нагруженная на верхней опоре сосредоточенным изгибающим момектом М
181


(ho=hi=h), заделанной одним концом и воспринимающей на свободном конце нагрузку в виде сосредоточенного момента М, приводит к наглядному результату
Мъ = РА (8.2)
где Рэ — эйлерова нагрузка, рассчитанная для одного пояска балки.
Другим примером, иллюстрирующим эффективность применения простых физических схем, отвечающих точности исходных данных и требуемых практикой результатов, может служить статья Ю. А. Шиманского «Расчет температурных напряжений и деформаций корпуса», опубликованная в двенадцатом номере журнала «Судостроение» за 1940 г., а затем в «Сборнике статей по судостроению» в 1954 г. Необходимость исследования этого вопроса возникла впервые в начале 30-х годов во время перевозки нефтепродуктов из Баку в Астрахань. Температура жидкого груза в условиях перевозки может достигать порядка 100°, что, как показала практика, влечет за собой расстройство заклепочных соединений корпуса и уменьшение его общей прочности. Не менее важным для обеспечения параллельности осей судовых приборов и устройств является учет (при постройке корабля в процессе расточки оснований под различные устройства) ожидаемой при эксплуатации разности температур основных продольных связей корпуса.
«Учет температурных напряжений,— писал Юлиан Александрович,— обычно затрудняется не только недостаточной ясностью самих температурных условий корпуса, которые должны являться исходными данными для соответствующего расчета, но и отсутствием в нашей практике судостроения достаточно простой и наглядной методики этого расчета». Ставя перед собой задачу разработки такой методики, Юлиан Александрович особо оговаривает, что степень ее приближения должна отвечать точности исходных данных и потому все исследование может строиться на упрощенных представлениях соответствующих физических явлений.
Исходя из общепринятой гипотезы плоских сечений, можно при выводе расчетных формул для напряжений эквивалентного бруса, обусловленных разностью температур его продольных связей, определять деформацию в любом сечении корпуса двумя величинами: относитель¬
182


ным удлинением нейтральной оси и ее радиусом кривизны. Обо эти характеристики находят из того условия, что в рассматриваемом случае изгиб корпуса как эквивалентного бруса происходит в отсутствие каких-либо внешних сил. Численные примеры иллюстрируют применение полученных формул при заданном распределении температур по основным связям и показывают, как результаты расчетов должны быть учтены при локализации отрицательных последствий исследуемого явления.
Следующая статья «Исследование главнейших факторов, влияющих на работу судовых валопроводов (монтаж линии вала на стапеле)», опубликованная Ю. А, Шиманским в «Сборнике статей по судостроению» 1954 г., рассказывает об одном из важных вопросов технологии судостроения и послужила основой для последующей рационализации процесса монтажа корабельных валопроводов. До появления этой работы в практике судостроения установилась традиция монтаж линии валов производить после спуска корабля, т. е. на плаву. На все время производства монтажных работ строители принимали специальные меры, преследующие основную цель — приблизить форму изгиба корпуса к той, которую полностью оснащенный корабль будет иметь при нормальном водоизмещении. Предполагалось, что «при соблюдении этого условия в опорных подшипниках валов не будет развиваться усилий, которые могут вредно отразиться на работе подшипников или вызвать вибрацию корпуса корабля». При этом не учитывался ряд обстоятельств, неблагоприятно отражающихся на окончательных результатах всех монтажных работ. К их числу относится влияние местного изгиба днища от давления забортной воды, веса машин и другого оборудования, отсутствующих во время монтажа валопроводов, в результате чего могут возникнуть изгибы отдельных частей вала, неправильное расположение их фланцев и т. п.
«...Монтаж линии валов,— писал, по этому поводу Ю. А. Шиманский,— до настоящего времени еще остается технологическим процессом, не имеющим достаточно точных и достоверных технических обоснований и поэтому требующим для своего удовлетворительного выполнения нигде не регламентированных чисто практических приемов и навыков. Такое положение, естественно, не может быть признано удовлетворительным не только по¬
183


тому, что оно не дает во всех случаях уверенности в получении доброкачественных результатов сборки валов, но и потому, что остается сомнительной действительная необходимость в тех стесняющих постройку корабля условиях, которыми в настоящее время сопровождается эта работа».
Статья академика Шиманского о главнейших факторах, влияющих на работу судовых валопроводов, настолько интересна, что имеет прямой смысл остановиться на ней более подробно. Предположим, вал, передающий
Рис. 38. Элемент вала, первоначально изогнутого в вертикальной
плоскости
Рис. 39. Зависимость отношения атах/щ от величины Gi/a3
а — при поперечной системе набора, б — при чисто продольной системе
набора
крутящий момент Ж, первоначально был изогнут в вертикальной плоскости: на рис. 38 выделен элемент dx длины вала, а крутящие моменты М, приложенные по его концам и представляющие собой действие на рассматриваемый элемент мысленно отброшенных левой и правой частей вала, изображаются парами, лежащими в плоскостях, перпендикулярных к оси вала. Разложим эти моменты на горизонтальные составляющие по направлению хорды AB и вертикальные Msin(a/2), перпендикулярные к ней. Горизонтальные составляющие крутящих моментов взаимно уравновешиваются, а вертикальные суммируются и в расчете на единицу длины вала приводятся к величине
2Msin-^:dx = 2M-^:dx = M-^-:dx =, (8.3)
где R — радиус кривизны элемента оси вала.
184


Моменты, интенсивность которых определяется формулой (8.3), характеризуют действие пар, лежащих в горизонтальной плоскости, и, следовательно, для горизонтальной проекции изогнутой оси вала они являются изгибающими моментами.
Таким образом, первоначальный изгиб вала в вертикальной плоскости вызывает последующий изгиб в горизонтальной плоскости.
Подробное исследование этой задачи приводит к ряду практически важных заключений: результирующие усилия, действующие на весь отрезок вала между соседними подшипниками и обусловленные его первоначальной кривизной, будучи пропорциональными передаваемому крутящему моменту М, не зависят от характера изменения кривизны вала и определяются лишь углами наклона концов вала по отношению к соединяющей их хорде. Следовательно, «если концы вала имеют направления, параллельные друг другу, то эти усилия равны нулю независимо от характера искривления всей остальной длины вала».
Невыполнение последнего условия, естественно, приводит к дополнительной нагрузке подшипников, реакции которых пропорциональны М. Так как в реальных условиях из-за периодического изменения крутящих моментов, воспринимаемых валами от главных механизмов и гребных винтов, величина М периодически меняется, то «реакции подшипников окажутся периодически переменными силами и могут, следовательно, вызывать как местную вибрацию соответствующих корпусных конструкций, так и общую вибрацию всего корпуса».
Детальное исследование вопроса об изгибе вала, обусловленного общим изгибом корпуса корабля или собственным весом вала, убедительно показывает, что обе причины не могут «неблагоприятно повлиять на работу валопроводов, и поэтому монтаж валопровода может производиться как на стапеле, так и на плаву».
Существенным фактором, влияющим на качество монтажных работ, является учет изгиба вала, вызванного местным изгибом корпуса. Чтобы давления на опорные подшипники вала не выходили за допустимые пределы, Ю. А. Шиманский рекомендует «избегать такого расположения подшипников, при котором один подшипник находится посредине пролета между переборками, а два
Ï85


смежных с ним — вблизи этих переборок». Для контроля за дополнительным давлением на подшипник, вызванным местным изгибом днища, предлагается простая расчетная формула, учитывающая относительное вертикальное смещение соседних подшипников, расстояние между ними и характеристики самого вала.
Исследуя влияние на работу валопровода неточностей при обработке вала (отклонения его оси от прямолинейной формы, нарушения перпендикулярности рабочих плоскостей фланцев к оси вала), Ю. А. Шиманский писал: «Решающее неблагоприятное влияние на работу валопровода может оказать неправильность в обработке отдельных частей валопровода, так как получающиеся при этом добавочные давления в подшипниках будут менять свое направление при поворотах вала, т. е. будут являться пульсирующей силой, которая может вызвать расстройство подшипников и местную и общую вибрацию корпуса корабля». Положение дела усугубляется тем, что «эти дефекты нельзя устранить в процессе монтажа валопровода, а можно лишь частично уменьшить изменением расположения подшипников».
В связи с изложенным Юлиан Александрович приходит к следующему заключению: «Практикующийся в настоящее время метод проверки правильности монтажа валопроводов посредством заранее установленных допусков на смещение центров и на излом фланцев разобщенных валов не достигает цели, так как совершенно не учитывает причин, разно влияющих на правильность работы валопровода». Вместо этого он предлагает устанавливать соответствующие допуски для каждого фланцевого соединения на основе рекомендуемой им простой расчетной методики, учитывающей индивидуальные особенности монтажа в каждом отдельном случае. Рекомендации академика Шиманского нашли широкое применение в судостроении.
Важное место в научном наследстве Юлиана Александровича занимает статья «Изгиб листов сжатых корпусных перекрытий после потери ими устойчивости (К использованию опыта второй мировой войны в области прочности и конструкции судов)», появившаяся в первом номере журнала «Судостроение» за 1945 г., а затем еще раз напечатанная в «Сборнике статей по судостроению» в 1954 г.
186


В довоенной практике кораблестроения издавна было принято учитывать потерю устойчивости сжатых листов путем введения площадей сечений таких листов в расчет прочности корпуса с соответствующими (меньшими единицы) редукционными коэффициентами. При этом считали, что изгиб потерявших устойчивость листов не может оказать существенного влияния на потерю ими прочности. В соответствии с такими взглядами при проектировании корпуса допускалось выпучивание листов как в главных продольных связях корпуса, так и подавно на участках верхней палубы, располрженных между большими люками, которые не принимали полного участия в общем изгибе корпуса.
«Некоторые конструкторы полагали, что достаточно исключить такие неответственные продольные связи из расчета общей продольной прочности корпуса для того, чтобы при конструктивном оформлении этих связей можно было совершенно не считаться с теми усилиями, которые в действительности будут возникать в них при общем изгибе корпуса. Такой подход,— писал Юлиан Александрович,— к проектированию продольных связей, не принимающих полного участия в изгибе корпуса, являлся сугубо формальным и по существу неправильным». При действии в связях напряжений, превышающих эйлерово, листы и балки продольного набора будут выпучиваться, а суммарные напряжения от общего изгиба и местной деформации, вызванной сжатием выпученной связи, могут стать опасными для них, в особенности в условиях переменности знака напряжений. Опыт второй мировой войны убедительно доказал «необходимость устранять большие видимые, хотя бы и вполне упругие, деформации листов судовых перекрытий, независимо от степени участия этих перекрытий в общем изгибе корпуса».
Для более полного описания процесса, непосредственно следующего за потерей устойчивости и для количественной оценки явления академик Шиманский провел исследование поперечной и продольной систем набора перекрытия. Задав форму изгиба связи при выпучивании ее в соответствии со способом закрепления ее концов, можно простыми средствами теории сопротивления материалов найти (при заданном сжимающем напряжении о4, возникающем от общего изгиба корпуса) как величину максимального прогиба связи, так и отношение наиболь-
187


Ш6Г0 НсЩрЯЖбНИЯ В НбЙ Отах к расчетному оь Зависимость этой последней характеристики от отношения Oi : оэ представлена на рис. 39.
Таким образом, при появлении в перекрытии сжимающего напряжения, превышающего эйлерово (<Ji>o3), наибольшее суммарное напряжение в листе быстро увеличивается и достигает максимального значения omax=2,2Gi (=l,8oi) при Oi=l,55o3 (=1,4оэ) для поперечной (соответственно для продольной) системы набора.
На основе этого исследования устанавливаются нормы прочности листов судовых перекрытий, когда они являются основными продольными связями корпуса либо принимают неполное участие в общем изгибе корпуса.
Труды Ю. А. Шиманского по теории сопротивления материалов характеризуются общей направленностью: они отвечают на большие или малые вопросы, возникающие в практике судостроения, законченными рациональными решениями, которые достигаются относительно простыми математическими средствами, базирующимися на глубоких технических идеях. В связи с этим уместно вспомнить мысли его близкого друга академика В. И. Смирнова, высказанные на совещании, посвященном улучшению математической подготовки инженерных кадров: «В математике мало идей, но много формул. Мы старательно обучаем студентов формулам, а вот идеи не всегда доводим до них». Доведение физической идеи процесса до сознания инженера, исчерпание ее потенциальных возможностей на базе простой схемы, в которой расчетные формулы повышают восприимчивость и наглядность явления, придавая ему количественную оценку, служили руководящими принципами всей научной и инженерной деятельности Юлиана Александровича Шиманского.


Основные даты жизни и деятельности
1883, 17(5) декабря. Родился Юлиан Александрович Шиманский.
1901. Окончил Третий Московский кадетский корпус и поступил на кораблестроительное отделение Морского инженерного училища в г. Кронштадте.
1905. Окончил Морское инженерное училище, прикомандирован к конторе Севастопольского военного порта, где назначен помощником строителя крейсера «Очаков».
1908. Поступил на кораблестроительный отдел Николаевской морской академии (Петербург).
1910. Окончил Морскую академию.
1910—1912. Помощник строителя линейных кораблей «Петропавловск» и «Севастополь» на Балтийском судостроительном и машиностроительном заводе.
1912—1916. Помощник инспектора классов в Морском инженерном училище в г. Кронштадте; преподаватель основных кораблестроительных дисциплин на кораблестроительном отделении училища.
1916—1925. Начальник судостроительной технической конторы Северной судостроительной верфи Путиловского завода, где руководил разработкой рабочих чертежей легких крейсеров типа «Бутаков» и миноносцев типа «Новик».
1920—1934. Старший руководитель циклов кораблестроительных дисциплин и начальник кораблестроительного факультета Военно-морской академии.
1925—1927. Начальник кораблестроительного отдела Технического управления Рабоче-Крестьянского Красного флота.
1927—1932. Преподаватель Высшего военно-морского инженерного училища. Начальник кораблестроительной секции Научно- технического комитета РККФ.
1930. Избран членом президиума правления Всесоюзного научного инженерно-технического общества судостроения и членом редколлегий журналов «Судостроение» и «Труды ВНИТОСС».
1932—1938. Начальник секции прочности.
189


1933. Избран членом-корреспондентом Академии наук СССР.
1936—1938. Начальник отдела прочности Центрального научно-исследовательского института, председатель научно-технического совета института, председатель комиссии по бронированию кораблей.
1938. Ответственный руководитель работ по прочности кораблей. Награжден юбилейной медалью «XX лет службы в РККА». Высшей аттестационной комиссией утвержден в звании профессора.
1938—1962. Председатель Научно-технического совета Центрального научно-исследовательского института.
1940. Присвоено звание «Почетный полярник».
1941. Присвоено звание заслуженного деятеля науки и техники РСФСР. Удостоен Государственной премии первой степени за труд «Динамический расчет судовых конструкций».
1943. Награжден орденом Ленина за выдающиеся заслуги в области военного кораблестроения и подготовки инженеров- кораблестроителей в связи с 60-летием со дня рождения.
1945. Награжден орденом Трудового Красного Знамени за выдающиеся заслуги в развитии науки и техники в связи с 220-летием Академии наук СССР.
1945—1950. Заведующий кафедрой строительной механики корабля Ленинградского кораблестроительного института.
1947. Избран председателем правления Всесоюзного научного инженерно-технического общества судостроения. Назначен председателем Технического совета по сварке.
1948. Избран председателем судостроительной секции Ленинградского Дома ученых.
1950. Удостоен звания заслуженного члена Всесоюзного научного инженерно-технического общества.
1953. Избран действительным членом Академии наук СССР.
1954. Награжден орденом Трудового Красного Знамени за выслугу лет и безупречную работу. Избран председателем Совета Ленинградского Дома ученых.
1955. Избран председателем центрального правления Научно-технического общества судостроительной промышленности и почетным его членом. Избран членом Центрального Комитета профсоюза рабочих машиностроения.
1956. Избран членом Английского общества корабельных инженеров.
1962. И апреля. Ю. А. Шиманский умер. Похоронен на Литераторских мостках Волкова кладбища в Ленинграде.


Литература о Ю. А. Шиманском
Корабельный инженер Юлиан Александрович Шиманский.— «Морское судостроение», 1933, № 3, с. 34—35, портр.
Бегу кладов В. Выдающийся деятель Военно-Морского Флота СССР — «Советская наука», 1941, № 4, с. 26—31.
Новое пополнение Отделения технических наук Академии наук СССР.— «Изв. АН СССР. ОТН», 1953, № И, с. 1517 (Ю. А. Шиманский) .
Шиманский Юлиан Александрович.— БСЭ. Изд. 2-е, т. 48, 1957, с. 43, портр.
Семидесятипятилетие академика Юлиана Александровича Шиманского.— «Судостроение», 1958, № 12, с. 66—67, портр.
Юлиан Александрович Шиманский.— Вступит, статья С. Т. Лучи- нинова. М., Изд-во Акад. наук СССР, 1958, 46 с., портр.
Ю. А. Шиманский (некролог).—«Вестник Акад. наук СССР», 1962, № 5, с. 109.
Ю. А. Шиманский (некролог).— «Изв. Акад. наук СССР. ОТН. Механика и машиностроение», 1962, № 6, с. 177—183, портр.
К восьмидесятилетию со дня рождения академика Ю. А. Шиманского.— «Судостроение», 1964, № 1, с. 76, портр.
Дубравин А. Юлиан Александрович Шиманский. (К 85-летию со дня рождения).— «Судостроение», 1968, № 12, с. 59—60.
Жизнь, отданная судостроению. Воспоминания об академике Юлиане Александровиче Шиманском. Л., «Судостроение», 1973. 103 с., портр.


Оглавление
От редактора 5
Глава 1.
Жизненный путь 7
Глава II.
Труды по строительной механике надводного корабля 35 Глава III.
Работы по строительной механике подводного корабля 64
Глава IV.
Вклад Ю. А. Шиманского в теорию корабля 76
Глава У.
Труды по проектированию корабля 108
Глава VI.
Основополагающие работы Ю. А. Шиманского по железобетонному судостроению 136
Глава VII.
Исследования по динамическому расчету судовых конструкций 148
Глава VIII.
Работы по теории упругости и пластичности 166
Глава IX.
Вклад Ю. А. Шиманского в теорию сопротивления материалов 177
Основные даты жизни и деятельности 189
Литература о Ю. А. Шиманском 191