Джеймс Гордон - Конструкции, или почему не ломаются вещи

Корабелы использовали фермы разных типов за много столетий до того, как к той же идее пришли строители и архитекторы. Почти все трактаты по истории судостроения начинаются с древнеегипетских лодок, предназначенных для плавания по Нилу. Как уже было известно пророку Исайе, они делались из плотно связанных воедино снопов тростника. Их возникновение относится к временам более древним, чем времена Исайи (около 740 г. до н. э.) - IV-III тысячелетиям до нашей эры. Подобные лодки используются и сейчас на Белом Ниле, а также на озере Титикака в Южной Америке. Эти лодки приобретали нужную форму, если можно так выразиться, естественным путем - за счет того, что снопы тростника суживаются к концам. Их длинные концы часто стягивались так, что они загибались кверху и служили украшением носа и кормы. С незначительными изменениями эта форма сохранилась и до наших дней у средиземноморских гребных лодок, в частности у венецианских гондол и мальтийских джайс.

Хотя плавучесть судна обеспечивается в основном средней частью корпуса и в меньшей степени его суживающимися концами, сознание этого никак не служит препятствием для установки тяжелых грузов на носу и корме корабля. В результате судно выгибается - середина его корпуса поднимается, а нос и корма погружаются в воду - в противоположность фермам и мостам, где середина фермы, наоборот, провисает ниже уровня ее концов. И хотя выгибание и провисание отличаются прямо противоположными направлениями нагрузок и прогибов, к обоим случаям применимы одни и те же законы и рассуждения.

С конструктивной точки зрения корпус судна - это та же балка, и результат действия выгибающих сил на податливый корпус тростниковой египетской лодки совершенно очевиден. Выгнутая лодка производит не лучшее впечатление, да и многие другие не менее важные причины не позволяли с этим мириться, так что уже в 3000 г. до н. э. приходилось принимать какие-то меры. Египтяне решили эту проблему чрезвычайно остроумно. Они придумали систему, которая состояла в следующем. Крепкий канат протягивали по верху вертикальных стоек, а петлями на его концах охватывали нос и корму. Канат можно было натягивать с помощью некоторой разновидности "испанского ворота", скручивая его (и укорачивая там самым) с помощью продетого в петлю рычага. Таким способом можно было придать большой тростниковой лодке ту степень кривизны (или "прямизны"), которую захочет шкипер (рис. 98).

Рис. 98. Египетское морское судно (2500 г. до н. э.). Оно сделано из дерева, но сохранило характерные для тростниковых лодок вертикальные детали на носу и корме. Отдельные доски очень коротки и плохо соединены между собой, поэтому корабль сохранил также традиционную египетскую выгнутую форму (обратите внимание на А-образную мачту).

По мере развития кораблестроительного искусства египтяне, оставив тростник, принялись строить свои корабли из дерева. Поскольку доски были достаточно короткими, а соединения довольно хлипкими, описанное выше изгибающее устройство оставалось по-прежнему необходимым.

Греческие корабелы оказались искуснее египетских, они строили превосходные триремы, боевые галеры, составляющие основу морской мощи Афин. Но делались они из таких же коротких досок, их корпуса легко прогибались и давали течь. Для борьбы с этим греки использовали устройство, основанное на том же принципе, но в несколько усложненном виде. Они изобрели так называемую гипосому. Прочный канат проходит снаружи вокруг всего корпуса корабля чуть ниже палубы и стягивается все тем же испанским воротом в той мере, в какой это нужно кормчему.

В ту пору военные корабли во время сражений таранили друг друга, поэтому им необходимо было выдерживать большие и внезапные нагрузки. И гипосома была тут незаменима: без нее немыслимо было не только сражаться, но и просто выходить в открытое море. Если в современной практике при разоружении военных кораблей вынимают замки из орудий, то в античные времена, чтобы обезоружить триремы, достаточно было просто снять гипосомы.

Совершенно очевидно, что афинские корабелы были хорошо знакомы с основами сооружения ферм, поэтому естественно напрашивается вопрос, почему же такие знаменитые афинские архитекторы, как Мнесикл и Иктин, не подхватили ту же идею при постройке своих храмов. Возможно, аналогия между провисанием и выгибанием не приходила им в голову, а может быть, они просто никогда не сидели за одним столом с корабельными мастерами. В конце концов, сколько архитекторов сегодня хоть раз беседовало о своих конструкциях с судостроителями?

Когда хрупкие весельные боевые галеры вышли из употребления, надолго исчезли и выгибающие устройства. Однако американские речные пароходы XIX в. прогибались почти так же, как и греческие триремы или египетские суда на Ниле. Их деревянные с небольшой осадкой корпуса рождали те же проблемы, и американцы разрешали их тем же способом, что и древние египтяне. Все американские речные пароходы были снабжены "египетской" оснасткой. Отличие состояло лишь в том, что растягиваемые части были выполнены из железных стержней, а не из папирусных канатов, и натягивались они с помощью винтовых пар, а не испанского ворота. Участвовавшие в гонках шкиперы утверждали, что могут "выжать" из своих пароходов лишние пол-узла, просто регулируя натяжение тросов и изменяя тем самым форму корпуса. Тот факт, что корпуса у этих пароходов текли еще сильнее, чем у греческих трирем, не имел особого значения, ибо все они были снабжены паровыми помпами.

Во множестве разновидностей фермы присутствуют и в оснастке любого парусного корабля. Весьма вероятно, что парус - тоже египетское изобретение, ибо на Ниле почти весь год ветры дуют против течения и грузовые суда могли подниматься по реке с попутным ветром, а спускаться вниз по течению, как они это делают и сейчас.

Первая задача при сооружении парусного корабля - это воздвигнуть мачту, чтобы поднять на нее парус. Вторая и гораздо более трудная задача - удержать эту мачту в вертикальном положении. Вообще мачты парусного корабля - это обыкновенные столбы или стойки, удерживаемые с разных сторон системой натянутых канатов, которую моряки называют "стоячим такелажем" - вантами и штагами. Если жесткость корпуса позволяет в нужной мере натянуть ванты, то почти всегда такая конструкция оказывается наилучшей. Расчет показывает (мы увидим это в гл. 13), что она имеет наименьший вес и стоимость. Египтяне не делали подобных расчетов; больше того, они о них и не задумывались. Их заботило только то, как найти какой-нибудь способ для поддержки этой новой штуки - паруса - над сделанным из тростника корпусом, чтобы не выбиваться из сил от гребли.