Технология древнего судостроения

В современном мире благодаря археологическим открытиям и точным исследованиям становится понятно, как был устроен Древний мир, но все чаще современное человечество убеждается, что древние технические достижения и инженерные решения, особенно в области кораблестроения достойны восхищения.

Мореплавание и судостроение с древнейших времен были передовыми областями знаний. И это естественно, ведь море объединяло народы. Торговля и война определяли облик Древнего мира и зачастую были единственными средствами обмена не только товарами, но и техническими достижениями. С архаичных времен морское владычество определяло границы и благосостояние царства и народов, а в эпоху империй стало важнейшим фактором могущества и политической стабильности. Не удивительно, что строительству флотов сильные мира сего всегда уделяли решающее значение.

Важность контроля над морскими коммуникациями и торговлей прекрасно осознавали мореплаватели. Умелое маневрирование флотами, высадка воинов на побережье, да и просто появление боевых кораблей у берегов как демонстрация силы — становились привычными элементами политической борьбы.

В глубине столетий скрыт от современности тот миг, когда первое судно было спущено на воду, но некоторые дальнейшие шаги человечества в области судостроения со временем открывают человечеству занавес, создавая полную картину процесса в окончательном виде. Исследователи могут долго спорить о том, какие гребные суда считались лучшими: античные триеры, титаны эллинистических флотов или галеры итальянских морских держав, но ясно одно — золотой век галер позади.

Так как же строили древние суда? Как кораблестроители умудрялись достичь таких выдающихся результатов, не обладая знаниями в области гидродинамики? Чтобы понять это, нам необходимо осознать, что технология древнего судостроения совершенствовалась много тысячелетий, пока не достигла своей вершины в античную эпоху, а также то, что кораблестроение было искусство, опыт которого, накапливался годами и передавался из поколения к поколению, выводя основные законы гидродинамики и мореходности корабля.Технология судостроения древних кораблей до сих пор остается предметом острых споров. Камнем преткновения для исследователей является появление корабельного набора: шпангоутов, вертикальных стоек-пиллерсов, продольных связей — стрингеров и т. д. Поперечные элементы набора корпуса, существуют у всех судов, с тех пор как лодки перестали долбить или связывать из бамбука. Но по какой схеме строились корабли — сначала остов или корпус?

Технология судостроения skeleton first

Технология судостроения skeleton first характерна тем, что при строительстве корабля изначально возводился скелет корабля (киль, шпангоуты, штевни) и только потом его обшивали досками, создавая корпус. Такой способ настолько естественен, что с времен средневековых галер он получил право на существование до сих пор.

Однако в последнее время множество исследователей склоняются к мнению, что в античный период в Средиземноморье корабли строились иначе. Этот способ кораблестроения характеризуется в первоначальном выполнении обшивки, которая как бы натягивалась пояс за поясом на приготовленные заранее шаблоны-болваны шпангоутных рамок и только потом по мере готовности корпуса, ребра вставлялись в него, обычно тремя несоединенными между собой ярусами. Такая техника позволила наладить серийное строительство кораблей. Вероятнее всего, имела место технологическая цепочка, которая позволяла создавать корабли большими сериями и в достаточно сжатые сроки. Известны примеры строительства целого флота в течение двух месяцев — флот римского консула Дуилия, принесший римлянам победу при Милах в 260 году до нашей эры был построен в период от 45 до 60 дней. Также существуют свидетельства заготовки и складирования деталей кораблей в специальных ангарах, в которых затем, в случае необходимости, можно было очень быстро собрать большое количество судов. Встречаются упоминания, что корабли, собранные на верфях, снова разбирались, перевозились на огромные расстояния, затем снова собирались, составляя целые флотилии.

Одним словом, существуют два противоположных мнения строительства древних кораблей, но истина, как говориться, находиться посередине. Первый способ skeleton first — более экономичен, менее трудоемок и, в общем, достаточно прост. Второй способ shell first — дорогостоящий и технически сложен, однако благодаря этой технологии судостроения проводилась стандартизация процесса, которая позволяла быстро строить необходимое количество судов, и кроме того давала еще одно важное преимущество — облегчение корпуса судна в полтора раза. Скрепленный таким образом корпус судна, а именно его наружная часть, первоначально обладает большей жесткостью и не требует поперечных связей большого сечения. Это, в свою очередь, позволяло разместить в одном и том же пространстве большее количество гребцов. Такой способ использовался, при строительстве многоярусных больших кораблей. Для них и были жизненно необходимы перечисленные выше преимущества, позволяющие увеличить скорость хода почти на 30 процентов, что способствовало улучшению боевого качества корабля. Ведь скорость хода играла в те времена решающее значение в морских сражениях, где единственным оружием корабля был таран. Построенный по этой технологии мощнейший и скоростной флот обеспечил Греции полувековое господство на море и позволил одерживать победы над превосходящими силами противника. Конечно же этот способ судостроения хранился в строжайшем секрете и был унесен древними корабелами в могилу вместе с гибелью античного мира. Так или иначе, эта технология судостроения была утрачена.

Технология судостроения shell first

Так как же возникла технология shell-first? Совершенно очевидно, что первоначально, небольшие долбленые лодки строились без чертежей — на глаз. В дальнейшем, естественное стремление доисторических судостроителей увеличить плавучесть, вместимость и незаливаемость лодки эмпирически привело их к созданию корпуса как такового. Вначале кораблестроители старались увеличить объем цилиндрической части ствола. Для этого они использовали разные методы распаривания и последующего расширения долбленой части с помощью распорок. Постепенно такая конструкция из цилиндрической формы преображалась в форму близкую к нашему пониманию лодки. Со временем появился развал бортов и сужение оконечностей. Однако очень скоро такое развитие кораблестроения достигло своего предела. Кроме того, при распирании цилиндра, возникало понижение надводной части борта на миделе, в противовес чему стали надстраивать центральную часть бортов долбленки. Вероятнее всего, при строительстве подобных «скорлуп» и возник корабль в нашем поминании этой конструкции. Все остальные элементы появлялись эмпирически. Киль, возможно, возник в результате стремления уменьшить долбленую часть, сократив тем самым трудоемкость и значительно облегчив конструкцию. Штевни понадобились как элементы, соединяющие планки выросшего борта в оконечностях. А реберный каркас, очевидно, появился, когда размеры «скорлупы» выросли настолько, что возникла необходимость скреплять наружные элементы изнутри.Ключевым моментом в понимании возникновения технология судостроения shell first являются два существовавших с древнейших времен метода соединения поясьев обшивки: клинкерный и вгладь.

а) обшивка вгладь; б) клинкерное соединение;

Клинкер, имеет некоторое преимущество для ранних методов кораблестроения, во-первых, благодаря большей водонепроницаемости обеспеченной конструктивно. Также клинкер предпочтительнее и для технологии возведения корпуса без предварительного скелета и чертежей. Ведь, при отсутствии внутреннего каркаса, соединение поясьев между собой удобнее вести накладывая планки внахлест. А главное, каждая последующая доска, ложась на предыдущую, повторяет ее кривизну, используя долбленую часть в качестве шпунтового пояса, т. е. своеобразного лекала-шаблона.

Корпус, в данном случае, образуется как естественное продолжение долбленого ствола, который постепенно эволюционирует в днище, а затем в киль. Вероятно позднее, примерно в начале третьего тысячелетия до нашей эры был изобретен метод стыковки поясьев — обшивка вгладь. Очевидно, он стал возможен, когда крепление планок кораблестроители стали осуществлять при помощи своеобразных пластин-нагелей из более твердых пород древесины.

Именно обшивка вгладь в сочетание с методом крепления поясьев нагельными планками, с последующим фиксированием их деревянными штифтами в верхнем и нижнем поясах (метод mortise and tenon), стала основой технологии судостроения shell-first, что означает — вначале корпус. Техника эта, скорее всего, появилась вполне естественным путем, как говориться, методом проб и ошибок и совершенствовалась несколько тысяч лет.

Новые методы строительства требовали большого уровня стандартизации деталей, грамотного персонала и налаженной структуры верфей. Поэтому неудивительно, что появление первых мореходных судов напрямую связано с централизацией власти и образованием древнейших государств.

Метод судостроения mortise & tenon

В период античности ключевую роль в технологии судостроения shell-first стал играть метод mortise & tenon, который пришел на смену технологии «шитья».

на фотографии — реставрированная часть корпуса торгового судна найденного в 80-х годах XX века в итальянском городе Комачо. Здесь наглядно показан метод стыковки поясьев наружной обшивки корабля. На торце верхнего пояса видны пазы, чуть ниже отверстия для нагелей

Суть метода заключался в том, что на торцах досок поясьев, с шагом 20-50 см, как и раньше, выполнялись пазы (mortise), в которые затем, при стыковке вкладывались пластины из более твердых пород деревьев. Однако те, в свою очередь, не сшивались, как раньше, а гужонились штифтами (tenon) в верхнем и нижнем поясах. Такая пронагелеванная обшивка была жестко связанной, и в тоже время достаточно гибкой. А главное, теперь конструкция не боялась продольных смещений, которые неизбежно приводили к разрыву сшитых узлов. Да и сами эти смещения уменьшились, ведь мягкие канаты были заменены на штифты из твердой древесины. Это обеспечивало поперечную и продольную жесткость, вполне достаточную, чтобы располагать шпангоуты реже, делать их тоньше и, самое главное, составными, используя для этого весь подручный материал. Таким образом, шпангоуты играли роль ребер обеспечивающих лишь местную жесткость. Общая продольная и поперечная прочность судна создавалась самой скорлупой-обшивкой.

На крупных судах дополнительно устанавливались бимсы и палубный настил. Трудно сказать, когда появилась подобная технология судостроения. Однако она широко применялась финикийскими мореплавателями. В то время металлический крепеж применялся крайне редко и в отношении крепления обшивки к шпангоутам, сохранялся прежний метод сшивки.

а) крепление обшивки к шпангоутам с помощью сшивки;

б) крепление поясьев обшивки между собой методом mortise & tenon;

В классический период строительство различных типов кораблей, включая знаменитые триеры, было поставлено на конвейер и отточено до совершенства даже в мельчайших деталях. Сложная и дорогостоящая технология кораблестроения, которую изначально могли себе позволить только богатые державы, являлась таковой лишь при строительстве первого судна. Много средств и времени уходило на создание технологической оснастки, на стандартизацию и унификацию деталей, а также на обучение и содержание высококвалифицированных специалистов. Зато затем проведенная подготовка, которая сегодня называется в судостроении «нулевым этапом», оправдывала себя полностью и позволяла в короткие сроки строить целые флотилии.

Подытожив можно сказать, что в основном в античный период корабли строились по технологии судостроения shell first — сначала корпус. Причем базировался этот способ на принципе крепления поясьев обшивки вгладь, методом mortise & tenon, т. е. укладкой соседних планок из более твердой древесины, которые в свою очередь фиксировались штифтами в верхней и нижней части. Такая техника эмпирически развивалась из различных методов сшивки корпуса, и применялась в юго-восточном Средиземноморье, как минимум с начала третьего тысячелетия до нашей эры. Во втором тысячелетии эта технология кораблестроения легла в основу строительства могущественных флотов народов эгейской культуры. В начале первого тысячелетия подобная практика уже широко использовалась финикийцами, а в классический период приобрела окончательный вид при строительстве греческих триер.

Технология судостроения shell first позволяла строить корабли большими сериями в очень сжатые сроки, и применялась для создания, как военных, так и транспортных судов. Это было жизненно необходимо во время войн или больших колонизационных экспедиций. В то же время строительство огромных судов, таких как большие корабли Калигулы, производились по технологии судостроения skeleton first — вначале остов, ведь все преимущества серийности в таких специальных проектах терялись, зато прочности скелета этих гигантов придавалось особое значение.