www.timberships.fora.pl

kgerlach

KONSTRUKCJA KOMPOZYTOWA

Kompozytowa budowa statków i okrętów pojawiła się w XIX w. Oczywiście nie jest ona równoznaczna z równoległym używaniem żelaza i drewna na jednostkach pływających, ponieważ żelazne gwoździe, nity lub inne łączniki występowały na drewnianych żaglowcach i wiosłowcach najpóźniej od średniowiecza, stopniowo rozszerzając się na żelazne klamry, wzmocnienia, węzłówki itd. (szeroko znane w XVIII w.), a nawet żelazne usztywnienia skośne burt (na początku wieku XIX). Przyjęcie, kiedy skala zastosowania drugiego materiału upoważniała już do posłużenia się nazwą "kompozyt", jest więc z konieczności trochę umowne, chociaż pomaga w tym kolejność ewolucji rozwiązań. Okręty i statki o kompozytowej konstrukcji kadłubów nie pojawiły się bowiem zasadniczo w ramach zwiększania ilości żelaza na drewnianych jednostkach, tylko jako reakcja na fatalne wady pierwszych jednostek całkiem żelaznych - w pewnych okresach i obszarach zastosowania można uznać użycie żelaznych statków i (zwłaszcza) okrętów za zakończone kompletnym fiaskiem.
Trzeba bowiem zdawać sobie sprawę, czym było ówczesne żelazo konstrukcyjne. Namiętni czytacze encyklopedycznych definicyjek, którzy kontakt z fizyką i chemią zakończyli na etapie wczesnego liceum, chętnie powtarzają z namaszczeniem za polską normą, jak zawsze to była (poza żeliwem) "stal", ponieważ "każdy stop żelaza z węglem jest obowiązkowo stalą". Tym niemniej zmieniliby zdanie, gdyby musieli w świecie rzeczywistym zrobić cokolwiek ze zgrzewnego lub pudlarskiego żelaza, nie nadającego się do hartowania, o innych możliwościach łączenia niż prawdziwa stal, o zupełnie odmiennych właściwościach. Całkowity brak wiedzy praktycznej i leksykonowa wiedza teoretyczna bardzo ułatwiają ahistoryczne podejście do zagadnień nie tylko w metalurgii. Pierwsze metalowe jednostki pływające powstawały ze stopu żelaza z węglem, ale ani z żeliwa (doskonale znanego, lecz do takiego zadania prawie nie dającego się wykorzystać), ani ze stali (też już świetnie wtedy znanej, jednak nie dającej się jeszcze produkować w niezbędnych ilościach oraz w półproduktach o potrzebnych wymiarach i niskiej cenie). Budowano je więc z żelaza pudlarskiego - materiału niehomogennego, anizotropowego, wykazującego kruchość już w temperaturze 20 stopni C, niezbyt wytrzymałego. Za to możliwości dostaw były ogromne w kraju, którego hutnictwo dominowało wtedy na świecie pod każdym względem, czyli w Wielkiej Brytanii, zmagającej się przy tym z coraz większymi niedoborami drewna konstrukcyjnego wysokiej jakości. Admiralicja brytyjska ochoczo rzuciła się do budowy wielu mniejszych jednostek żelaznych - fregat i slupów. Armatorzy cywilni szybko dostrzegli wielki potencjał w konstruowaniu żelaznych frachtowców (dostępność, sztywność, szczelność, większa przestronność wnętrz kadłubów, w sumie mniejsza masa, dużo mniejsze ograniczenia wymiarowe, dużo mniejsze zagrożenie pożarem), zwłaszcza z napędem parowym. Ale jeszcze przed połową XIX w. przyszły raporty u dziurawieniu "jak rzeszota" żelaznych okrętów zwykłymi kulami karabinowymi, pękaniu kadłubów w tropikach, małych prędkościach osiąganych przez jednostki o żelaznych dnach bardzo intensywnie obrastanych przez organizmy morskie, o czym dla drewna obijanego miedzią lub metalem Muntza już prawie zapomniano. Rozwijane dopiero technologie obróbki żelaznych elementów konstrukcyjnych (gdy dla szkutnictwa drewnianego były doskonalone od tysiącleci) powodowały rozmaite kłopoty wykonawcze i często niską ostateczną jakość. Dlatego towarzystwa klasyfikacyjne, jak Lloyd, odmawiały przyznawania żelaznym jednostkom cywilnym wysokich klas, co odbijało się niekorzystnie na cenach sprzedaży i stawkach ubezpieczeniowych. Stocznie budujące od lat świetne jednostki drewniane nierzadko miewały problemy ze zdobyciem inwestycji na gruntowną zmianę parku maszynowego i zdobycie nowego personelu, nie widziano też w tym wielkiego sensu, skoro utrzymywał się ogromny popyt na żaglowce z drewna. Zrzucanie wszystkich kłopotów, z którymi borykali się wytwórcy statków i okrętów z żelaza, na wstrętne, konserwatywne admiralicje, było zwyczajnym kłamstwem, mimo że chętnie powtarzanym przez laików do dzisiaj. Oczywiście żelazo pudlarskie i tak dawało znaczne korzyści przy eksploatacji statków na rzekach, jeziorach, w zimnych strefach klimatycznych, z dala od wrogich strzelców czy artylerii. Transportowce żelazne spisywały się też bardzo dobrze na oceanach w przypadku towarów masowych, wymagających dużej objętości ładowni, jeśli czas przewozu nie miał dla nich kluczowego znaczenia.
Taki obraz sytuacji skłonił jednak wielu konstruktorów do rozważenia budowy "pośredniej" jednostek pływających, z maksymalnym wykorzystaniem zalet obu głównych materiałów, czyli drewna i żelaza. Ta równoprawność materiałowa zaowocowała właśnie konstrukcją nazwaną kompozytową. Pozornie, wszyscy zainteresowani niby dobrze wiedzą o co chodzi (żelazne wręgi i drewniane poszycie), lecz w rzeczywistości istniało wiele odmiennych wariantów ("systemów"), a zastosowanie bynajmniej nie ograniczyło się do słynnych kliprów, ani nawet tylko do statków cywilnych. Sens zastosowania wręgów żelaznych ze wzmocnieniami wzdłużnymi polegał na tym, że przy mniejszych wymiarach przekroju zapewniały większą wytrzymałość niż drewniane. Dlatego dało się wydłużyć kadłub bez zmiany jego przekroju, co dawało zysk na prędkości. Można też było - dzięki tym kompaktowym wręgom, mniej masywnym pokładnikom, ograniczonym węzłówkom, cieńszym wzdłużnikom, ograniczonemu poszyciu wewnętrznemu - zwiększyć objętość ładowni; np. na szerokości 8 m zyskiwano 0,4 m.
CDN.

kgerlach

CD.
Silenie się na wykazanie, komu należy się palma "pierwszeństwa" nie leży w moich zainteresowaniach; zresztą żyło znacznie więcej konstruktorów zajmujący się tą koncepcją, niż ci przeze mnie dalej wymienieni. Nie należy zatem przejmować się chronologią, jaka mogłaby wyłonić się z przytoczonych dat. W Wielkiej Brytanii znane były m.in. systemy Jordana, MacLaine'a, Bilbe'a. We Francji mówiono m.in. o systemach Armana, Bichona, Chaigneau, Guiberta. Anglicy podkreślają inspirację eksperymentami Jordana, aczkolwiek ustalenie się jego systemu datowane jest dopiero na 1849 rok. "Patrioci" francuscy wskazują na zbudowanie we Francji (w Nantes) zbliżonego koncepcyjnie parowca wcześniej, bo w 1843 r. Za to w Wielkiej Brytanii pierwszy patent w tej dziedzinie przyznano już w 1839 r. Williamowi Watsonowi z Dublina, który zaproponował używanie na wręgi żelaznych teowników, z drewnianym poszyciem mocowanym do nich za pomocą śrub albo nitów. W tym samym roku w Indiach angielski kapitan Henderson zbudował parowiec kompozytowej konstrukcji. Nie ma to żadnego większego znaczenia, zwłaszcza wobec różnorodności patentów i ciągłości rozwojowej pomysłu. Jednak zróżnicowanie między systemami jest ciekawe, a przynajmniej może takie być dla zawodowego konstruktora Very Happy

.
Najbardziej zaskakującą i najdziwniejszą cechą konstrukcji kompozytowej był fakt wykorzystywania DREWNA na cały zestaw trzonowy - stępkę, podstępkę, dziobnicę i tylnicę - bez względu na skalę użycia żelaza na wręgi, pokładniki i inne kluczowe elementy strukturalne. Określanie więc tego typu budowy jako drewnianego poszycia na żelaznym szkielecie jest, ściśle biorąc, nadmiernym uproszczeniem (chociaż wygodnym - sam się nim nieraz, mea culpa, posługiwałem).

Rys. 1. OGÓLNA IDEA KOMPOZYTOWEJ BUDOWY JEDNOSTEK PŁYWAJĄCYCH
(wszystkie rysunki do tego tekstu w galeriach na forum, w temacie: budowa kompozytowa)

We Francji budowniczy statków i okrętów z Bordeaux, Lucien Arman, zastosował system, który został dość szczegółowo opisany. W tej metodzie nie tylko zestaw trzonowy, ale także wręgi były w całości z drewna! Przy obowiązkowo drewnianym poszyciu można by się zastanawiać, co właściwie decydowało tu o kompozytowej konstrukcji, jednak ona faktycznie wystąpiła. Otóż wręgi miały znacznie mniejsze przekroje niż na typowych jednostkach drewnianych; dzięki temu były dużo lżejsze, lecz równocześnie charakteryzowałyby się zbyt małą wytrzymałością i sztywnością w normalnym zastosowaniu. Tę lekką strukturę usztywniono zespołem skośnych żeber z żelaznych kątowników i nadstępką z blachy żelaznej. Skośne żebra mocowano solidnie do wręgów, które mijały, a na dole stykały się z nadstępką. Na nich wspierano także żelazne pokładniki. Ponadto do żelaznych żeber nitowano trzy lub cztery pasy wzmocnionego poszycia wewnętrznego z grubej blachy, pełniące rolę wzdłużników.

Rys. 2. IDEA FRANCUSKIEGO SYSTEMU ARMANA

Przestrzeń między kątownikami wypełniano drewnem. Poszycie zewnętrzne kadłuba było tradycyjnie całe z drewna, dzięki czemu dawało się obijać cienką blachą z miedzi lub metalu Muntza. Arman wykorzystywał różne modyfikacje tej metody (np. w wersji dla okrętów wojennych stosował tradycyjny układ drewnianych wręgów - dwie pojedyncze między każda parą podwójnych, poza tym inne wzmacnianie pokładników, podciąganie drewnianego wypełnienia aż do wzdłużnika pokładnikowego przyburtowego). Jednak istota skośnych żeber wewnętrznych, łączonych przez nitowanie z żelaznymi wzdłużnikami i tworzącymi komplet z żelazną nadstępką oraz żelaznymi pokładnikami, przy pozostawieniu drewnianej całej reszty szkieletu i poszycia, była u niego raczej niezmienna. Jak inni posługujący się kompozytową budową kadłubów, Arman chciał otrzymać zmniejszenie masy, zwiększenie sztywności i czystości kształtów dla wzrostu prędkości, z zachowaniem możliwości obijania dna blachami metalowymi. Uzyskał redukcję ciężaru (w stosunku do jednostek z drewna) między 20 a 35%. Budował smukłe jednostki o długościach, jakie dla kadłubów tych proporcji trudno byłoby osiągnąć w tradycyjnym materiale szkutniczym. Zarazem zamiast ociężałych parowców i żaglowców żelaznych, potwornie obrastających w ciepłych wodach pąklami i kaczenicami, dostawał klipry o czystych dnach, imponujące uzyskiwaną prędkością.
W 1851 r. Lucien Arman zwodował dwa parowce zbudowane tą metodą - Général-Castilla i Messager. Inny - Laromiguière - w 1854 r. Od 1852 r. skonstruował serię kliprów kompozytowych (pierwszy - Mineiro). Dostarczał też kompozytowe jednostki dla marynarki wojennej - jak śrubowo-żaglowy transportowiec Dordogne w 1855 r. (w innych stoczniach powstało jeszcze 6 parowców tego typu); na jego systemie wzorowano konstrukcję awiza śrubowo-żaglowego Mégère.
CDN.

kgerlach

CD.
W Wielkiej Brytanii prawo do pierwszeństwa zgłaszał pracujący w Liverpoolu John Jordan. Jego wcześniejsze analizy i eksperymenty zaowocowały uzyskaniem w 1849 r. patentu. Kilkanaście lat później podkreślał, że chociaż przed nim inni stosowali żelazne żebra, żelazne wzmocnienia skośne i rozmaite drobniejsze rozwiązania, to nikt nie zaproponował całkowitej budowy wewnętrznego szkieletu z żelaza, czyli wręgów łącznie z pokładnikami, żebrami, nadstępką i wzdłużnikami. Istotą systemu Jordana był bowiem prawie kompletny - poza stępką, dziobnicą i tylnicą - zład żelazny, składający się z wręgów, płytowych wzmocnień pokładników, nadstępki, wzdłużników, poprzecznic rufowych, skośnych usztywnień, podłużnic krawężnikowych; niemal taki sam, jak na typowych jednostkach z żelaza. Oczywiście na to nakładano płaszcz z drewnianego poszycia. Podstawowy półfabrykat na wręgi stanowiły ceowniki lub kątowniki. Z czasem pokładniki wymieniono na całkowicie żelazne, podparto je żelaznymi pilersami i związano żelaznymi węzłówkami kątowymi. Żelazne łączniki mocujące drewniane poszycie do żelaznych elementów szkieletu z reguły galwanizowano, przede wszystkim warstewką cynku. Zewnętrzne końce tych łączników wpuszczano głębiej w otwory i zalepiano smołą, gutaperką lub podobnymi substancjami nie przewodzącymi elektryczności, o wystarczającej grubości by powstawała warstwa izolacji elektrycznej między miedzianymi blachami obicia dna a żelaznymi łącznikami. Kluczowa w systemie Jordana była nadstępka w formie żelaznej płyty łączonej do góry i od dołu kątownikami z innymi elementami żelaznymi szkieletu, ponieważ biegła od dziobnicy do tylnicy i wiązała ze sobą wszystkie pozostałe części. Obramowanie podobnej płytowej nadstępki u Armana tworzyły węzłówki drewniane.
W rozwiniętym systemie Jordana, w Wielkiej Brytanii uważanym za najlepszy, żelazne wręgi nitowano z kątowników na kształt zetowników, przy czym zdwojona część centralna (środnik) była prostopadła do burty, a na skierowanych w przeciwne strony stopkach kładziono elementy wzmacniające; zastosowano nie pojedyncze, lecz podwójne żebra diagonalne, biegnące parami (krzyżowały się) pod kątem 45 stopni do stępki, nakładane na wręgi od zewnątrz; bardzo wysokie przy nadstępce denniki, stopniowo zwężające się do wręgów, robiono z płyty centralnej, obramowywanej u góry i dołu kątownikami (co w sumie też dawało zetownik, tylko o zmiennej wysokości. Istniała też skrzynkowa odmiana nadstępki centralnej (w sumie profil zamknięty, ale nitowany z kątowników i płaskowników). Używano wielu żelaznych wzdłużników, po zewnętrznej i wewnętrznej stronie wręgów; wewnątrz były to: szeroka płyta leżąca na całej nadstępce centralnej (ewentualnie zastępowana szyną), cztery do sześciu nadstępek bocznych (z par kątowników, najczęściej z dodatkową płytą łebkową w środku); z zewnątrz przychodziły (oprócz diagonalnych żeber) szerokie pasy z płaskowników - na kilu (płyta stępkowa), na obłach (po jednym na burtę pasie obłowym), na wysokości górnego pokładu (po jednym na burtę pasie mocnicy burtowej) oraz rozmaite krótkie pasy i węzłówki. Żelazne pokładniki robiono z pary kątowników, między którymi umieszczano profilowaną płytę łebkową. Łączono je razem dodatkowo za pomocą płaskich, szerokich pasów mocnic pokładowych, biegnących tuż przy burtach. Od zewnątrz przychodziło na to wszystko kompletne poszycie drewniane z dębu, teku lub wiązu, ale od wewnątrz taki komplet planek trafiał tylko na część denną, do obeł włącznie, a wyżej znajdowały się jedynie z rzadka rozrzucone klepki, pełniące rolę potnic.

Rys. 3. IDEA ROZWINIĘTEGO SYSTEMU JORDANA

CDN.

kgerlach

CD.
W Szkocji Alexander MacLaine praktykował inne podejście do budowy kompozytowej, z bardziej rozbudowaną strukturą drewnianą. Jednak podstawą w jego metodzie było tworzenie najpierw pełnej, wodoszczelnej skorupy wewnętrznej z żelaznych blach - usztywniały ją od wewnątrz jeszcze żelazne pokładniki, wzdłużniki, nadstępki, grodzie, wsporniki itd. Od zewnątrz nitowano do tej skorupy żelazne wręgi. Między każdą parą wręgów wstawiano dodatkowe wręgi drewniane, łączone z obu sąsiednimi żelaznymi za pomocą wzdłużnych śrub z galwanizowanego żelaza. Te drewniane wręgi miały większe wymiary w kierunku prostopadłym do osi wzdłużnej okrętu niż żelazne, więc wystawały daleko na zewnątrz, przez co kompletna drewniana skorupa zewnętrzna (obejmująca poszycie, stępkę, dziobnicę, tylnicę) mogła być mocowana tylko do wręgów drewnianych, za pomocą kołków szkutniczych z drewna lub ze stopów (początkowo były to brązy, potem mosiądze), co redukowało problem korozji elektrolitycznej. Między obie skorupy wkładano też nakładkę wewnętrzną dziobnicy, wewnętrzną tylnicę i dejwud, mocując te elementy do żelaznych kątowników nitowanych od zewnątrz do żelaznej skorupy wewnętrznej. Ta ostatnia była też przed przykręcaniem drewnianego poszycia pokrywana warstwą cementu, smoły lub farby. System MacLaine'a nie zdobył większej popularności z uwagi na wysokie koszty i znaczną masę, generowane między innymi bardzo dużym zużyciem drewna, więc próbowano jego odmian z ominięciem drewnianych wręgów, zastępowanych wygiętymi plankami usztywniającymi, mocowanym tylko do skorupy zewnętrznej.

Rys. 4. IDEA SYSTEMU MACLAINE'A
CDN.

kgerlach

CD.
W 1856 r. kolejny, po Armanie, budowniczy z Bordeaux, Jean Bichon, zaczął budować duże statki kompozytowe. W jego systemie prawie cały zład wewnętrzny, tj. wręgi, pokładniki, wzdłużniki denne, potniki, były z żelaza, a wszystko co na zewnątrz - kil, dziobnica, tylnica, podwójne poszycie zewnętrzne, pokłady i nadburcia - z drewna. Dzięki podwójnemu poszyciu nie musiał używać takich łączników stykających się z żelaznymi wręgami, które miałyby kontakt z wodą.
Metalowe wręgi łączyły się bolcami z drewnianą stępką, a do nich dochodziła tylko środkowa warstwa drewnianego poszycia zewnętrznego. Po jego uszczelnieniu kładziono na wierzch miksturę ochronną i filc. Druga warstwa zewnętrznego drewnianego poszycia, przesunięta tak, by zasłonić szwy pierwszej, mocowana była tylko do niej (i drewnianych elementów trzonu). Dla lepszego podparcia pasów poszycia na pokładach, podwajano żelazne pokładniki wspierane w drewnianych zrębnicach. W sposób mocno nietypowy dla budowy kompozytowej, z drewna robiono w tej metodzie także nadstępkę. W systemie Bichona prawie nie używano poszycia wewnętrznego, kładzionego od środka wręgów, poza kilkoma pasami łatwymi do naprawy i wymiany. Osiągnięty zysk na masie wynosił 15%.
Najbardziej znaną z jednostek zbudowanych w systemie Bichona była Antonia, trójmasztowiec o 1646 tonach, z podstawowymi materiałami "kompozytu" w postaci dębiny i żelaza.

Rys. 5. IDEA SYSTEMU BICHONA
CDN.

kgerlach

CD.
Także w 1856 r. swój system wprowadził, ale nad Tamizą, Thomas Bilbe. Spotkał się z dużym zainteresowaniem. Wręgi były z żelaznych ceowników równoramiennych, ze stopkami skierowanymi na zewnątrz burty. Mogły być też z dwóch kątowników tak ustawionych naprzeciwko siebie, by w sumie dawały coś na kształt ceownika z długim środnikiem. Wnętrze każdego ceownika wypełniano drewnem - zwykle tekowym - wystającym nieco poza stopki; te wypełnienia - łączone po bokach z obu sterczącymi stopkami - można uznać za drewniane wręgi. To do nich mocowano zewnętrzne poszycie, oczywiście z drewna. Śruby mocujące przechodziły przez powiększone otwory w środnikach ceowników w taki sposób, by nie dotykały w ogóle żelaznej wręgi, a dalej przez wewnętrzne poszycie drewniane, na którym je napinano nakrętkami wpuszczonymi we wgłębienia w deskach. W ten sposób śruba dotykająca wody przechodziła przez trzy warstwy drewna (zewnętrzne poszycie, drewniane wypełnienie żelaznego wręgu, wewnętrzne poszycie), ale nigdzie nie stykała się z metalem.
Bilbe zbudował w ten sposób w 1857 r. kliper herbaciany Red Riding Hood i bark Gondola, w 1858 r. kolejny kliper herbaciany Lauerdale, w 1859 r. żaglowce Demerara i Glem, w 1860 r. szkuner Woodpecker, od 1858 r. wzmacniał konstrukcję przez skośnie ustawiane klepki poszycia zewnętrznego. Różnicował także gatunki drewna, przechodząc od sosny i modrzewia do teku i mahoniu. W latach 60. XIX w. budowę jednostek kompozytowych tego systemu kontynuowała firma Bilbe & Perry.

Rys. 6. IDEA SYSTEMU BILBE'A
CDN.

kgerlach

CD.
W 1863 r. James Richardson zaproponował użycie żelaznych wręgów w kształcie teowników, do których stopek mocowano wewnętrzne poszycie drewniane. Poszycie zewnętrzne - odsunięte na wysokość środnika - miało się łączyć z poszyciem wewnętrznym tylko przez drewniane kołki szkutnicze, z wyeliminowaniem wszelkich łączników żelaznych, które mogłyby korodować.

Rys. 7. IDEA PROPOZYCJI RICHARDSONA

System adaptowany w stoczniach Antoine'a Chaigneau'a (w Bordeaux) niewiele różnił się od systemu Bichona: wręgi były żelazne, pasy wzdłużnic jedne drewniane, inne żelazne, całość łączono drewnianymi kołkami szkutniczymi.

System stoczni Gustave'a Guiberta (w Bordeaux) wyróżniał się dużą liczbą różnych węzłówek opasanych żelazem rozciągającym się na całej długości statku.

Bark Amur zbudowany w Sunderland w 1862 r. cechowało użycie żelaznych węzłówek płytowych i 14 par żelaznych pasów skośnych nitowanych na zewnątrz wręgów, z wykorzystaniem kołków szkutniczych w rejonie dna i łączników z metalu Muntza wszędzie indziej.

William Simons ze Szkocji także był propagatorem skośnych pasów żelaznych w jednostkach kompozytowych znacznej długości; rozciągały się od klepki mocnicy burtowej do stępki, biegnąc pod kątem 45 lub 60 stopni do pionu. Jeden komplet pasów znajdował się po wewnętrznej stronie wręgów, drugi po zewnętrznej.

W metodzie opisywanej jako system Heinsa nie potrafię dostrzec żadnych cech, które istotnie różniłyby ją od systemu MacLaine'a. Mieliśmy i tam kompletną skorupę wewnętrzną z żelaza, do której z zewnątrz nitowano żelazne ramy z zetowników. Przestrzeń między wręgami wypełniano ciasno kawałkami drewna łączonymi ze sobą na wpusty, tworzącymi jakby wręgi jednostek drewnianych, mocowanymi do siebie i do żelaznych żeber śrubami wzdłużnymi. Pomiędzy tymi belkami wypełniającymi a żelazną skorupą umieszczano warstwę smoły. Belki wypełniające wystawały ponad wręgi i przykrywały zewnętrzne stopki żelaznych żeber; szwy między nimi uszczelniano, a po zewnętrznej stronie robiono pionowe rowki do odprowadzania wody do zęz. Z tym drewnem wypełniającym łączono drewnianą skorupę zewnętrzną obejmującą kil, dziobnicę, tylnicę i wzdłużne planki burtowe mocowane gwoździami i śrubami z brązu albo mosiądzu. Pokładniki były żelazne, łączone z wewnętrznym płaszczem płytami węzłowymi lub kształtowymi węzłówkami.
CDN.

kgerlach

CD.
Z kolei system nazywany "wpustowym" miał niektóre cechy unikalne. Żelazne wręgi umieszczano tu między dwoma pełnymi drewnianymi płaszczami z klepek ułożonych wzdłużnie. Płaszcz zewnętrzny łączył się ze stępką, dziobnicą i tylnicą, a płaszcz wewnętrzny z nadstępką centralną, pasami usztywniającymi, drewnianymi wzdłużnikami pokładnikowymi, podłużnicami krawężnikowymi, nadstępkami bocznymi itd. (z planek lub grubszych belek, w zależności od potrzeby). Do żelaznych wręgów dochodziły żelazne pokładniki. W ten sposób wszystkie elementy wzdłużne kadłuba były z drewna, a wszystkie elementy poprzeczne z żelaza. Rozwiązywało to problem podnoszony przez wielu potencjalnych kupców jednostek kompozytowych, że drewno ma zupełnie inną rozszerzalność cieplną (dla celów praktycznych - zerową) niż żelazo pudlarskie (dużą), co miało powodować kłopoty w eksploatacji długich statków żeglujących po wodach o bardzo różnych temperaturach - oprócz naprężeń mogło to powodować luzowanie wiązań, a w konsekwencji przecieki, gnicie drewna i rdzewienie żelaza. Pomiędzy dwoma płaszczami z drewna umieszczano warstwę smołowanego filcu i wiązano całość sztywno za pomocą łączników miedzianych, brązowych, mosiężnych lub za pomocą drewnianych kołków szkutniczych, z przesłanianiem szwów. Żelazne wręgi były wpuszczone ciasno w wycięcia (rowki) klepek wewnętrznego poszycia, przez co nie występowała potrzeba ich osłabiania otworami na łączniki. Nie dochodziło też w ogóle do korozji elektrolitycznej. Oba płaszcze intensywnie uszczelniano, ten wewnętrzny z obu stron. Dbano o sztywność pasów wewnętrznego poszycia, łącząc je na długości zamkami ciesielskimi i ściągając bolcami na sztorc.

Rys. 8. IDEA SYSTEMU WPUSTOWEGO
CDN.

kgerlach

CD.
Wspomina się też o systemie, w którym wręgi i poszycie robiono w konkretnej strefie z tego samego materiału, a linią podziału na strefy była linia wodna. Czyli cała podwodna część kadłuba miała być z drewna, a nadwodna z żelaza. Żelazne wręgi kończyły się u dołu szerokimi widełkami czy siodłami, obejmującymi części drewniane i mocowanymi do nich z obu stron. Idea jest oczywista, jednak nie czytałem o żadnej konkretnej jednostce tak skonstruowanej. Oczywiście nie mogę całkiem wykluczyć ich istnienia.
Pewną odmianą tego pomysłu, prostszą i na pewno zrealizowaną, było skupienie się tylko na poszyciu. Na zasadniczo żelaznym szkielecie kładziono drewniane planki na całej części podwodnej, aż do około stopy powyżej linii wodnej, zaś wyższą partię burt pokrywano po prostu płytami żelaznymi, jak na jednostkach konstruowanych całkiem z żelaza. W 1869 r. firma Alexander Stephen & Sons zbudowała w ten sposób kliper City of Hankow oraz parowiec Tsz'ru.

WADY METODY KOMPOZYTOWEJ
O różnych współczynnikach rozszerzalności cieplnej materiałów już wspominałem. Na tym się jednak nie kończyło.
Najważniejsze problemy eksploatacyjne sprawiała korozja. Przy żelaznych elementach kadłuba i miedzianym obiciu dna rozmaite metale MUSIAŁY występować w jednej konstrukcji, nawet gdyby nie było metalowych łączników. Wszędzie tam, gdzie izolacja elektryczna między tymi różnymi metalami nie okazywała się wystarczająca i trwała, dochodziło do korozji elektrolitycznej. Przynosiło to fatalne skutki. Wyżej opisano wiele "patentów", jak tego unikać. Podstawowym sposobem była galwanizacja łączników, na ogół warstwą cynku. Jordan próbował pokrywać żelazne łączniki krzemianem wapniowym, ale nie uzyskał sukcesów na miarę potrzeb. Oprócz tego wykorzystywano nieżelazne gwoździe szkutnicze, takież nity, śruby z nakrętkami, wkręty (np. z miedzi albo metalu Muntza, preferowane przez Lloyda).
Chociaż homogenne, drewniane skorupy kadłubów budowanych w systemie Bichona nie stwarzały problemów z korozją elektrolityczną żelaznych łączników, miały swoje własne wady, typowe dla dawnych jednostek z drewna dębowego. Tanina, której dąb w dużej mierze zawdzięcza swoją nadzwyczajną odporność, powoduje intensywną korozję żelaznych elementów osadzonych w tym drewnie; nity stając się coraz cieńsze luzują się w otworach, co skutkuje pracą całego obelkowania, wlewaniem się wody i gniciem. Tę trudność udało się pokonać po zastosowaniu teku - jego substancje oleiste konserwują wykonywane z żelaza nity, gwoździe, sworznie, kołki, klamry i śruby spajające drewniane okręty. Arman wykorzystał w 1857 r. mahoń. Natomiast Bichon zmienił potem mocowania żelazne na miedziane i stosował wypełnienie dna cementem portlandzkim oraz lepikiem Haya.
Jednostki o budowie kompozytowej były też drogie. Taka konstrukcja podnosiła ceny o 10 do 12%.
Pomimo tylu wymyślnych systemów i patentów trwałość kadłubów pozostawiała sporo do życzenia, zaś remonty w obcych, nie znających tych technologii stoczniach, sprawiały znaczne kłopoty. Wielu postrzegało tę ostatnią trudność w ogóle jako największą wadę metody kompozytowej.

Tym niemniej warto pamiętać, że w stosunkowo krótkim historycznie okresie stosowania (w Wielkiej Brytanii raczej nie budowano już tak statków po 1876 r., chociaż w Holandii jeszcze w latach 80. XIX w.), metoda kompozytowa przyniosła szereg znakomitych żaglowców i parowców, pojemnych i sztywnych, a równocześnie lekkich i rozwijających zadziwiające prędkości. Taką konstrukcję miały liczne klipry, w tym bodaj najsłynniejszy, a na pewno jedyny zachowany kliper herbaciany - Cutty Sark.

Na zakończenie kilka słów o PRAWDZIWEJ stali - czyli materiału o odpowiedniej zawartości węgla, strukturze krystalograficznej i czystości, by dać się hartować; homogennego i o 1,4 raza wyższej wytrzymałości na rozciąganie niż żelazo pudlarskie - w zastosowaniu okrętowym. Nie miała bezpośredniego związku z budową kompozytową, ale jej pojawienie się mniej więcej w tym samym czasie z pewnością wpłynęło w jakimś stopniu na preferencje budowniczych. Kiedy angielski inżynier Henry Bessemer zbudował swój konwertor (gruszkę Bessemera), zaprezentowany publicznie w 1856 r., stało się realne przejście z jednostek żelaznych na stalowe. Prawdopodobnie pierwszy statek stalowy (mały parowiec) zbudowano w 1858 r. W ciągu kilku następnych lat przybyło nieco małych parowców i żaglowców ze stali, a w latach 1863-1864 zdarzyło się nawet kilka pełnorejowców. Nadal jednak była to bardzo droga zabawka i niewielu armatorów cywilnych zdecydowało się na takie ekstrawagancje. Dopiero rozpowszechnienie się procesu Siemensa-Martina (z piecami martenowskimi) pod koniec lat 70. XIX w. zmieniło sytuację i pojawiły się nawet wielkie klipry stalowe.

KONIEC