ile kadłubów? część 1

| 08/12/2003 | 0 Komentarzy

Autor: Krzysztof Mnich

Układ mikronezyjskiego proa z pływakiem utrzymywanym stale po nawietrznej, wykonującego zwroty przez wekslowanie, uważany jest przez wielu za szczyt dziwactwa. Są wszak do dyspozycji dużo bardziej klasyczne konstrukcje: jednokadłubowce (mieczowe, kliery ze stałym bądź ruchomym balastem), katamarany, trimarany, czy nawet halsujące normalnie łodzie z wysięgnikiem. Skąd pomysł, żeby zmieniać zupełnie sposób żeglowania? Jaki sens ma idea umieszczenia kadłuba po zawietrznej stronie łodzi? Jakie właściwie zalety ma taki układ, poza niewątpliwą oryginalnością? Zacznijmy od założeń. Przypuśćmy, że zależy nam na zbudowaniu szybkiego, taniego i dzielnego jachtu do pływania po szerokich wodach. Nie stawiajmy sobie żadnych ograniczeń konstrukcyjnych, rozważmy po kolei możliwe rodzaje jednostek.

Różne sposoby zwiększania stateczności jednokadłubowca: głęboki kil, ruchomy balast, powiększenie szerokości

Różne sposoby zwiększania stateczności jednokadłubowca: głęboki kil, ruchomy balast, powiększenie szerokości

Jednokadłubowiec ma sporo zalet. Ma zwartą konstrukcje, odporną na uderzenia fal. Kadłub o szerokości, która zapewnia odpowiednią stateczność, daje też dużo miejsca we wnętrzu. Balast zapewnia bezpieczeństwo przy dużych przechyłach, a przy tym takielunek dość „miękkiej” jednostki podlega umiarkowanym obciążeniom. Kłopot w tym, że jednokadłubowiec nie będzie jednocześnie szybki i tani. Nawet przy zastosowaniu głębokiego kila i ruchomego balastu, moment prostujący taki jacht jest niewielki. Każde jego radykalne powiększenie wiąże się ze wzrostem szerokości kadłuba. Powoduje to konieczność zastosowania głębokiego kila, aby zapobiec gwałtownemu spadkowi stateczności przy większych kątach przechyłu. Węzły mocowania kila do kadłuba muszą przenosić olbrzymie obciążenia. Podobnie wielkie obciążenia konstrukcji pochodzą od takielunku o stosunkowo wąskim (nawet przy dużej szerokości kadłuba) rozstawie want. Szeroki i odpowiednio mocny kadłub będzie sporo ważył, co spowoduje potrzebę zwiększenia powierzchni ożaglowania i wysokości masztu. Zwiększy się moment przechylający i obciążenia konstrukcji. W rezultacie zbudowanie naprawdę szybkiego, a przy tym bezpiecznego, jednokadłubowca wymaga zastosowania najnowocześniejszych, kosztownych technologii. Trzeba się przy tym pogodzić z dużym zanurzeniem i szybkimi ruchami płaskiego kadłuba na fali.

Obciążenie belki nośnej katamarana przez takielunek

Obciążenie belki nośnej katamarana przez takielunek

Wydawałoby się, że dużo prostszym i lepszym rozwiązaniem szybkiego jachtu jest katamaran. Ten ma jednak równie dużo wad. Radykalny wzrost momentu prostującego został w nim bowiem okupiony drastycznym wzrostem obciążeń konstrukcji. Jednym z ich źródeł jest takielunek, którego naprężenia starają się wcisnąć maszt w belkę łączącą kadłuby. Drugim – praca dwu niezależnych pływaków na fali. Geometrycznie katamaran jest dość niefortunnym układem. Prostokątna, płaska rama, jaką tworzą kadłuby i belki łączące, jest elastyczna i podatna na skręcanie. Jednak ustawiony na niej takielunek (zwykle wysoki, bermudzki) wymaga stałego naciągu lin i sztywnej podstawy.

Sztywność takielunku vs. praca katamarana na fali

Sztywność takielunku vs. praca katamarana na fali

Niezbędną sztywność uzyskuje się więc dość forsownie – stosując duże przekroje belek i egzotyczne materiały. To oczywiście bardzo powiększa koszty  budowy, na cenę wpływa też konieczność wykonania dwu oddzielnych kadłubów. Do tego dochodzi kwestia bezpieczeństwa. Zakres kątów przechyłów, dla których nie grozi wywrotka, jest dla katamarana dosyć niewielki. W dodatku zahamowanie zawietrznego pływaka przez falę grozi – przy typowym dla tych konstrukcji dużym momencie bezwładności wokół wszystkich trzech osi – niekontrolowanym obrotem kadłubów i wywrotką. Jeżeli dodamy do tego częste zaczepianie fal o belki łączące, to obraz katamarana jako szybkiego jachtu morskiego nie jest zbyt zachęcający.

Wywrotka katamaranu przy zahamowaniu na fali

Wywrotka katamaranu przy zahamowaniu na fali

Bezpieczne kąty przechyłu katamaranu i trimaranu

Bezpieczne kąty przechyłu katamaranu i trimaranu

Nieco lepiej (chociaż niewiele) wypada trimaran. Zacznijmy od bezpieczeństwa. Lekkie boczne pływaki o małym przekroju dają mniejszy niż w przypadku katamarana moment bezwładności, mniejsze jest też ryzyko gwałtownego zahamowania przez fale. Obciążenia w czasie żeglugi na fali również są mniejsze niż dla katamarana, natomiast zakres dopuszczalnych kątów przechyłu jest zdecydowanie większy. Ciekawą cechą trimaranów jest to, że środkowy kadłub przejmuje w nich większość obciążeń wywołanych uderzeniami fal. Pływak nawietrzny znajduje się podczas żeglugi dość wysoko ponad wodą, zawietrzny zaś jest częściowo osłonięty.

 

Obciążenie belek nośnych trimaranu przez takielunek

Obciążenie belek nośnych trimaranu przez takielunek

Pozostaje jednak ten sam co w przypadku katamaranów problem ze sztywnością konstrukcji i obciążeniami pochodzącymi od takielunku. Siły działające na żagle z jednej strony i wypór pływaka z drugiej starają się wyłamać ku górze dźwigary pływaków. Sytuację pogarsza wymóg zachowania sztywności takielunku, podobnie jak w katamaranach. Tu także jedynym rozwiązaniem okazują się drogie technologie i materiały. W sumie trimaran jest dosyć kosztowną propozycją dla żeglarzy, tym bardziej, że konieczne jest zbudowanie aż trzech kadłubów (z tym, że dwa z nich pozbawione są zabudowy).

Pewnym rozwiązaniem zasadniczej trudności konstrukcyjnej wielokadłubowców – małej sztywności podstawy przy wymaganej dużej sztywności takielunku – jest zastosowanie masztów bezwantowych. Wśród katamaranów najbardziej znanym przykładem był niefortunny TEAM PHILIPS (zbudowany na regaty The Race) z wolnostojącymi masztami na obu kadłubach. Układ ten ma jednak pewne wady aerodynamiczne – przy niektórych kursach względem wiatru żagle szkodliwie na siebie oddziałują. Mniej kontrowersyjne byłoby zastosowanie wolnonośnych masztów w trimaranie. Bezwantowy maszt musi być oczywiście wykonany z bardzo wytrzymałych materiałów, zwykle z włókna węglowego. Co ciekawe jednak, jest on i tak lżejszy i tańszy od konwencjonalnego takielunku. Mimo to zastosowanie węglowego masztu jako środka na obniżenie ceny jachtu należy uznać za pomysł desperacki.

fot. katamaranu TEAM PHILIPS pochodzi z serwisu http://www.weather-wise.com

rys. Krzysztof Mnich

Tags: jacht, katamaran, Krzysztof Mnich, proa, trimaran, wielokadłubowce

Category: Spis treści, Technika

Komentarze (0)

Trackback URL | Comments RSS Feed

Brak komentarzy.

Zostaw komentarz

WP Like Button Plugin by Free WordPress Templates