Materiały szkoleniowe
ŻEGLARZ JACHTOWY
Dział: Teoria żeglowania
Temat: Stateczność jachtów
Stateczność jachtów
Stateczność jachtu to jego zdolność do przeciwstawienia się działaniu sił zewnętrznych mogącemu spowodować jego przewrócenie. Innymi słowy jest to zdolność do powrócenia do pozycji na równej stępce i utrzymania jej. Jacht jest wtedy w równowadze, gdyż siły ciężkości i wyporu działają w jednej linii. Gdy natomiast w przechyle jedna z nich przesuwa się względem drugiej, powstaje moment sił (moment prostujący) dążący do przywrócenia jachtu do pozycji wyjściowej.
Jacht utrzymuje się na powierzchni wody, ponieważ działają na niego skierowane przeciwnie siła ciężkości oraz siła wyporu. Pierwsza z nich jest przyczepiona w punkcie zwanym środkiem ciężkości (SC), którego położenie jest stałe. Punkt przyczepu drugiej to środek wyporu (SW) położony w geometrycznym środku bryły, jaką jest zanurzona część kadłuba. Oznacza to, że środek wyporu zmienia swoje położenie w zależności od przechyłu jachtu. Na stateczność poprzeczną jachtu ma wpływ wiele czynników, w tym kształt kadłuba i rozkład jego masy. Nie ma jachtów bez kształtu i bez masy lub tylko samym kształtem albo z samą masą. Dlatego za każdym razem bierzemy pod uwagę oba parametry.
Charakterystyka stateczności poprzecznej jachtu wynika z położenia środka ciężkości względem środka wyporu. Na jachtach mieczowych prawie zawsze SC znajduje się nad SW. Różnica w przebiegu charakterystyki stateczności poprzecznej poszczególnych jachtów wynika z różnego położenia ich środków ciężkości nad środkami wyporu i wynikającej z tego wzajemnej odległości między nimi. Na ciężkim jachcie z balastem środek ciężkości znajduje się sporo niżej, czyli w mniejszej odległości od środka wyporu niż na pozbawionym balastu jachcie mieczowym. Jacht będzie w równowadze, gdy siły ciężkości i wyporu działają w jednej linii. Kiedy w przechyle jedna z nich przesuwa się względem drugiej, powstaje moment sił zwany momentem prostującym, dążący do przywrócenia jachtu do pozycji wyjściowej.
W przechyle kształt zanurzonej części kadłuba się zmienia, dlatego oprócz kształtu dna istotny jest również kształt części nadwodnej burt. Jachty lekkie pozbawione balastu są łatwiej wywracalne niż jachty dociążone balastem. Wynika z tego, że żeglowanie jachtem śródlądowym mieczowym to większe ryzyko wywrotki, niż żegluga ciężkim jachtem morskim balastowym. Dlatego w kadłubach jednostek mieczowych powinny znajdować się komory wypornościowe, chroniące łódź przed zatonięciem na wypadek zalania go wodą po wywróceniu się. Jednostki morskie, czyli jachty balastowe są bardziej stabilne dzięki ciężkiej płetwie balastowej. Duży ciężar umieszczony nisko sprawia, że środek ciężkości jest dużo niżej niż na jachcie mieczowym. Wywrócenie jachtu morskiego, choć trudniejsze niż mieczowego jest możliwe, do tego zalanie i zatonięcie także.
Rozróżniamy następujące stateczności jachtu (w zależności od płaszczyzny, w której zachodzą zmiany położenia):
-stateczność poprzeczna – zmiany w płaszczyźnie prostopadłej do soi wzdłużnej jachtu,
-stateczność podłużną – zmiany w płaszczyźnie symetrii, na lini dziób-rufa,
–stateczność kierunkową – zmiany kursu wynikające z kształtu kadłuba.
Stateczność podłużna oznacza zdolność jachtu do przeciwstawiania się wzdłużnemu momentowi przechylającemu kadłub. Zapewnia właściwy trym kadłuba, czyli przechył kadłuba w stronę dziobu lub rufy. Na jachcie płynącymi pod żaglami, czynnikami decydującymi o stateczności podłużnej są pary sił: siła ciągu i siła oporu hydrodynamicznego wzdłużnego oraz siła wyporu i siła ciężkości.
Stateczność kierunkowa oznacza zdolność jachtu do zachowania ustalonego kursu, poprzez efektywne ustawienie żagli względem wiatru oraz położenie steru.
Zajmiemy się dwoma podstawowymi rodzajami stateczności. Stateczność podłużną na tym etapie zdobywania wiedzy żeglarskiej pomijamy. Informacje o stateczności kierunkowej Używane na wodach śródlądowych jachty mieczowe charakteryzuje głównie stateczność kształtu. Istnieje jeszcze stateczność ciężaru właściwa jachtom balastowym, które na śródlądziu spotyka się coraz rzadziej, za to są standardem na wodach morskich. Istnieją też jednostki posiadające cechy obu typów stateczności, np. jachty śródlądowe z dociążoną płetwą mieczową.
STATECZNOŚĆ KSZTAŁTU
Stateczność kształtu, jak sama nazwa wskazuje, wynika z kształtu zanurzonej części kadłuba. W przechyle kształt ten się zmienia, dlatego istotny jest również kształt części nadwodnej burt. Jachty o takiej stateczności są łatwiej wywracalne niż jachty z przeważającą statecznością ciężaru. Mogą też zatonąć, gdy po przewróceniu do wnętrza dostanie się woda, a w kadłubie nie ma komór wypornościowych. Stateczność ciężaru z kolei opiera się na działaniu ciężkiej płetwy balastowej, dzięki której środek ciężkości jachtu jest o wiele niżej niż w jachcie mieczowym. Jacht morski trudniej jest przewrócić, ale nie jest to niemożliwe.
Maksymalny moment prostujący – ok. 40 stopni.
Kąt krytyczny – ok. 80 stopni.
Przyjrzyjmy się temu, co dzieje się z siłami podczas wywrotki jednostki mieczowej. Przechył powoduje powstanie momentu prostującego – SW i SC oddalają się od siebie, a jacht dąży do powrotu do pozycji wyjściowej. Jest tak do osiągnięcia granicznego kąta przechyłu (kąta krytycznego), po przekroczeniu, którego środek wyporu cofa się i zrównuje w jednej linii ze środkiem ciężkości. Siły wyporu i ciężkości znów działają w jednej linii, nie ma więc momentu prostującego. Jest to stan równowagi chwiejnej – ostatnia chwila, kiedy załoga może uratować jednostkę przed wywrotką dociążając burtę nawietrzną lub stając na płetwie mieczowej. Jeśli tak się nie stanie, pogłębienie przechyłu poskutkuje odsunięciem środka wyporu od środka ciężkości tak, że pojawia się moment sił, ale tym razem jest to moment pogłębiający przechył. Jacht położy się na burcie. Do kadłuba zacznie wdzierać się woda, a żagle przyklejają się do jej powierzchni. Właśnie dzięki nim jednostka może przez dłuższą chwilę pozostać w tej pozycji. Można jeszcze wtedy próbować wytworzyć moment prostujący obciążając miecz lub zapobiec dalszej rotacji jachtu podkładając środki wypornościowe pod top masztu, co jednak wiąże się z koniecznością dopłynięcia tam członka załogi. Przy braku takich działań oraz jeżeli wypełniony wodą kadłub nie zatonie, jacht ustawi się ostatecznie w pozycji masztem w dół (tzw. „grzybek”). Siły znów będą działać w jednej linii.
STATECZNOŚĆ JACHTÓW BALASTOWYCH
(stateczność ciężaru)
Jachty balastowe charakteryzują się statecznością ciężaru, gdzie balast umieszczony w dolnej części kadłuba znacznie obniża środek ciężkości jednostki. Moment prostujący w jachtach balastowych jest znacznie większy niż w jachtach o stateczności kształtu i pozostaje dodatni nawet przy dużych kątach przechyłu, sięgających 120 stopni. Dzięki temu jachty balastowe są uważane za praktycznie niewywracalne, a w przypadku wywrotki mają zdolność do samodzielnego podniesienia się bez ingerencji załogi.
Stateczność ciężaru charakteryzuje się tym, że środek ciężkości umieszczony jest o wiele niżej niż w przypadku stateczności kształtu. Odległość między środkiem ciężkości a środkiem wyporu podczas przechyłu jest duża, co skutkuje większym momentem prostującym. Osiąga on maksymalną wartość przy kącie przechyłu w zakresie 60⁰-90⁰, po czym maleje. Po odwróceniu się jachtu do góry dnem sytuacja nie jest jeszcze przesądzona, gdyż wystarczy nieznaczne przechylenie kadłuba na fali, aby powstał moment prostujący.
W miarę wzrostu kąta przechyłu a ramię sił rośnie aż do kąta 70o – 90o (w zależności od typu jachtu). Czyli im mocniej przechyla się jacht balastowy tym większy moment prostujący pojawia się aż do wartości ok. 90o, potem wartość momentu prostującego stopniowo maleje by przy wartości ok. 135o (wartość orientacyjna zależna od typu jachtu) osiągnąć 0o.
Teoria o nie wywracalności jachtów balastowych to tylko teoria. Każdy jacht się przewraca i żaden slogan tego nie zmieni.
W praktyce nie istnieją jachty wykazujące jedynie jeden rodzaj stateczności. Każdy jacht odznacza się jednocześnie cechami stateczności kształtu i ciężaru, tyle że ich proporcje są różne. W jachtach mieczowych istnieje przewaga stateczności kształtu. Są to jachty najczęściej śródlądowe, o regularnym zanurzeniu, które można wywrócić, ale nie można zatopić. Bezpieczeństwo zapewniają im obowiązkowo montowane komory wypornościowe. Konstrukcje balastowe wykazują z kolei przewagę stateczności ciężaru. To jednostki o większym zanurzeniu, wykorzystywane najczęściej na morzu. Są właściwie nie wywracalne, przez co ich niezatapialność nie jest obligatoryjna
Testy
E-patenty
Kursy żeglarskie i motorowodne on-line