Opory kadłuba

Dotychczas, omawiając zachowanie się kadłuba w wodzie, zajmowaliśmy się siłami, które w sposób pozytywny oddziałują na właściwości żeglugowe. Teraz zajmiemy się zjawiskami negatywnymi związanymi z przemieszczaniem się deski w środowisku wodnym.


Kadłub deski poruszający się w wodzie napotyka na znacznie większe opory niż ma to miejsce w przypadku części sprzętu opływanych przez powietrze. Woda jest ośrodkiem 820 razy gęstszym od powietrza i w związku z tym tworzy odpowiednio większe opory. Ich wzrost lub spadek bardziej znacząco decyduje o uzyskiwanej prędkości, niż zmiany wartości siły aerodynamicznej. Łatwo się o tym przekonać porównując prędkości uzyskiwane przez ślizgi lodowe, w przypadku których opór środowiska wodnego prawie nie występuje i łodzie żaglowe, podlegające jego działaniu. Przeciętne prędkości przy tej samej sile wiatru rzeczywistego i zbliżonej powierzchni ożaglowania wynoszą odpowiednio - około 100 km/h dla ślizgu lodowego i około 20 km/h dla łodzi żaglowej. Osiągi prędkościowe deski, ze względu na jej małą powierzchnię kadłuba w stosunku do wielkości ożaglowania, sytuują ją pomiędzy wyżej wymienionymi typami jednostek.


Wpływ oporów ruchu w środowisku wodnym można sprawdzić na „własnej skórze”. Pływając na szybkiej desce bezmieczowej po akwenie w którym spotykamy wodorosty, często zdarza się, że niewielka wiązka roślin wodnych zaczepi o nasz statecznik i będzie ciągnąć się za deską. Przy szybkiej żegludze w ślizgu momentalnie odczujemy, że pędnik działa na nasze ciało ze znacznie większą siłą a prędkość ruchu zdecydowanie zmniejsza się. Kilka niewielkich traw na stateczniku dobitnie przekonuje nas jak duże znaczenie ma opór środowiska wodnego na zachowanie deski.


Opory powstające na kadłubie w tracie ruchu postępowego w wodzie można podzielić na następujące:


Opór tarcia

Zjawiska związane z powstawaniem oporu tarcia na powierzchni zmoczonej kadłuba są analogiczne jak wcześniej opisane, powstające na pędniku, z tą różnicą, że zachodzą intensywniej. Zmusza nas to do utrzymywania możliwie największej gładkości części kadłuba zanurzonych w wodzie a także do doboru właściwych profili miecza i statecznika, które powinny zapobiegać oderwaniu się strug wody od tych elementów i powstawaniu zakłóconego przepływu. Dla zminimalizowania oporu tarcia gładkość kadłuba zanurzonego w wodzie musi być zachowana zarówno w skali mikro jak i makro-nierówności. Mikronierówności, takie jak grudki lakieru powstałe przy malowaniu, drobne jego zarysowania, odpryski - powodują turbulencje, zwiększające opór tarcia. Ich wpływ na wartość powstającego oporu uzależniony jest od usytuowania, gdyż grubość warstwy przyściennej rośnie w stronę rufy poruszającego się do przodu kadłuba. O ile niewielkie nierówności w części dziobowej będą wystawać ponad warstwę przyścienną i powodować zakłócenia przepływu, o tyle takie same przeszkody w części rufowej znajdą się w obrębie warstwy przyściennej gdzie woda nie porusza się względem kadłuba, lub porusza się bardzo wolno i nie będą one miały większego wpływu na opór tarcia.


Znacznie większy wpływ na ten opór mają różnego rodzaju wypukłości i wklęśnięcia części dennej. Powstają one najczęściej na skutek nierówności formy w której jest produkowany kadłub albo odkształceń przy wyciąganiu deski z formy, lub też na skutek nierównomiernego wypełnienia rdzenia, albo poprzez uszkodzenia mechaniczne. Zaburzenia powstające przy takich nierównościach w znacznym stopniu deformują przepływ, zakłócają jego płynność, powodują odrywanie strug, co zdecydowanie zwiększa opór tarcia.


Niebagatelną rolę w powiększaniu wartości oporu tarcia odgrywają płetwy miecza i statecznika, gdyż stanowią znaczny procent powierzchni zmoczonej kadłuba deski. Oprócz utrzymywania gładkości ich powierzchni, a szczególnie krawędzi natarcia, trzeba również pamiętać o doborze właściwych profili. Zasadniczy wpływ na wielkość oporu tarcia mają dwie cechy profilu, a mianowicie jego grubość i usytuowanie maksymalnej grubości (t) względem długości (l).


Powiększenie grubości profilu i przesunięcie jej maksimum w stronę krawędzi natarcia powoduje wzrost wartości oporu. Jak z tego wynika - dobierając statecznik do naszej deski (miecz, który pracuje w mniejszym zakresie prędkości i kursów względem wiatru jest już dobrany przez producenta) mamy do rozwiązania następującą sprzeczność: czy zastosować gruby profil z maksymalną grubością umieszczoną w jego przedniej części, który pozwoli uzyskać maksymalną wartość siły hydrodynamicznej bocznej ale równocześnie stawia duży opór, czy też użyć statecznika o cieńszym profilu i największej grubości przesuniętej do tyłu, nie powodującego dużego oporu ale równocześnie wywołującego mniejszą siłę hydrodynamiczną. Nasz wybór uzależniony jest od tego, czy zależy nam na żegludze ostro na wiatr z niedużą prędkością, w czym pomoże nam profil gruby (duża wartość siły hydrodynamicznej zapobiega dryfowi), czy też pragniemy żeglować szybko kursami wolnymi, co umożliwi nam profil cienki.



Kolejnym czynnikiem decydującym o wartości oporu tarcia jest wielkość powierzchni zmoczonej kadłuba. O ile użytkownik sprzętu ma duży wpływ na dobór płetw i utrzymanie gładkości kadłuba, to powierzchnia zmoczona zależy przede wszystkim od konstruktora. Generalnie - im deska szersza i dłuższa, tym będzie wytwarzała większy opór tarcia, czyli prędkość maksymalna, jaką może osiągnąć będzie mniejsza.


Wielkość powierzchni zmoczonej zależy nie tylko od gabarytów kadłuba, ale również od ukształtowania dna. Najmniejszy opór tarcia, w stosunku do objętości zanurzonego kadłuba wytwarza kadłub okrągłodenny (posiada on najmniejszy stosunek powierzchni zmoczonej do objętości zanurzonej części). Tego typu rozwiązanie było stosowane w dawnych deskach regatowych „II Division”





Następnym kształtem pod względem wielkości wytwarzanego oporu tarcia jest kadłub płaskodenny, stosowany najczęściej w szybkich deskach slalomowych żeglujących w silnych warunkach wietrznych.








Im bardziej „skomplikowane” dno (concaves w deskach słabowiatrowych, tunele w freestylowych) tym powierzchnia zmoczona większa w stosunku do objętości zanurzonej części kadłuba, a co za tym idzie większy opór tarcia, ograniczający możliwości prędkościowe sprzętu.




Zgodnie z tym, co przeczytaliśmy powyżej, można by sądzić, że wszystkie deski powinny być okrągłodenne, aby pływać możliwie szybko. Niestety, opór tarcia nie jest jedynym powstającym w środowisku wodnym i działającym na nasz kadłub. Dlatego też projektanci sprzętu mają bardziej skomplikowane zadanie, gdyż rozwiązania konstrukcyjne, które zmniejszają wartość jednego rodzaju oporu, najczęściej zwiększają inny. Dlatego też najpierw omówimy poszczególne rodzaje oporów, a następnie przeanalizujemy jakie kształty kadłuba są najbardziej odpowiednie do danej prędkości żeglugi.