Dlaczego KAŻDY jacht może się wywrócić?
Termin "jacht niewywracalny" jak najszybciej należałoby, nie tylko ze względu na niepoprawność, odłożyć do lamusa leksykonu żeglarskiego. Powstał zresztą w epoce, kiedy jachty dzielono na niezatapialne i właśnie „niewywracalne”. Maki, zwłaszcza te 666 i 707, uważane były wówczas za niewywracalne ze względu na kształt pokładu, tzw. backdek, czyli podwyższenie burty (rys. 1) przemieszczające środek wyporu względem środka ciężkości w przechyle bliskim 90 stopni.
Rzeczywiście, zapokładowanie typu backdek daje większe ramię momentu prostującego niż w konwencjonalnej jednostce, co nie znaczy, że ramię to jest wystarczające. Wielu armatorów jednostek tego typu nie pomyślało o dobalastowaniu jachtu w celu obniżenia środka jego ciężkości. Zwiększyłoby to ramię momentu prostującego, a więc i stateczność jachtu, jego podatność na porywy wiatru (szkwały).
Każdy może się wywrócić
Wbrew przekonaniu wielu żeglarzy nie istnieją jachty, nawet te ze stałą płetwą balastową, których nie da się wywrócić. Trzeba tylko odpowiedniego wiatru i fali, a w przypadku większości jednostek śródlądowych niekonieczne od razu dwunastki.
Przed wywrotką nie zabezpieczają nawet pozornie regulujące ten aspekt przepisy Unii Europejskiej (RCD), zgodnie z którymi każdy wyprodukowany seryjnie jacht musi spełniać odpowiednie kryteria statecznościowe (tzw. Stability Index – STIX). W zależności m.in. od wartości tego indeksu jachty uzyskują prawo do żeglowania po odpowiednim akwenie przy odpowiednim limicie siły wiatru i zafalowania. Konstrukcje uzyskują wówczas odpowiednią tzw. kategorię projektową: A – bez ograniczeń po wszystkich akwenach, B – do żeglugi po akwenach morskich, C – w rejonie przybrzeżnym i po zatokach, D – wyłącznie po śródlądziu przy ograniczeniu wiatru do 4B i fali o wysokości 0,3 m.
Na dodatek jachty spełniające kryteria kategorii projektowej C, dłuższe od 6 m, nie muszą mieć wyporności zapasowej na wypadek zalania. Przyroda ignoruje jednak wszelkie przepisy, nawet te unijne. I dlatego nadanie jakiejś kategorii projektowej nie chroni przed wywrotką.
Statyczna vs. dynamiczna
Stateczność tzw. statyczna określona w próbach przechyłu jachtu może być pewnym kryterium porównawczym dla jednostek podobnej wielkości i przeznaczenia. Z krzywej ramion (momentów prostujących) możemy wywnioskować, jak podatna jest łódka na łagodnie rosnący moment przechylający od wiatru działającego na żagle (rys. 2). Można z niej np. odczytać, czy jacht jest stateczny przy małych kątach przechyłu, co w slangu żeglarskim ujmuje się pod pojęciem „sztywny” lub „miękki”. Świadczy o tym stromość krzywej przy kątach nie przekraczających 20 – 30 stopni. Można też określić, przy jakich kątach wystąpi maksimum momentu prostującego i jaka jest jego wartość, oraz uzyskać informację na temat tzw. zapasu stateczności, to znaczy wartości momentu w przechyle masztem równolegle do wody. Wreszcie, z tego wykresu, zwanego krzywą Reeda, da się wyznaczyć kąt przechyłu, przy jakim jacht może się wywrócić do góry dnem. To oczywiście miejsce, w którym krzywa przecina oś kątów przechyłu.
CHCESZ BYĆ NA BIEŻĄCO? POLUB ŻAGLE NA FACEBOOKU
Przypomnijmy, że w teście laminatowej „Omegi” kąt ów nie przekraczał 55 stopni...
Duże wartości, zwłaszcza momentu w przechyle – 90 stopni – czy kąta zerowej stateczności, dają poczucie bezpieczeństwa, ale wcale nie gwarantują, że jacht, szczególnie ten niewielki, się nie wywróci. Przy stabilnym wietrze żegluje się w większym lub mniejszym, ale w stałym przechyle. W szkwale rządzą jednak prawa innej dziedziny mechaniki niż statyka. Jest on bowiem zjawiskiem dynamicznym. Prędkość wiatru wzrasta wówczas gwałtownie o 2 – 3B w sekundę lub jeszcze szybciej. Równie gwałtowna jest reakcja jachtu. Przechył błyskawicznie rośnie, niekiedy aż do końca, czyli do zanurzenia topu masztu w wodzie. Z takiej pozycji nie wszystkie jachty wracają do pionu.
Od czego to zależy?
Przede wszystkim od gwałtowności szkwału, no i odporności nań jachtu. Żeby to wyjaśnić, trzeba małej powtórki z fizyki.
Wiatr przechylając jacht o pewien kąt, wykonuje określoną pracę, równą iloczynowi tego kąta i momentu przechylającego. Gdyby ów moment był stały, to jego pracę można by przedstawić jako pole prostokąta (rys. 3a). Niestety, moment przechylający jacht przez wiatr zmienia się wraz z przechyłem (rys. 3b). I tym razem jednak pracę reprezentuje pole pod krzywą momentu ograniczone kątem początkowym i końcowym przechyłu. Podobnie jest z pracą momentu prostującego (rys. 3c).
Do oszacowania kąta przechyłu dynamicznego znów przydaje się krzywa momentów prostujących. Naniesiono na niej krzywe momentu przechylającego dla wiatru przed szkwałem przy stabilnej żegludze i po szkwale (rys. 4). Ich przecięcie z krzywą momentów prostujących wyznaczy statyczne kąty przechyłu. Rzecz się ma inaczej w przypadku szkwału, gdy zmiana z prędkości wiatru v1 do v2 następuje raptownie. Wówczas kąt przechyłu dynamicznego wyznaczają równości prac wykonanych przez przyrost momentu przechylającego w szkwale i pracy przeciwstawiającego się mu momentu prostującego jachtu. Jak widać z równości pól, w szkwale jacht przechyli się znacznie bardziej niż w przypadku wiatru stałego o prędkości górnej szkwału.
CHCESZ BYĆ NA BIEŻĄCO? POLUB ŻAGLE NA FACEBOOKU
Widać, jak ogromny wpływ na dynamikę jachtu ma przebieg krzywej momentów prostujących. Najlepiej gdyby pole dodatnich momentów prostujących pod nią było maksymalne. Stąd wniosek, że idealny jacht powinien charakteryzować się jak najbardziej stromą krzywą (momentów prostujących) z możliwie najwyższym maksimum i kątem zerowej stateczności przy 180 stopniach przechyłu. Na razie postulat ten spełniają tylko niektóre regatowe modele jachtów. Ten rodzaj krzywej idealnej osiąga się przy niezwykle niskim położeniu środka ciężkości.
Armator zwykłego jachtu turystycznego ma jednak jakiś wpływ na środek ciężkości jachtu. I nie chodzi tylko o dołożenie w dno dodatkowego balastu, ale o ograniczenie lub zlikwidowanie z pokładu i z wnętrza tego, co podwyższa ów środek. Pewną aberracją jest np. instalowanie sztywnych sztagów na niewielkich, 6-metrowych jachtach. To „znakomity” balast ponadpokładowy redukujący stateczność, a więc i bezpieczeństwo jachtu. Podobnych przykładów znalazłoby się więcej...
Artykuł pochodzi z miesięcznika "Żagle" - numer 8/2011. Kup archiwalne wydania!
fot: Daniel Forster/Rolex/Regattanews
