Czy istnieją łodzie idealne, których nie da się wywrócić?

Kiedyś jeden z kapitanów morskich przysięgał, że podczas sztormu na Bałtyku jego Carter 30 dosłownie spadł z grzbietu fali, kładąc się masztem na wodzie. Na szczęście szybko wrócił do pionu. Czy rzeczywiście coś takiego mogło się zdarzyć? Pytanie to ma szerszy zasięg. Zdarzenie podaje w wątpliwość istniene łodzi idealnej – absolutnie nie do wywrówcenia.

Carter 30 to konstrukcja klasyczna, uchodząca za niezwykle stateczną i bezpieczną, o czym sam się przekonałem, żeglując w regatach na grocie i genui przy wietrze 5 do 7B. Było to jednak na Śniardwach, a nie na Bałtyku uważanym wprawdzie przez żeglarzy oceanicznych za większe jezioro, ale za to o niezwykle wrednym charakterze.

Stateczność zmienna na fali

Zachowanie jachtu żaglowego na zafalowanym akwenie jest trudne do przewidzenia. Rządzą nim prawa dynamiki. Wiele zależy jednak od stateczności tzw. statycznej jachtu, charakteryzowanej przez krzywą ramion prostujących GZ lub momentów prostujących (rys. 1).

Istotna jest zwłaszcza tzw. stateczność początkowa, czyli przy niewielkich kątach przechyłu. Jak już wcześniej wyjaśniałem, jest ona proporcjonalna do powierzchni wodnicy konstrukcyjnej. O większej lub mniejszej stateczności początkowej świadczy kąt wzniosu krzywej ramion prostujących w pobliżu początku układu współrzędnych. Jachty żaglowe o szerszej KLW wykazują się większą statecznością początkową, a więc też i mniejszą podatnością na szkwały. Powierzchnia wodnicy tego samego jachtu w rzeczywistych warunkach jednak zmienia się i to znacznie w żegludze po zafalowanym akwenie. Dotyczy to szczególnie krótkich i stromych fal długości porównywalnej z długością kadłuba, jakie zazwyczaj powstają podczas sztormów na płytkim Bałtyku.

Gdy jacht znajduje się w dolinie fali (rys. 2b), część środkowa kadłuba nieco się wynurza, podczas gdy strefa rufowa i dziobowa zanurzają się mocno. Jednak wyporność tych części kadłuba jest niewielka. W efekcie powierzchnia wodnicy nieco się powiększa; jacht zyskuje więc na stateczności nie tylko początkowej. Dlatego m.in. we wszystkich podręcznikach zaleca się wykonywanie zwrotu przez rufę właśnie wówczas, gdy jacht znajduje się w dolinie fali.

Inaczej rzecz się ma na szczycie takiej fali. Część kadłuba o maksymalnej szerokości zanurza się, a części dziobowa i rufowa mocno się wynurzają (rys. 2a). Redukuje to powierzchnię wodnicy i tym samym stateczność. Obie te zmiany zobrazowano na wykresach momentów prostujących (rys. 3). Jak widać, utrata stateczności na szczycie może być znacząca dla bezpieczeństwa jachtu.

Zbiegi okoliczności też się zdarzają!

Czy jednak jachtmoże na tyle utracić stateczność na grzbiecie fali, by pod wpływem wiatru „stoczyć się” z niej? Niezwykle pechowa koincydencja różnych zjawisk mogłaby doprowadzić do takiego zdarzenia. Pod jachtem musiałaby się wytworzyć fala niezwykle stroma o niemal stożkowym profilu i, jednocześnie, gwałtowny szkwał wytworzyłby odpowiednio silny moment przechylający. To teoretycznie mogło się zdarzyć, Carter 30 nie jest przecież dużym jachtem (9 m długości), a płytki Bałtyk znany jest z nieregularnego zafalowania, powstającego zazwyczaj ze skrzyżowania się układu fal sprzed i po zmianie kierunku wiatru. Dodatkowo trzeba też uwzględnić dynamikę zjawiska. Jacht unoszony jest z pewnym przyśpieszeniem przez falę i w momencie znalezienia się na jej szczycie jeszcze nie stracił całego pędu, dzięki czemu wynurzył się z wody bardziej, niż wynikałoby to z jego wyporu. Stąd dodatkowa utrata stateczności.

Większe prawdopodobieństwo takiego zdarzenia mogłoby zaistnieć w żegludze po oceanie, niekoniecznie południowym, w ryczących czterdziestkach czy wyjących pięćdziesiątkach. Nawet na bliższych równikowi szerokościach zdarzają się tzw. fale potworne, pojawiające się znikąd olbrzymy nawet o wysokości 30 m. Ich ofiarami padło nie tylko wiele jachtów, ale i duże statki handlowe. Nie ma więc jednostek w 100 proc. nie do wywrócenia.

Overkil i powrót do pionu

Najczęściej jednak wywrotki o 90 stopni, a nawet overkil powoduje załamująca się sztormowa fala, gdy jacht ustawiony jest burtą do jej czoła (rys. 4).

Przemieszczenie się środka wyporu oraz impet mas wody stwarzają moment rolujący jacht nawet o 180 stopni. Stąd właśnie nakaz takiego sterowania w sztormie, by jacht nie znalazł się w pozycji burtą do nadbiegających fal.

Nawet w przypadku overkilu istnieje szansa na powrót do pozycji normalnej, jednak pod pewnymi warunkami. Istotna jest nie tylko szczelność pokładu, położenie środka ciężkości jachtu, oczywiście jak najwyższe (w pozycji odwróconej), ale i ukształtowanie samego pokładu (rys. 5a). Chodzi o możliwie najmniejszą stateczność początkową jachtu w pozycji odwróconej. Na krzywej ramion prostujących GZ o tej stateczności decyduje zarówno pole pod krzywą po przekroczeniu kąta zerowej stateczności, jak i kąt stycznej do niej przy przechyle 180 stopni (rys. 5b).

Te właśnie parametry charakteryzują stateczność początkową à rebours. Obydwa powinny być możliwie najmniejsze. W pozycji do góry dnem stateczność będzie tym mniejsza, im bardziej wypiętrzona jest nadbudówka jednostki (rys. 5a). Wówczas można mieć nadzieję, że większa fala „przewróci” jacht żaglowy do pozycji stępką do dołu. Mają na to znacznie mniejsze szanse jachty z pokładami bez nadbudówek (typu flashdek lub backdek) o dużo większej powierzchni wodnicy w pozycji overkil (rys. 5b). Stąd np. w najmniejszej oceanicznej klasie jachtów regatowych Mini 6.50 istnieje wymóg minimalnej objętości nadbudówki.

Powyższe to tylko sygnalizacja skomplikowanego problemu zachowania się jachtu na zafalowanym akwenie. Temat to obszerny, któremu naukowcy i praktycy poświęcili wiele prac, m.in. śp. profesor Czesław Marchaj w swej „Dzielności morskiej”.