Konstrukcja jachtu motorowego

Różne mamy marzenia i chyba nie jest trudnym je mieć. Ale spełnienie ich to już zupełnie inna sprawa. Trzeba mieć środki, umiejętności, wiedzę, energię, czas..... I tak większość marzeń pozostaje tylko marzeniami.

Pięknym sportem i spędzaniem czasu jest jachting. Podróże też są pożyteczne i nie tylko kształcą.

A jakby połączyć te dwa działania ? Wyobraźmy sobie płynięcie dzikim nurtem Wisły, potem Nogat z masywną sylwetką zamku w Malborku, Szkarpawa, Elbląg. Albo w inną stronę ku kanałom Gdańska, lub przez Wartę i Odrę do Berlina. I dalej aż do Holandii, Belgii czy pól i winnic Francji.

Europa jest cała pokryta kanałami i dopłynąć można w bardzo wiele miejsc, unikając szaleństwa autostrad. A jeśli ma się ze sobą rower, albo skuter to możliwości jeszcze rosną.

Więc czego nam potrzeba ? Odpowiedniego jachtu motorowego.

Pierwszy krok to opis naszych wyobrażeń.

Musi on pomieścić wygodnie kilka osób, bo będziemy chcieli zabrać znajomych , dzieci lub wnuki, i będziemy na nim mieszkać, nie szukając hotelu każdego dnia, tak jak to robimy podróżując innym sposobem. Potrzebne więc będą dwie kajuty sypialne i odpowiedniej wielkości mesa. Niezbędny jest kambuz i odpowiednie warunki przechowywania żywności. Europa jest zurbanizowana i nie jest możliwe wylewanie nieczystosci ot tak, poprostu za burtę, jak robiliśmy to przed laty na Mazurach.

Woda w jeziorach i kanałach też już nie jest czysta. Trzeba więc mieć do dyspozycji zbiorniki na kilkaset litrów wody czystej oraz na wodę brudną, która wypompowuje się w odpowiednich instalacjach. Żeby to wszystko pomieścić, jacht musi mieć długość większą od najczęściej u nas spotykanej 8 metrów. W literaturze dotyczącej nawigacji po wodach Europy spotykamy zalecenia aż do 25 metrów.

Lódź powinna mieć małe zanurzenie dla łatwego podchodzenia do brzegu oraz faktu, że kanały mogą mieć głębokość około 1 metra, a czasami mniej. Jednocześnie jednostka musi mieć dobre właściwości manewrowania, bo śluzy są ciasne, a na rzekach jest prąd. Wynika z tego, że należy zastosować jakąś formę oporu bocznego wraz ze sterem strumieniowym na dziobie.

Należy też zwrócić uwagę na odpowiedni, do wielkości i wagi jachtu, rozmiar śróby napędowej, która musi dać wystarczający ciąg.

Pewnym problemem wymagającym decyzji jest szerokość łodzi. Zwykle jest to maksymalnie 3 metry. Niestety uzyskujemy wtedy dość wąskie wnętrze i lepiej byłoby zastosować 3.5, a nawet 4 metry. Śluzy francuskie mają standardowo 5 metrów szerokości, ale już zupełnie inna jest sytuacja na wschód od Wisły.

Przykładowo śluzy na Pojezierzu Iławskim: wrota Ligowo – 4.4 m, śluza Ostróda – 3.2 m, śluza Mała Ruś – 3.19 m, śluza Miłomłyn – 3.6 m, śluza Zielona – 3.55 m. Platformy na Kanale Elbląskim mogą pomieścić jednostki długości aż 26.8 m, ale szerokość jest ograniczona do 3.35 m na wysokości 0.4 m powyżej i 2.6 m na pokładzie platformy. Jeśli do tego dodamy dostępność Pojezierza Mazurskiego przez Pisę, a kanału Augustowskiego przez Biebrzę, to jasnym się staje, że myśląc o pływaniu po Europie należy sobie dać spokój z wodami środlądowymi naszego kraju. W Polsce można używac lódki niewiele większej od Omegi. Nie pływałem po Wielkopolsce, więc nie wiem jaka jest sytuacja tam.

I tak możemy wędrować przez swoje marzenie, ale dobrze jest przejść, w odpowiednim momencie, do następnego kroku i mażenia zapisać inżynierskim językiem, czyli rysunkiem koncepcyjnym.

Takim rysunkiem jestRys 1.

Powstanie jego to proces, który poza wymienionymi wyżej wymaganiami, zawiera cały szereg zagadnień technicznych. Po pierwsze zakładamy, co potem zostanie zweryfikowane, że szerokość naszego jachtu będzie 3.5 metra a długość 13 metrów. Jest to minimalny rozmiar pozwalający

spełnić wymagane funkcje. Następnie trzeba narysować kształty. Zwykle robi się szkice, odpowiednio dużej wielkości i z nich zdejmuje rozmiary, szerokości, wysokości. Nie jest to metoda dobra, bo trudno w niej zachować płynność kształtów. Dużo lepiej jest użyć krzywych geometrycznych opisanych wzorami, co pozwoli znaleść każdy dowolny rozmiar przez wstawienie odpowiednich liczb do wzorów. I tak zarys kadłuba w widoku z góry opisany jest parabolą 4-tego stopnia. Parabola kwadratowa dałaby ostrzejszy kształt dziobu i rufy powodując utratę miejsca we wnętrzu. Kształt dna został opisany taką samą parabola, ale przesuniętą o 30 cm. Dla niewielkiego zmniejszenia wyporności na dziobie, kształt dna do przekroju 4, został opisany cosinusoidą. Dla płynności przejscia jednej krzywej w drugą, pochodne obu w punkcie przekroju 4 muszą być takie same. Równania paraboli i cały proces pokazany jest naRys 2.

Sylwetka boczna jest prostsza bo składa się prawie wyłącznie z linii prostych. Wyjątek to kształt dna od przwkroju 11 do rufy. Zastosowano tu też parabolę widoczną również na Rys 2.

Rys 3. przedstawia cosinusoidę użytą w dziobowej części dna. Wykorzystano wartości nie od 0º do 180º, ale od 4.5º do 160.5º. Wynika to ze wspomnianej konieczności równości pochodnych, oraz tego, że dziób nie może być ostry, musi mieć jakąś szerokość.

Mając widok z boku i z góry można narysować przekroje poprzeczne, co uwidaczniaRys 4. Widać na nim, że zanurzenie kadłuba jest 0.2 m. Wynikło to z późniejszych obliczeń wagi i wyporności. Początkowo założono zagłębienie 0.3 m, co okazało się zbyt duże.

Proces konstrukcji jest iteracyjny. Jak się czegoś nie wie, to trzeba coś założyć, dokonać obliczeń i założoną wartość zmienić, jeśli to konieczne.

Istotna jest wysokość łodzi nad lustrem wody ze względu ma przechodzenie pod mostami.

Dobrze jest aby ta wysokość nie przekraczała 2.5 m, a dodatkowo by można ją było obniżyć poniżej 2 m, np przez zdjęcie ścianek i dachu sterówki. Przyda się to w Amsterdamie lub w tunelach Francji.Rys 5. pokazuje sposób opisania wymiarów kadłuba w postaci tabeli (przekroje 0 do 6).

Mając zdefiniowane zarysy kadłuba można się pokusić o zaplanowanie wnętrza, rozmieszczenie przestrzeni użytkowej jak i różnych urządzeń i instalacji. Pamiętać należy o położeniu środka ciężkości jak i o bezwładności wzdłużnej i poprzecznej. Wzdłużną należy minimalizowac a poprzeczną można maksymalizować dla spowolnienia kołysania.

Plan pomieszczeń pokazujeRys 6.

Z kolei naRys 7. pokazano rozmieszczenie urządzeń i instalacji.

Mając te wszystkie dane można się pokusić o analizę ciężaru, wyporności i środków ciężkości.

Waga łodzi musi zgadzać się z wypornością, a jej środek ciężkości z środkiem ciężkości wypartej wody. Jest to żmudne wyliczenie, ale ważne, gdyż błąd powoduje, że łódź zagłębi się za dużo lub za mało, lub będzie przechylona ku dziobowi lub rufie.

Po pierwsze należy rozwinąć powierzchnię kadłuba, bo w widoku z boku lub z góry widzimy je pod pewnymi kątami, więc powierzchnia na rysunkach jest mniejsza od rzeczywistej.

Do obliczania powierzchni można użyć całkowania metodą trapezów.Rys 8. pokazuje rozwinięcie kadłuba – burt, dna i pawęży. NastępnyRys 9. to powierzchnie pokładu i nadbudówek. Mając powierzchnie można obliczyć wagę uwzględniając grubość materiału i jego ciężar właściwy.

Wszystkie wagi, kadłuba, ścian wewnętrznych, podłóg, wyposażenia, załogi itd. wpisujemy do tabeli i sumujemy. Jednocześnie mnożymy wagę każdej pozycji tabeli przez jej położenie na jachcie, co daje nam moment. Zsumowane momenty podzielone przez calkowitą wagę dają nam położenie środka ciężkości. Pokazane jest to naRys 10.

Waga jachtu wypadła około 5.5 ton.

Podobnie postepujemy obliczając wagę wypartej wody i jej środek ciężkości.

Krzywą wyporu pokazujeRys 11. Środek ciężkości wagi jachtu i krzywej wyporu okazał sie zgodny co do 10 cm.

Do całości koncepcji jachtu brakuje nam jeszcze obliczenia silnika napędowego. Żeby wiedzieć jaki silnik nam potrzebny należy obliczyć opory, które musi pokonać wytwarzając siłę napędową.

Opór łodzi składa się z trzech elementów: oporu falowego, oporu tarcia o wodę i oporu powietrza.

Opór falowy jest stosunkowo niewielki do pewnej wielkości zależnej od długości kadłuba. Nazywa się ta prędkość krytyczną. Powyżej prędkości krytycznej opór falowy gwałtownie rośnie.

W przypadku naszego jachtu zakładamy pływanie poniżej prędkości krytycznej.

Prędkość krytyczną możemy obliczyć ze wzoru (ktorego nie potrafie tu wkleic)

Dla jachtu o długosci 13 m bedzie to V = 7.2 węzła czyli 13.3 km/godz czyli 3.7 m/sek. 

Znaleść trzeba pewien współczynnik, można go nazwać „pękatością”.  Mając ten współczynnik możemy znaleść opór falowy z odpowiednich wykresów.

Dla naszego jachtu będzie to ok. 2 kg/t, czyli przy 5.5 t wypornościopór falowy będzie  wynosił11 kg.

Opór tarcia wyliczymy ze wzoru i po  podstawieniu odpowiednich wartości zobaczymy, żeopór tarcia naszego jachtu będzie wynosił80 kg.

Opór powietrza ocenimy  tez  na podstawie wzoru.

Po podstawieniu odpowiednich danych uzyskamy wartość oporu dla różnych prędkości wiatru.

Moc silnika potrzebna do utrzymania prędkosci 7.2 węzłów możemy obliczyć

Tak to, w zarysie, wygląda projektowanie jachtu od strony wymiarów, wagi, pełnionych funkcji, kształtów, rozmieszczenia wyposażenia i właściwości żeglugowych. Cały czas należało również uwzględniać zagadnienia wykonawcze, takie jak ilość budowanych jednostek i użyte materiały i technologie. Ze wzgledu na to, że potrzebny mi jest jeden jacht, konstrukcja jest prosta z powierzchni rozwijalnych, co umożliwia wykonanie ze sklejki, metalu lub sklejki laminowanej. Możliwa jest również konstrukcja laminowana z listew (Baltek), co umożliwiłoby odejście od kształtów skośnodennych. Przy większej ilości łatwo jest tą wersję budować z laminatu w formie.

Nie znalazłem jeszcze wykonawcy, choć nęci mnie budowanie samemu, ale nie mam potrzebnego miejsca ani narzędzi, i pewnie jest 30 lat za późno.

Następnym etapem prac będzie dokumentacja wykonawcza, z której pomocą będzie można budować elementy i skladać je w całość. Przy jej tworzeniu trzeba będzie uwzględnić sprawy wytrzymałości, przepisów i technologii którymi dysponuje wykonawca.

Ale to już następna historia.

Zobacz galerię zdjęć: