proa z inspiracji

Pomysł na tę łódkę zaczął kiełkować po obejrzeniu trimaranu Exploder 23, pięknej konstrukcji, która zupełnie mi się nie podobała. Czy można w inny sposób uzyskać podobne osiągi jak trimaran Wojciecha Kaliskiego? Z pewnością nie jest to łatwe. Łódź zdolna do rejsów po oceanicznej fali, w idealnych warunkach uzyskująca prędkość 30 węzłów i potrafiąca płynąć przez dłuższy czas z prędkoscią 20 węzłów, a przy tym nie przekraczająca 7 metrów długości – to naprawdę warunki ciężkie do spełnienia.

Już przy 20 węzłach zanurzony w wodzie kadłub napotyka potężny opór tarcia, sięgający połowy ciężaru łodzi. Aby go przezwyciężyć, potrzebne jest ożaglowanie o wielkiej powierzchni (rzędu 50 m2, właśnie takiej jak w Exploderze). Zrównoważenie momentu przechylającego przy takich żaglach wymaga zastosowania ekstremalnie dużego rozstawu pływaków, zastosowania skośnie ustawionych mieczy i intensywnego balastowania przez załogę. Wielkie siły, działające zarówno na kadłuby, jak i na takielunek, wymagają solidnej konstrukcji z najnowocześniejszych materiałów – mimo ich użycia wypada ona dosyć ciężko. W rezultacie, otrzymujemy jacht dość (jak na swoje rozmiary) ciężki, mocno przeżaglowany i bardzo drogi. Ograniczenie długości powoduje przy tym, że nie należy spodziewać się zbyt wielkiej dzielności morskiej. Żegluga z pełną prędkością na kursach ostrych stanowić będzie walkę z falami, rozbijającymi się o potężne, nisko położone belki. Na kursach baksztagowych będzie to zaś emocjonująca jazda na krawędzi dynamicznej wywrotki.

Dużo spokojniej przebiegałaby żegluga jachtem o mniej ekstremalnych proporcjach, zwłaszcza o mniejszej powierzchni ożaglowania. Jednak taka łódź nie mogłaby zbliżyć się do zakładanych dla Explodera osiągów – chyba że udałoby się radykalnie zmniejszyć opory ruchu. Znanych jest kilka sposobów na wyniesienie kadłuba jachtu z wody i zmniejszenie oporu hydrodynamicznego: hydroskrzydła, napęd latawcowy, kadłub ślizgowy. Pierwszego z tych rozwiązań nigdy jeszcze nie udało się z sukcesem zastosować w pełnomorskim jachcie tej wielkości (francuski Hydroptere jest znacznie większy). Latawce napędowe to prawdopodobnie przyszłość szybkiego żeglarstwa, jednak mają one przed sobą jeszcze wiele lat eksperymentów. Może najbardziej realny byłby katamaran o kadłubach ślizgowych, wyposażonych w redany – podobny do konstrukcji Yvesa Parliera.

Tak się jednak złożyło, że podobnej wielkości, szybki katamaran budowany jest według projektu Stefana Eknera. Z podstawowych rodzajów wielokadłubowców pozostał więc nietknięty tylko mój ulubiony, czyli proa. 7 metrów dla proa to bardzo mała długość, raczej nierealne jest też – ze względu na niezbędną symetrię dziób-rufa – zastosowanie kadłuba planującego. Czy można zbliżyć się na nim przynajmniej do 20 węzłów prędkości w dłuższym okresie czasu? Spróbujmy.

Kadłub proa, podobnie jak i pływak, byłby wykonany dość ekstrawagancką technologią: owal wycięty z elastycznej sklejki Superform i sklejony na kształt wielkiego pieroga, daje sztywną skorupę o pięknych kształtach. Oczywiście cienką sklejkę trzeba pokryć następnie warstwą laminatu – i tak jednak konstrukcja powinna wyjść niezwykle lekka. Wewnątrz kadłuba mieszczą się tylko dwie koje, jedna za drugą, przy czym wysokość siedzenia zapewnia wygięta z dwóch płatów sklejki nadbudówka. Wystaje ona nieco poza zawietrzną burtę, co poprawia aerodynamikę łodzi, przedewszystkim jednak zapewnia samoczynne podniesienie się z pozycji “masztem na wodzie”. W połączeniu z dodatnią pływalnością masztu, rozwiązanie to zabezpiecza przed wywrotką – natomiast duża wyporność zapasowa kadłuba zmniejsza ryzyko dynamicznego “fikołka” przez dziób. W centrum kadłuba znajduje się główny węzeł konstrukcyjny, łączący belki wysięgnika i piętę masztu. Wąsko rozstawione belki rozchodzą się szerzej przy pływaku, który ma pewną swobodę niezależnej od kadłuba pracy na fali.

Ożaglowanie najbardziej przypomina to, które zastosował Rob Deney w swojej konstrukcji Elementarry: rozpięty na wolnonośnym maszcie pojedynczy żagiel, przypominający pędnik windsurfingowy. W naszym przypadku żagiel ma powierzchnię18 m2, wysokość masztu 7 metrów. Maszt nie musi być obrotowy – układ proa powoduje, że przy stałym maszcie o profilu kroplowym powierzchnia żagla jest idealnie gładka. Nie jest on też  całkowicie wolnonośny – mimo iż sztywno zamocowany w kadłubie, jest wspomagany przez wantę i dwa baksztagi. Dziobowy wybierany jest na kursach ostrych (rufowy jest wtedy luźny, aby zapobiec zapracowaniu żagla na niewłaściwym halsie), na kursach z wiatrem, zwłaszcza pod genakerem, załoga wybiera baksztag rufowy.

Aby zrównoważyć żaglowo łódkę o tak daleko ku rufie przesuniętym środku ożaglowania, zastosowano dwa miecze, wysuwane szybrowo ze skrzynek na końcach kadłuba. Miecze wyposażone są w niewielkie trymery, pełniące rolę płetw sterowych – dziobowa nie pracuje, schowana w skrzynce wraz z podniesionym mieczem. Rozwiązanie to, solidne i wytrzymałe, sprawdziło się w sławnym proa Cheers.

Cała konstrukcja nie powinna ważyć więcej niż 200 kg, w porównaniu z 500 kg ciężarem Explodera. Wyporność z załogą i wyposażeniem wynosiłaby ok. 450 kg. Pozostaje problem: jak uzyskać siłę ciągu, potrzebną do poruszania się takiego proa z prędkością ponad 20 węzłów? Nawet przy dość niskim ożaglowaniu zrównoważenie niezbędnej w tym celu siły na żaglu wymagałoby umieszczenia na pływaku ciężaru 300 kg. Sam pływak wraz z belkami łączącymi waży może 50 kg, możemy umieścić w nim akumulatory – drugie 50 kg. Balastująca załoga to w najlepszym razie 200 kg,. jednak wcale nie jest to rozwiązanie optymalne. Wyprowadzenie załogi na balast, oprócz tego, że kosztuje ją sporo wysiłku, jest bowiem źródłem poważnych oporów aerodynamicznych. Opory te są zazwyczaj niedoceniane – jednak przy kursie bajdewindowym i prędkości 20 węzłów dwie nieoprofilowane osoby stawiają opór rzędu 1/3 oporów hydrodynamicznych  kadłuba! Jeszcze większy opór stawiać będzie, niezbędna do poruszania się żeglarzy, siatka lub trampolina między pływakami. Być może, więc lepszym pomysłem jest zamknięcie załogi w głównym kadłubie i zastąpienie jej ciężaru balastem wodnym. Likwidujemy przy okazji stawiającą znaczne opory siatkę między pływakami. Jednak w przypadku, gdy jest coś do zrobienia na zewnątrz lub załoga zwyczajnie chce odpocząć, jakiś pokład komunikacyjny jest potrzebny. Siatka czeka więc zwinięta w kadłubie, można ją w każdej chwili rozpiąć za pomocą kilku linek i bloczków. Dodatkową korzyścią z takiego rozwiązania jest możliwość umieszczenia belek łączących kadłub z pływakiem wysoko w górze, poza zasięgiem fal.

Po dodaniu 200 kg balastu wodnego ciężar łodzi wynosi aż 700 kg, czyli niewiele mniej niż Explodera. Aby ta dodatkowa waga nie wpłynęła ujemnie na osiągi jachtu, musi ona tylko w minimalnym stopniu zwiększać opory ruchu. W tym celu zastosowane zostały niewielkie hydroskrzydła, umieszczone pod kątem ok. 30 stopni na końcach mieczy. Pełnią one podwójną rolę: są zaklinowane pod takim kątem, że zapobiegają nurkowaniu dzioba pod wpływem sił, działających na żagiel, a ich siła nośna dokładnie równoważy ciężar pływaka. Gdyby hydroskrzydła miały unosić całą konstrukcję, musiałyby być umieszczone niemal poziomo, a wówczas często, podczas pracy na fali, zdarzałoby im się zapracować wstecz – co grozi wywrotką, a na pewno powoduje gwałtowne wyhamowanie ruchu. Dlatego pewniejsze, przy niewielkich rozmiarach jachtu, wydaje się rozwiązanie kompromisowe, w którym pochylone płetwy utrzymują wyłącznie dodatkowy ciężar pływaka.

Przy dobrej aerodynamice, wysokosprawnym pędniku, niewielkiej powierzchni zmoczonej kadłuba i odciążających hydroskrzydłach całkowicie możliwe jest – obliczeniowo – osiągnięcie prędkości 20 węzłów na kursie ostrym. Przy żegludze z wiatrem, kiedy opór aerodynamiczny nie ma takiego znaczenia, prawdopodobnie lepszym rozwiązaniem będzie wypompowanie balastu, rozpięcie siatki i balastowanie przez załogę. Pod genakerem można będzie wówczas zbliżyć się do 30 węzłów. Ostrołukowe przekroje kadłuba i brak wystających elementów nisko ponad linią wodną, a także elastyczne połączenie pływaka z kadłubem, powinny przy tym zapewniać względnie łągodny i bezpieczny ruch łodzi na fali.

Czyżby więc osiągi Explodera były możliwe do uzyskania przez jacht o połowę lżejszy, ze znacznie mniejszą powierzchnią żagli i bez porównania tańszym, ze względu na ograniczone do minimum użycie zaawansowanych materiałów? Jest tylko jeden sposób, żeby się przekonać…

rys. Krzysztof Mnich

Tags: jacht, jacht morski, jachty drewniane, jachty z drewna, katamaran, proa, trimaran, wielokadłubowce

Category: Spis treści, Technika