z burty na burtę

| 24/04/2008 | 0 Komentarzy

Ten wykres chyba wszyscy widzieli: moment przechylający i prostujący jacht w funkcji kąta przechyłu. Przy danej sile wiatru ustala się położenie, w którym momenty sił równoważą się wzajemnie – w tym wypadku dla niecałych 30 stopni przechyłu. Jeżeli jednak wiatr uderzy gwałtownie, jacht również zaczyna przechylać się z dużą szybkością i dalej, rozpędem, kładzie się głęboko na burtę.

Pole pod wykresem momentu przechylającego obrazuje pracę, wykonaną przez wiatr; pod wykresem momentu prostującego – energię, gromadzoną podczas przechylania jachtu. W skrajnym położeniu dynamicznego “kiwnięcia” oba pola są równe – w naszym przykładzie pod gwałtownym uderzeniem wiatru łódź przechyli się aż do 70 stopni! Oczywiście, im większy zapas stateczności, tym bardziej odporny będzie jacht na raptowny wzrost siły wiatru.

Warto się jednak zastanowić, jaką właściwie sytuację opisuje ten uproszczony model. Według jego założeń jacht płynie z początku w ogóle bez przechyłu, po czym dostaje gwałtowny podmuch z pół burty. Czas narastania siły wiatru musiałby być naprawdę krótki – krótszy od 1/4 okresu kołysania się łodzi, czyli w praktyce poniżej 1 sekundy. Widać więc, że taki schemat dynamicznego przechyłu będzie raczej rzadko spotykany w rzeczywistości. Tymczasem rzeczywistość może być dużo groźniejsza i znacznie bardziej widowiskowa…

Oto fragmenty relacji żeglarza, który przeżył uderzenie nawałnicy w sierpniu 2007 r. na Mazurach:

„Przeżyłem atak białego szkwału (ledwo) wraz z rodziną na Jerzorze Mikołajskim, a tak naprawdę to pierwsze podmuchy (po których wiedziałem, że to nie będzie zwykła burza) dopadły mnie w Przeczce, gdzie uciekałem na silniku spod Szerokiego Ostrowu. Schowałem się dość głęboko za Popielskim Rogiem, ale wtedy zaczęło tak wiać, że leciały gałęzie drzew i całe drzewa na stojące tam jachty. Zdążyłem wyrzucić kotwicę 10 metrów od brzegu, aby nie być bezpośrednio narażonym na spadające drzewa z myślą, że będę pomagał kotwicy silnikiem. Jednak osłona na jaką liczyłem za Popielskim Rogiem była za słaba wobec takiego wiatru, kotwica nie utrzymała i silnik też nie dał rady (wychodził z wody). Wypchnęło nas na środek Mikołajskiego i tam po paru głębszych przechyłach położyło nas masztem poziomo. Dodam jeszcze, że miałem podniesiony miecz (Tango 780S), aby zredukować powierzchnię oporu bocznego – miałem nadzieję że ślizgniemy się bokiem w trzciny. Walczyłem sterem o ustawienie się z wiatrem, ale siła na sterze była zbyt duża. Poza tym jacht znalazł sobie położenie równowagi, z której płetwa sterowa nie była w stanie go wyprowadzić. Nie bez znaczenia jest też wlokąca się z dziobu kotwica. Cały przebieg wypadków był więc mniej więcej taki, jak opisany w artykule „Skutki uboczne”: jacht nie dał się wyprowadzić z “położenia równowagi” i ustawić rufą do wiatru – tym bardziej, że kotwica na dziobie zmniejszała zarówno jego prędkość (a więc i sterowność) jak i stabilność kursową. Najciekawszy był jednak przebieg samej wywrotki: Całe szczęście że jacht nie zrobił grzyba i pozostawał w tym położeniu jakiś czas (miałem wtedy żonę i córkę w kabinie) tak, żeby można założyć kamizelki. Po tym jacht w jednej sekundzie przewrócił się o 180 stopni na drugą burtę (nawietrzną) i wtedy zaczął tonąć. Nie znajduję wytłumaczenia dla tego zjawiska. Nie przypominam sobie uderzenia wiatru w pokład, po pierwszej wywrotce zrobiło się stosunkowo cicho – byliśmy zasłonięci kadłubem. Żona z córką siedziały już w kamizelkach na krawędzi zejściówki – czekaliśmy… Może jacht wstanie? A tu nagle wszystko przewróciło się na drugą burtę (łomot tłuczonych talerzy i garnków); dobrze że nikt sobie nic nie złamał i nie stracił przytomności. Potem już trzeba było wychodzić, bo dziób szedł pod wodę aż w końcu oparł się o dno, było tam 6,5-7m głębokości. Gdyby było głębiej jacht natychmiast by zatonął całkowicie. Pierwsza myśl która mi przyszła do głowy – takie rzeczy to wokół Hornu mają prawo się zdarzyć a nie na Mikołajskim?”

Jak wytłumaczyć to zdarzenie? Tak się składa, że kilka tygodni temu przeprowadzałem próby modelowe jachciku PHIL. Model okazał się niedobalastowany, łatwo więc kładł się na burcie, lecz balast pozwalał mu samoczynnie wstać z tego położenia. Próby były jednak przeprowadzane przy bardzo silnym wietrze, który po przeliczeniu skali modelu odpowiadał huraganowi o prędkości 40 m/s (wiatr wiejący z prędkością większą niż 32,7 m/s to 12o B). Nastąpiła wówczas – bardzo podobna do opisanej wyżej- wywrotka, której przebieg można było – na szczęście – szczegółowo obserwować z brzegu.

Przed...

Przed...

... i po

... i po

Pod działaniem szkwału jacht kładzie się na burcie, a następnie powoli dryfuje z wiatrem. Jego wynurzony kadłub pełni rolę żagla, a opór zanurzonej w wodzie burty przeciwstawia się sile aerodynamicznej. Niestety, opór wody napotyka jeszcze jeden element: zanurzona końcówka masztu i jego olinowania. Stanowi ona „dryfkotwę” na długim ramieniu, działającą silnie destabilizująco na ruch jachtu. Pojawia się moment siły, obracający łódź dziobem lub rufą do wiatru – zależnie od początkowego położenia. Jeżeli żeglarze przyjęli pierwsze uderzenie szkwału od rufy, należy spodziewać się obrotu w kierunku rufą na wiatr.

Dryfując, jacht zaczyna się więc powoli obracać – lecz siła, przyciskająca go do powierzchni wody, wcale nie maleje. Szeroki kadłub, działający teraz jak pionowy płat, wytwarza podobnej wielkości siłę aerodynamiczną w szerokim zakresie kątów natarcia. Sytuacja zmienia się dopiero wtedy, gdy oś kadłuba zbliża się do linii wiatru. W pobliżu linii wiatru siła przechylająca gwałtownie maleje, a po jej przejściu, gdy wiatr zaczyna dmuchać od strony pokładu, pojawia się równie duża siła prostująca jacht. Nawet przed przejściem linii wiatru wystarczy chwilowe ścichnięcie (jak, zapewne, zdarzyło się w przytoczonym opisie) lub odkrętka wiatru, żeby raptownie znikł moment przechylający. Jacht, z ciężkim balastem zapewniającym „niewywracalność”, zaczyna się gwałtownie podnosić. Pozbawiony żagli i miecza, nie napotyka żadnego oporu, który mógłby wyhamować jego obrót –
i wali się na drugą burtę.

Jeżeli w tym czasie wiatr wieje od rufy, następuje też inne ciekawe zjawisko: jacht o ostrym dziobie i szerokiej pawęży „przetacza się” po powierzchni wody jak stożkowy kubek i samoczynnie przechodzi linię wiatru! Cały przebieg wydarzeń przypomina niekontrolowany zwrot przez rufę – tylko związane z nim „kiwnięcie” ma rozmach aż 180 stopni.

Warto zilustrować tę sytuację na znanym już wykresie momentów sił: rzuca się w oczy olbrzymia energia, zgromadzona w kadłubie początkowo leżącym na burcie (obszar zaznaczony kolorem czerwonym). Nawet bardzo niewielka siła aerodynamiczna, przechylająca jacht w przeciwną stronę, powoduje, że łódź nie zatrzyma się w swoim obrocie. Nastąpi szybkie, dynamiczne uderzenie o wodę i spektakularna wywrotka.

Teoretycznie nawet w pozycji „na grzyba” jacht mógłby utrzymać się przez pewien czas na wodzie dzięki poduszce powietrza, zgromadzonego we wnętrzu. Jeżeli jednak obrót nastąpił tak gwałtownie, woda może błyskawicznie wedrzeć się do kadłuba (szczególnie przy otwartej zejściówce). Przypomnijmy ponadto relacjonowany przebieg wypadków: jacht wcale nie zanurzał się na równej stępce, tylko dziobem w dół. Podłużne wyważenie kadłuba odwróconego i zalewanego wodą jest po prostu zupełnie inne niż pływającego w normalnej pozycji. Powietrze, zgromadzone w części rufowej, może zaś łatwo opuścić wnętrze przez bryzgoszczelne, ale nie hermetyczne – klapy achterpiku. Drugie niebezpieczeństwo, związane z dynamiczną wywrotką, także zostało już wspomniane w relacji z wypadku: w czasie szybkiego ruchu jachtu załoga może odnieść obrażenia bądź stracić przytomność od jakiegoś uderzenia.

Najbardziej niezwykłe jest to, że żaden zapas stateczności nie jest w stanie zapobiec dynamicznej wywrotce takiej jak opisana. Im więcej balastu, tym większa energia wyzwoli się przy gwałtownym wyprostowaniu łodzi – i dokładnie tyle samo energii potrzebne jest do przechylenia jej na drugą burtę. Paradoksalnie, jacht z mniejszym balastem, o niewielkiej stateczności końcowej, miałby większe szanse wyjść z opresji obronną ręką, leżąc stabilnie na burcie. Zawsze jednak trzeba pamiętać: utrata sterowności w szkwale to wstęp do katastrofy, niezależnie od tego, czy płyniemy Omegą czy „niewywracalnym” Tangiem.

rys. Krzysztof Mnich

Tags: jacht turystyczny, szkwał, wywrotka jachtu

Category: Spis treści, Na wiatr, Technika

Komentarze (0)

Trackback URL | Comments RSS Feed

Brak komentarzy.

Zostaw komentarz

WP Like Button Plugin by Free WordPress Templates