skutki uboczne

Szeroki, pękaty kadłub, wysokie burty, ogromy kokpit i co za tym idzie przesunięta do przodu nadbudówka, miecz usytuowany „blisko dziobu”, bo zagraca kabinę, stosunkowo płytka płetwa sterowa – podążanie za wymogami rynku doprowadziło do swoistego wynaturzenia jachtów, o których w redakcji zwykliśmy mawiać „Szkoła Polska”. Jak się takie jachty zachowują w warunkach niezwykłych (słowo „ekstremalnych” jest tu jak najbardziej na miejscu) jak na śródlądzie – gdzie pływają i na które zostały zaprojektowane – pokazała tragiczna w skutkach ubiegłoroczna, letnia nawałnica na Mazurach… Po przeczytaniu artykułu Krzysztofa Mnicha warto spojrzeć także na cykl „Jachty małosolne” oraz artykuł „Szczypta rozsądku” Stefana Workerta i zadać sobie pytanie: czy aby na pewno wszystkie jachty, które promowane są jako jednostki śródlądowe i zatokowe (jak to się niegdyś mówiło) lub do żeglugi przybrzeżnej, rzeczywiście nadają się na słoną wodę? Redakcja.

Kiedy przywieje 12 w skali Beauforta, może wywrócić się wszystko, łącznie z platformą wiertniczą. Sierpniowy szkwał na Mazurach potwierdził po raz kolejny to dość oczywiste stwierdzenie… i na tym można byłoby zakończyć rozważania. Warto jeszcze ewentualnie uzmysłowić sobie, że nie ma sensu budowanie jachtów śródlądowych tak, żeby przetrwały huragany – mają one pływać bezpiecznie w normalnych warunkach eksploatacyjnych, czyli do 5-6o B. Kiedy pogoda staje się ekstremalna, łódka powinna stać przy kei lub przy brzegu.

Wszystkie te truizmy w niczym jednak nie poprawią sytuacji żeglarza, który znalazł się na środku jeziora w „białym szkwale”. Wiemy, że niektóre jachty przetrwały tę przygodę, inne nie. Z pewnością wiele zależało od umiejętności sternika i od właściwego przygotowania się na nadejście nawałnicy. Czy jednak sternik zawsze ma szanse uniknąć wywrotki? – okazuje się że niekoniecznie. Prawdopodobnie pływa na Mazurach znaczna liczba jachtów, które przy huraganowym wietrze nie dają sternikowi najmniejszych szans – muszą się wywrócić!

Zalecanym sposobem sztormowania jachtem śródlądowym jest przyjęcie wiatru od rufy, przy zrzuconych żaglach i podniesionym mieczu. Oczywiście zejściówka powinna być zamknięta a załoga, ubrana w kamizelki ratunkowe, znajdować się w kokpicie. Jeżeli jest na to dość czasu, warto odczepić bom ze zmarlowanym grotem i umieścić w kabinie. Siły, działające na sam kadłub i takielunek, są potężne, ale dopóki jacht utrzymywany jest rufą do wiatru, powodują one tylko szybki ruch jednostki na tym kursie.
Podniesienie miecza przy pozostawionej, opuszczonej płetwie sterowej powoduje przesunięcie środka oporu bocznego ku rufie i ułatwia sternikowi utrzymanie kursu z wiatrem. Na szczęście nawet przy bardzo silnym wietrze, nie należy spodziewać się na jeziorze zbyt wysokich fal, które mogłyby przyczynić się do utraty stabilności kursowej, a następnie wywrotki. Wprawny sternik mógłby więc w zasadzie przetrwać szkwał – niestety, nie zawsze.

Weźmy dla przykładu typowy współczesny jacht mazurski – 8 metrów długości, około 3 metrów szerokości, 2000 kG wyporności, wysokie burty zapewniające dużo miejsca w kabinie, obszerny, trójpoziomowy kokpit sięgający do samej rufy. Maszt o wysokości 10 metrów, fok na rolerze, grot z lazy-jackiem. Co stanie się z takim jachtem, jeżeli dopadnie go szkwał o prędkości 36 m/s – taki zdarzył się w sierpniu na Mazurach?

Kluczowe znaczenie ma utrzymanie jachtu rufą do wiatru. Trudno jednak liczyć na to, że pierwsze uderzenie szkwału przyjdzie idealnie od rufy – prawdopodobnie nastąpi ono z pełnego baksztagu, w granicach 5-10 stopni od osi jachtu. Siła aerodynamiczna, działająca na kadłub i takielunek, popchnie oczywiście łódź do przodu, ale nie tylko. Już przy kilkustopniowym odchyleniu od fordewindu pojawia się też siła, wywołana asymetrią opływu, spychająca jacht w bok. Wysokie burty działają po prostu jak żagiel – co prawda mało wydajny, ale o powierzchni przekraczającej 10m2. Co gorsza, punkt przyłożenia poprzecznej siły aerodynamicznej wcale nie leży – jak by się wydawało – w geometrycznym środku powierzchni bocznej kadłuba. Lepszym przybliżeniem jego położenia jest punkt leżący w 1/4 długości od krawędzi natarcia, czyli w tym przypadku od pawęży. Co prawda opór takielunku, a szczególnie zrolowanego na sztagu foka, działa nieco stabilizująco, z drugiej strony jednak wysokie ścianki kokpitu tworzą w części rufowej niemalże pionowo ustawione skrzydło dwupłatowca. Kadłub jachtu na wietrze zaczyna zachowywać się jak strzała pozbawiona opierzenia:
obraca się burtą do kierunku szkwału.

 

W tym momencie sternik nie może nic poradzić: łódka ma jeszcze zbyt małą prędkość i jest zupełnie niesterowna. Wartość siły poprzecznej można oszacować na około 300 kilogramów, podczas gdy siła wzdłużna, przyśpieszająca jacht do przodu, wynosi około 500 kG. Aby opór boczny steru mógł zrównoważyć siłę aerodynamiczną, potrzebna byłaby prędkość ponad 10 węzłów! Jacht w pierwszej chwili zaczyna więc obracać się bezwładnie wokół swojego środka masy, jednocześnie nabierając prędkości. Na szczęście już po 2-3 sekundach
prędkość jest na tyle duża, że ster zaczyna działać. W tym czasie kąt względem wiatru rośnie zaledwie o kilka stopni.

Jest to krytyczny moment dla jachtu: jeżeli sternik będzie teraz w stanie zapanować nad łodzią i powrócić na kurs z wiatrem, ma szanse dotrzeć bezpiecznie do brzegu. Jeżeli nie – wywrotka będzie nieunikniona.

Po kilku sekundach od nadejścia szkwału jacht osiąga już maksymalną prędkość rzędu 12 węzłów. Opór – głównie falowy – kadłuba równoważy siłę aerodynamiczną, działającym w kierunku podłużnym. Jednak pozbawiony miecza jacht porusza się z dość dużym dryfem – pojawia się więc siła oporu bocznego, która równoważy poprzeczną siłę aerodynamiczną. Niestety, siła oporu bocznego również nie jest przyłożona w środku długości, lecz w okolicach 1/4 – tym razem licząc od dziobu. Para sił, oddalonych od siebie o 4 metry, stara się nadal obrócić jacht. Może jej się przeciwstawić wyłącznie płetwa sterowa, o ile będzie w stanie wytworzyć siłę przekraczającą 2/3 siły aerodynamicznej, czyli ponad 200 kG.

Oczywiście, takiej siły może nie wytrzymać płetwa lub jarzmo steru, mogą odłamać się zawiasy, wreszcie sam sternik może nie być w stanie utrzymać rumpla – szczególnie jeżeli poluzuje się kontrafał płetwy i ster przestanie być zrównoważony.  Jeśli jednak konstrukcja steru jest odpowiednio wytrzymała, a jego zrównoważenie zapewnia małe siły na rumplu, wszystko zależy od wydajności płetwy sterowej. Prędkość 12 węzłów, choć imponująca, okazuje się być na granicy sterowności:
do utrzymania kursu w tych warunkach potrzebna jest powierzchnia steru rzędu 0,25m2.
Jachty tej wielkości mają co prawda stery o nieco większej powierzchni – lecz nie cała płetwa i nie przez cały czas może pracować wydajnie. W wielu łodziach, zwłaszcza czarterowych, stosuje się celowo zmniejszone zanurzenie płetwy sterowej. Powodem są – o ironio – względy bezpieczeństwa. Jacht z szerokim kadłubem (zwłaszcza w części rufowej) i płytko zanurzonym sterem traci sterowność w głębokim przechyle wskutek wynurzenia płetwy sterowej z wody. W tej sytuacji łódź gwałtownie ostrzy i staje do łopotu – wymusza więc na sterniku wczesne refowanie, ostrożne prowadzenie i niedopuszczanie do nadmiernych przechyłów. Ta denerwująca właściwość jest więc uważana przez armatorów za rękojmię bezpiecznego zachowania jachtu na wodzie.

W ekstremalnych warunkach płytka płetwa sterowa może jednak w ogóle nie spełniać swojej roli. Jej górna część, blisko powierzchni wody, działa w warunkach silnej wentylacji i ma bardzo niewielką wydajność. Wystarczy lekkie przegłębienie na dziób, wywołane naporem wiatru, powodujące dalsze wynurzenie steru, i jacht  niebezpiecznie zbliży się do granicy sterowności. Wystarczy fala o metrowej wysokości – a w huraganowej nawałnicy można spodziewać się takich fal – żeby płetwa chwilami całkowicie traciła skuteczność wskutek prądu orbitalnego fali lub po prostu wyszła z wody po przejściu jej grzbietu. Jeżeli efektywna powierzchnia steru spadnie poniżej krytycznej wartości, sternik nie ma żadnych szans na utrzymanie kursu. Jacht nieodwołalnie obróci się o kolejne kilkanaście stopni. Siła, działająca na kadłub i takielunek, spowoduje przechył i dalsze wynurzenie steru z wody. Jacht stanie burtą do wiatru i fali.

Szkwał o prędkości 36m/s, uderzając prostopadle w burtę i w takielunek jachtu, wywołuje taki moment przechylający jak wiatr o sile 7o B, działający na pełne, wybrane żagle. Większość jachtów śródlądowych pod działaniem takiego momentu siły po prostu położy się na wodzie. Nasz przykładowy jacht jest co prawda “niewywracalny” – tzn. dzięki ciężkiemu balastowi wstanie z 90-stopniowego przechyłu, nawet po przyczepieniu na topie 20 czy 30 kg obciążenia. Jednak szkwał, uderzający w pionowo ustawione, szerokie dno jachtu, powoduje nadal znaczną siłę przechylającą – równoważną obciążeniu topu ciężarem ponad 100kg! Utrata stabilności kursowej musi więc skończyć się w pozycji “grzyba”.

Dwutonowy jacht, którego kilkuset kilogramowy balast zapewnia mu wstawanie z głębokiego przechyłu, nie musi być i często nie jest wyposażony w komory wypornościowe. Nawet jeżeli są one zastosowane, to mają jak najmniejszą objętość – inaczej ograniczałyby drastycznie „mieszkalność” jachtu. Wystarczy, że pianka w komorach i sam laminat nasiąknie nieco wodą, i jacht może zatonąć. Nawet jeżeli utrzyma się na powierzchni (czy raczej: tuż pod powierzchnią) wody, nie będzie zbyt dużą pomocą dla rozbitków.

Opisany przebieg wydarzeń nie jest tylko hipotetycznym scenariuszem. Bardzo prawdopodobne, że tak właśnie wyglądała duża część wywrotek jachtów podczas nawałnicy w sierpniu 2007 r. Warto też zauważyć, że współczesne jachty kabinowe  nadzwyczaj rzadko wywracają się podczas normalnej eksploatacji – natomiast niepokojąco często nie potrafią przetrwać krótkotrwałych, ekstremalnych szkwałów. W dawniejszych konstrukcjach problem ten występował w dużo mniejszym stopniu: niskie kadłuby, o niewielkich kokpitach i podwyższonych dziobach, były dużo mniej wrażliwe na działanie silnego wiatru. Jeżeli tylko jacht był wystarczająco stateczny, mógł też przetrwać “biały szkwał”.

Współczesne konstrukcje, o wysokich burtach i płaskim dnie, wprawdzie są wystarczająco stateczne – ale nikt nie badał projektów pod kątem utrzymania sterowności w warunkach ekstremalnych. Nie zastanawiano się też nad wpływem “niewinnych” modyfikacji jak zmniejszenie “dla bezpieczeństwa” płetwy sterowej na zachowanie się jachtu w takich sytuacjach. Krótko mówiąc, mamy do czynienia z niebezpieczną wadą konstrukcyjną – wynikającą nie z braku stateczności, pływalności czy wytrzymałości, ale z właściwości hydro- i aerodynamicznych jachtu. Sierpniowa nawałnica pokazała, że warto poważnie zająć się tą problematyką – miejmy nadzieję, że konstruktorzy wykorzystają tę lekcję.

Co prawda trudno jest w fazie projektowania przewidzieć położenie punktów przyłożenia sił aerodynamicznych, działających na kadłub, można jednak stosunkowo łatwo przetestować gotowy jacht pod kątem sterowności z wiatrem na  samym takielunku. Należałoby przy tym symulować duże opory ruchu przy większych prędkościach, np. używając silnika, pracującego na niewielkich obrotach na biegu wstecznym. Dla przykładu, przy wietrze 4 m/s (czyli 3o w skali Beauforta) należy w czasie prób utrzymywać prędkość jachtu na poziomie 1,2-1,5 węzła – wówczas jego zachowanie powinno być bardzo zbliżone do tego, jakiego można się spodziewać przy huraganowym wietrze. Moment siły, pochylający dziób, łatwo imitować, sadzając dwie osoby w kabinie dziobowej. Jeżeli jacht okaże się niesterowny, wystarczą zapewne niewielkie zmiany w konstrukcji urządzenia sterowego, żeby uczynić go bezpieczniejszym.

Co jednak można doradzić sternikom, oprócz tego oczywiście, żeby wystrzegali się burzowych chmur naukowo? Sprawa nie jest prosta. Z pewnością zrzucenie żagli, podniesienie miecza i dokładne sprawdzenie kontrafału płetwy sterowej jest ważne dla przetrwania ewentualnej nawałnicy. Należałoby też przesunąć środek ciężkości jachtu maksymalnie do tyłu – przegłębienie rufy przesunie też ku tyłowi środek bocznego oporu i poprawi warunki pracy płetwy sterowej. Załoga powinna więc przebywać w kokpicie, i to jak najniżej, żeby nie tworzyć dodatkowej powierzchni oporu (i nie podwyższać środka ciężkości). Jednak przebywanie załogi na dnie kokpitu, tuż przy otwartej rufie, wystawionej na metrowej wysokości fale, będzie z pewnością nieprzyjemnym przeżyciem. Raczej nie należy wyrzucać za rufę lin, kół ratunkowych i innych zaimprowizowanych środków, mających ustabilizować ruch jachtu. Pamiętajmy, że prędkość łodzi jest na granicy sterowności, jej zmniejszenie obniży skuteczność steru. Dopiero porządna dryfkotwa o powierzchni około metra kwadratowego mogłaby pozwolić na stabilne, bierne sztormowanie z wiatrem. Któż jednak ma taki sprzęt na mazurskim jachcie?

Najlepszym środkiem stabilizującym kurs z wiatrem byłby oczywiście malutki fok sztormowy. Działa on najskuteczniej, jeżeli wybrany jest w osi symetrii jachtu – już 1m2 takiego żagielka (na który nota bene będą działać siły tego samego rzędu, co w normalnych warunkach na cały, duży fok!) zapewniłby całkowite panowanie nad jachtem. Sztaksel wyluzowany na kursie z wiatrem jest mniej skuteczny jako stabilizator, za to w mniejszym stopniu obciąża takielunek. Kłopot w tym, że sztormowe sztaksle również nie są spotykane na Mazurach. Mając dobry, wypróbowany roler na sztywnym sztagu można spróbować rozwinąć odrobinkę foka – jednak jakakolwiek awaria rolera mogłaby wówczas doprowadzić do całkowitego rozwinięcia żagla i natychmiastowej wywrotki lub utraty masztu. Fok jako żagielek stabilizujący można więc polecić tylko tym, którzy mają stuprocentowe zaufanie do swoich rolerów. Pozostaje więc najważniejsza rada: starać się nie znajdować z jachtem w niewłaściwym miejscu, o niewłaściwym czasie. W końcu do tego sprowadza się większość żeglarskiej wiedzy…

rys. Krzysztof Mnich

Tags: jacht, jacht turystyczny, jacht śródlądowy, szkwał

Category: Spis treści, Na wiatr, Technika