Żeglowanie jest rzeczą konieczną...

imageimageimageimageimageimage
Strona główna ›› Jacht na ocean

Jacht na ocean

Wybór jachtu na ocean - kryteria matematyczne

Jeżeli w naszych marzeniach o błękitnych lagunach i kołyszących się w łagodnym wietrze wysmukłych palmach doszliśmy już tak daleko, że zaczynamy rozważać jakiemu jachtowi powierzyć nasze lata przygotowań, wyrzeczeń i nadziei, stajemy przed trudnym zadaniem. 

Wybór jachtu bowiem zależy od wielu czynników, a są wśród nich możliwości finansowe, koncepcja rejsu, wiek załogi, przewidywany akwen żeglugi, osobiste upodobania czy sugestie bardziej doświadczonych żeglarzy. Jest to temat na osobny i obszerny artykuł. 

Celem niniejszego tekstu jest przedstawienie niektórych współczynników stosowanych przy projektowaniu jachtów, a przydatnych również żeglarzom do określenia właściwości żeglugowych jachtów. Wartości liczbowe dla poszczególnych współczynników podaję za amerykańskimi konstruktorami: Johnem Holtropem i Rogerem Marshallem, jak również danymi spotykanymi w innych publikacjach; między danymi różnych autorów panuje duża zgodność. Podstawowe współczynniki określają między innymi stosunek wyporności do długości linii wodnej, powierzchni ożaglowania do wyporności, długości linii wodnej do szerokości. 

Inne współczynniki to współczynnik prędkości, ryzyka wywrotki i komfortu. Współczynnik balastowy jest obecnie mniej przydatny w ocenach porównawczych, bowiem znajduje zastosowanie jedynie dla porównywania jachtów o podobnym kształcie kadłuba i kilu. Bardzo pożytecznymi współczynnikiem jest stosunek powierzchni zmoczonej do powierzchni ożaglowania oraz współczynnik pryzmatyczny, niestety w większości wypadków z danych jachtów podawanych przez producentów w materiałach reklamowych współczynników tych nie można obliczyć. Dwa spotykane i łatwe do obliczenia współczynniki to stosunek objętości zbiornika paliwa do wyporności i objętość zbiornika wody do wyporności. 

Nowym współczynnikiem przy ocenie jachtów morskich jest przyśpieszenie w przechyle. Współczynnik ten przedstawia zależność pomiędzy przyśpieszeniami jachtu w przechyle, a związanymi z nimi stanami psychologicznymi załogi. To złożone zagadnienie, równania do obliczenia współczynnika i wykres zależności miedzy przyśpieszeniem w przechyle, a stanami psychologicznymi przedstawia Czesław Marchaj w swojej książce "Dzielność morska".  W poniższych wzorach, w których wartości liczbowe są podane w amerykańskim systemie miar, przyjęto następujące oznaczenia: 

Wyporność - D 
Długość całkowita - LOA 
Długość linii wodnej - LWL 
Powierzchnia ożaglowania - S 
Szerokość jachtu - B 
Prędkość maksymalna - V max 
Prędkość kadłuba - Vh 
Współczynnik komfortu - CF 
Współczynnik ryzyka wywrotki - CR 

Wyporność/długości linii wodnej 
D/LWL= D/2240/(0.01*LWL)3 

Najbardziej znany i najczęściej stosowany współczynnik, jego niskie wartości wynikające z małego ciężaru i długiej linii wodnej związane są z dużą prędkością i dobrą manewrowością, płytszą falą wytwarzaną przez kadłub i mniejszym oporem falowym. Obecne trendy faworyzują niskie wartości tego współczynnika i dobre prędkości jachtów. Z drugiej strony jednak lekkie jachty mają bardziej gwałtowne ruchy w sztormie wymagając wzmożonej uwagi przy sterowaniu i trymie żagli i szybciej wyczerpują siły załogi. Współczynnik ten wynosi odpowiednio: dla lekkich regatowych katamaranów - 40 do 50, ultra lekkich oceanicznych jednokadłubowców - 60 do 100, większości jachtów - 125 do 250, jachtów plasujących się w kategorii "cruisers" - ponad 250, oceanicznych jachtów turystycznych - ponad 300 a dla najcięższych z nich - do 400. Za optymalny Holtrop uważa przedział 280-320, wartość średnia obliczona z wartości istniejących konstrukcji dziewięciu najbardziej znanych amerykańskich konstruktorów jachtów turystycznych- Alberg, Alden, Crealock, Brewer, Hess, Hood, Mason, Paine, Perry wynosi 313. 

Powierzchnia ożaglowania/wyporności 
S/D = S/(D/64).666 

Wyższe wartości współczynnika mają jachty regatowe, jachty turystyczne powinny mieć wystarczająco dużą powierzchnię ożaglowania, aby dobrze żeglować nawet przy lekkich wiatrach, ale również nie za dużo, aby nie być zmuszonym do zbyt wczesnego refowania lub martwić się o wytrzymałość za dużego takielunku. Typowe wartości współczynnika to: motosailer - 13 do 14, jachty morskie - 15 do 16, jachty do żeglugi przybrzeżnej - 16 do 17, jachty regatowe - 17 do 19. Wg. Holtropa minimum współczynnika to14, optimum - 15 do 17, maximum - 18, wartość średnia obliczona z wartości istniejących konstrukcji jak powyżej -16,24 


Współczynnik prędkości 
Vmax/Vh = 1.88*(LWL).5*S.333/D.25/Vh 

W mianowniku mamy znane równanie wartości granicznej prędkości jachtu Vh = 1.34*(LWL).5, natomiast licznik jest empiryczną formułą wiążącą duże prędkości z długą linią wodną, dużą powierzchnią ożaglowania i małą wypornością. Współczynnik ten określa jak dobrze nasz idealny jacht będzie płynął pod żaglami. Dobrze zaprojektowane jachty mają wartości tego współczynnika w przedziale od 1 do1,1. Dla "maszyn regatowych" jego wartość może sięgać 1,8. Wg Holtropa minimum współczynnika to 1.0; optimum – 1.04 do 1.08, maximum – 1.14. Średnia "konstruktorska" wynosi 1.06. Nie powinno się nie doceniać przyjemności, a często i bezpieczeństwa jakie daje szybki jacht. 

Długość linii wodnej/szerokości 
LOA/B 

Współczynnik jest miarą smukłości kadłuba i we współczesnych konstrukcjach jest on niższy niż w starszych. Szerokie jachty są dziś popularne, zapewniają bowiem dużą stateczność kształtu, obszerne wnętrze, mniejszy przechył w żegludze i duże prędkości na kursach półwiatrowych i baksztagowych, nadmierna szerokość jednakże to słabe zrównoważenie, zniekształcone linie wodne w przechyle i wysoka stateczność ujemna wywróconego jachtu. Współczynnik ten ma większe wartości dla większych jachtów, dla których łatwiej jest osiągnąć wystarczająca stateczność i dużo miejsca we wnętrzu. Średnia "konstruktorska" wynosi 3,43. 

Współczynnik ryzyka wywrotki 
CR = B/(D/64).333 

Współczynnik wywodzi się z analizy tragicznych regat Fastnet 1987 przeprowadzonej przez Society of Naval Architects and Marine Engineers (SNAME). Analiza prowadziła do wniosku, że jachty o wartości współczynnik ryzyka wywrotki większego niż 2 nie powinny uczestniczyć w oceanicznych regatach z powodu ich dużej stateczności ujemnej. Formuła "karze" jachty o zbyt dużej szerokości (najistotniejszy czynnik wpływający na wielkość stateczności ujemnej) i jachty lekkie z powodu ich gwałtownej reakcji (niski moment inercji w płaszczyźnie poprzecznej jachtu) na duże fale. Współczynnik nic nie mówi o stateczności statycznej. Uważa się, że jachty mające wartość tego współczynnika mniejszą od dwóch są względnie bezpieczne w trudnych warunkach i mniej skłonne do wywrotki. Holtrop za bezpieczną uważa wartość mniejszą od 1,8. Średnia "konstruktorska" wynosi 1,64. Formuła ta często budzi kontrowersje. Spotyka się również wzór CR = B/(D/.9*64).333.

Współczynnik komfortu 
CF = D/(.65(.7*LWL+.3*LOA)*B1.33) 

Jest to empiryczna formuła, stworzona przez konstruktora Teda Brewera. Duże wartości wskazują na łagodne, bardziej komfortowe zachowanie w żegludze. Równanie faworyzuje ciężkie jachty o dużych nawisach i małej szerokości, czynnikach zwalniających reakcje jachtu w trudnych warunkach, co pozwala uniknąć wyczerpania sił załogi. Ta filozofia konstrukcji jest sprzeczna z założeniami według których projektowanych jest wiele współczesnych jachtów typu racer/cruiser. Jachty regatowe mają wartość generalnie mniejszą od 30, konstrukcje Colina Archera mogą osiągać wartość 55. Brewer uważa, że wartość 25 tego współczynnika jest minimum, 30 do 40 optimum i 50 maximum. Średnia "konstruktorska" wynosi 35,6 

Interesującym jest porównanie wartości współczynników jachtów projektowanych do żeglugi oceanicznej z jachtami przeznaczonymi do żeglugi przybrzeżnej. Jachty oceaniczne posiadają mniejszą powierzchnię ożaglowania, są cięższe, mają wyższy współczynnik komfortu, niższy współczynnik ryzyka wywrotki i dwukrotnie mniejsze przyśpieszenie. Przy zakupie jachtu warto jest być świadomym tych różnic. Produkcja jachtów do żeglugi oceanicznej jest niewielka, udział pracy ręcznej duży i ceny odpowiednio wysokie. Rynek jachtów używanych jest jedyną alternatywą dla wielu kupujących. Wybierając jacht warto jest porównać podane wyżej wartości z wartościami współczynników wybranego przez nas jachtu. 

Nie jest trudno przeliczyć samemu powyższe równania i sprawdzić różnice w wartościach poszczególnych współczynników. Różnice te mogą być mniej lub bardziej ważne w zależności od osoby wybierającej jacht. Młodsza, kilkuosobowa załoga położy większy nacisk na osiągi niż żeglująca para w starszym wieku. Ci pierwsi zaakceptują niższą wartość D/LWL i wyższą S/D, niższy współczynnik komfortu i wyższy współczynnik wywrotki. Starsze małżeństwo będzie raczej mieć inne preferencje. 

Dla przykładu przeliczyłem powyższe równania dla znanego w Polsce jachtu Carter 30 który ma ostatnio za sobą okołoziemski rejs. Otrzymane wartości współczynników przedstawione są poniżej. 
Dane jachtu: LOA - 30.23 ft, LWL - 23.36 ft, B - 10.26 ft, S - 384.3 sq.ft, D - 7317 lb, stąd odpowiednio: 
D/LWL = 257 
S/D = 16.4 
Vmax/Vh = 1.096 gdzie Vh = 6.5 w 
LOA/B = 2.94 
CR = 2.12 
CF = 20.0 

Powrót do strony  "Konstrukcje jachtów"