Αναζητώντας την ιδανική γάστρα στο σκάφος

Η εξέλιξη της γάστρας δια μέσου δύο αιώνων

Του Μάκη Ματιάτου

Ο Sir Isaac Newton είπε «Αν αντί να στέλνουμε τις παρατηρήσεις ικανών θαλασσινών σε ικανούς μαθηματικούς στη στεριά θα ήταν καλύτερα η στεριά να έστελνε ικανούς μαθηματικούς στη θάλασσα, πράγμα που θα προσέφερε πολλές βελτιώσεις και μεγαλύτερη ασφάλεια σΆ αυτούς που ζουν στο υγρό στοιχείο».



Είναι γεγονός πως η γνώση έρχεται μέσα από σταδιακά αναπτυσσόμενες θεωρίες με την έννοια πως οι «διστακτικές» υποθέσεις δοκιμάζονται με το χρόνο για να διαπιστωθεί αν λειτουργούν στην πραγματικότητα. Όλες οι πειραματικές επιβεβαιώσεις είναι απλά το αποτέλεσμα δοκιμών που έχουν γίνει ειδικά για το σκοπόν αυτό, σε μία προσπάθεια να μάθουμε κατά πόσον οι θεωρίες μας είναι λανθασμένες ή όχι. Καθόλου σπάνια, χρειάζονται πολλά χρόνια συστηματικής αναζήτησης πριν δοθεί κάποια θετική απάντηση.

Η εισαγωγή αυτή στο θέμα μας ήταν αναγκαία θέλοντας να αναπτύξουμε την εξέλιξη στη μορφή της γάστρας, που τόσο έχει αλλάξει με την πάροδο των χρόνων, από τους εμπειρικούς αρχαίους χρόνους μέχρι την τεχνολογία του 21ου αιώνα τον οποίο διανύουμε. Το ερώτημα ήταν και εξακολουθεί να είναι πώς θα διαμορφώσουμε πλέον κατάλληλα τη γάστρα ενός σκάφους για να μειώσουμε την τριβή της στο νερό.

Τα παλιά χρόνια οι σχεδιαστές-ναυπηγοί είδαν το σχήμα του ψαριού σαν το ιδανικό σχήμα. Με την υπόθεση πως «ότι είναι καλό στο σχήμα του ψαριού θα πρέπει να είναι καλό και για κάθε ναυπήγημα» έδωσαν στη γάστρα το σχήμα του σώματος του ψαριού. Ένα κοινό χαρακτηριστικό των ψαριών είναι πως το πίσω μέρος της καμπύλης με την ουρά είναι πιο λεπτό από το μπροστινό. Για κάποιο λόγο εθεωρείτο ιδανικός συνδυασμός το σχήμα του κεφαλιού του μπακαλιάρου με το σώμα και την ουρά του κολιού. Σήμερα ξέρουμε καλύτερα πως το σχήμα του ψαριού μπορεί να είναι ιδανικό για ένα υποβρύχιο, όχι όμως και για ένα πλοίο επιφανείας, που δεν είναι ολόκληρο μέσα στο νερό.


Πολλά χρόνια πέρασαν πριν αυτές οι λανθασμένες αναλογίες εγκαταλείφθηκαν τελείως για να αντικατασταθούν από άλλες, επίσης λανθασμένες θεωρίες. Στα μέσα του 19ου αιώνα επικράτησε η αντίληψη πως η πλώρη θα έπρεπε να είναι πιο μακρόστενη από το πρυμιό τμήμα της γάστρας, αντίθετα δηλαδή από τη θεωρία του σχήματος ψαριού. Αυτή η σκέψη είχε πολύ πιο παλιές ρίζες, που ξεκινούσαν κάπου στη δεύτερη πεντηκονταετία του 1700, από τον F. H. Chapman. Η θεωρία ήταν πως ο βαθμός αύξησης ή μείωσης κάποιου εμβαπτισμένου στο νερό όγκου (με άλλα λόγια η κατανομή του εκτοπίσματος) είναι το πρωταρχικό. Ο υποστηρικτής της νέας θεωρίας ήταν ο John Scott Russell , ο οποίος σχεδίασε την ίσαλο σε ένα σχήμα που ονομάστηκε «καμπύλη παρημιτόνων» (curve of versed sines). Πράγματι, ο Scott Russell σχεδίασε και ναυπήγησε ένα σκάφος 60 ποδών που ονόμασε «Wave» με μία είσοδο της πλώρης σύμφωνα με τη θεωρία του, που δημιουργούσε μικρότερη τριβή στο νερό σε κάποιες δεδομένες ταχύτητες. Στη συνέχεια, το 1848 ναυπηγήθηκε ένα πολύ αξιόλογο μεταλλικό σκάφος με ίσαλο 59 ποδών, το «Mosquito» βασισμένο πάνω στη θεωρία του Scott Russell, που είχε μία μακρόστενη πλώρη με γωνία εισόδου μόλις 17 μοίρες. Ήταν πράγματι το πιο γρήγορο σκάφος εκείνης της εποχής σε όλες τις ιστιοπλοϊκές πλεύσεις, με ένα μοναδικό ταξίδεμα σε χοντρό ή λεπτό καιρό.

Παρά το γεγονός πως η θεωρία του Scott Russell ήταν πραγματικά ευφυής, η γραμμές της γάστρας του δεν είχαν κάποια επιστημονική βάση υδροδυναμικής, έτσι στη συνέχεια αναιρέθηκε από πολλούς μελετητές ναυπηγούς. Ο Colin Archer έκανε μία προσπάθεια να τροποποιήσει την παραπάνω θεωρία με τη σκέψη πως δεν έχει σημασία ο βαθμός που «σχίζει» και εκτοπίζει η πλώρη το νερό λόγω σχήματος αλλά η αύξηση της επιφάνειας των πλευρικών καμπύλων. Στην ουσία, το μακρόστενο σχήμα της πλώρης είχε υιοθετηθεί από εμπειρικούς ναυπηγούς πολύ πιο νωρίς από την εμφάνιση της θεωρίας του Scott Russell, αφού υπάρχουν πολλά απτά παραδείγματα προγενεστέρων σκαφών με τη λεπτή μακρόστενη πλώρη.


Για να επανέλθουμε πάλι στο «Mosquito», ήταν τέτοια η πεποίθηση πολλών την εποχή εκείνη ότι κάποια μέρα θα «βουτούσε» με την λεπτή πλώρη του στο κύμα και δεν θα ξανάβγαινε στην επιφάνεια, όμως αυτό δεν συνέβη ποτέ και το σκάφος τελείωσε την «καριέρα» του σαν πιλοτίνα… σε κάποιο βρετανικό λιμάνι, χωρίς να κατορθώσει, όμως, να επηρεάσει την τάση της εποχής του. Παραδόξως, το «America», που σχεδιάστηκε από τον George Steers, έναν επαναστατικό για την εποχή του σχεδιαστή, ήταν εκείνο που άφησε εποχή, ακολουθώντας σε μεγάλο βαθμό τις γραμμές του προγενέστερου «Mosquito».

Η εξέλιξη της ναυπηγικής επιστήμης συνεχίζεται και οι νεώτεροι εκμεταλλεύονται τις επιτυχίες και αποτυχίες των προγενεστέρων μελετητών. Στις θεωρίες των Scott Russell και Colin Archer προστίθενται και άλλες, χωρίς ουσιαστικά να δίνονται οι τελικές απαντήσεις στο ζήτημα. Ίσως, η τελική απάντηση να μη δοθεί ποτέ, αφού το ιδανικό σχήμα δεν διαφαίνεται ακόμα στον ορίζοντα. Το ιδανικό σκάφος είναι ένας συνδυασμός πολλών παραμέτρων, που δεν θα μπορέσουν εύκολα να εναρμονιστούν χωρίς συμβιβασμούς.

Όταν το σκάφος ταξιδεύει με μικρή ταχύτητα, σε μία μικρή σχετική ταχύτητα, ακόμα και μία φορτηγίδα δεν παρουσιάζει μεγάλη αντίσταση στο νερό. Όσο αυξάνεται η ταχύτητα, τόσο αυξάνεται και η αντίσταση. Μία λεπτή είσοδος της ισάλου μπορεί να είναι επαρκής και να δικαιολογήσει κάποιες άλλες θυσίες στα στοιχεία της σχεδίασης. Ο τελικός σκοπός είναι να υπάρχει κάποιος αρκετός όγκος στα ύφαλα, που θα δώσει την απαιτούμενη ευστάθεια και δυνατότητα εσωτερικής διαρρύθμισης σε ένα ιδανικό συνδυασμό καλοθάλασσου και ασφαλούς σκάφους με όσο γίνεται μικρότερη τριβή στο νερό. Καλή ισορροπία, λοιπόν, είναι το ζητούμενο.

Με τη στενή έννοια αυτό σημαίνει πως η «έμφυτη» ικανότητα της ισορροπίας δεν αλλάζει κατά πολύ τη συμπεριφορά του σκάφους στο τριμάρισμα πλώρα-πρύμα, ούτε επηρεάζει την ευστάθεια πορείας του όταν κουπαστάρει ή μποτζάρει. Ο όρος «ισορροπημένο» σκάφος υπονοεί πως αυτό έχει τη δυνατότητα να κουμανταριστεί με μικρές κινήσεις του πηδαλίου έτσι ώστε να διατηρείται σε μία ρεαλιστική γωνία εγκάρσιας κλίσης και ανεκτή ευστάθεια πορείας. Ένα μη ισορροπημένο σκάφος γίνεται δύσκολο στο τιμόνεμα όσο ο αέρας ανεβαίνει.


Η ταχύτητα που μπορεί να αναπτύξει ένα σκάφος είναι άσχετη με την ισορροπία του, παρόλο που η ισορροπία μπορεί να προσφέρει πολλά στην ταχύτητα. Παρόλα αυτά, σχεδόν εξ ορισμού μπορούμε να πούμε πως το ασφαλές και καλοθάλασσο σκάφος δεν μπορεί να είναι μη ισορροπημένο.

Το 1930 ο βρετανός υποναύαρχος A. Turner ανάπτυξε μία θεωρία σε σχέση με τα «γιατί» και «πως» της ισορροπίας, χρησιμοποιώντας την πείρα που κέρδισε από τη σχεδίαση ιστιοφόρων κούρσας. Επίσης ανάλυσε και κριτικάρισε τις γραμμές πολλών σκαφών με επιτυχία αλλά και με αποτυχία σε πολλές περιπτώσεις. Η θεωρία του, όπως ήταν αναμενόμενο, ξεσήκωσε θύελλα αντιρρήσεων όταν θέλησε να δώσει απαντήσεις στα ερωτήματα «που οφείλεται η μη ισορροπία», «γιατί ορισμένα σκάφη έχουν βαρύ τιμόνι» και «πως μπορούν αυτές οι επιδράσεις να εξαλειφθούν».

Στο σημείο αυτό δεν θα ασχοληθούμε με το πρόβλημα της ισορροπίας που σχετίζεται με την ευστάθεια πορείας, αλλά θα αρκεστούμε να πούμε πως η ιδέα του Turner είχε μία παρεμφερή επίδραση με το σχήμα της γάστρας, όπως εξελίχθηκε νωρίτερα από τον Βρετανό Dixon Kemp (1839-99). ΚατΆ αρχήν πρόκειται για ένα γεωμετρικό σύστημα που βασίζεται πάνω στην υδροστατική και το αποτέλεσμα είναι πως, για να έχει ένα σκάφος ισορροπία στο κουπαστάρισμα, η γάστρα πρέπει να είναι βυθισμένη στο νερό τόσο όσο και ο όγκος των εξάλων κατά το κουπαστάρισμα, πλώρα και πρύμα.

Πολύ συμβιβασμοί έχουν γίνει και γίνονται ακόμα και σήμερα για να φτάσουμε στο ιδανικό, που δεν πιάνεται… Στις περισσότερες περιπτώσεις οι συμβιβασμοί αυτοί γίνονται στο σκαρί για να μπορέσει να σηκώσει μεγαλύτερο εμβαδόν ιστιοφορίας, αλλά και για να βρίσκεται μέσα στους διάφορους κανονισμούς ιστιοδρομιών σύμφωνα με την καταμέτρηση. Η εξέλιξη ήταν αργή αλλά σταθερή μέχρι τις μέρες μας. Ακόμα και σήμερα, η φιλοσοφία του σχήματος της γάστρας μέσα σε μία εικοσαετία έχει σημαντικές αλλαγές και διαφοροποιήσεις.

Τότε δεν υπήρχαν φυσικά δεξαμενές δοκιμών όπου μοντέλα μπορούσαν να δοκιμαστούν σε μικρογραφία πριν ολοκληρωθούν σαν σκάφη σε φυσικό μέγεθος. Σήμερα η μελέτη γίνεται με model tank tests, που τείνει να πλησιάσει τις πραγματικές συνθήκες της θάλασσας. Έτσι το υπό μελέτη σκάφος υποβάλλεται σε δοκιμές σε ακραίες συνθήκες για να διαπιστωθούν οι αντοχές του αλλά και να βελτιωθούν θα κύρια στοιχεία του. Είναι κάτι που τα παλιά χρόνια γινόταν σε φυσικές συνθήκες και απαιτούσε την παρατήρηση πολλών ετών πριν βγουν τα απαραίτητα συμπεράσματα. Είναι, λοιπόν, η ευχή του Isaac Newton, που θέλει τώρα τους μελετητές να είναι στη θάλασσα, έστω και στη μικρογραφία της δεξαμενής δοκιμών.

Close