Τρικυμία και μπότζι

Τρικυμία και μπότζι

Διατοιχισμοί που προκαλούνται από το κύμα

Του Μάκη Ματιάτου

Έχουμε κατά καιρούς ασχοληθεί με την εγκάρσια ευστάθεια και την επίδρασή της στην ασφάλεια του σκάφους. Η εγκάρσια ευστάθεια όμως δεν εξαρτάται μόνο από το ίδιο το σκάφος. Είναι και το κύμα, που πολλές φορές δημιουργεί ταλαντώσεις στο σκάφος και επηρεάζει έτσι την ασφάλεια στο ταξίδεμα.

Όλα τα πλωτά ναυπηγήματα κινούνται υπό την επήρεια του κύματος. Το μποτζάρισμα, δηλαδή η γωνία κλίσης και η ταλάντωση που υφίστανται, εξαρτάται κυρίως από πέντε βασικούς παράγοντες. Πρώτος απ όλους είναι η σχέση μεταξύ της φυσικής περιόδου της διατοίχισης του συγκεκριμένου σκάφους και της περιόδου του κύματος. Στη συνέχεια έχουμε τον παράγοντα του σχήματος της γάστρας του, της ευστάθειάς του και του καταμερισμού της μάζας και του βάρους του. Τρίτος παράγοντας στη σειρά είναι η κλίση (οξύτητα της γωνίας από το κοίλο προς την κορυφή) από το ύψος του κύματος. Τέταρτος είναι η ιδιαίτερη ικανότητα απόσβεσης του πλάτους της
ταλάντωσης των υφάλων μερών του σκάφους, κυρίως της καρίνας και του πηδαλίου. Πέμπτος επίσης σημαντικός παράγοντας είναι η ταχύτητα του σκάφους και η πορεία του σε σχέση με την κορυφή του κύματος. Τους τέσσερις από τους πέντε παραπάνω παράγοντες θα προσπαθήσουμε να αναλύσουμε εδώ.

Ίσως ο πιο εύκολος τρόπος να κατανοήσουμε την έννοια της διατοίχισης είναι το παράδειγμα του σχήματος 1, που αφορά μία πλωτή σχεδία στο νερό με κυματισμό. Αν υποθέσουμε πως η σχεδία του παραδείγματός μας είναι ελαφριά και μικρή σε μέγεθος, Θα ακολουθήσει παθητικά το προφίλ του κύματος. Αν τοποθετούσαμε κάποιο μικρό κατάρτι πάνω της, αυτό θα ήταν πάντοτε κάθετο στη γωνία του κύματος, που σχηματίζεται από την εφαπτομένη στην τροχοειδή του κύματος και την επιφάνεια της θάλασσας, όταν βρίσκεται σε ηρεμία.

Η σχεδία δεν θα είχε δική της ταλάντωση, αλλά θα ακολουθούσε το σχήμα των επερχομένων κυμάτων, ανεβαίνοντας στην κορυφή και κατεβαίνοντας στο κοίλο του κύματος. Το γεγονός ότι η σχεδία ακολουθεί πιστά το προφίλ (την τροχοειδή) του κύματος προϋποθέτει και την πιθανότητα ανατροπής σε περίπτωση που το κύμα θα σκάσει.

Στην περίπτωση ενός σκάφους, τώρα υπάρχει κάποια όχι τόσο αμελητέα μάζα, άρα και αδράνεια, έτσι έχουμε και κάποια απόσβεση της ταλάντωσης χάρις στο κύτος και τα εξαρτήματά του κάτω από την ίσαλο, όπως την καρίνα και το πηδάλιο. Από αυτό μπορούμε να συμπεράνουμε πως η απόκρισή του στο κύμα θα είναι διαφορετική. Για παράδειγμα, η ταλάντωση του σκάφους του σχήματος 1 με το κύμα στην μπάντα, επιβραδύνεται και δεν ακολουθεί την συμπεριφορά της σχεδίας. Μπορούμε να παρατηρήσουμε πως το κατάρτι του, σε κάποια δεδομένη στιγμή, δεν είναι απαραίτητα κάθετο στην κλίση του

κύματος. Λόγω της αδράνειας αλλά και της απόσβεσης της ταλάντωσης,
χρειάζεται κάποιο περισσότερο χρόνο από τη σχεδία πριν ανταποκριθεί στις
υδροδυναμικές δυνάμεις.

Στο σχήμα 2 μπορούμε να δούμε τους μηχανισμούς του κύματος, που επιδρούν πάνω στο σκάφος. Με την επιφάνεια του νερού να ανέρχεται από τη δεξιά πλευρά, σχηματίζονται σφήνες βύθισης και ανασηκώματος του σκάφους και η δύναμη άντωσης Δ μετατοπίζεται δεξιά της δύναμης βάρους W. Η ροπή που δημιουργείται (Δ x μοχλοβραχίονα ευστάθειας) τείνει να δώσει μία κλίση στο σκάφος, ώστε το κατάρτι του να έρθει κάθετα στη γωνία του κύματος. Έτσι αρχίζει η ταλάντωση. Το κύμα όμως δεν παραμένει σταθερό ως προς τη γωνία κλίσης από το κοίλο προς την κορυφή του. Η γωνία συνεχώς μεταβάλλεται και το σκάφος, σε αντίθεση με την περίπτωση της σχεδίας, αδυνατεί να ακολουθήσει το προφίλ του κύματος, για τους λόγους που αναφέραμε παραπάνω. Το σκάφος υποχρεώνεται σε διατοιχισμούς που ακολουθούν διαφορετικά μοτίβα, ανάλογα με τον τύπο του σκάφους (ελαφρού ή βαρέος εκτοπίσματος, ευστάθεια βασισμένη στο έρμα ή στο σχήμα κ.λπ.) και το σχήμα της γάστρας του.

Η περίοδος διατοίχισης είναι αντιστρόφως ανάλογη της ροπής ευστάθειας και
ευθέως ανάλογη με τη ροπή αδράνειας της μάζας. Άρα, σκάφη με μικρή
ευστάθεια (μικρό μετακεντρικό ύψος) έχουν μεγάλη περίοδο διατοίχισης, δηλαδή μποτζάρουν αργά και μαλακά. Ο ρυθμός διατοίχισης είναι περισσότερο άνετος για τους επιβαίνοντες. Αντίθετα, σκάφη με μεγάλη ευστάθεια έχουν μικρή περίοδο διατοίχισης, δηλαδή διατοιχίζονται γρήγορα και απότομα λόγω της μεγαλύτερης ροπής ευστάθειας, που τα επαναφέρει γρήγορα στην όρθια θέση. Η βίαιη αυτή ταλάντωση είναι πολύ ενοχλητική για τους επιβαίνοντες, αλλά σίγουρα είναι λιγότερο επικίνδυνα για ανατροπή. Το ναυπηγικό παράδοξο είναι όμως πως τα σκάφη με μικρό μετακεντρικό ύψος, που διατοιχίζονται αργά και μαλακά θεωρούνται στην πράξη ευσταθή, λόγω της γλυκιάς συμπεριφορά τους στο κύμα, όμως αυτά διατρέχουν τον μεγαλύτερο κίνδυνο ανατροπής σε θαλασσοταραχή.

Το 1861 ο W. Froude, που θεωρείται ο πατέρας της σύγχρονης υδροδυναμικής των σκαφών, έγραψε τα εξής: «Το αποτέλεσμα της ευστάθειας είναι ο μοχλός με τον οποίο το κύμα υποχρεώνει το σκάφος να διατοιχίζεται στο νερό. Αν μπορούσαμε να «αφαιρέσουμε» την ευστάθεια από ένα σκάφος, κανένα κύμα δεν θα μπορούσε να το κάνει να κινηθεί». Ο Froude ήξερε πολύ καλά πως η μετακεντρική ευστάθεια (αρχική ευστάθεια και ευστάθεια μεγάλων κλίσεων) λειτουργεί σαν ένας διπλός πράκτορας και γι? αυτό δεν θα πρέπει να βασιζόμαστε και πολύ σ? αυτήν. Στο σχήμα 3 έχουμε ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα, όπου η ευστάθεια του σκάφους δημιουργεί μία ταλάντωση, η οποία οφείλεται στην ενέργεια από τη γωνία κλίσης του κύματος. Ο μοχλοβραχίονας ευστάθειας μετατρέπεται σ? αυτήν την περίπτωση σε «μοχλοβραχίονα διατοίχισης». Το σκάφος υποχρεώνεται να μποτζάρει με το κύμα, του οποίου η ενέργεια μεταφέρεται στο σκάφος με τη μορφή κινητικής ενέργειας ταλάντωσης.

Στο σχήμα 4 έχουμε την κατάσταση, όπου η ευστάθεια του σκάφους λειτουργεί με κάποιον πιο κατανοητό τρόπο. Ελέγχει την ταλάντωση κάτω από μία δεδομένη γωνία διατοίχισης και τείνει να επαναφέρει το σκάφος στην όρθια θέση. Η κινητική ενέργεια που «αποθηκεύεται» όταν το σκάφος βρίσκεται κουπασταρισμένο πάνω στο κύμα, ξεκινά μία διατοίχιση προς την αντίθετη πλευρά κατά την έννοια του εκκρεμούς.

Στην πραγματικότητα, όταν ταξιδεύουμε με ένα ιστιοφόρο, μπορεί να υποβληθούμε σε αρκετό μεγάλους διατοιχισμούς, που δημιουργούνται από το ίδιο το κύμα και την υδροδυναμική του. Μία τέτοια κατάσταση μπορεί να οδηγήσει το σκάφος μας σε μία πλήρη ανατροπή, έστω και ταξιδεύοντας ξυλάρμενο, όχι λόγω του αέρα αλλά της ενέργειας του κύματος.

Όταν ένα σκάφος πάρει κάποια κλίση με το κύμα, αρχίζει να διατοιχίζεται από μόνο του. Η ανάπτυξη της ταλάντωσης εξαρτάται κατά πολύ από την περίοδο των διαδοχικών κυμάτων που την προκαλούν. Αν η φυσική περίοδος ταλάντωσης του σκάφους είναι περίπου ίδια με την περίοδο των διαδοχικών κυμάτων, η γωνία ταλάντωσης μεγεθύνεται από το συντονισμό των δύο περιόδων. Ο συντονισμός αυτός αυξάνει με την πάροδο του χρόνου (σχ. 5). Η δύναμη του βάρους του σκάφους τείνει πάντα να σταθεροποιήσει το σκάφος στη φυσική του ίσαλο, αποσβήνοντας την ταλάντωση, αλλά η παράλληλη ενέργεια της δύναμης της άντωσής του ενισχύει συνέχεια το διατοιχισμό.

Η θάλασσα «μεταφέρει» συνεχώς ενέργεια στο σκάφος, το οποίο θα
πρέπει να την ανεχτεί ή να υποστεί τις συνέπειες. Η μετακεντρική εγκάρσια ευστάθεια του σκάφους θα το κάνει να αποσβέσει το διατοιχισμό, όπως ακριβώς η ανάρτηση και τα αμορτισέρ ενός αυτοκινήτου. Τα σκάφος χρειάζεται την υδροδυναμική και πολλές φορές ακόμα και την αεροδυναμική απόσβεση για να ελέγξει το διατοιχισμό στη φουρτούνα. Για παράδειγμα, όταν ταξιδεύουμε με μηχανή λόγω έλλειψης αρκετού αέρα, πολλές φορές κρατάμε τη μαΐστρα βιραρισμένη, για να μας μειώσει τα μπότζι στη φουσκοθαλασσιά. Αλλά ακόμα και σήμερα τα καΐκια που ταξιδεύουν με τη μηχανή, βιράρουν τη ράντα ή το φλόκο στο μελτέμι, όχι για να πάρουν κανένα κόμβο παραπάνω, αλλά για να είναι πιο «σταθερά» στην πορεία τους, μειώνοντας το μπότζι. Με άλλα λόγια, είναι αυτό που οι αγγλόφωνοι αποκαλούν motor sailing.

Close