Μπότζι, κοσκίνισμα & σκαμπανέβασμα του σκάφους
Οι τρεις ταλαντώσεις, που μπορεί να μας επηρεάσουν στο ταξίδι το σκάφος
Του Ιάσονα Θαλασσινού
Το πρόβλημα της αξιοπλοΐας ενός σκάφους είναι άμεσα συνδεδεμένο με την κίνησή του μέσα στο νερό. Σαν αποτέλεσμα της συνδυασμένης ενέργειας δυνάμεων, που προέρχονται από διαφορετικές πηγές (αεροδυναμική, υδροδυναμική, βαρύτητα, αδράνεια και άντωση), το σκάφος που ταξιδεύει με κακές καιρικές συνθήκες υποχρεούται να κάνει διάφορες «βίαιες» κινήσεις ή ταλαντώσεις. Πολλές φορές, οι ταλαντώσεις αυτές επηρεάζουν τους επιβαίνοντες και κατ΄ επέκταση την αξιοπλοΐα του ίδιου του σκάφους.
Αν και έχουμε αναφερθεί πιο παλιά στις έξι κινήσεις του σκάφους στο νερό, καλό είναι να κάνουμε μια σύντομη περιγραφή τους, πριν πάμε παρακάτω, γιατί η ανάλυση των κινήσεων αυτών είναι από τα βασικότερα στοιχεία για την επιβίωση σε ακραίες καταστάσεις καιρού, κυρίως λόγω του συνδυασμού τους με την κίνηση του υγρού στοιχείου και του αέρα.
Υπάρχουν έξι τέτοιες κινήσεις, οι τρεις πρώτες είναι κυκλικές ταλαντώσεις γύρω από έναν άξονα και οι άλλες τρεις γραμμικές ταλαντώσεις του κέντρου
βάρους του σκάφους. Ο ταυτόχρονος συνδυασμός τους με την κίνηση και τη δύναμη του κύματος και του αέρα μπορεί να προκαλέσει έντονα φαινόμενα
ασφάλειας που μπορούν να επηρεάσουν την αξιοπλοΐα του. Ας θυμηθούμε πρώτα τις ταλαντώσεις αυτές.
Κυκλικές ταλαντώσεις του σκάφους γύρω από κάποιον άξονα, ανάλογα με την ταλάντωση:
Μπότζι (Διατοίχιση, Rolling). Ταλάντωση δεξιά και αριστερά κατά την εγκάρσια έννοια (σχ. 1 περίπτωση β), γύρω από το διαμήκη άξονα του σκάφους. Η ταλάντωση αυτή επηρεάζει την εγκάρσια ευστάθεια του σκάφους.
Σκαμπανέβασμα (Πρόνευση, Pitching). Ταλάντωση πάνω και κάτω (ανασήκωμα της πλώρης με κατέβασμα της πρύμης και ανάποδα) κατά τη διαμήκη έννοια (σχ. 1 περίπτωση α), γύρω από τον εγκάρσιο άξονα του
σκάφους. Η ταλάντωση αυτή επηρεάζει τη διαμήκη ευστάθεια του σκάφους.
Κοσκίνισμα (Έκπτωση, Yawing). Ταλάντωση δεξιά και αριστερά της
πλώρης (και ανάλογα της πρύμης) γύρω από το κέντρο βάρους, στο επίπεδο της ισάλου επιφάνειας (σχ. 1 περίπτωση γ). Η ταλάντωση αυτή επηρεάζει την ευστάθεια πορείας του σκάφους.
Από τις παραπάνω τρεις κυκλικές ταλαντώσεις, η πλέον σημαντική είναι το μπότζι, εφόσον επηρεάζει την εγκάρσια ευστάθεια του σκάφους. Εγκάρσια
ευστάθεια είναι η ιδιότητα του σκάφους να αντιστέκεται στις κλίσεις, καθώς και να επανέρχεται στην αρχική θέση ευστάθειας. Η τάση να αντιστέκεται στις κλίσεις είναι η «αρχική ευστάθεια του σκάφους, ενώ αυτή της επαναφοράς στην οριζόντια θέση είναι η «ευστάθεια κλίσης». Αμέσως μετά, μπορούμε να χαρακτηρίσουμε σαν πλέον σημαντική ταλάντωση το κοσκίνισμα, που μπορεί να προκαλέσει το broaching.
Γραμμικές ταλαντώσεις
Στο σχήμα 2 περίπτωση α παρατηρούμε πως το κέντρο βάρους G του σκάφους κινείται κάνοντας μία ταλάντωση πάνω-κάτω (Heaving), που προκαλείται από το σκαμπανέβασμα. Επίσης, παρατηρούμε πως το κέντρο βάρους κάνει άλλη μία ταλάντωση κατά την εγκάρσια έννοια, δεξιά-αριστερά (Swaying), η οποία προκαλείται από το κοσκίνισμα του σκάφους.
Στο σχήμα 2 περίπτωση β παρατηρούμε τη γραμμική ταλάντωση του κέντρου βάρους πάνω-κάτω, που είδαμε στην προηγούμενη περίπτωση, αλλά συγχρόνως παρατηρούμε άλλη μία ταλάντωση κατά τη διαμήκη έννοια, πλώρα-πρύμα (Surging), που προκαλείται από το «σκαρφάλωμα» στο κύμα, προκαλώντας μια επιβράδυνση στο ανέβασμα και αντίστοιχα μια επιτάχυνση στο κατέβασμα από την κορυφή του κύματος.
Στο σχήμα 2 περίπτωση γ παρατηρούμε ένα συνδυασμό δύο γραμμικών ταλαντώσεων του κέντρου βάρους του σκάφους κατά μήκος του εγκάρσιου (Swaying) και του διαμήκους (Surging) άξονα.
Οι τρεις περιπτώσεις του σχήματος 2 είναι πολύ κατατοπιστικές. Βλέπουμε, για παράδειγμα, πως κάθε μία από τις κυκλικές ταλαντώσεις συνδυάζεται πάντα με δύο γραμμικές, που ολοκληρώνουν την έννοια της ελεύθερης κίνησης του σκάφους στο επίπεδο του χώρου των τριών διαστάσεων. Ο συνδυασμός δύο κυκλικών και μιας γραμμικής ταλάντωσης είναι αυτός που χαρακτηρίζει τον καλοθάλασσο χαρακτήρα ενός σκάφους. Πρόκειται για το μπότζι (Rolling), την ταλάντωση καθΆ ύφος (Heaving) και το κοσκίνισμα
(Yawing). Εκείνο, λοιπόν, που περιμένει κανείς από ένα καλοσχεδιασμένο και καλομελετημένο σκάφος είναι οι τρεις αυτές ταλαντώσεις να είναι καλά
υπολογισμένες και με όσο γίνεται μικρότερες επιταχύνσεις.
Το πρόβλημα κάθε μελετητή σχεδιαστή ναυπηγού είναι να αποφασίσει τις
προτεραιότητες των έξι ταλαντώσεων σε σχέση με το καλοθάλασσο του σκάφους και την ταχύτητα. Στην ουσία, οι προτεραιότητες αυτές εστιάζονται στις κινήσεις που είπαμε παραπάνω, δηλαδή το μπότζι, την ταλάντωση καθΆ ύψος και το κοσκίνισμα, που προκαλεί και το broaching. Η πείρα μας έχει δείξει πως κάθε μία από τις τρεις αυτές ταλαντώσεις επηρεάζει τους
επιβαίνοντες στο σκάφος, προκαλώντας ναυτία, με όλα τα επακόλουθα. Δεν υπάρχει άνθρωπος με φυσική ακοή, που να μην παθαίνει ναυτία. Η αιτία είναι ο λαβύρινθος του αφτιού μας. Αν κάποιος δεν παθαίνει ναυτία, τότε σίγουρα η ακοή του δεν είναι καλή. Το μόνο, που διαφέρει μεταξύ των ανθρώπων είναι το όριο αντοχής, όπως άλλωστε συμβαίνει και με το ποτό. Από επιστημονικές
μετρήσεις που έχουν γίνει βγαίνει και το συμπέρασμα του πίνακα 3. Αν μετρήσουμε την ανθρώπινη αποτελεσματικότητα και πώς αυτή επηρεάζεται από την παρατεταμένη έκθεση σε τέτοιες συνθήκες, σε σχέση με τις γωνίες
κλίσης, βλέπουμε πως πέφτει κατακόρυφα με την αύξηση της γωνίας. Θα πρέπει να πούμε πως μια ταλάντωση 4-6 μοιρών θεωρείται φυσιολογική στην ανθρώπινη αντίδραση. Από 6 μέχρι 10 μοίρες, αρχίζει να γίνεται εμφανής ο επηρεασμός των επιβαινόντων. Προσοχή, μιλάμε πάντα για ταλάντωση (από μπάντα σε μπάντα) σε μοίρες και όχι γωνία κλίσης (κουπαστάρισμα) του σκάφους. Πέρα από τις 10 μοίρες, οι κοινές αντιδράσεις όπως το περπάτημα στο κατάστρωμα, ο ύπνος, ακόμα και η όρεξη για φαγητό σταδιακά μειώνονται και γίνονται από δύσκολες μέχρι αδύνατες. Αν η γωνία ταλάντωσης ξεπεράσει τις 30 μοίρες και συνεχίζεται για πολύ, ακόμα και οι αντιδράσεις του πιο έμπειρου πληρώματος εξουδετερώνονται. Το
φαινόμενο αυτό οφείλεται στο μπότζι, μία κυκλική ταλάντωση, που επίσης
επηρεάζεται από άλλα δύο στοιχεία, το τόξο διατοίχισης (radius of gyration) και την περίοδο διατοίχισης (period of gyration). Η θεωρητική φυσική περίοδος διατοίχισης ενός σκάφους, δηλαδή ο χρόνος σε δευτερόλεπτα που απαιτείται για μία πλήρη ταλάντωση (κλίση από την μία μπάντα στην άλλη) είναι συνάρτηση του μετακεντρικού ύψους MG του σκάφους βρίσκεται με το πείραμα ευστάθειας. Μία μέση ενδεικτική τιμή του τόξου διατοίχισης είναι το ένα τέταρτο του μέγιστου πλάτους του σκάφους. Αν το μετακεντρικό ύψος του σκάφους είναι μικρό, η περίοδος διατοίχισης είναι μεγάλη και αντιστρόφως. Η πραγματική τιμή της περιόδου διατοίχισης είναι πάντα μεγαλύτερη από τη θεωρητική, λόγω άλλων παραμέτρων που έχουν σχέση με την κίνηση του νερού, μέσα στο οποίο πλέει το σκάφος.
?λλο ένα στοιχείο που προκαλεί τη ναυτία είναι η επιτάχυνση. Την επιτάχυνση (ή την επιβράδυνση) μπορούμε να την αντιληφθούμε καλύτερα στην αρχή και στο τέλος της κίνησης. Το συναίσθημα της επιτάχυνσης ή της επιβράδυνσης (που στην ουσία είναι αρνητική επιτάχυνση) το νοιώθουμε καθημερινά στο ασανσέρ, το αυτοκίνητο κ.λπ. Η επιτάχυνση στο κοσκίνισμα (κυκλική ταλάντωση) και στην καθΆ ύφος γραμμική ταλάντωση επηρεάζει τις αντιδράσεις του πληρώματος και των επιβαινόντων σε ένα σκάφος. Ο πίνακας 4 δείχνει χαρακτηριστικά το βαθμό επηρεασμού του ανθρώπου από την επιτάχυνση. Η γήινη επιτάχυνση είναι της τάξης των 9,8 μέτρων ανά
δευτερόλεπτο στο τετράγωνο ( g = 9,8 m/sec²). Επιστημονικές μετρήσεις έδειξαν πως η επιτάχυνση που νοιώθουν πληρώματα μικρών σκαφών και
επαγγελματικών ψαράδικων ανοιχτής θάλασσας στους ωκεανούς μπορεί να φτάσει το ένα πάνω ή κάτω από την γήινη επιτάχυνση. Μία τέτοια επιτάχυνση είναι δέκα φορές μεγαλύτερη από τη γήινη. Στον πίνακα 4, λοιπόν, μπορούμε να δούμε τις αντιδράσεις των επιβαινόντων σε ένα σκάφος όταν εκτίθενται σε
δέκατα της γήινης επιτάχυνσης. Όταν η ελεύθερη κίνηση του σκάφους στο νερό γίνεται αφόρητη, το πλήρωμα δεν αντιδρά σωστά και στη χειρότερη περίπτωση, δεν μπορεί να ταξιδέψει το σκάφος με ασφάλεια, όταν οι συνθήκες δεν είναι ευνοϊκές.
