kobilice i kormila mala brodogradnja

Odabrana tema Mala brodogradnja br.6

1

Kobilice i kormila, od zamisli do gradnje, američko iskustvo

Istisninom neznatni ali hidrodinamički vrlo bitni, izdanci podvodnog dijela korita, kobilica i kormilo, od presudne su važnosti za projekt jedrilice. Protuslovni zahtjevi otpornosti na grube udarce i hidrodinamičke učinkovitosti, oštro su sukobljeni, pa je za dobar projekt potreban kompromis. Tekstom i crtežima opisane su najčešće konfiguracije i konstrukcije na krstašima i regatnim jedrilicama grañenim u SAD, prema propisima američkog registra brodova ABS (American Bureau of Shipping).


2

Dimenzioniranje kobilica i kormila relativno je jednostavan postupak, slijede li se formulirana pravila i propisi, kakvi su primjerice ABS-ovi. Iako ovaj registar više ne klasificira brodove za rekreaciju kraće od 24 m, redovito izdaje pravila kojima su obuhvaćene i kraće jahte. Uvažavana su sva priznata i potvrñena načela konstruiranja, stoga je brodica dimenzionirana prema ABS-ovim pravilima čvrsta i pouzdana, tvrde američki autori i preporučaju konstruktorima koji rade prema vlastitim saznanjima, da provjere, sigurnosti radi, zadovoljava li njihova konstrukcija i pravila ABS-a. Balastna kobilica Posebna je pažnja posvećena dvama aspektima balastne kobilice i to, čvrstoći spojnih vijaka opterećenih silama u redovitoj plovidbi i čvrstoći vijaka pri nasukavanju. Ako su svi spojni vijci jednaki, minimalna je debljina odreñena formulom: dk = SQRT(2,55 Wk Yk/sigmay Suma li) gdje je: dk najmanji promjer vijaka, [mm] Wk ukupna težina balastne kobilice, [N] Yk udaljenost u okomitom smjeru, od težišta balastne kobilice do plohe sljuba kobilice i korita, [mm] sigmay naprezanje na granici tečenja, čelika spojnih vijaka, [N/mm2] Suma li zbroj udaljenosti, u poprečnom smjeru, od simetrale svakog vijka do suprotnog ruba sljubne plohe, [mm] Na slikama 1 i 2 prikazane su ulazne geometrijske veličine za ABS-ovu formulu.

Yk

Wk

Slika 1

60

110

154

267

375

395

402

300

149

=60+110+154+267+375+395+402+300+149=2212 mm

Slika 2 Vijci trpe najveće opterećenje kad je jedrilica nagnuta jarbolom do površine, engl. «knock down» pozicija, što je dešava rijetko ali se mora uzeti u obzir. Balastna se kobilica tada nastoji odvojiti od trupa a pridržavaju je pretežno vijci s gornje strane.


3

Suma li ilustrirana je na slici 2. Spojni vijci trebaju biti postavljeni u dva ili tri reda duž sljubne plohe kobilice i što je moguće bliže rubu. Iskustvo američkih konstruktora ukazuje da vijke ulivene u leguru olova i antimona treba postaviti oko 25 mm do ruba. Udaljenost li računa se za svaki vijak posebno, i zbraja, te dobiva Suma li. Broj 2,55 u ABS-ovoj formuli je faktor sigurnosti. Rezultat izračunavanja dk, najmanji je promjer spojnih vijaka. Promjer smije dakako biti i veći. Što je više spojnih vijaka u konstrukciji kobilice, formula će dati manji minimalni promjer. Koliko će pak vijaka biti u spoju, prepušteno je volji konstruktora. Američki registar tu ne daje nikakve preporuke. Očito je da balastna kobilica vitkog strujnog profila i stoga donekle uske sljubne plohe, ima razmjerno malu Suma li a shodno tome, minimalni će promjer dk biti razmjerno veći. Stoga uske kobilice vitkih strujnih profila zahtijevaju razmjerno veće vijke, koje je pak to teže postaviti što je kobilica uža. Jedno od rješenja je za uske kobilice da se gornji dio usadi u naročito pripravljeno kućište u trupu, poput kućišta vertikalno pomične peraje, i pričvrsti vijcima postavljenim poprečno kroz kućište i kobilicu. Propisi ABS-a ne kažu niti preporučuju koliko duboko vijci trebaju biti postavljeni u olovni lijev. Uobičajena je praksa da se vijci formiraju savijanjem donjeg kraja šipke s narezanim navojem, u obliku slava «L», kako bi nakon ulijevanja slitine i stvrdnjavanja bili dobro «usidreni». Još je bolje ako se donji krajevi vijaka meñusobno povežu zavarivanjem još nekoliko komada horizontalno postavljenih šipaka i tako formiraju prostornu rešetku poput kaveza. Dubina uronjenosti donjeg kraja vijaka u olovnom lijevu, može se odrediti prema iskustvu poznatih američkih graditelja. Tako je svojevremeno Nathael G. Herreshof preporučao da vijci blizu stražnjeg ruba balastne peraje, budu usañeni najmanje osam svojih promjera, od čega navoj treba biti usañen u duljini sedam promjera. Jedan ili više vijaka moraju prolaziti kroz cijeli lijevani balast. Ta se preporuka danas može uzeti kao miminum za vijke na začelju sljubne plohe, dok ostali uliveni vijci trebaju biti dublje uronjeni u lijev. O što pričvrstiti kobilicu? Spoj balastne kobilice i trupa treba biti izveden tako da se izbjegne snažna koncentracija naprezanja na dijelovima trupa neposredno uz vijke. Najpovoljnija se raspodjela naprezanja na trupovima od polimernih kompozita postiže ako se balastna peraja pričvrsti za naročiti izdanak trupa, čiji se donji rub poklapa s gornjim rubom kobilice. Taj izdanak, engl. stub keel, formiran je tako da s balastnim dijelom čini monolitnu protuzanosnu peraju. Na trupovima od polimernih kompozita, kobilični izdanak donekle komplicira gradnju ali je dobitak u smislu pouzdanosti spoja nesumnjiv. Upravo je taj izdanak najvažnije konstrukcijsko poboljšanje jedrilice Elan 33, spram prethodnika Elan 31.

Foto 1


4

Nosiva struktura unutar izdanka mora biti usklañena sa strukturom orebrenja dna korita, tako da bude sačuvan kontinuitet ukrepljenja. Američki registar ne propisuje kako izvesti to ukrepljenje ali daje okvirne smjernice za materijal i naprezanja. Tako najveća dozvoljena smična naprezanja ne smiju biti veća od polovice smične granice tečenja materijala, a ta smična granica tečenja ne smije biti veća od 40% raskidne zatezne čvrstoće materijala. Najveća dozvoljena normalna naprezanja u strukturi izdanka, tlačna ili vlačna, ne smiju biti veća od polovice granice tečenja za normalna naprezanja, a ona pak ne smije biti veća od 70% raskidne zatezne čvrstoće materijala. Slični se zahtjevi navode kako bi se postigla otpornost na opterećenja pri nasukavanju kao i za minimalnu debljinu oplate izdanka te oplate dna korita broda. Lijevanje Izliti tako masivan olovni odljevak podrazumijeva poznavanje ljevačkih zanatskih vještina. Projektanti obično definiraju samo vanjski oblik olovnog krila a sve ostalo prepuste ljevaonici. Trebali bi biti upućeni u osnove lijevarstva kako bi se njihove zamisli u ljevaonici mogle odliti sa što manje grešaka i škarta. Primjerice, drveni model kobilice s kojeg se uzima kalup, mora biti malo veći nego što će biti budući odljevak obzirom na stezanje olova kod hlañenja. Približno 0,67 % iznosi stezanje olovnog lijeva u svim smjerovima. Precizno će to odrediti stručnjak ljevač, ravnajući se prema točnom sastavu legure i iskustvu ljevaonice. Neki primjeri iz brodograñevne prakse Za drveni slup duljine 22 m, starosti 25 godina, potrebno je bilo zamijeniti balastnu peraju. Nova peraja prikazana je na slici 3.

Presjek A-A

Šipke promjera 38 mm, nehrdajuci celik,cvrstoce na granici tecenja najmanje 200 MPa

Slika 3 To je relativno plitka olovna peraja s bulbom u formi dabrova repa na donjem kraju. Masa nove balastne kobilice je 17450 kg. Pričvršćena je vijcima promjera 38 mm, čije su šipke od nehrñajućeg čelika savinute u formi «L» i povezane odozdo zavarenim horizontalnim šipkama, tako da tvore kavez. Struktura broda na mjestu kobilice od je masivna drva a vijci prolaze kroz rebrenice. Izvorna je kobilica imala spojne vijke pogrešno postavljene, tako da nisu bili vertikalni i meñusobno paralelni, već su bili nagnuti prema simetrali. Stoga je skidanje stare


5

kobilice bilo vrlo teško. Poslije su sve rupe starih vijaka morale biti zatvorene dugačkim čepovima od mahagonijevine, a nove su rupe izbušene na odgovarajućim mjestima. Drveni su brodski trupovi uglavnom prilično otporni na opterećenja pri nasukavanju, zahvaljujući djelotvorno rasporeñenim strukturnim elementima u području spoja s kobilicom. Slika 4

Slika 4 prikazuje tipičnu konfiguraciju i opterećenja pri nasukavanju. Plosnata strukturna kobilica, vertikalna centralna greda i plosnata greda s gornje strane, tzv. pasmo ili hrptenica. Ta su tri konstruktivna elementa povezana tako da obuhvaćaju rebrenice i čine dosta krut uzdužni nosač, «I» poprečnog presjeka. Udari li brod jače o dno, nastaje veliko opterećenje na taj uzdužni nosač u području stražnjeg brida balastne kobilice, koji nastoji prodrijeti u trup. Opisana će drvena struktura apsorbirati dosta energije prije nego pukne pasmo. Kolika će biti opterećenja od nasukavanja teško je predvidjeti. Ipak, ABS u svojim pravilima za jahte daje procjenu pod jednostavnom pretpostavkom da sila udarca o dno djeluje paralelno uzdužnoj osi, prema krmi s hvatištem na prednjem donjem vrhu kobilice, vidi sliku 4. Za brodove duljine vodne linije preko 20 m, sila udarca, prema procjeni ABS-a, jednaka je trostrukoj težini broda. Ako je duljina vodne linije kraća od 10 m, sila udarca jednaka je jednoj i pol težini broda. Pukne li pasmo pri udarcu, relativno je lako dostupno i može se popraviti. Takva se nezgoda dogodila jednoj američkoj drvenoj regatnoj jahti, grañenoj u WEST sustavu, s ranije opisanom konfiguracijom strukturne kobilice. Jedrilica je udarila u koraljni greben na svom prvom putovanju, svega nekoliko dana prije zakazane prve regate. Udarac o dno izazvao je pucanje pasma iznad stražnjeg ruba balastne kobilice, dok drugih većih oštećenja nije bilo, pa je u brod prodrla samo manja količina vode. Popravljena je za tri dana i noći te je uspješno startala na regati. Ista konfiguracija konstruktivnih elemenata primijenjena je pri gradnji drvenog slupa od 10,7 m, u Novom Zelandu, prikazanom na slikama 5. i 6.


6

Središnja vertikalna gredakobilice

Pasmo ili hrptenica

Rebrenica

Pokrov dvodna

Balastna kobilica

Plosnata strukturna kobilica

Slika 5

Balast

Središnja vertikalna greda

Rebrenice

Pasmo

8 7 6 5 4 3

Slika 6 Poprečne su rebrenice od mahagonijeve šperploče a za donju plosnatu strukturnu kobilicu te centralnu vertikalnu gredu i pasmo bila je predviñena honduraška mahagonijevina, ali novozelandski su graditelji radije odabrali domaću četinjaču kauri drvo, kojeg smatraju najboljim brodograñevnim drvom na svijetu. Spojni vijci bijahu brončani, promjera 18 mm, čije su šipke na donjem dijelu savinute u «L» i ulivene u olovo. Na drvenim trupovima opisanih strukturnih konfiguracija, obavezno je da spojni vijci prolaze kroz rebrenice i pasmo, tako da stegnuti maticama objedinjuju te elemente i udarno opterećenje od nasukavanja s kobilice prenašaju na orebrenje. No poneki graditelji to zanemaruju, s fatalnim posljedicama. Jedan je lijepi drveni jedrenjak od gotovo 12 m, sagrañen tako da su spojni vijci balastne kobilice prolazili kroz strukturnu kobilicu


7

u praznim prostorima izmeñu rebrenica. Brod nije preživio niti prvo putovanje. Izgubio je balastnu kobilicu još u luci i prevrnuo se. Na trupovima od polimernih kompozita rebrenice se grade od zatvorenih profila ispunjenih laganom pjenom. Oplata od kompozita na donjoj plohi kobiličnog izdanka, obično je deblja nego drugdje na brodu, radi toga što se slojevi tkanina od staklenih vlakana lijevog i desnog boka na tom mjestu preklapaju. Sam je izdanak mnogo robusniji nego tanka oplata stakloplastičnih rebrenica ispunjenih pjenom. Stoga je praksa da se spojni vijci provedu kroz debelo dno kobiličnog izdanka trupa ali ne i kroz rebrenice, već dovoljno blizu, kako bi rebrenice prenašale opterećenje dalje na orebrenja. Kad bi vijci bili provučeni i kroz relativno nježne rebrenice, s vremenom bi popucala pjenasta ispuna, spoj bi se razlabavio, prodrla bi voda a popravak bi bio složen. Ponekad je potrebno vršiti neke naročite preinake na balastnim kobilicama. Tako je vlasnik regatne jedrilice s dubokom kobilicom zahtijevao ugradnju naročito profiliranog tijela na donjem bridu kobilice, kako bi se efikasnije eliminirali vrtlozi uslijed prestrujavanja vode preko brida pri jedrenju u orcu. Rekonstrukcija je zahtijevala skraćenje kobilice za 305 mm, kako bi po mjeri profilirano strujno tijelo dosjelo na hidrodinamički najpovoljnije mjesto. Novo je strujno tijelo prema svom stražnjem kraju postajalo postepeno plosnato poput dabrova repa. Tijelo je na staru kobilicu pričvršćeno s četiri brončana vijka promjera 18 mm, postavljena horizontalno, vidi sliku 7

zaobljenje odstakloplastike

šipke od silicijske bronces narezanim navojem na obje strane,podložnim plocicama i maticama

Linija rezanjaranije, dubljekobilice. Rezslijedi konturubulba

PRESJEK A-A

A A

CL

masa balasta4942 kg

Slika 7 Smična čvrstoća spojnih vijaka trebala je biti dovoljna da uz neki sigurnosni faktor, vijci opterećenjem na odrez nose strujno tijelo. Načelno, u konstrukcijama ne smije se dozvoliti da vijci budu opterećeni poprečnim ili smičnim silama (na odrez), već samo uzdužnim silama, a opterećenja u poprečnom smjeru mora preuzeti trenje meñu spajanim konstruktivnim elementima. Ovdje je taj zahtjev opravdan stoga što se pritezanjem vijaka ne povećava proporcionalno sila dodira kobilice i strujnog tijela, nego se i savija strujno tijelo. Stoga su spojni vijci deblji nego bi trebali biti da se težina strujnog tijela uravnotežava samo trenjem tijela i kobilice. Sljub novog tijela i kobilice ispunjen je kitom te su uvijeni vijci. Vlasnik je bio zadovoljan preinakom i tvrdi da brod ide brže i koji stupanj više u orcu.


8

Za ovakve preinake ABS ne daje pravila niti preporuke stoga se treba služiti dobrim općim načelima konstruiranja i iskustvom drugih. Pomične kobilice Danas egzistira mnogo različitih dizajna pomičnih protuzanosnih peraja s balastom ili bez, a svima je zajedničko da se u radni položaj postavljaju rotacijom ili translacijom. S trupom nisu u čvrstom spoju vijcima već klize u kliznim stazama ili se zakreću oko svornjaka. Ovdje će biti pokazano nekoliko projekata protuzanosnih peraja s balastom za veće regatne jedrilice. Iskustvo projektanta i tu je od presudne je važnosti, stoga što postoji vrlo malo uputa ili pravila. Njišuće kobilice, engl. Swinging keels ili Kanting keels, ugrañuju se zasad samo u jedrilice za prekooceanske regate s malobrojnom posadom. Kobilica je uzdužno postavljenim svornjakom povezana s trupom, tako da može izvoditi poprečne zakrete, dovodeći balast na dnu uvijek na privjetrinsku stranu i uravnotežavajući time znatan dio prekretnog momenta jedara. Osim težinom balasta, zaketnom momentu vjetra neke se konstrukcije, kako ćemo vidjeti, odupiru i hidrodinamičkim silama na krilu kobilice. Na slikama 8, 9 i 10

3,458 m D D

Slika 8

cijev 127 mm

oplata 12,7 mmunutrašnja cijev 89 mm

cijev 127 mm

oplata 6,35 mm

lim 13 mm

Presjek D-D

Slika 9


9

Cijevi 32 mm promjera, ulovene u balast Šipke 32 mm promjera s narezanim navojemna obje strane, matice, podložne plocice

Oplata zakrilca 6,5 mm

Profil peraje pri trupu

Osovina zakrilca

Cijev osovine zakrilca,89 mm promjera

Ukrepna 12,5 mm,širine 125 mm

Ukrepe 12,5 mm

Košuljica donjegležaja zaktilca

Slika 10 njišuća kobilica za jedrilicu Amazon, klase Open 60, sudionika regate samaca oko svijeta, 1998.-1999. Cijela je konstrukcija sagrañena od aluminijskih limova a na donjem je bridu pričvršćen olovni balast u formi strujnog tijela. Iza krila kobilice nalazi se pomično zakrilce kako bi se i hidrodinamičkim silama smanjio nagib jedrilice pri orcanju. Kobilica se «njiše» do 250 na svaku stranu, postižući tako značajni pomak balasta. Zakretanje se postiže dvama konrtadjelujućim hidrauličkim cilindrima s hvatištima na gornjem rubu pomičnog krila. Druge strane cilindara pričvršćene su o trup u području zgiba. Uzdužno postavljeni svornjak je od masivnog aluminija promjera 150 mm i elastično je ovješen o trup. Svornjak je dovoljno čvrst kako bi mogao izdržati težinu kobilice pri nagibu od 900 i opterećenje pri nasukavanju prema propisima ABS-a, s faktorom sigurnosti 2. Kako bi krilo kobilice bilo dostatno kruto i čvrsto, strujni je profil krila morao biti prilično širok, tj. male vitkosti. Konkretno, najveća širina profila iznosi čak 21% duljine profila, dok su uobičajene vrijednosti za fiksne kobilice oko 12% do 15% i niže. Ipak, krilo širokog profila imalo je i nekih prednosti. Znatni statički momenti tromosti i otpora poprečnog presjeka omogućili su da se kao gradivo koristi aluminijski lim debljine samo 12 mm. Takoñer, radi male vitkosti profila krila, pomično zakrilce pri najvećem zakretu zajedno s krilom čini strujni profil glatke strujnice na konveksnoj strani, kako pokazuje slika 9. Ta je ideja preuzeta od ranijih jedrilica s Američkog kupa i u projektu Amazon pokazala se dobrom. Vlasnik, ujedno i skiper, neposredno je prije starta regate 1998. god., pokazao pred regatnim odborom da i samo pomičući zakrilce na uspravnoj kobilici, može pouzdano kormilariti brodom, te je tako zadovoljio regatno pravilo o obveznom rezervnom kormilu za slučaj nužne. Treća je prednost male vitkosti profila krila to što unutrašnjost krila krije znatan volumen raspoloživ za razne tekuće terete. Gotovo cijela tona goriva stala je u krilo Amazona, dovoljno za pogon generatora, kuhanje i grijanje na putu koliko je dva puta oko svijeta. Taj je vrijedni teret svojim niskim težištem još i poboljšao stabilitet Amazona. Četvrta prednost je, tvrde američki autori, što u uvjetima turbulentne oceanske plovidbe, unatoč većem otporu forme, zdepasto krilo pri zakretanju zakrilca duže zadržava pravilno strujanje, a time i uzgon, nego bi to činilo vitkije krilo. Balastno strujno tijelo ili bulb zajedno s krilom, u projektu Amazon čine «L» konfiguraciju. Nos bulba je poravnat s prednjim bridom krila, a stražnji dio dopire daleko iza krila pa sliče slovu L za razliku od «T» konfiguracije, takoñer česte kod njišućih krila, gdje je prednji dio bulba ispred


10

napadnog brida krila. Tlocrt bulba tipičan je za mnoge projekte američkog projektanta [1], kojeg on naziva kombinacijom dabrova i lastavičjeg repa. Tvrdi da je otpor takvog strujnog tijela malen a karakterističan izgled stražnjeg kraja pomaže da se otplave štetni vrtlozi ispod donjeg ruba kobilice. Pričvršćenje olovnog bulba za aluminijsku strukturu krila, ostvareno je na Amazonu horizontalnim vijcima. Donji rub krila prodire značajno u bulb, pa pet vijaka prolazi kroz olovo i aluminijsko krilo. Broj i veličina spojnih vijaka od nehrñajućeg čelika odabrani su tako da i opterećeni na smik mogu izdržati teret bulba s nekim faktorom sigurnosti. Gradnja jedrilice Amazon primjer je kako se dobar projekt može pokvariti neprikladnim i nepotrebnim promjenama tijekom gradnje. Graditelj je vlasniku predložio da umjesto projektom predviñenim horizontalnim vijcima, spoj bulba i krila izvede okomitim vijcima ulivenim u bulb i uvijenim u donju plohu kojom je zatvoren profil krila. Privučen uvjerljivom retorikom graditelja, vlasnik je pristao. Stoga je olovom ispunjen prostor prodora krila u bulb, koji je tako postao oko tonu teži, što je narušilo osjetljivu ravnotežu regatne jedrilice. Uvidjevši grešku graditelj je pokušao smanjiti težinu bulba režući krajeve pilom. Poslije ravnanja i kitanja bulb je bio donekle prihvatljiv ali je učvršćenje i dalje bilo nesigurno. Prije starta regate vlasnik je ipak zamijenio bulb novim, grañenim i spajanim prema projektu i uspješno startao. Vertikalno podizne kobilice Jedrilica Bagatelle, duljine 13,4 m, grañene je od drva lijepljenog epoksidnom smolom, a njena balastna kobilica takoñer je drvena i obložena tkaninom od ugljikovih vlakana. Na donjem je rubu pričvršćen olovni bulb. Vitkost poprečnog presjeka krila je 10%, a profil presjeka je simetričan, aerodinamički oblikovan, minimalnog otpora, slika 11

Presjek pomicne peraje iznad strukturne kobilice trupa, unutar kucišta. Peraja jelijepljena epoksidnim ljepilom od letvica jelovine i presvucena slojem epoksidnomsmolom natopljene ugljikove tkanine.

838 mm

83 mm

Kompozitni profil zalijepljen za drvenu jezgru iobavijen površinskim slojem tkanine od ugljicnihvlakana.

Presjek u sredini raspona peraje

Presjek u podrucju balastnog bulba

Armatura zavarena od limova nehrdajuceg celika,ulijepljena u drvenu jezgru, za prihvat balastnog bulba Slika 11

Toliko tanak presjek krila nije bio dovoljan za postizanje potrebne čvrstoće i krutosti, stoga je preko jezgre od lijepljenih drvenih letava prevučen podeblji sloj tkanina od ugljikovih vlakana laminiranih epoksidnom smolom. Pri dimenzioniranju i računanju opterećenja i naprezanja, balastna je kobilica modelirana kao upeta greda s balastom na vrhu, što i pravila ABS-a zahtijevaju. Račun je pokazao da je potrebna


11

debljina ugljične obloge 8 mm. Spoj olovnog bulba i krila izveden je pomoću posebne armature od nehrñajućeg čelika, unutar drvene jezgre. Tako konstruirana podizna kobilica umetnuta u kućište od staklenom tkaninom obložene balzove jezgre. Kućište se, radi svoje znatne duljine, proteže od plosnate strukturne kobilice do krova kabine. Kobilica je pri jedrenju u poprečnom smjeru uvijek oslonjena u dvije točke, i to na svom vrhu i na izlazu iz trupa, u području strukturne kobilice. Što je više podignuta, točke oslonci su na većoj udaljenosti pa su i reakcije manje. U spuštenom, radnom položaju, pri jedrenju u orcu, gornji je oslonac u visini brodskog štednjaka a donji na dnu trupa, stoga su ta mjesta unutar kućišta ojačana. Čelično uže za podizanje pričvršćeno je za krilo iznad težišta kobilice tako da se ona podiže i spušta ravno bez zapinjanja. Udarac o dno pri nasukavanju mogao bi ozbiljno oštetiti kućište ili samu kobilicu. Zato je duljina profila kućišta veća od duljine profila krila. U prazni su prostor postavljeni odbojnici od deformabilnog materijala o koje se nasloni krilo pri nasukavanju te ih deformira. Odbornici će apsorbirati odreñenu energiju sudara prije nego krilo ošteti sebe ili kućište. Nehotično nasukavanje tijekom prvih plovidbi potvrdilo je te pretpostavke. Potrebno je bilo samo zamijeniti zgnječene odbojnike. Kormila Kormilo je najvažniji privjesak brodskog korita. Čak i jedrilica donekle može jedriti bez protuzanosne peraje, ali bez kormila na moru brod je bespomoćan. Stoga je razumljivo nastojanje konstruktora da kormilo bude prije svega pouzdano. Pored toga, opterećenja kojima je izloženo kormilo složenija su nego opterećenja kobilice, obzirom da se moraju oduprijeti savijanju i uvijanu pa je i njihovo dimenzioniranje kompliciranije. Ako je kormilo ovješeno o skeg, zadatak je još kompleksniji pošto skeg preuzima dio opterećenja kormila. Ali upravo zbog toga skeg je dragocjeni dio strukture kormila i važan faktor pouzdanosti broda. Na slikama 12 i 13

KVL

Skeg

Traka od nehrdajucegcelika

Lagana pjena ispunjavakormilo

Osovina kormila

Peta kormila, nosidonji štenac

Celicne trake zavarene zaosovinu kormila

Slike 12


12

Skeg lijepljenod drvenihlamela

ListIspuna odcvrste pjene

Zavarenecelicne trake

Stakloplasticnaobloga

Osovina

Slika 13 je kormilo američke jahte Corroboree. Graña lista kormila karakteristična je za polimerni kompozit kao gradivo. Oplata lista laminirana je od slojeva stakloplastike, unutra je pjenasta ispuna a osovina je od nehrñajućeg čelika. Gornji dio osovine većeg je promjera, to je cijev navučena i zavarena na donji uži dio, koji se oslanja na donji ležaj kormila ili donji štenac, na skegu. Čelične trake navarene su u parovima, tangencijalno s obje strane dijela osovine koji se nalazi unutar lista, meñusobno zavarenih suprotnih vrhova, čineći tako statički krutu figuru kako vi prenijeli opterećenje s lista na osovinu.

Foto 2


13

Foto3

Foto 4


14

Foto 5

Foto 6


15

Skeg je drven, lijepljen epoksidnim ljepilom od mnogo tankih lamela, savijenih u smjeru rasprostiranja glavnih naprezanja. Gornji je dio skega uklopljen znatnom duljinom u drvenu strukturnu kobilicu. Drveni skeg poput konzole nosi kormilo cijelom njegovom visinom, stoga su radi povećanja njegove krutosti dodate još dvije trake čelika po cijeloj visini, poprečnog presjeka 50 mm x 3 mm. Trake su «ukopane» u drvno tkivo i pričvršćene vijcima kroz skeg. Na donjem kraju vijci prolaze i kroz brončani okov koji nosi donji štenac. Kormilo sportske jedrilice Bagatelle primjer je jedne krajnosti u projektiranju kormila, slike 14, 15 i 16.

PresjeciPogledsprijeda

Profil

Laminat odugljikovihvlakana

Laganapjenastaispuna

Kompozitnikružniodsjecci

Celicnaobloga

Cijevosovinekormila skompozitnomležajnomoblogom nadonjem igornjemkraju

Kompozitnaosovinakormilaispunjenapjenom

Detalj "A"

Detalj "B"

A

B

Kompozitnikružniodsjecci

Celicnaobloga

Kompozitnaosovinakormilaispunjenapjenom

Vertikalnagrednakobilica

Plosnatakobilica

Pasmo

KVL

Slike 14 i 15

Ispuna od cvrstepjene, gustoce oko 80kg/m3

Oplata lista,laminirana tkaninaod ugljicnih vlakana

Završetak profila,deblji komadkompozita

Osovina kormila,promjenjivogtrapezoidnog presjeka

Slika 16


16

To je hidrodinamički vrlo učinkovito kormilo ali krajnje osjetljivo na udarac odozdo, jer vitki i tanki list ničim nije zaštićen. Kormilo je napravljeno u potpunosti od polimernih kompozita s ugljikovim vlaknima. Čak je i osovina od istog materijala. Rezultat je odlična učinkovitost upravljanja, mala povratna sila na rudu i preciznost izvoñenja manevara. Kormilo ranije spominjane jahte Amazon još je jedna krajnost, rijetko susretana na moru, slike 17 i 18.

3,695

Peraje kormila

Okretljivi cilindri

KVL

Prorezi u cilindrima zaumetanje kormila

1,80

1,895

Ojacanje središnjeg dijelaprofila s rupama za klinove

Konstantni presjek

Os zakreta

Slike 17 i 18 Amazon ima dva kormila radi bolje učinkovitosti kormilarenja pri jedrenju u orcu. Listovi su tako postavljeni da zavjetrinsko kormilo pri nagibu doñe u okomiti položaj a privjetrinsko se čak može i izvaditi. Stoga su listovi u ovoj konstrukciji umetnuti u procjepe u sredini naročitih okretnih bubnjeva. Kormilari se jednakim zakretanjem oba bubnja, slika 19. Listovi kormila nemaju osovine već samo unutrašnje ojačanje od ugljikovih vlakana duž lista, na mjestu gdje je hidrodinamički profil najširi. Na gornjem dijelu ojačanja, pet je rupa razmaknutih po 300 mm, kroz koje se provlači klin iz bubnja i tako fiksira list na željenoj visini. Unutrašnje je ojačanje bilo znatno jednostavnije napraviti nego osovinu kormila, stoga što je poprečni presjek ojačanja mogao biti četvrtast budući da je na najvećoj je širini profila. Osi bubnjeva nagnute su prema sredini, koliko je to diktirao kut «V» rebra. Pri dugačkim etapama u orcu, posada kormilari samo zavjetrinskim kormilom, koje radi u mirnoj vodi izvan hidrodinamičkog slijeda kobilice. Veličina listova je znatna. Visina 3,7 m i 0,6 m duljina profila. Masa svakog lista, zahvaljujući polimerno kompozitnoj grañi s ugljikovim vlaknima, samo je šezdesetak kilograma. Gotovo je nemoguće osigurati kakvu takvu žilavost ovog ipak delikatnog kormilarskog sustava u slučaju udara o dno. Zato je primijenjena suprotna filozofija. Udari li brod kormilom o dno, neka list pukne i otpadne. Spoj okretnih bubnjeva je vodotijesan pa plovnost broda tada ne bi smjela biti ugrožena. Umjesto otpalog lista može se postaviti rezervni ili kormilariti jednim do prve luke. Upravo se takva nezgoda dogodila jedrilici Amazon. Jedan je list otpao, ali je Amazon mogao nastavio put kormilareći drugim.


17

Spomenimo na kraju i jedno kormilo velike očekivane žilavosti pri nasukavanju i dakako znatno manje hidrodinamičke učinkovitosti. Pripada tipskoj jahti «11 ms» iz kataloga njemačkog konstruktora Kurta Reinkea.

Foto 7

Foto 8 Jahta je grañena od aluminija pa su od tog materijala i dijelovi strukture kormila. List kormila potpuno je zaštićen produženom kobilicom i naročitim skegom koji se od produžene kobilice proteže do donjeg štenca. Tekst i crteži prema izvorniku u [1]


18

Literatura: [1] Eric W. Sponberg: «Kobilice i kormila: konstrukcija i dimenzioniranje», Professional BoatBuilder, kolovoz/rujan 2005, str. 72.- 95. Potpisi slika: 1. bez potpisa 2. bez potpisa 3. Nova balastna kobilica za Zanabe, stari drveni slup od 22 metra duljine. Šipke od nehrñajućeg čelika s narezanim navojem savinute su u formi slova U. Zatim je na šipke odozdo i po sredini zavareno još nekoliko horizontalno postavljenih šipaka. Tako formiran kavez postavljen je na svoje mjesto u kalupu. 4. Na ovoj ilustraciji prikazana je strukturna kobilica od tri elementa prema Gougeon Brothers on Boat Construction: plosnate grede, vertikalne središnje grede i hrptenice ili pasma. Udarac o dno pri nasukavanju izazvat će uglavnom samo puknuće pasma, u području stražnjeg brida balastne kobilice. Mjesto oštećenja je pristupačno i popravak ne bi trebao biti složen. 5. i 6. Poprečni presjek i profil kobilice jahte Corroboree, konstruirane prema koncepciji braće Gougeon. 7. Preinaka balastne kobilice jedrilice Magic. Na skraćenu kobilicu vijcima je pričvršćeno balastno strujno tijelo, sa stražnje strane u formi dabrova repa. Tako je smanjeno štetno prestrujavanje ispod donjeg ruba. 8. Njišuća kobilica za jedrilicu klase Open 60, Amazon. Sili teži od u stranu pomaknutog balasta dodana je hidrodinamička sila proizvedena pomoću zakrilca kojim se aktivno upravlja. Da bi se uravnotežio moment jedara potreban je stoga znatno manji nagib jedrilice. 9. Neobično zdepast profil njišuće kobilice Amazona. Ipak, jedna od prednosti vidljiva je na slici. Krajnji položaj zakrilca čini gornju plohu složenog profila glatkom, što ima povoljne efekte na generiranje dinamičkog uzgona. 10. Profil peraje i balastnog bulba Amazona. Bulb u formi dabrova repa pričvršćen je s pet vijaka obostrano narezanog navoja s maticama. 11. Pomična peraja s balastom jedrilice Bagatelle, duljine 13,4 m. Poput peraje i trup plovila napravljen je lijepljenjem slojeva furnira na kalupu. Tri presjeka pokazuju lijepljenu drvenu strukturu, obloženu tkaninom od ugljikovih vlakana. Na donjem dijelu u drvenu jezgru ulijepljen je čelični nosač balasta. Spoj balasta i nosača izveden je lijevanjem olova u kalup u koji je umetnut čelični nosač. 12. i 13. Klasična konstrukcija kormila jahte Corroboree od polimernog kompozita. Unutra je ispuna od tvrde pjene. Osovina je čelična s zavarenim trakama lima kako bi se što većom površinom prenašala sila s pjene na osovinu. Presjek kormila i ovjes kormila o skeg jahte Corroboree. 14. i 15. Kormilo jedrilice Bagatelle. Hidrodinamički vrlo učinkovito ali osjetljivo na udarac. Cijelo je kormilo, uključujući osovinu, od polimernih kompozita s ugljikovim vlaknima.


19

Poprečni presjeci osovine različitih su formi ovisno širini profila na mjestu osovine. Kod ležajeva trapezoidnom presjeku dodani su umetci kako bi se dobio okrugli presjek. 16. Strujni presjek lista kormila jahte Bagatelle. 17. i 18. Kormilo jedrilice Amazon. Dva se kormila nalaze u naročitim okretnim bubnjevima. Položaj im se može podesiti po visini tako da se kormilo kroz odabranu rupu zaklini u bubanj. Bubnjevi se zakreću u naročitim brtvljenim kružnim stazama. Privjetrinsko se kormilo na dugačkim etapama oštro u vjetar, može i izvaditi. Fotografija 1. Kobilica jedrilice Elan 33, Runaway Croatia, koja je 1993. sudjelovala s velikim uspjehom na transatlantskoj regati povodom proslave 500 godina Kolumbova otkrića, skiper Tihomir Predović. Svijetloplave boje je olovni balast a bijeli je trup i izdanak o kojeg je pričvršćen balastni dio. Fotografija 2. Kormilo u produžetku kobilice. Pouzdano mada ne osobito učinkovito rješenje. Fotografija 3. Kormilo odvojeno od kobilice ali podržano skegom u punoj visini. Još uvijek pouzdana konstrukcija a kormilarenje je učinkovitije. Fotografija 4. Još jedna klasična konstrukcija, ovdje je materijal trupa i kormila čelični lim. Fotografija 5. Dobro kompromisno rješenje, često korišteno. Skeg zahvaća trećinu visine ostatak je nepoduprt. Znatno učinkovitije kormilarenje, pouzdanost nešto slabija. Slično rješenje danas je najčešće i u tzv. «velikoj brodogradnji» Fotografija 6. Hidrodinamički vrlo učinkovito kormilo, skega nema, osjetljivo na udarce, svu silu odmah preuzima osovina. Pouzdanost smanjena. Fotografija 7. i 8. Zanimljivo i neobično rješenje njemačkog konstruktora Kurta Reinkea. Protuzanosne i balastne peraje su dvije, na uzvojima i na njih se brodica oslanja na suhom vezu. Od sredine prema krmi proteže se sandučasto strujno tijelo, najprije široko a prema kraju se sužava da bi pred kormilom završilo «na nož». Kormilo mora biti dostatne duljine stoga je na kraju strujnog tijela pridodat voluminozni nosač donjeg štenca kormila. List kormila je jednostavne aluminijske konstrukcije. Strujno tijelo je znatne istisnine te generira vlastite valove, koji zbrojeni s valovima trupa, čine, prema tvrdnji konstruktora, povoljniju valnu sliku (manja valna visina i stoga manji otpor valova), nego je valna slika samog trupa.

kobilice i kormila mala brodogradnja

Documents