Műszaki Élet, 1966. július-december (21. évfolyam, 14-26. szám)
1966-07-14 / 14. szám
XXI. ÉVFOLYAM, 14. SZÁM ÁRA: 2.50 FT 1966. JÚLIUS 14. A vitorlás vízi járművek gazdasági jelentőségéről ma már alig lehet beszélni. Érdekes viszont, hogy a gazdasági hanyatlás ellenére műszaki téren milyen jelentős a fejlődés a vitorlások építésében. A jachtsporté az érdem, hogy a korszerű vitorlás konstrukciók ma már tudományos alapon, magasabb szintű matematikai apparátus segítségével születnek meg. A hajótervezők negyven év előtt kezdték először alkalmazni az aerodinamika eredményeit, és mindinkább az derült ki, hogy a vitorlássport teljesítményéhez is legalább annyi elméleti ismeret szükséges, mint amennyi jó hajózási készség. Nézzünk kissé mélyebbre. A vitorlázás alapjában véve komplexebb műszaki probléma, mint a hangsebesség alatti repülés, vagy a mechanikus úton hajtott hajó mozgása. Nemcsak a sebességben van eltérés, hanem a vitorlás jármű másfajta viselkedésében, a szélhez, a vízhez viszonyított különböző és változatos helyzete miatt. A hajó különböző mértékben dőlhet, a szél a hátszéltől az ellenszélig minden irányból fújhat; ez az oka, hogy a haladó hajótest időben változó, de egyidejűleg különböző aerodinamikai viszonyok közé kerül. A gép hajtotta hajót általában valamilyen számított gazdaságos, optimális teljesítményre tervezik. A vitorláshajó tervezőjének törekvése ezzel nem ellenkezik, de nehezen képzelhető el olyan vitorlás, amellyel minden irányú és erősségű szélben a legjobb eredmény volna elérhető. A hajótest különböző formái a vitorlázat sok lehetséges variánsával együtt oly sok bonyolult egymásrahatás kiváltói, hogy egyértelműen jó megoldást nem is lehet találni. A jó vitorláshajó tervezése igen nehéz. Nem arról van szó, hogy a konstruktőr ne tudná az ideális formát megtalálni, de eleve nehéz eldönteni, hogy az adott célra mit tekintsen mértékadónak. Ha összevetjük azt az esetet, amikor a géphajó tervezője például a gazdaságos utazósebességet veszi alapul — az „America Cup” nevű tengeri vitorlásversenyre tervező mérnöknek a feladatával — a különbség szembetűnő. A sok éven át jegyzett meteorológiai adatok szerint a kérdéses versenyszakaszon, jellemző szélirány mellett a szélerősség 12 csomó szokott lenni és ime, az egyik legutóbbi verseny során mindössze 8,5 csomót mértek. Ez csupán egy példa arra, hogy a helyzet előre való megítélésébe milyen hibák csúszhatnak. A mechanika törvényeiből A továbbiak érdekében ismételjünk egy keveset a mechanikából. Az aerodinamika és hidrodinamika arra tanít, hogy a kérdéses közegben mozgó lemezszerű, speciális szelvényű testek a haladás irányával szögbe állítva, a szög nagyságától és a profil alakjától függően több-kevesebb erőt termelnek. Ez az erő a profilhoz kötött rendszert, hajót vagy repülőgépet a haladás irányához képest haránt irányba igyekszik mozgatni. A szél vagy a víz áramlás irányára merőleges erőt felhajtó erőnek, az áramlás irányába esőt pedig ellenállásnak nevezve el, kiderül, hogy ezek nagysága a mozgás sebességétől, a közeg sűrűségétől, a lemezszerű profilos test felületének (vitorla, vagy uszony) legnagyobb vetületétől függ. Ehhez még bizonyos szorzó tényezők járulnak. P c-f vF A képletben * a közeg sűrűségét, v a haladás sebességét jelenti, F-fel az említett felületet jelezzük. A c tényező pedig az a állásszög függvénye lesz. Az 1. ábra bal felén, áramlásba helyezett — jó közelítéssel — tőkesúlynak felfogható szimmetrikus szelvény, a jobb oldalán pedig egy, a vitorlánál megfelelő görbített profil látható. Az előbb már említet eredő erőt felbonthatjuk a profilos lemez vetületi síkjára merőleges és azzal párhuzamos összetevőkre is. Eszerint mindaddig, amíg a képen is látt módon bizonyos szögállás mellett az áramvonalak örvényli mozgás közepette el nem szakadnak, az eredő erő a szöggel egyenes arányban növekszik, majd egy szögálláson ts rohamosan csökken. Ez az, ami a repülők és a vitorlázók átesésnek neveznek. Ezek előrebocsátása után kell a vitorláshajóval közelebbről megismerkedni. A modern sporthajó úgy tekinthető, mint egy olyan mozgó rendszer, amelynek lemezszerű, profilos szelvényű, levegőben levő részét, a vitorlát a hajótest köti össze egy a vízbe merülő profilos testtel, a tőkesúllyal, vagy az uszonnyal. A hajótest maga — bármilyen furcsának tűnik ez — a vitorlázás szempontjából csupán szükséges rossznak tekinthető. Alapvetően csak az úszást és a stabilitást biztosítja és képessé teszi a vitorlát, hogy a tőkesúllyal együtt a vitorlázást szolgálja. Ettől a funkciótól eltekintve, nem egyéb, mint kellemetlen ellenállás-forrás. A konstruktőr ezért arra törekszik, hogy a hajótest alakjával, felületi minőségével az ellenállást a minimumra csökkentse. Ebben a tekintetben célja a motoros hajtású hajók tervezőjével egyezik, mégis nehezebb a dolga, mert számolnia kell azzal a bonyolult kölcsönhatással, amit a vitorlázat, a hajótest, a tőkesúly egymásra gyakorol. Itt mutatkoznak meg a hajóépítés tudományának fogyatékosságai. A hajótest mozgásakor keletkező ellenállást nem tudjuk egzakt módon kiszámítani, noha a folyadékban mozgó különböző érdeslégű és minőségű felületek fajlagos súrlódási ellenállását jól ismerjük, ami az uszony vagy tőkesúly mozgását — hullámmentes vizet feltételezve — elvileg módot adna ellenállásszámításra. A tőkesúlyt és uszonyt önmagában mint lemezszerű testet fogva fel, a számítást el lehetne végezni, de az úszótest által befolyásolt viszonyok miatt nem lehetséges az ellenállás pontos, számszerű értékelése. Marad a kísérletezés. A valóságos energetikai viszonyokra a hajótest kicsinyített modelljének különleges célt szolgáló csatornában való megfelelő vontatása alkalmával végzett mérések adnak felvilágosítást. Modell-kísértetek A modellen vontatáskor be lehet állítani a legkülönbözőbb sebességeket és irányeltérítési szögeket, dőléseket. (3. ábra) Egy-egy adott hajótest formára ily módon meg lehet állapítani a hidrodinamikus tulajdonságokat. A modell vontatószerkezetébe beépített dinamométerrel a testre ható erők arányosan meghatározhatók. A bonyolult modellszabály és a speciális átszámítási módszerek persze mégis sok bizonytalanságot visznek a nyers adatokba. Minden gondosság ellenére előfordulhat, hogy a valóságban a teljes léptékű hajó teljesítménye vitorlázás közben elmarad a várt eredménytől. Mi játszódik le valójában a szél ereje által hajtott vízijárművön? Vegyük a 4. ábra példáját alapul. A szél az irányú szög alatt elölről fúj a haladás irányához viszonyítva, és a szög alatt a nagyvitorla állásához képest. A vitorlán ébredő erőt a hajó haladási és az arra merőleges irányú összetevőre bontva kiderül, hogy a haladást gátló ellenállások legyőzésére lényegesen kisebb erő jut, mint az az erő, amely a hajót kereszt irányba igyekszik elmozdítani. Amit eddig mondottunk, az a víz felett játszódik le, a vitorlák vonatkozásában. Lássuk, hogy ugyanekkor mi történik a vízben? Azért, hogy a tőkesúly, vagy az uszony a vitorlán ébredő erő harántirányú komponensét ellensúlyozza, ellenirányú erőt kell kifejtenie, így is történik, éspedig azáltal, hogy a hajó hossztengelye a vízáramlás irányához, vagyis a haladáshoz képest a szög alatt áll. Kialakul az egyensúlyi helyzet, de sajnos, ez az utóbbi szögállás a vízben azt eredményezi, hogy az így keltett ellenállás a hajó sebességét csökkenteni igyekszik. Éppen ezért arra kell törekedni, hogy ez a szög minél kisebb legyen, azaz a vitorla által okozott oldaleltolást viszonylag nem túl ferdén álló, tehát nem nagy ellenállású tőkesúly, vagy uszony ellensúlyozza. Ezt úgy is mondhatnánk: kis ellenállás és minél jobb iránytartás. Az 5. ábra jól kialakított hajómodellt mutat. A hidrodinamikus forma, a test és a tőkesúly lehetőleg kis eredő ellenállást adó átmenete jól látszik. A következő lépés az lenne, hogy olyan vitorlát találjunk, amely minél kisebb ellenállás mellett minél nagyobb előre hajtó erőt szolgáltat. A hajótest alakjának modellkísérletekkel való kialakításánál nehezebb a vitorlákat modell útján megtervezni. A vitorla nem merev test, ezért alakját lemezből elkészítve és aerodinamikai kísérletekre szolgáló szélcsatornában megfúvatva nem nyerhetünk elég pontos, és a konstruktőr számára közvetlenül használható adatokat. Bár a léptékhelyes kismintákkal való kísérlet eredménye csak közelítő számítá (Folytatás a 12. oldalon) 1. Mwa 3. ábra A magnetofongyártás problémái Az ipar és a külkereskedelem közös érdekeltsége A nehézipar problémája: a víz Irányítás , előrelátás Autóvezetők számítógépes vizsgálata