Danas je foilanje popularnije nego ikad
BN 246Pri plovidbi velikim brzinama, otpor i pomorstvenost postaju veliki problemi na svakom plovilu, posebno na jednotrupcima koji moraju savladati svih 6 stupnja slobode kretanja dok pokušavaju savladati valove, a pritom održavanje strukture u jednom komadu predstavlja veliki izazov
Izdizanje trupa iznad površine vode ne samo da smanjuje otpor, već može pomoći u smanjenju strukturalnih rizika i olakšati rukovanje plovilom pri većim brzinama no sve ima svoju cijenu. Plovidba na hidrokrilu nosi i mnoge probleme i ograničenja. Visoki troškovi održavanja i osjetljivost krila, povećan gaz, potrebna je veća porivna saga za izdizanje plovila samo da bi se započelo glisiranje na hidrokrilu, potecijalno veća opasnost od sudara s podvodnim objektima i posljedični nagli gubitak stabilnosti samo su neki od nedostataka koji prate plovila potpomognuta hidrokrilima.
Zahvalu za razvoj hidrokrilnih plovila kao što to često biva, možemo naći u razvoju novih materijala i tehnika gradnje, kao i mehaničkim, softverskim i hardverskim rješenjima za stabilizaciju letenja. Težina i snaga su u središtu problema, a ugljična vlakna su tu ponovno odigrala veliku ulogu. Generalno, manja težina znači da je potrebna manja vertikalna sila, što znači male upadne kutove i manji otpor. Odavde je lako vidjeti kako su moderni materijali i dramatično smanjenje ukupne težine modernih plovila pomogli da takva plovila više budu izvediva. Doveden do ekstrema, moderni „Moljac" sveukupno teži otprilike oko 35 kg, što je manje od polovice težine njegovog člana posade, a jedrilica postiže brzinu otprilike 2.5 puta veću brzinu od vjetra. Ali teorija ne funkcionira za sva lagana i čvrsta plovila; ipak postoji granica.
Iako se čini da foilanje znatno smanjuje otpor i samo stvaranje valova, akcije bez reakcije nema. Izdizanje plovila i otpor idu ruku pod ruku, a ono što se događa ispod površine ponekad može izbrisati sve prednosti iznad. Na primjer, velikim povećanjem upadnog kuta krila može se stvoriti uzdizanje plovila, ali s druge strane komponenta otpora drastično nam se povećava. Samo zato što letite ne znači da ste odjednom učinkovitiji ili brži. Kao i u životu, sve je stvar balansa i prioriteta.
Da biste to testirali, dok se vozite probajte stavite ruku vodoravno izvan prozora automobila dok se krećete brzinom većom od 50 km/h i postupno je rotirajte oko osi zgloba. U početku, uz mali napadni kut, vaša će se ruka htjeti podići, ali kako dalje okrećete dlan, sila koja Vas povlači unatrag značajno će se povećati.
Jedno od prvih pitanja s kojim se susrećemo u dizajnu plovila potpomognuta krilima je: kolika nam je površina krila potrebna da podignemo plovilo iz vode. Ta varijabla nam se mijenja ovisno o brzini: što se brže krećete kroz fluid, manje vam je površine potrebno. Rani dizajn krila prošlog stoljeća bazirao se na dizajnu ljestvastog oblika te su se tadašnja plovila izdizala iz vode kako se povećavala brzina te se posljedično smanjivao broj uronjenih parova krila po visini. Kao glavni nedostatak takvih plovila je bio prevelik otpor trupa i konstrukcije pri manjim brzinama, a kasnije se kod takvih plovila povećavao i sam otpor zraka uslijed strujanja. Od bitnih nedostataka koncepta svakako je problem predstavljala težina i zahtjevnost konstrukcije, poteškoće u savršenom pozicioniranju različitih ravnina krila, te problemi pri pristajanju i sudari s objektima u moru, konopima, itd.
Djelomično uronjena krila
Daljnjim razvojem dolazimo do konfiguracije krila s djelomično uronjenim krilima gdje su krila nagnuta u odnosu na simetralu trupa tj. sa zgibovima koji čine oblik slova V ili kod više trupnih formi, krila su pozicionirana da izlaze iz trupova najčešće oko 45°. Kako plovilo ubrzava, krila stvaraju više uzgona izdižući trup iz vode i smanjujući površinu uronjenog dijela krila dok se ne postigne ravnoteža. Sile uzdizanja koje djeluju na krila su manje od deplasmana plovila pa su krila uronjena većinu vremena za vrijeme plovidbe. Plovilo kod takvog sustava krila „automatski" pronalazi vlastitu visinu vožnje te sam oblik krila djeluje stabilizirajuće na plovilo. Konfiguracija funkcionira na sličan način kao s kobilicom kod jedrilica. Kako se plovilo naginje na jednu stranu, više krila je uronjeno na zavjetrinu, a manje prema vjetru, što pomaže stabilizirati plovilo tj. događa se stabilizirajući moment. Ova inherentna stabilnost čini konfiguraciju djelomično uronjenih krila popularnom. Od bitnih nedostataka možemo nabrojiti to što se centar uzgona krila pomiče s visinom urona krila što uslijed težih stanja mora i vjetra može izbaciti plovilo iz ravnoteže. Isto tako kod višetrupnih formi krila izlaze nisko iz trupa pod kutem blizu vodene linije te na tim mjestima potencijalno dolazi do ventilacije duž krila što nam predstavlja nepoželjni efekt kod izdizanja i samog smanjena uzgona. Taj koncept pomalo je pao u zaborav 80 tih godina prošlog stoljeća.
Potpuno uronjena krila
Početak probijanja krila u našem dobu dugujemo tada eksperimentalnoj klasi „Moth". Početkom stoljeća klasa Moljac započinje svoj stabilni i stalni let iznad površine mora te čime predstavlja novije doba razvoja hidrokrila. Da bi se postigao stabilni let, popularni oblik tkz. „T" krila ima pokretne elementne na svom stražnjem dijelu prednjih krila poput zakrilaca na zrakoplovnim krilima. U slučaju klase Moljac jedrilica, regulacija visine mehanički je povezana sa kompenzatorom za regulaciju visine vožnje koji funkcionira putem šuljača koje se kreću po površini vode, te nam najavljuje val ili dol koji treba savladati. Što se više trup kreće blizini površine vode, to je upadni kut krila veći, stvarajući ujedno više uzgona. Ali kako brod ubrzava, i dizanje iznad površine se povećava, a tada zakrilce zauzimaju manji upadni kut smanjujući podizanje.
Osim poteškoće praćenja morske površine u velikim valovima i u više osi kretanja plovila, problem većine jedrilica, posebice s tzv. prividnom kobilicom, je i to što ova konfiguracija ne pruža nikakvu stabilnost nasuprot plovilu. Moljac ostaje uspravan jer njegova posada jedri niz vjetar u smjeru komponente poriva. Isto vrijedi i za druge gumenjake i katamarane koje koriste težinu posade za stabilizaciju plovila. Na jednotrupnim plovilima teško je i komplicirano napraviti stabilnu mehaničku konfiguraciju kompenzatora. Uz sve to posada mora biti uigrana i vješta jer s brzinom dolazi i opasnost za posadu.
Iz tog razloga se često kod dizajna plovila kombiniraju različiti tipovi krila i njihove prednosti. Jedan takav model klase „Moth" napravila je ekipa iz FESB Hydro Team-a koja okupljanja mlade i ambiciozne studenata brodogradnje te asistente s Fakulteta elektrotehnike, strojarstva i brodogradnje u Splitu. Prošle godine samostalno su radili na razvoju i izgradnji jedrilice koja se nalazi u finalnoj fazi testiranja. Hvalevrijedan projekt pozitivan je primjer je da se u suradnji s tvrtkom za proizvodnju kalupa, podrškom fakulteta i profesorima te osobljem, uz malo volje može stvarno puno toga napraviti. Više o projektu možete saznati na http://hydroteam.fesb.unist.hr/.
U slijedećem broju donosimo Vam novosti koje su vezane uz razvoj hibridnih oblika krila u kojem svi ne žele letjeti visoko iznad površine vode. Posljednjih 10 godina došlo je do velikog razvoja krila složenih oblika poput ‘C’ oblika, do ‘L’ ili ‘J’ i ‘S’ oblika, a sada i ‘S’ krila s winglet krilcima. Općenito govoreći, ovi tipovi krila se manje bave problemom stabilnog letenja, a više ravnotežom između generiranja bočnog podizanja tako da plovilo gura uz vjetar i vertikalnog podizanja za smanjenje oplakivane površine.
...
