Műszaki Élet, 1959. július-december (14. évfolyam, 14-26. szám)
1959-07-09 / 14. szám
A MŰSZAKI ÉS TERMÉSZETTUDOMÁNYI EGYESÜLETEK SZÖVETSÉGE LAPJA Több figyelmet érdemelne a vízgépgyártás — A barométer, a szerszámgépipar Megoldható problémák: műszeripar — Új mezőgazdasági gépek A mindenevő Diesel-mozdony — Az aktinida elmélet — Kiiktatott automatikák A sportvitorlázás az elmúlt évezred egyik legfontosabb közlekedési módjából, a vitorláshajózásból alakult ki. Annak ellenére, hogy a hajózásból éppen a technika fejlődése szorította ki, a vitorlázás a sport legösszetettebb, általános műszaki és természettudományos felkészültséget igénylő ágai között foglal helyet. A vitorlásra, amely két közeg, a víz és a levegő határfelületén mozog, sokféle, számítással nehezen követhető erő hat. Egyik legfontosabb ezek közül — mely a hajózást egyáltalán lehetővé teszi— az Archimedes törvényében definiált statikus felhajtó erő. Ez tart egyensúlyt a hajó súlyával. 1. Erőjáték a szélnek vitorlázó hajón. A vitorlára ható R eredő erő Re komponense előreviszi a hajót, Rd pedig dönteni és oldalt csúsztatni igyekszik. Ezekkel az erőkkel a laterális felületen keletkező R’ erő tart egyensúlyt. A haladó hajó két közegben mozog egyszerre: az álló vízben és a mozgó levegőben, amelynek energiáját felhasználja a víz ellenállásának legyőzésére. Hátszélben — mikor a szél a kívánt menetiránnyal egyezően fúj — legegyszerűbb a helyzet. Bonyolultabb már, ha a hajó a szél irányára merőlegesen vagy ennél kisebb szögben akar haladni. Ezt az esetet szemlélteti az 1. ábra. A vitorlafelületen a szél felőli oldalon — a repülő madár vagy a repülőgép szárnyához hasonlóan — túlnyomás, a másik oldalon pedig szívás keletkezik. A szívás értéke többszöröse a nyomásénak. Ennek növelésére a legtöbb hajón még további, úgynevezett orrvitorlát vagy orrvitorlákat használnak. A két vitorla közti, egyre szűkülő csatornában a levegő felgyorsul, és ezért a Venturi-csőben kialakuló viszonyokhoz hasonlóan, a nyomás esik, azaz a szívóerő megnő. A szívásból és nyomásból adódó, a vitorlákra ható egyenlőtlenül elosztott erőrendszer helyettesíthető egy eredő erővel, amely igen durva közelítéssel a vitorlafelület súlypontjában hat. Ez az eredő erő felbontható két egymásra merőleges összetevőre. Ebből az egyik, az Re komponens győzi le a víz ellenállását és viszi előre a hajót. A másik az Rj , a hajót oldalt elcsúsztatni és azt dönteni igyekszik. A cél az, hogy az Re komponens minél nagyobb legyen. Ezért mindig meg kell találni a vitorláknak azt az állását, amely ebből a szempontból az adott széliránynál a legkedvezőbb. A menetirányhoz viszonyított más-más széliránynál a vitorláknak is más-más szöget kell a széllel bezárnia. Hátszélben a szél merőlegesen éri a vitorlát (a vitorlát „ki kell engedni”), ha pedig hegyes szögben „szélnek” vitorlázik a hajó, a vitorlázat és a szél szögének kicsinek kell lennie (be kell húzni a vitorlákat). A vitorlák helyes beállításával elérhető, hogy minden széliránynál a lehető leggyorsabban haladjon a hajó. Ha a szél a kívánt menetiránnyal szembe fúj, cirkálással közelíti meg célját a hajó. Ez azt jelenti, hogy először például jobboldalról kapva a szelet, a széliránnyal 40— 45°-os szöget bezárva vitorlázik, majd fordul, és balról kapva a szelet, ismét 40—45°kal szélnek vitorlázva eléri célját. Azt, hogy egy vagy több irányváltoztatással cirkáljon célja felé a hajó, mindig az adott viszonyok, a szélerősség, a hullámzás, a hajó tulajdonságai, versenyeken pedig igen fontos tényezőként az ellenfelek helyzete alapján kell eldönteni. A vitorlák megfelelő alakja igen fontos. Általános törekvés az, hogy a vitorlák megközelítsék az áramlástanilag legkedvezőbb alakot. Ezt azonban valóban csak megközelítőleg lehet, megvalósítani. Ideális volna, ha a vitorla minden vízszintes metszetében tökéletes íveltségű, elöl hasasabb, hátul laposabb volna. Ez azonban, mivel a vitorla alsó élét az alsó vitorlafa (baum) merevíti, egyáltalán nem valósul meg, hiszen ennek közelében a vitorla metszete majdnem egyenes, feljebb pedig a metszet folyton változik. Ezért a tervezők arra törekszenek, hogy az alsó vitorlafal vízszintes síkban hajlékony és a kívánalmaknak megfelelően állítható görbületű legyen. Az ideális alak eltorzulásának másik oka, hogy a vitorla anyaga nem merev, és a szél irány- és erősségváltozásainak hatására alakját változtatja. Ezen úgy próbáltak egyes régebbi hajóknál segíteni, hogy a vitorlába merevítő léceket helyeztek, amelyek a vitorla vízszintes metszetében a kívánt görbületeket megfelelően biztosították. Ez a megoldás azonban nehézkes kezelése miatt egyre jobban kiszorult a gyakorlatból. A régebben használt, úgynevezett gaffos vitorlázatokat, amelyeknél az árboc csúcsától felfelé ferdén nyúló rúd tartotta az aránylag alacsony, széles vitorlát, egyre jobban felváltja a magas, úgynevezett Marconi vitorlázat. A Marconi vitorlák keskenyek, magasak. Az árboc felső vége sok esetben kissé hátrafelé ívelt. Az eddig ismert vitorlázatok közül a Marconi-félének vannak a legjobb cirkáló tulajdonságai, ezekkel lehet széllel szemben a legkisebb szögben haladni. Nagyon káros, de csak bonyolult és drága megoldásokkal küszöbölhető ki az árboc hatása a vitorla belépőélénél. Az árboc okozta örvények és ezek leválása nagymértékben megzavarják a vitorla két oldalán kialakuló nyomás-, illetve szívásviszonyokat. Ennek legegyszerűbb, de csak kis hajóknál alkalmazható kiküszöbölési módja forgó árboc alkalmazása. Az örvények zavaró hatásától azonban ennél a megoldásnál csak a vitorla egyik oldala mentesül többé-kevésbé. A vitorlák helyes kialakítása, beszabályozása és kezelése olyan fontos a vitorlázásban, mint a motoros sportolóknál a motor jó konstrukciója, bejáratása és karbantartása. Enélkül A hajótest legjobb kialakítása sem biztosíthatja azt a célt, amire a hajókonstruktőrök törekednek: a gyorsaságot és biztonságot. A helyesen szerkesztett hajótestnek meg kell felelnie a vitorlázásnál jelentkező igen nagy igénybevételeknek, nagy oldalstabilitásúnak, menetirányban kis ellenállásúnak, oldalirányban pedig nagy ellenállásúnak kell lennie, hogy a szél hatására oldalirányba ne csússzék el. Az oldalstabilitás, azaz a dőléssel szembeni ellenállás függ a hajótest szélességétől. Nyilvánvaló, hogy egy szélesebb hajó kevésbé dől meg és széllökésekre kevésbé érzékeny, mint a keskenyebb. Az oldalstabilitás azonban nemcsak a szélességtől, hanem a hajótest keresztmetszeti alakjától is függ. Kisebb hajóknál, ahol nem túl nagy a vitorla felülete (kb. 30 m-ig), a hajó megfelelő kialakításával jó stabilitási tulajdonságokat tudunk biztosítani ballasztsúly nélkül. Az ilyen (3. ábra), úgynevezett uszonyos vagy Schwertes hajókra jellemző az aránylag széles, kis merülési test és az uszony. Az ilyen hajók vízben levő részének oldalvetülete, az úgynevezett laterális felülete nagyon kicsiny, és a szél hatására könnyen csúsznak oldalirányban. Ezért a hajók laterális felületét az uszonnyal növelik meg. Ez az uszony régebben fából, ma már legtöbbnyire acéllemezből készül, és úgy van elhelyezve, hogy a hajófenék közepén vágott hosszirányú résen keresztül kívánság szerint le- és felhúzható egy tengely körüli elforgatással (2. ábra). A legjobban kialakított kishajótest formastabilitása sem elég azonban erős szélben a hajó felborulása ellen. Ezért a hajó legénységének a súlyát is (mely kis hajóknál nem elhanyagolható) figyelembe veszi a konstruktőr. A legénység erős szélben „kiüli” a hajót, lehetőleg úgy, hogy súlypontját minél távolabb tegye a hajótól. Az egyik legkorszerűbb kishajó-típusnál, a Repülő Hollandinál az árboc közepe tájához rögzített drókötélhez kapcsolt övet tesz magára és a dőlő hajó szélére állva, a víz fölé lógva („trapézezve”) tartja a hajót egyensúlyban (4. ábra). Természetesen előfordul, hogy egy erősebb széllökés hatására az előbbiek dacára is felborul a kishajó. Ez azonban nem jelenti azt, hogy el is süllyed, mert a hajótest és a benne elhelyezett légszekrények fenntartják a hajót. A legfontosabb szabály ilyenkor, hogy a felboruló hajót nem szabad elhagyni, csak ha a mentőhajó megérkezett, mert úgyszólván lehetetlen erős hullámzásban a partra kiúszni. Nagyobb hajóknál természetesen már nem elegendő a formastabilitás, sem a legénység súlya az egyensúlyban tartáshoz, ezért tőkesúllyal látják el őket. A tőkesúly lehetőleg mélyen a vízvonal alatt, a hajó tőkéjéhez erősített súly, amely a hajó megdőltekor egyensúlyt tart a vitorlákon ható erő oldalirányú komponensének nyomatékával. Tőkesúlyos hajó gyakorlatilag sosem borul fel, mert amikor a hajó megdől, a dőlésszöggel együtt a súly nyomatékának a karja megnő, a vitorlákon ható erő karja pedig a vitorláknak függőleges, tehát hasznos vetülete pedig egyre csökken. így mindig beáll az egyensúlyi állapot Mivel azonban a hajó dőltével a nedvesített felület, és ezzel együtt a víz ellenállása is nő, és mivel az árbocot és kötélzetét nem tanácsos a végsőkig igénybe venni, nagyon erős szélben a tőkesúlyos hajókon is célszerű a vitorlák felületét csökkenteni. Ezt vagy kisebb vitorlák felszerelésével, vagy a nagyvitorlának az alsó vitorlájára való felcsavarozásával szokták a vitorlázók végrehajtani. (Reffelés.) Nagyon fontos, hogy a vitorlafelület súlypontja és a laterális felület súlypontja egy függőlegesbe essék. Ha ez a feltétel nincs kielégítve, egy vízszintes síkban forgató erőpár keletkezik, és attó függően, hogy a vitorlafelület súlypontja előbb vagy hátrább van a laterális súlyponttól, a hajó a széltől el vagy annak irányába akar fordulni. (A hajó be-, vagy lurgierig.) Ez nagyon káros a sebesség szempontjából, mert a kormány lapáttal kell állandóan kiegyensúlyozni, ez pedig a hajót lassítja. A konstruktőrök törekvése az, hogy olyan hajótípust alakítsanak ki, amelyik egyaránt gyors gyenge és erős szélben, sima és hullámos vízen. Ezt megvalósítani azonban nagyon nehéz, hiszen ennek feltételei ellentétesek. Így — mint minden más műszaki alkotásnál — a hajóknál is kompromisszumos megoldásokat kell alkalmazni, és attól függően, hogy milyen szempontokat tartott fontosabbnak a konstruktőr, lesz a hajó erős szelet bíró, „viharhajó” vagy a fuvallatban is gyors, könnyű, „szélcsendhajó”. A konstruktőrök a cél érdekében felhasználják az új szerkezeti anyagok bő választékát. A korrózióálló elumíniumötvözetek hegesztésének megoldása lehetővé tette alumniumtestek építését. Hazánkban a Dunai Hajógyár készített aluminium vitorlásokat. Kísérletképpen ezek árbocai is alumíniumból készültek. A hazai gyakorlatban azonban ezek az árbocok nem váltak be. Egyre nagyobb tért hódítanak a hajóépítésben a műanyagok. Külföldön sok hajótest épül műanyagból. Nálunk a Balatonfüredi Hajógyárban az idén készült kísérleti műanyag hajótest A műanyag bevonult a vitorlák sorába is. Nylon, dacron vitorlákkal hajózik a világ versenyvitorlázóinak nagy százaléka. Sok bosszúságtól menti meg a hajósokat a perionkötél, mert rugalmas, erős és árvízzel szemben ellenálló. A műanyag, szilikonalapú lakkok élettartama a hajók karbantartását teszi egyszerűbbé. MARCZELL MARTON *. A legkorszerűbb kishajó-tronat, a „Repülő Holandi”-t a legénység az árbochoz erősített kötélen lógva tartja egyensúlyban. 8. A dőlést egyensúlyozó erőpár uszonyos és tőkesúlyos hajónál. 3. a) tőkesúlyos, b) uszonyos hajó oldalnézete. A vonalkázott rész az úgynevezett laterális felület. *. Még ebből a helyzetből is visszaállítja a „Csillaghajó"-* tőkesúlya. S. Tőkesúlyos hajó könnyű szélben.