Fysische Aspecten (motorboek)

Deze pagina moet ik nog even verder layouten Willem 2 jan 2007 22:06 (CET)

Inleiding

Enige basiskennis van de fysische aspecten die van invloed zijn op de bewegingen van het schip is nodig om iets te kunnen begrijpen van het krachtenspel dat tijdens het manoeuvreren speelt. In dit hoofdstuk gaan we daarom op de volgende aspecten in: de schroefwerking (2). de roerwerking (3), de werking van de zwaarden (4), de invloed van de wind (5), de waterweerstand (6), de massatraagheid van het schip (7). de zuiging tussen schepen en de wal (9) en het draaipunt (8).

De Schroefwerking

De Ebenhaëzer is voorzien van een motor met keerkoppeling die een vaste schroef aandrijft. Bij vooruit draaien is de draairichting rechtsom, bij achteruit linksom. Als de keerkoppeling in de vooruit staat. dan wordt het schroefwater van onder het schip aangezogen en langs het roer weggeduwd (afb.27a). Wanneer de keerkoppeling in de achteruit staat. wordt het schroefwater van achteren aangezogen en tegen de kont van het schip gestuwd (afb.27b). De vorm van de schroefbladen is bij de achteruit minder ideaal en er gaat veel vermogen verloren tegen de kont, zodat het schip sneller reagens op vooruit- dan op achteruitslaan. Bij het vooruitslaan (of achteruit) hoef je nog niet vooruit tof achteruit) te varen. dit zal bij het manoeuvreren vaak zelfs niet het geval zijn. Voor de geleiding van het schroefwater bevindt zich rond de bovenkant van de schroef een halve-cylindervormige tunnelplaat.

Afb.27, Onderaanzicht van het achterschip

De hoeveelheid schroefwater regel je door het inschakelen van de keerkoppeling (vooruitneutraal-achteruit) en daarna gas te geven (stationair-vol vermogen). Dit gebeurt allemaal met één handde. Denk eraan dat je de keerkoppeling de tijd gunt in te schakelen (hij werkt op oliedruk) voordat je gas begint te geven. Het is een goede gewoonte om de handel eerst even in de vrijstand los te laten als je van vooruit naar achteruit wilt slaan. Tevens is het nemen van enige tijd tussen inschakelen en gaggelen een moment van bezinning; heb je deze tijd niet. dan heb je zelf een fout gemaakt. je hebt te laat gereageerd. Vergeet dit niet, de keerkoppeling kan kapot. Wanneer je veel gas vooruit moet geven spuit je de Ebbie snel vol, je kan dan twee dingen doen. de eerste is minder gas geven en de tweede is de Ebbie langszij halen. Als je de sleeploon langer maakt dan zou je zeggen dat dat ook helpen moet, maar je kunt er dan wel zeker van zijn dat de lijn bij achteruitslaan in de schroef verdwijnt, laat dat dus. Door het draaien van de schroef ontstaan twee effecten; het wiel- (Fw) en het schroefeffect (Fs), Het wieleffect ontstaat doordat de onderkant van de schroef zich dieper onder water bevindt dan de bovenkant, zodat bij de onderkant de waterdruk hoger is. waardoor de weerstand op het blad in de onderkant van de slag groter is. Het wieleffect wordt versterkt door de halve tunnel die de weerstand in het bovenste deel vermindert. Als de schroef nu vooruit draait (rechtsom) zal hierdoor de kont naar stuurboord trekken (afb.28). Je zult hier tijdens het varen niet veel van merken omdat een kleine roeruitslag voldoende is om het op te heffen.

Bij achteruitdraaien wordt het wieleffect versterkt, doordat het naar voren en naar boven gestuwde schroefwater de kont bijna loodrecht treft aan stuur- boord, waardoor er een overdruk ontstaat ten opzichte van de bakboordkant en het achterschip zich nu naar bakboord zal willen bewegen (afb.29).

Afb.28, Vooruit

Afb.29, Achteruit

Door het verstoorde water rond het roer zal hier geen invloed op uitgeoefend kunnen worden. Het wordt wel minder als je minder gas geeft en je kan het tegengaan door de schroef in zijn vrijstond te zetten voordat het schip begint te draaien. Door er op een bepaalde manier gebruik van te maken kunnen deze effecten het omdraaien of het aanleggen vergemakkelijken.

De Roerwerking

Het doel aan het roer is het kunnen draaien van het schip. Het werkt alleen avanceer er water langs stoomt. De waterstroom langs het roer kan worden veroorzaakt door de snelheid van het schip en/of door het draaien van de schroef, Bij vooruitslaan wordt de werking van het roer voornamelijk bepaald door de aftuiging van het schroefwater (afb.27a). De snelheid van het schip voer- of achteruit is dan meestal van ondergeschikt belang: het schroefwater stroomt over het algemeen sneller dan dat het schip vaart. Vooral als je stil ligt of langzaam vaart is het handig om hier gebruik van te maken door even wat meer gas te geven als je sneller wilt draaien of de draai er uit wilt halen. Je moet er echter dan wel voor zorgen dat je het roer niet te dwars zet. omdat je dan het schroefwater ermee afknijpt waardoor het dan naar alle kanten zal worden gestuwd (afb.30). Wanneer je hit roer iets minder dwars zet bereik er je het meeste effect mee.

Afb.30, Afknijpen schroefwater

Afb.31, Roerdruk achteruit varend

Bij het achteruitslaan wordt de werking van het roer daar- entegen het meest bepaald door de snelheid van het schip voer- of achteruit. Het schroefwater heeft dan weinig tot geen invloed Omdat het van alle kanten van achteren wordt aangezogen (afb.27b), dus in heilige mate langs het roer. Als je achteruit vaart moet je het roer zeer goed vast houden, omdat de doordruk bij een kleine achterstelling al veel kracht op de helmstok uitoefent waardoor het hard dwars zal klappen als je hem niet meer houdt (afb.31). De roerophanging is hier ook niet op berekend en zal waarschijnlijk worden beschadigd. Ook is het daarom zaak nooit tussen de helmstok en het boord te gaan staan, omdat je dan moet duwen en als je het niet meer houdt kom je, klem te zitten ( héél hard) en zal je je zeker erg bezeren. Om deze redenen moet je dus ook nooit te hard achteruit varen. ook omdat je het schip niet meer zult kunnen stoppen met draaien als dat eenmaal is begonnen.

De Zwaardwerking

De zwaardwerking is te verdelen in een stationaire en een dynamische component, De stationaire component, het tegengaan van de dwarsbeweging van het schip, ontstaat door de aanzienlijke vergroting van de weerstand in dwarsrichting De weerstand in dwarsrichting is evenredig met het oppervlak loodrecht op deze richting (afb.32).

Afb.32, Het dwarsoppervlak onder water

De dynamische component ontstaat wanneer het schip snelheid door het water maakt. Dit wordt veroorzaakt door het toespoor en het vleugelprofiel van het zwaard. Het toesnoer is de hoek die het zwaard maakt met de lengte-as van het schip, Bij de Ebenhaëzer bedraagt deze hoek ongeveer 3 graden. Ten gevolgd van het toesnoer heeft het schip de neiging het zwaard te volgen: het schip zal dus naar bakboord willen als het zwaard aan stuurboord is gestoken en er, vooruit vaart wordt gemaakt door het water (afb.33). Het toespoor wordt bereikt door het voorste gedeelte van de kabbellat, omdat dat schuin weg is geschaafd, zodat, wanneer het zwaard gestoken is. het met de achterkant door de kabbellat naar buiten wordt geduwd.

Afb.33, Toespoor van het zwaard

Het vleugelprofiel van het zwaard zorgt eveneens voor een kracht naar binnen toe als er voorruit vaart wordt gemaakt (afb.34). Bij de Ebenhaëzer is dit vleugelprofiel gemaakt door de bolle binnenkant en de platte buitenkant van het zwaard.

Afb.34, Vleugelprofiel

De werking berust op het volgende principe: Het water aan de binnenkant van het zwaard moet een langere weg afleggen dan dat aan de buitenkant. Om toch gelijk- tijdig aan de achterkant van het zwaard te kunnen komen moet het aan de binnenkant sneller stomen. Nu is volgens de wet van Bernoulli de druk daarom lager aan de binnenkant waardoor het water daar lager zal komen te staan. Dit verschijnsel resulteert dan ook in een kracht die binnen- waarts is gericht en bij de toespoorcomponent kan worden opgeteld. De dwarsbeweging, veroorzaakt door het toesnoer en het vleugelprofiel, noemen we verloevering. Vooral bij snel varen kan de verloevering groter worden dan de verlijering (d.i. de dwarsbeweging die ontstaat door winddruk, ook wel drift genoemd). Het vervoederen is vooral goed te merken als de winddruk dwars plotseling wegvalt. zoals meestal in een bruggen gebeurt.

Wat je zoal met een zwaard kan doen:

• Het verlijeren compenseren, al dan niet onder zeil.
• Het verminderen van het uit een bocht dweilen tijdens het draaien.
• De koersstabiliteit verhogen door ze beide deels te steken.
• Het schip tijdelijk verankeren door ze in de prut te steken.

Wat je zoal niet met de zwaarden moet doen:

• Ze laten wijken (afb.35). Dit gebeurt als de totale kracht op het zwaard naar buiten is gericht. Het is dan goed mogelijk dat de kracht te groot wordt en daardoor de zwaardbouten breken of het boord naar binnen wordt gndrukt. Het gevaar voor wijken is groot als je het zwaard in de binnenloopt, aan loef of bij het achteruitvaren steekt. Je moet zorgen dat je je dit altijd bewust bent tijdens het vazen.
• Ze over het zand laten schuren, ze schuren dan kaal en slijten af.
• Ze aan de grond laten lopen tijdens het achteruit varen, omdat dan de gehele massa van het schip wordt afgestopt op één zwartbout, die dat waarschijnlijk niet zal overleven.
• Ze te pas en te onpas gebruiken. Ten eerste is het het beste ze te beschouwen als een extra hulpmiddel en alleen te gebruiken als het niet anders kan, je houdt dan namelijk een middel achter de hand in geval van nood.

Afb.35, Wijken

Als de zwaarden niet worden gebruikt moet je ze tot boven de kabbellat optrekken, omdat ze dan vlak tegen het schip aanliggen. Ze steken dan het minst ver uit en klapperen boven- dien niet als er golven tegen slaan. of als je tegen de kant ligt. Als de Ebenhaëzer voor langer dan één nacht ergens moet blijven liggen moeten ze tevens in de haken worden gehangen, zodat ze niet continu in de zwaardvallen hangen en ook niet 'spontaan' kunnen vallen als er niemand is.

De Windinvloed

De kracht van de wind tegen het schip:

1. is evenredig met het oppervlak van het schip geprojecteerd loodrecht op de windrichting,
2. is evenredig met het kwadraat van de windsnelheid en
3. neemt sterk toe met de hoogte boven het water of het land.

Daardoor is de windinvloed op de Ebenhaëzer:

1. het grootste als je dwars op de wind ligt (halve wind),
2. heel groot als het hard waait,
3. veel groter als de mast omhoog staat dan wanneer hij gestreken is.

Je moet dus tijdens het varen met de Ebenhaëzer altijd zeer goed opletten waar de wind vandaan komt (of naartoe waait) en hoe hard hij is. Het is daarbij van groot belang te letten op vlagen en windschiftingen (=winddraaiingen) ten gevolgd van allerlei obstakels els zoals bomen, gebouwden, andere schepen en de klap van een brug die omhoog staat (afb.36). Achter de klap van een brug kan de wind bijvoorbeeld compleet van de andere kant komen om daarna weer in alle hevigheid terug te blazen. Reageer echter niet te snel met het erin gooien van een zwaard. omdat het mogelijk is dat hij er kon daarna weer uit moet, of dat hij je gaat tegenwerken naderhand.

Afb.36, Windschiftingen

De Massatraagheid

Doordat de Ebenhaëzer lang en zwaar is, is de massatraagheid hoog. Dit is goed merkbaar:

• Het schip verzet zich tegen snelheidsveranderingen; het komt traag op gang en zet lang door waardoor het moeilijk is te stoppen.
• Het verzet zich tegen draaisnelheidsveranderingen; het begint traag te draaien. als hij eenmaal draait is die draai er goelijk uit te halen en hij draait nooit snel.

Als je deze twee eigenschappen combineert, dan zie je dat het schip zich dus verzet tegen richtingveranderingen. Bij het maken van een bocht zal het altijd de bocht uit dweilen. dit is echter te verminderen door een zwaard te steken bij voorwaarts draaien of te compenseren door verder door te draaien en vervolgens tegenroer te geven. Bij achterwaarts draaien kunnen we gebruik maken van de traagheid door de draai in te leiden met een korte klap vooruit. De draai zal er tijdens het achteruitvaren lang in blijven en zelfs worden versterkt door de waterweerstand. In hoofdstuk 7 gaan we dieper in op het draaien voer- en achterwaards.

De Waterweerstand

In de dwarsrichting is de waterweerstand van de Ebenhaëzer zonder zwaard het grootst bij het achterschip, omdat dit dieper steekt dan het voorschip (afb.37a), De resulterende dwarsweerstand (R1), uitgedrukt vanuit het lateraalpun: (L1) , ligt in dit geval achter het massamiddelpunt (M), dat dicht achter het midden van het schip ligt. Met volledig gestoken zwaard komt het lateraalpunt (L2) voor het middelpunt te liggen omdat het zwaard voor het massamiddelpunt zit en een relatief grotere dwarsweestand (R2) tot gevolg heeft (afb.37b). Door de veel grotere dwarsweerstand met zwaard. dweilt de Ebenhaëzer tijdens voor- en achteruitdraaien gemakkelijker zonder dan met zwaard.

Afb.37a, Dwarsoppervlak

Afb.37b, Dwarsweerstand en resultaten

Omdat de weerstandskracht zonder zwaard (F1) achter het massamiddelpunt (M) aan- grijpt, werkt hij voorwaardse draaiing tegen en versterkt hij de achterwaartse (afb|.38). Het schip draait daardoor achterwaards (met snelheid over de achtersteven) beter dan voor- waarts vooral als er bij achterwaarts draaien tevens schoefwater wordt gegeven.

Afb.38, Draaien zonder zwaard

Als we daarentegen met zwaard draaien. grijpt de weerstandskracht (R2) aan voor het massamiddelpunt, zodat het schip dan beter voorwaarts draait dan achterwaards: wat overigens niet mag voorkomen, omdat het zwaard bij achterwaarts varen zal wijken (zie par.5.4, pag.22) en daarom dus niet mag worden gebruikt.

Het draaipunt bij koersverandering

De bewegingen van het schip zijn onderhevig aan de in de voorgaande paragrafen behandelde koppels. krachten en traagheden. De bewegingen bestaan uit een snelheid en een draaiing; waarbij vooral de verandering hierin van belang is.

De draaiing van het schip ten opzichte van de voortbeweging vindt altijd plaats rond een vraagpunt, dat ten opzichte van de snelheid stilstaan. Dit vraagpunt ligt bij het voorwaarts draaien zonder zwaard in de buur van de kop van het schip. Met gestoken zwaard ligt dit vraagpunt dicht in de buurt van het zwaard. Bij het achter- waarts draaien ligt het vraagpunt nabij het achterschip. Wanneer je je bewust bent van deze vraagpunten, kan en moet je hier bij het manoeuvreren gebruik van maken. Je kunt de draai rond een bocht in een vaarwater bijvoorbeeld het beste inzetten als het draaipunt bij de bocht is, waarbij je Ook rekening moet houden met de traagheid; niet te laat beginnen dus (afb.39).

Afb.39, Bochten nemen

Zuiging

Op vaarwaters die zowel ondiep als nauw zijn, zoals kanalen, ontstaan de volgende verschijnselen bij de voortbeweging van een schip; # een stuwgolf voor de boeg (niet de boeggolf dus),

1. een naar achteren gerichte stoom langs het schip, omdat het water dat voor wordt weggedrukt stroomt in de richting van het achterschip, waar water nodig is om het 'gat' te vullen dat het schip achterlaat en de schroef aanzuigt.
2. een stuwgolf achter de kont doordat de schroef water naar achteren stuwt (afb.40).

Afb.40, Zuiging en druk in een kanaal

De intensiteit van deze verschijnselen is voornamelijk afhankelijk van de snelheid waarmee gevaren wordt enerzijds. en de verhouding tussen het oppervlak van de doorsne- de van het kanaalprofiel en dat van het ondergedompelde deel van het grootste spant dwarsscheeps van het schip anderzijds. Je kunt deze facto- ren dus alleen beinvloeden met de vaart van het schip. Denk hierbij ook aan de schade die de zuiging. en de hekgolf die daarmee gepaard gaat, kan aanrichten in kanalen en sloten met een zachte of rietwal. Wanneer je nu uit de as van het kanaal komt. dan zal aan de zijde die het dichtst bij de wal komt de stroming naar achteren groter zijn en de druk bij het voorschip door de stuw- golf ook. Er ontstaat een onderdruk door de stroomsnelheid (wet van Bernoulli) waardoor het schip naar de wal wordt getrokken. Daarnaast krijgt het schip. door de grotere druk aan één kant voor, de neiging met de boeg van de wal weg te willen draaien (afb.41).

Afb.41, Zuiging naar één wal

Als de vaart van het schip niet te groot is. en de afstand tot de wal niet te klein, dan zullen deze effecten over het alge- meen kunnen worden gecompenseerd met het roer. Wanneer er echter te dicht bij de wal en te snel wordt gevaren, dan zal het schip beginnen met het achterschip naar te wal te draaien. terwijl je het vergeefs probeert tegen te sturen, waarna de afstand dus alleen maar kleiner wordt en het effect wordt versterkt: het loopt uiteindelijk uit het roer. De situatie is alleen nog maar te redden door het gas eraf te gooien en te hopen dat je op tijd bent. In de praktijk is één scheepsbreedte afstand tot de wal. met de Ebenhaëzer op volle kracht varend, voldoende om niet uit je roer te lopen, maar blijf er met je aan- dacht bij, je bent zo een paar meter van je koers af met die snelheid! Wanneer je een ander schip oploopt en wilt passeren. ontstaat er tussen de beide schepen een nog snellere stroom. waar- door de druk daalt en de schepen naar elkaar toe worden getrokken (afb.4 2). Als het vaarwater nauw is. dan bestaat er naast het dat wordt dus een schip opgelopen tegenstroom waardoor het schip dat voor- bij wil lopen wordt afgeremd; het kan dus veel meer tijd kosten dan je in eerste instantie zou verwachten, zeker als het schip dat je wilt oplopen veel groter is.

Afb.42, Zuiging tussen elkaar oplopende schepen

Het kan o.a. op het Prinses Margriet kanaal wel eens voorkomen dat je een volgeladen schip wilt passeren omdat je iets harder loopt, maar er niet voorbij komt door de zuiging. Ook in ruimer vaarwater kan het gevaar- lijk worden als je dichtbij wordt opgelopen door een groot schip, zeker als je bij de wal vaart. Op het moment namelijk dat hij met zijn achterschip zich ongeveer ter hoogte van jouw midscheeps bevindt, wordt jouw boeg naar hem toe gezogen en je achterschip van hem afgeduwd door de stuwdruk achter hem: je draait dus met je boeg naar hem toe (afb.43).

Afb.43, Door een groot schip opgelopen

Waar je tenslotte nog rekening mee moet houden als je in een nauw vaarwater vaart, is dat de zuiging die je veroorzaakt, en daarmee de gepaard gaande golven. eventuele schepen die aan de wal liggen aan hun trossen zal doen trekken. Je kunt je daarbij natuurlijk voorstellen dat daardoor schaden kunnen ontstaan omdat trossen breken of pennen uit de grond worden getrokken. maar op zijn minst ergernis bij de mensen daar aan boord. Het is daarom een goede gewoonte al- tijd wat gas te minderen als je schepen of bootjes passeert in kanalen en sloten waar je zuiging merkbaar is.

Motorboek

1 Inleiding 2 Benamingen 3 Taakverdeling 4 Trossengebruik 5 Fysische Aspecten 6 Manoeuvreren in het algemeen 7 Manoeuvreren 8 Zeemanschap 9 Begrippenlijst