Minden, amit a tudni kell a hajóellenállásról – második rész

A több tényezőből összeadódó hajóellenállás jelentős része a felszínen haladó hajó körül kialakuló hullámzás energiaigényéből ered.

Ha gyorsabb hajót akarunk, akkor vagy a hajtóerőt kell növelnünk, vagy az ellenállást kell csökkentenünk, illetve legalább minimumszinten tartanunk.

A hajó által keltett hullámok haladási sebessége megegyezik a hajó haladási sebességével. A hullámmozgás alakja a felszínen egy ciklois görbével írható le. A felszínen mozgó vízrészecskére ható erőket elemezve elmondható, hogy a kialakuló hullám hossza a haladási sebesség négyzetével arányos, a haladás sebességének emelkedésével a kialakuló hullám hossza rohamosan növekszik. Tehát a hajó körül egy a sebességtől függő, de állandó hullámkép alakul ki, amelyikben a hajó hossza mentén kialakuló kisebb nyomásváltozások módosíthatják az egyes hullámok magasságát. Mindez azért is érdekes, mert van egy a hajó ellenállása szempontjából lényeges vonatkozása. Láttuk ugyanis, hogy az orránál keletkező hullámmozgás hátrafelé találkozik a fara környékén keletkező hullámmal. Ha ennek a völgyével találkozik, akkor azok csökkentik egymást, ha a hullámok hegyei találkoznak, akkor erősítik, tehát az ellenállást növelik. A hajóhossz és az egyes sebességek függvényében kiszámítható a keletkező hullám hossza, tehát a hajó „szolgálati” sebességének és a hosszának célszerű megválasztásával kedvezőbb ellenállási érték érhető el.

Az első részben említett, a hajótest víz alatti részéből kinyúló olyan szerkezetek, mint a kormány, a csavartengely és csapágyazása stb., vagyis az „toldalékok” ellenállása nem hanyagolható el, de az értéküket nehéz pontosan meghatározni. Rendszerint a hajó teljes ellenállásának százalékában veszik figyelembe őket, nagyjából 1,5–5 százalék körüli értékekben.

A tengeri hajók orrtőkéjének kiképzésénél a vízfelszín közelében egy nagy, félgömb vagy körte formájú szerkezet található. Ezt bulbaorrnak hívják, és azt a célt szolgálja, hogy az orrhullám magasságát az orr előtt csökkentse.

Egyes speciális célú típusoknál azonban a hajósebesség olyan fontos kérdés, hogy már nem lehet a vízkiszorítás elvén működő hajók gépteljesítményének egyszerű növelésével célt érni, tehát az ellenállás radikális csökkentésének a lehetőségeit kell keresni. Tipikusan ilyenek a sikló- és szárnyashajó-megoldások. Itt az a lényeg, hogy a hajó súlyát ne egyedül a felhajtóerő tartsa, hanem más, a nagy sebességből eredő dinamikus felhajtóerők működjenek, emeljék ki a testet részben vagy egészben a vízből, és az így csökkent súrlódási, illetve hullámellenállás az adott motorteljesítmény mellett is jelentős sebességnövekedést tegyen lehetővé. Érdemes kihangsúlyozni, hogy ezek a megoldások bizonyos feltételek mellett nemcsak gépi hajtású hajóknál, hanem kisebb sportvitorlásoknál is működnek.

A szárnyashajó-megoldás lényege, hogy a hagyományos hajótest alá a repülőgép szárnyának megfelelő profilú, enyhén V alakban elhelyezett szárnyakat helyeznek el áramvonalas kialakítású lábakon, rendszerint elöl nagyobbat, hátul, a hajócsavarok környékén kisebbet. A levegőnél sokkal nagyobb fajsúlyú vízben már kis sebességnél és kisebb szárnyfelületnél is kellő erejű felhajtóerő keletkezik, a test kiemelkedik a vízből, nedvesített felülete csak a szárny és a lábak felülete lesz, a hullámképző ellenállása pedig összehasonlíthatatlanul kisebb. Vitorlás kishajókat is el lehet látni szárnyakkal ezen a módon, működőképesek is, azonban a rendszeres alkalmazáshoz a mindig ideális külső feltételek nem biztosíthatók, ha pedig nincs megfelelő erősségű és irányú szél, a vitorlás a víz alatti szárnyszerkezet miatt hagyományos módon nem használható. Ráadásul a sebesség megugrásával a vitorlákra ható relatív szél nagyon felgyorsul, az iránya viszont egyre kedvezőtlenebb lesz, így a cirkálási lehetőség is csökken.

Dr. Solymos András okleveles gépészmérnök

(Cikkünk eredetileg és teljes terjedelmében az Aqua Magazin 161. számában jelent meg. Fizessen elő rá, hogy ne maradjon le exkluzív tartalmainkról!)