HISTORYCZNE ZMIANY W KONSTRUKCJI MONOTYPU XV

Witold Kurski  - były zawodnik bojerowy

         ZMIANY W ROZWIĄZANIACH DŹWIGARA PODMASZTOWEGO

                        ŚLIZGU MONOTYP XV W OKRESIE 75 LAT.

Opracowanie prezentowane kadrze bojerowej  na spotkaniu środowiskowym
w Gdańsku  w dniach  7 – 8 listopada 2009 r.

 Streszczenie:  Wspaniała konstrukcja Erika von Holsta jaką jest ślizg Monotyp XV z 1932 roku wykazuje po latach  eksploatacji słabe punkty. Jednym z nich jest dźwigar podmasztowy.  Pochodząca od pięty masztu  pionowa siła o wartości 1700 daN jest wprowadzana na kadłub. Nowe kadłuby bez trudu wytrzymują te obciążenie ale z czasem drewno jak i metale ujawniają cechy zmęczenia materiału. Dlatego na początku lat pięćdziesiątych minionego stulecia  stocznie państwowe w byłym ZSRR zmodyfikowały  konstrukcję dźwigara podmasztowego, wzmacniając ją, a Międzynarodowy Komitet Techniczny  IM-XVIYRA  akceptuje te rozwiązania. Autor wykonał przeliczenia komputerowe oryginalnego rozwiązanie Erika Holsta  i rozwiązania rosyjskiego  z których wynika, że konstrukcja rosyjska charakteryzuje się wytrzymałością większą o ponad 30% w stosunku  do rozwiązania Holsta.

 

Wstęp    

Dźwigar podmasztowy w ślizgu Monotyp XV został wprowadzony przez Erika von Holsta jako drewniany dźwigar dwupasowy o pasach zbieżnych i podarty w trzech przekrojach poprzez wiązania poprzeczne dochodzące do burt. Taki układ beleczek klasyfikuje się w mechanice konstrukcji jako ruszt to jest płaską ramę obciążoną prostopadle do płaszczyzny rusztu. W dźwigarze tym widać wpływ rozwiązań stosowanych w tamtych czasach w drewnianych konstrukcjach lotniczych. Pasy przenoszą naprężenia normalne powstające przy gięciu, boczne poszycie sklejkowe dźwigara przenosi siły tnące, a wstawione wewnętrzne klocki zapobiegają skutkom wtórnego zginania dźwigara i zbliżaniu się pasów dźwigara do siebie.  Zbieżność pasów dźwigara wynosi 1/11 a dokładniej  5.23 stopnia co skutkuje odciążeniem sklejki w przedniej części dźwigara, tam gdzie jest on najsłabszy i o niewielkiej wysokości. Sama konstrukcja jest nadzwyczaj delikatna  a biorąc pod uwagę, że kleje którymi dysponowano przed półwieczem nie były najlepsze, można się tylko dziwić, że do dzisiaj są eksploatowane ponad sześćdziesięcioletnie  ślizgi i to bez remontu dźwigara. Oczywiście były przypadki  zwłaszcza podczas regat, że pod obciążeniem pięty masztu górna część dźwigara zapadała się. Najbardziej prawdopodobną przyczyną była słabość połączeń klejonych pomiędzy pasami a ściankami sklejkowymi występująca w niektórych egzemplarzach. Nie w każdym przypadku należy winić jakość sklejenia. Przecież ślizgi przechowywane bywają w najróżniejszych warunkach.

Dźwigar M-XV według planów Erika von Holsta.

Rozwiązania dźwigara podmasztowego i wiązań podpierających według pierwotnych planów są pokazane na rysunku 1, zaś schemat obciążenia roboczego pokazano na rys.2. Obciążenie robocze od pięty masztu przyjęto takie jakie działa w chwili, gdy nawietrzna płoza odrywa się od lodu. Jest to obciążenie mające  składową pionową  1700 daN. Na dziób działa wtedy siła od sztagu o składowej pionowej 1000 daN i odciążające reakcje burt i ostatecznie w części dziobowej dźwigar jest obciążony siłą 368 daN. W rezultacie w dźwigarze pod piętą masztu powstaje znaczący moment gnący o wartości  5.25 kNm  wywołujący w pasie górnym  naprężenie ściskające wynoszące  13.1 MPa.  Górny pas dźwigara monotypu jest ponad to  miażdżony w tym miejscu siłą 1700 daN pochodzącą od pięty masztu. Jest to więc bardzo obciążony element konstrukcji.

Kolejnym bardzo wyżyłowanym elementem w konstrukcji Monotypu są ścianki grodzi w przekroju  podmasztowym. Każda ze ścianek przenosi siłę tnącą 432 daN (patrz rysunek 2). W przypadku osłabienia ścianek na przykład przez niewłaściwe ułożenie sklejki na grodzi stają się one bardzo elastyczne i przestają podpierać dźwigar, wskutek czego moment gnący w dźwigarze może znacząco wzrosnąć. Obciążenia dźwigara wykonanego według oryginalnych planów Erika von Holsta pokazano dla obciążenia roboczego na rysunku 2.  

Dźwigar M-XV po zmianach wprowadzonych przez Rosjan.

Te miejsca delikatne oryginalnej konstrukcji dźwigara monotypu zostały poprawione w ślizgach produkowanych w ZSRR w stoczni Leningradzkiej w latach pięćdziesiątych minionego stulecia pracującej na zlecenie Wszechzwiązkowego Komitetu Kultury Fizycznej. Monotyp pozostał dalej monotypem, a niewielkie ale bardzo pożyteczne zmiany dotyczyły rozwiązań wewnętrznych.

       Środkową część  dźwigara wypełniono klocem oraz w miejsce grodzi nr.1 wprowadzono dwie grodzie, które nazwano nr.0 i nr.1a (patrz rysunek 3).

Wytrzymałość konstrukcji oparto na współdziałaniu  wiązań poprzecznych to jest  grodzi. Dzięki temu został odciążony znacząco dźwigar. Prawdopodobnie oceniając, że te zabiegi są nie wystarczające i że dźwigar nie jest dostatecznie odciążony, konstruktorzy rosyjscy wstawili wewnątrz dźwigara ukośne pręty, wzmacniające niewątpliwie konstrukcję, chociaż zdaniem autora wystarczyłyby w zupełności pionowe słupki tak jak się to praktykuje w konstrukcjach lotniczych.

     Wykonane przez autora obliczenia kontrolne wykazały znaczące odciążenie dźwigara. Siła obciążająca przód dźwigara zmalała z 368 daN do 193 daN wskutek czego naprężenia ściskające w najbardziej obciążonym miejscu dźwigara zmalały do 9.1 MPa a więc o 30%. Podobnie jest w tylnej części dźwigara gdzie siła tnąca z pierwotnej wartości 467 daN zmalała do 346 daN. Tę sytuację przedstawiono na rysunku 4. 

Rozwiązania współczesne M-XV.
Na stronie  www.monotype-xv.org  można znaleźć plany niemieckie z 36 roku, plany rosyjskie z 1951 roku oraz  współczesne zawierające szereg uproszczeń w  stosunku do oryginału niemieckiego, ale rysunki współczesne dźwigara podmasztowego  sygnowane ,,unofficial”, są niekompletne, gdyż wprawdzie wprowadzono kloc podmasztowy, lecz nie został on zwymiarowany, ale zasugerowano rozwiązanie wprowadzone przez Rosjan z wklejonymi wewnątrz dźwigara ukośnymi beleczkami.

Wnioski
Rozwiązanie wprowadzone przez Rosjan jest bardzo dobre, co nie oznacza, że jest najlepsze. W związku z renesansem Monotypu XV i rozpoczęciem od 2008 roku rozgrywania Mistrzostw Świata rozpoczął się okres budowy nowych ślizgów Monotyp XV. Ich budowniczowie i najczęściej zawodnicy są zainteresowani optymalnymi rozwiązaniami. Nie wiadomo jak w przyszłości ustosunkuje się Komitet Techniczny do wprowadzanych odstępstw od oryginalnych planów, ale można zaproponować znacznie efektywniejsze rozwiązania wewnętrznych wiązań Monotypu XV niż oryginalne Holsta i rosyjskie z lat pięćdziesiątych.

Wypowiedzi Dyskusyjne:

J.Nowakowski P-10   Poza podanymi rozwiązaniami Niemcy wprowadzili dźwigar ze skośnymi prętami jak u Rosjan, ale bez kloca podmasztowego i dwóch grodzi. Rozwiązanie to uważam za nieudane, bo pozostawiona bez zmian gródź nr.1 pozostaje dalej przeciążona. Zawodnicy rosyjscy  profilują skośne pręty w poprawionym przez nich dźwigarze, nadając im zmienny kształt. Najgrubsze są w środku rozpiętości, a najcieńsze przy końcach. Poprawia to sztywność wstawionych prętów, ale są to zabiegi kosmetyczne.Komitet Techniczny IM-XVIYRA zezwala na wprowadzane w dźwigarze zmiany. 

                                                                                 
Tekst skorygowano 16 maja 2017 roku.

Opracował na blogu
Paweł Kurski - fan żeglarstwa lodowego