ZJAWISKA LODOWE część I

Witold Kurski – były zawodnik bojerowy

    ODDZIAŁYWANIE ŚLIZGÓW I POJAZDÓW NA POWŁOKĘ LODOWĄ

W tym Blogu omówimy jedynie zjawiska statyczne  w powłoce lodowej. To znaczy ślizg lub samochód jest nieruchomy, lub porusza na lodzie się bardzo powoli. Wykorzystajmy model obliczeniowy w postaci płyty kołowo symetrycznej o nie ograniczonych wymiarach, opartej o podłoże sprężyste, którym jest woda.

W dalszej części  Bloga wykażemy że nawet dla  małych jezior można ten model stosować z wystarczającą dla praktyki dokładnością. Poniżej na rysunku   Fig.1 pokazano jak liczy się dla powłoki lodowej charakterystyczny parametr lo. 

Znając ten parametr możemy od razu w przybliżeniu obliczyć ugięcie pokrywy lodowej w miejscu działania obciążenia skupionego. Wystarczy ciężar w tonach podzielić przez podwojoną powierzchnię okręgu, którego promień jest charakterystycznym parametrem lo.

Na przykład ciężar Monotypu XV wraz z załogą przyjmijmy 5 kN, a grubość lodu 0.20 m. Charakterystyczny parametr lo wynosi  5 metrów. Powierzchnia okręgu wynosi więc 78.5 metrów kwadratowych. Wynik rachunku: 0.5 podzielone przez 2 razy 78.5 jest 0.00318 m czyli 3.2 milimetra. Nie jest to dużo, ale jest to dołek lodowy w którym znajduje się ślizg. Opory ruchu ślizgu przy  ruszeniu ślizgu wprawdzie  minimalnie, ale wzrosną. Ślizg jedzie pod górkę.

Zbliżony wynik otrzymamy dla ślizgu DN  przy ciężarze 1.7 kN na lodzie o grubości 10 cm.

Czytelnik sprawdzi ten wynik.

Jeżeli rozciągłość pozioma płyty jest większa niż sześciokrotna wartość charakterystycznego parametru lo, to w obliczeniach możemy traktować płytę jako nieograniczoną. Znaczy to, że nawet w przypadku  jeziorka o średnicy 50 metrów, pokrytego lodem, możemy w obliczeniach stosować te uproszczenia.

Teoria płyty kołowej na podłożu sprężystym pozwala znaleźć kształt płyty czyli ugięcia na promieniu ,,x” jak również momenty gnące w powłoce lodowej i wywołane nimi naprężenia. Przepisy na rozkład ugięć i na wartości momentów gnących są dosyć skomplikowane bowiem trzeba używać funkcji Kelvina  ber, bei, ker, kei i ich pochodnych. Poniżej   zestawiono   dla kilku punktów  wyniki otrzymane przy zastosowaniu wyżej wymienionych funkcji.

Dane do przykł  Ciężar 5 kN rozłożony równomiernie  na okręgu o średnicy 2b.                                                                                                    Wartość b = 2.1 metra.

Grubość lodu 20 centymetrów stąd  lo = 5 metrów.

Wyniki obliczeń:  Ugięcie w środku płyty wynosi 2.6 mm a więc nieco  mniej niż  oszacowane ugięcie dla ciężaru   skupionego.

                               Ugięcie dla  x =   2.1 m wynosi  2.19 mm .

                               Ugięcie dla  x =   5.0 m wynosi  1.52 mm .

                               Ugięcie dla  x = 10.0 m wynosi  0.02 mm .

  Naprężenia w środku płyty a więc pod przyłożonym obciążeniem są na poziomie    0.11 MPa .

Warto ten wynik porównać z wytrzymałością lodu słodkowodnego.

Przy temperaturze lodu niższej niż minus dwa stopnie stopnie Celsjusza możemy liczyć na wytrzymałości większe  od 1.8 MPa aż  do  4 MPa  przy minus czterdziestu stopniach Celsjusza.

Pamiętajmy że w warunkach naturalnych najniższa spodnia warstwa lodu ma zawsze zero stopni Celsjusza, bo styka się z wodą, a w warunkach ocieplenia również powierzchniowa warstwa lodu ma temperaturę minus zero. Dla takiego lodu, jeśli jeszcze się nie zaczął jego rozpad, to do jakichkolwiek kalkulacji należy przyjąć wytrzymałość nie większą niż 1.0 MPa lub mniej.

Gdy ślizg zaczyna się poruszać to istniejąca równowaga w powłoce lodowej zostaje naruszona i na powierzchni lodu pojawiają się fale o bardzo złożonej naturze. Ale to już jest temat do następnego wpisu na Blogu.

Gdańsk dnia 1 października 2017 r. 

Opracował na blogu - Paweł Kurski - fan żeglarstwa lodowego  

CZYM SKUTKUJE POCHYLENIE TRZONU STEROWEGO W RUCHU BOJERA? - część III

Witold Kurski – były zawodnik bojerowy

               OCENA NIEKTÓRYCH ROZWIĄZAŃ W ŚLIZGU BLOKART 

Przygotowane dla  kadry bojerowej na spotkanie środowiskowe w 2011 r.

W poprzednich blogach  analizowano  efekty kinematyczne, statyczne i dynamiczne występujące  przy pochylonym trzonie sterowym na ślizgu lodowym. Rozważano efekty kinematyczne występujące podczas postoju ślizgu oraz efekty dynamiczne.

W obecnym blogu omówimy  efekty kinematyczne oraz ich skutki dynamiczne na przykładzie ślizgu Blokart. Stają się one bardzo złożone zwłaszcza wtedy, gdy  mamy pochylony trzon sterowy, a osie trzonu sterowego i sworznia płozy nie przecinają się.  Od tych czynników  zależy stateczność ślizgu w ruchu. Bardzo szczególnym przykładem jest sterowanie Blokarta bowiem pochylenie trzonu sterowego wynosi 60 stopni, jak dotychczas nie spotykane w jakimkolwiek innym ślizgu.

Aby określić efekty dynamiczne w przypadku sterowania ślizgiem lodowym należy wyznaczyć charakterystyczne wielkości dla płozy sterującej patrz rysunek 2. Te sprawy już omówiono w jednym z poprzednich blogów, ale przytoczmy je jeszcze raz.

S – Umowny środek bocznego oporu płozy. Przyjmujemy na ostrzu pod sworzniem płozy. Jeśli znamy środek DEAD FLAT płozy, to sensowniej jest tu określić położenie punktu S.

O – Punkt przecięcia się osi trzonu sterowego z ostrzem.

Po zdefiniowaniu charakterystycznych punktów wprowadziliśmy pojęcia:

w - Przodowanie płozy. Wartość zawsze dodatnia. Odległość pomiędzy punktami S i O jeśli  punkt S        znajduje się bliżej dziobu płozy niż punkt O.

t –  Opóźnienie płozy. Wartość zawsze dodatnia. Odległość pomiędzy punktami S i O jeśli punkt S znajduje się bliżej tyłu płozy niż punkt O. Zawodnicy tak zawieszoną płozę nazywają  „ciągniona”.                                                                  

Jeśli płoza przoduje to powstaje na sterownicy moment destabilizujący pożądany w ślizgach zawodniczych.

Jeśli płoza ma  opóźnienie  to powstaje na sterownicy efekt stabilizujący pożądany w ślizgach używanych do rekreacji lub szkolenia.

A jak jest w ślizgu Blokart. Popatrzmy na rysunek 3.

A więc nie występują  w ruchu ślizgu  momenty dynamiczne ani destabilizujące ani stabilizujące.

Statyczne momenty stabilizujące są wystarczające w żegludze.  

                                                                         Skorygowano 15 sierpnia 2017 r. w Gdańsku

Opracował na blogu - Paweł Kurski - fan żeglarstwa lodowego.

CZYM SKUTKUJE POCHYLENIE TRZONU STEROWEGO W RUCHU BOJERA? - część II

Witold Kurski – były zawodnik bojerowy

   EFEKTY DYNAMICZNE WYSTĘPUJĄCE W ŚLIZGU Z PRZEDNIĄ PŁOZĄ STERUJĄCĄ PRZY  POCHYLENIU TRZONU STEROWEGO 

Prezentowane kadrze bojerowej na spotkaniu środowiskowym

Nieporęt  23-24  październik 2010 r.

Przy pochyleniu trzonu sterowego występują efekty kinematyczne, statyczne i dynamiczne wywołujące  bardzo złożone skutki w zachowaniu ślizgu lodowego.  W poprzednim blogu omówiono efekty kinematyczne występujące podczas postoju ślizgu.

W obecnym blogu omówimy skutki efektów kinematycznych w ruchu ślizgu, a więc efekty dynamiczne. Są one bardzo złożone zwłaszcza wtedy, gdy  mamy pochylony trzon sterowy, a osie trzonu sterowego i sworznia płozy nie przecinają się.  Od tych czynników  zależy stateczność ślizgu w ruchu. Nie musimy od razu całej wiedzy o efektach dynamicznych w ruchu ślizgu sami odkrywać.  Możemy studiując fachową literaturę wykorzystać wiedzę z której korzystają konstruktorzy samochodów wyścigowych oraz konstruktorzy samolotów akrobacyjnych. 

 Charakterystyczne punkty dla płozy.

S – Umowny środek bocznego oporu płozy. Przyjmujemy na ostrzu pod sworzniem płozy. Jeśli         znamy środek DEAD FLAT płozy, to sensowniej jest tu określić położenie punktu S.

O – Punkt przecięcia się osi trzonu sterowego z ostrzem.

Po zdefiniowaniu charakterystycznych punktów wprowadźmy nowe pojęcia:

w - Przodowanie płozy. Wartość zawsze dodatnia. Odległość pomiędzy punktami S i O jeśli  punkt S znajduje się bliżej dziobu płozy niż punkt O.

t –  Opóźnienie płozy. Wartość zawsze dodatnia. Odległość pomiędzy punktami S i O jeśli punkt S znajduje się bliżej tyłu płozy niż punkt O. Zawodnicy tak zawieszoną płozę nazywają  „ciągniona”.   

                                                                      

Wpływ przodowania  lub opóźnienia płozy sterowej na siły podczas manewrów.

Po wprowadzeniu ślizgu w ruch krzywoliniowy po łuku  pojawia się przyśpieszenie dośrodkowe wywołane reakcją lodu na płozę.

Siły ze strony lodu działają na płozę na poziomie powierzchni lodu w  punkcie S.

Jeśli płoza będzie miała wyprzedzenie w  to od siły  mGs powstanie moment  Ms  względem osi trzonu sterowego starający się obrócić go jeszcze bardziej co będzie skutkować zacieśnieniem zakrętu. Powstaje efekt destabilizujący.

Jeśli płoza będzie miała opóźnienie  t to od siły  mGs powstanie moment Ms  względem osi trzonu sterowego starający się wyprostować płozę co będzie skutkować zmniejszeniem promienia zakrętu. Powstaje efekt stabilizujący.  

Wnioski  końcowe dla momentów na trzonie sterowym podczas manewrów.

Z poprzedniego blogu wiemy, że jeśli sworzeń płozy jest z przodu ślizgu przed trzonem sterowym, to powstaje statyczny efekt stabilizujacy. Jeśli jest odwrotnie to powstaje statyczny moment destabilizujacy.

Moment obrotowy wprowadzany poprzez sterownicę i popychacze na  trzon sterowy musi równoważyć wypadkowe momenty  statyczne i dynamiczne.

 Teoretycznie mamy cztery możliwe kombinacje. Niektóre przy małym kącie p nie dają się zrealizować jeśli mamy być zgodni z przepisami klasowymi. Przedstawione rozważania mają zastosowanie nie tylko do dużych ślizgów. W małym ślizgu na przykład   BLOKART kąt pochylenia trzonu sterowego wynosi sześćdziesiąt stopni i poniższe zestawienia mają fundamentalne znaczenie do rozumienia problemów stabilności ruchu.

1. Sworzeń płozy przed osią trzonu sterowego, wyprzedzenie ostrza w.  Od grawitacji efekt stabilizacji od  siły odśrodkowej efekt destabilizacji.
2. Sworzeń płozy przed osią trzonu sterowego, opóźnienie ostrza  t Od grawitacji efekt stabilizacji od siły odśrodkowej efekt stabilizacji.Sworzeń płozy za  osią trzonu sterowego, wyprzedzenie ostrza w
3. Od grawitacji efekt destabilizacji od siły odśrodkowej efekt destabilizacji.Sworzeń płozy za osią trzonu sterowego, opóźnienie ostrza   t.
4. Od grawitacji efekt destabilizacji od siły odśrodkowej efekt stabilizacji.

 Zwracamy uwagę na przypadek B gdzie  w ruchu  występują dwa efekty stabilizujące. Jak najbardziej pożądane dla ślizgów na których mają żeglować początkujący.

Dla zawodników  z temperamentem pożądany będzie przypadek C gdzie występują dwa efekty destabilizujące. Te efekty sprawiają, że wysiłek na wykonanie manewru zakręcania jest znacznie mniejszy, a manewry są bardzo energiczne. Zawodnicy bardzo  lubią stosować przesuwanie środka DEAD FLAT płozy sterowej do przodu, bowiem odnoszą wrażenie że płoza lepiej trzyma lodu.

W sportach lotniczych występują takie same problemy.  Do szkolenia potrzebny jest samolot w pełni stabilny, ale do akrobacji znacznie mniej stabilny. Takie zachowanie samolotu  lubią piloci akrobacyjni.

                                                                       Skorygowano 15 sierpnia 2017 r. w Gdańsku

Opracował na blogu - Paweł Kurski - fan żeglarstwa lodowego

CZYM SKUTKUJE POCHYLENIE TRZONU STEROWEGO W RUCHU BOJERA?

Witold Kurski – były zawodnik bojerowy

   EFEKTY KINEMATYCZNE WYSTĘPUJĄCE  W ŚLIZGU Z PRZEDNIĄ PŁOZĄ STERUJĄCĄ PRZY  POCHYLENIU TRZONU STEROWEGO 

Prezentowane kadrze bojerowej na spotkaniu środowiskowym

Nieporęt  23-24  październik 2010 r.

Przy pochyleniu trzonu sterowego występują efekty kinematyczne, statyczne i dynamiczne wywołujące  bardzo złożone skutki w zachowaniu się ślizgu lodowego. 

Na rysunku 1 przedstawiono najprostszy przypadek dla  ślizgu z przednią płozą sterującą i ze sworzniem płozy nie przesuniętym względem osi trzonu sterowego, który jest pochylony do tyłu. Powstają dwa efekty kinematyczne:

·         Przy obrocie trzonu sterowego o kąt j płoza sterowa odchyla się od płaszczyzny pionowej o kąt  N według zależności pokazanej na rysunku 1. Jest to zjawisko bardzo pożyteczne bowiem pochylenie płozy jest w pożądaną stronę i wtedy zwiększa się zdolność płozy do przenoszenia siły bocznej.

·         Przy obrocie trzonu sterowego o kąt  j ostrze płozy sterowej obraca się po powierzchni lodu o kąt  Q według zależności pokazanej na rysunku 1. Ostrze płozy po powierzchni  lodu obraca się o kąt mniejszy niż wynosi obrót trzonu sterowego. Przy pochyleniu trzonu do 25 stopni nie ma to wielkiego znaczenia ale w ślizgu BLOKART gdzie pochylenie p wynosi sześćdziesiąt stopni, ta zależność ma fundamentalne znaczenie, bowiem różnice w kątach obrotu są dwukrotne.

Jeśli  sworzeń płozy sterowej jest przesunięty względem osi sworznia sterowego to powstają dodatkowe efekty kinematyczne i związane z nimi efekty statyczne i dynamiczne. W tym blogu omówimy jedynie  dodatkowy efekt kinematyczny którym jest unoszenie lub opadanie dziobu ślizgu po odchyleniu sterownicy.  To unoszenie lub opadanie dziobu ślizgu skutkuje reakcją na sterownicy. Jeśli przy odchylaniu sterownicy  dziób unosi się w górę to na sterownicy powstaje moment stabilizujący,  jeśli dziób opada to powstaje moment destabilizujący. Jest to ten sam efekt który występuje na kierownicy samochodu i ten efekt  stabilizujący uzyskuje się w samochodach przez odpowiednie pochylanie osi obrotu zwrotnicy.

Bardziej złożone zjawiska  występują przy większych prędkościach ślizgu lub samochodu i są to efekty dynamiczne.  Ich omówienie odłożymy do kolejnego blogu.

                                                                                         Skorygowano 15 sierpnia 2017 r. w Gdańsku

Opracował na blogu - Paweł Kurski - fan żeglarstwa lodowego. 

Co powiedziałby Napier o równoległości płóz?

. Witold Kurski – były zawodnik bojerowy

   CO  POWODUJE ZAKŁÓCENIA RÓWNOLEGŁOŚCI OSTRZY PŁÓZ  W  CZASIE  RUCHU  ŚLIZGU LODOWEGO

Przygotowane na Kursokonferencję Środowiskową w 2011 r.

Wstęp 

Za naruszenie równoległości ostrzy płóz w czasie ruchu ślizgu odpowiedzialnych jest wiele efektów, ale żaden z nich  samodzielnie tej równoległości nie naruszy. Dopiero wystąpienie dwóch lub więcej efektów równocześnie, skutkuje łącznie naruszeniem równoległości płóz.

Te  przyczyny to równoczesne  wystąpienie obrotów płozy w zawieszeniu o kąt   f względem jej obsady i   odchylenie  płozy od pionu o kąt p oraz bezwzględna prawdziwość wzorów Nepera.

Na rysunku 1 pokazano, że kąt f  ma trzy składowe:

• Zmiany nachylenia kadłuba o kąt  f1 do płaszczyzny lodu wskutek zmian ugięcia płozownicy.
• Skręcenie końców płozownicy o kąt   f2  jako zjawisko towarzyszące gięciu płozownicy.
• Obrót o kąt f3  nachylonej do powierzchni lodu płozy wokół jej sworznia przy pokonywaniu nierówności.

Na rysunku 2 pokazano jak powstaje kąt p.

Zmiany kątów ugięcia końców płozownicy skutkują odchyleniem od pionu płaszczyzny płozy o kąt p. W wyniku ugięcia środka płozownicy jej końce nachylają się do powierzchni lodu o kąt p1. Wyliczenie tego kąta dla inżyniera nie przedstawia jakiejkolwiek trudności.

Żeglarzowi jednak znacznie łatwiej będzie obciążyć ślizg i posłużyć się prostym chyłomierzem, należy go tylko ustawić prostopadle do położenia gdy mierzono kąty skręcenia końców płozownicy.

Analiza fotografii ślizgów podczas regat wykazuje, że osiąganie kąta ugięcia p1 na poziomie sześciu stopni nie jest niczym nadzwyczajnym.

Obrót linii styku ostrzy płóz bocznych w czasie ruchu ślizgu

Wydawałoby się że jakakolwiek analiza zmian kątów musi być bardzo skomplikowana. Tak nie jest bowiem pomocne są wzory trygonometrii sferycznej. Trudniejszym problemem jest oszacowanie wartości wejściowych do analizy.

Na rys.3 pokazano poglądowo, że równoczesne zaistnienie kąta obrotu  f i zmiany nachylenia płaszczyzny płozy od pionu o kąt p skutkuje zmianami odległości przodu i tyłu płozy od płaszczyzny symetrii  ślizgu, a więc obrotem ostrza płozy po powierzchni lodu.

Ten kąt obrotu  linii styku ostrza płozy bocznej można wyliczyć z trójkąta sferycznego patrz rys.4, którego boki i kąty powstają z płaszczyzn: lodu, płozy i kąta obrotu  f. Ostatecznie kąt z obrotu linii styku ostrza płozy z powierzchnią lodu jest:

                                              Z  =  p · f            

Kąty  p i  f trzeba wyrazić w radianach, wtedy kąt z otrzymamy też w radianach.

 Dla f=2 stopnie = 0.035 radiana  i  p =3 stopnie  =  0.052 radiana  kąt obrotu ostrza płozy wynosi  z = 0.105 stopnia = 0.00182  radiana co zakłóca równoległość płóz o  2.56 mm patrz rys. 5. Jest to wartość bardzo duża biorąc pod uwagę, że staramy się zachować równoległość płóz z dokładnością do 0.1 mm.

Zmiany w równoległości ostrzy płóz w ruchu ślizgu

Każde odstępstwo od równoległości płóz w ruchu  ślizgu skutkuje przyhamowaniem ślizgu. Biorąc po uwagę, że żeglując na kursach bejdewind płoza nawietrzna jest odciążona to nawet niewielkie błędy w równoległości płóz nie eliminują zawodnika. Natomiast na kursach baksztagowych płozy naciskają na lód równomierniej i najmniejsza nierównoległość skutkuje przyhamowaniem ślizgu.

Wniosek: Ustawiając równoległość płóz należy to robić przy takim ugięciu płozownicy jakie występuje na kursach baksztagowych.

Wnioski końcowe

Zmniejszenie do minimum obrotów końcowych przekrojów płozownicy oraz utrzymanie prostopadłych do powierzchni lodu płóz to warunek konieczny  do zminimalizowania zakłóceń równoległości płóz w ruchu ślizgu.

Ponieważ  pomysłowość ludzka jest nieograniczona pozostaje zwrócić się do braci żeglarskiej o wysiłki w celu znalezienia rozwiązania z wykorzystaniem podanej zasady.

Praktyczny sposób postępowania osiągnięcia równoległości ostrzy płóz w ruchu ślizgu, bez konieczności taklowania ślizgu jest opisany przez J.Gougeona. W sposobie tym J.Gougeon stara się spełnić wszystkie powyższe warunki, jednakże opisana przez niego realizacja w artykule ,,Iceboat Runner Blades”- Strona www.idniyra.org/articles  pozwala na spełnienie powyższych warunków jedynie w sposób przybliżony ale dla praktyki w zupełności wystarczający.

                                                                                         Skorygowano  20 czerwca 2017 

Opracował na blogu Paweł Kurski - fan żeglarstwa lodowego.  

BOJEROWCY W OBRONIE LENINGRADU.

Witold Kurski – były zawodnik bojerowy

    CO TO BYŁY ROSYJSKIE CZIORTOGONY  ?

Z jednego z poprzednich wpisów na blogu dotyczącego konstrukcji ramowej płozownicy ślizgu lodowego można się dowiedzieć że takie płozownice stosowano na dużych rosyjskich towarowych ślizgach lodowych i że, poza prawidłową rosyjską literacką nazwą „WIETROLET” czyli „BUJER”, powszechnie używano nazwy „CZIORTOGON”. A cziort  to znaczy diabeł. Największe rosyjskie cziortogony  niosły po 60  metrów kwadratowych żagla.

Na rysunkach  rys.1 i rys.2 pokazano konstrukcję takiego bojera z żaglami o powierzchni  45 metrów kwadratowych. Załoga manewrowa to było dwóch żeglarzy, a bojer mógł przewozić ładunki o masie do 600 kilogramów. Na zatoce Fińskiej  w latach drugiej  wojny, była to żywność i amunicja dowożona do wmarzniętych w lód kutrów torpedowych a więc do stanowisk bojowych.  Na jeziorze Ładoga   była to żywność w jedną stronę, przeważnie worki z mąką, a w drugą stronę to ewakuowani mieszkańcy najczęściej kobiety i dzieci.

Najkrótsza droga ewakuacji z Leningradu,  to z Kokorewa znajdującego się na zachodnim brzegu jeziora do Kobony na wielkiej ziemi.  Tam i z powrotem  ponad 60 kilometrów. Niektórym bojerom w ciągu dnia udawało się trzykrotnie pokonać tę trasę, a na jeziorze Ładoga działał odział bojerowy złożony z 75 ludzi i 19 ślizgów towarowych. Bojery jeździły  również do zatoki Świrskiej  ponad 100 km w jedną stronę. Ten oddział działał do czasu gdy uruchomiono po jeziorze transport kołowy samochodami ale to dopiero gdy nastały silne mrozy.

Przedstawiony na rysunkach rys.1 i rys.2 ślizg został skonstruowany w latach trzydziestych zeszłego stulecia przez  N. J. Ljudewiga z Leningradu. Był on również konstruktorem jachtów regatowych między innymi szeroko rozpowszechnionego kilowego jachtu konstrukcji drewnianej Ł6. Niestety Ljudewig nie przeżył blokady Leningradu, jak również  wielu żeglarzy bojerowych zginęło w akcjach na skutek ataków samolotów. Bojer nawet uzbrojony w lekką broń maszynową nie ma jakichkolwiek szans w spotkaniu z samolotami. Po zakończeniu zimy bojerowcy przesiadali się na małe motorowe barki  transportowe zwane TENDERAMI i brali dalej udział w przełamywaniu blokady. Tender podczas jednego kursu przewoził 30 ton  ładunku, a obsługiwała go załoga dwuosobowa, podobnie jak bojer, i można go było wyposażyć w cięższą broń maszynową.  Był to więc bardzo efektywny środek transportu, a straty wśród floty tenderów były niewielkie.  Rosjanie są bardzo dumni  z osiągnięć bojerowców w przełamywaniu blokady Leningradu, a trwała ona prawie przez trzy sezony zimowe i trzy sezony letnie.       

                                                                          Opracowano  9 września 2017 r. w Gdańsku

Opracował na blogu Paweł Kurski - fan żeglarstwa lodowego.

Czy stare rozwiązania są przestarzałe ?

Witold Kurski  - były zawodnik bojerowy

       

  O ZALETACH   STOSOWANIA PŁOZOWNIC RAMOWYCH                                                       W  DUŻYCH    ŚLIZGACH

Prezentowane na IV Międzynarodowym Seminarium „Badania Naukowe w Żeglarstwie” w Akademii Wychowania Fizycznego  Gdańsk  1997 r.

 Wstęp

Przed wielką wojną (pierwsza wojna światowa) stosowano powszechnie do  dużych ślizgów lodowych płozownice ramowe,  które w tamtych czasach były rozwiązaniem optymalnym. Takie płozownice stosowano i w czasie drugiej wojny (ZSRR) i można  je spotkać i obecnie na dużych ślizgach, ale już  w wersjach nowoczesnych  (USA).  A oto powody stosowania płozownic ramowych. Jest ich kilka, ale dopiero po analizie wszystkich czynników ocenimy zalety tego rozwiązania. Są to:

Powody konstrukcyjne.

Niezależnie czy jest to mały ślizg czy bardzo duży to ugięcia płozownicy pod obciążeniem ciężarem załogi, winny być na poziomie 36 milimetrów ( w nowoczesnych ślizgach do 50 procent więcej).  Podobnie jest z samochodami  a wynika to z pożądanego w ruchu pojazdu okresu wahań jakie ma zapewnić zawieszenie. Przy dużych rozmiarach  płozownic  trudno jest zbudować  lekką płozownicę klasycznej konstrukcji spełniającą to wymaganie. Płozownica ramowa da się zbudować jako stosunkowo lekka, bowiem pracuje na wytrzymałościowej zasadzie bezprzekątniowej ramy Vierendela i takie płozownice już budowano, zanim powstała teoria wytrzymałościowa takiej ramy.

Powody technologiczne.

Przed pierwszą wojną światową nie znano współczesnych nam klejów do drewna. A płozownicę  ramową dało  się zbudować jedynie przy wykorzystaniu połączeń śrubowych. Obecnie mamy większe możliwości i przy budowie płozownic ramowych możemy stosować i kleje i połączenia śrubowe.

Zasada pracy bezprzekątniowej  ramy

Rama bezprzekątniowa to jest właściwie wspornikowa belka o dużej odległości H pomiędzy pasami, ale pozbawiona środnika. Belka wspornikowa ze środnikiem, której wysokość H może osiągać od trzydziestu centymetrów do blisko pół metra lub więcej,  nie nadawałaby się ze względów aerodynamicznych  na płozownicę dużego ślizgu lodowego. Skoro w ramie bezprzekątniowej nie ma środnika przenoszącego siły tnące, to muszą być elementy, które spełniają jego rolę. Tę rolę przejęły  pasy górny i dolny.  Przy podziale pasów na krótkie odcinki o długości ,,a”, za pomocą przewiązek, pasy są zdolne do przeniesienia tych sił tnących i nie są przeciążone. Jako wtórny efekt powstaje zginanie pasów, ale bardzo małymi momentami. W przykładzie na rysunku 1  moment  M  zginający jeden pas jest na poziomie ośmiu procent momentu  M.

Rama bezprzekątniowa  przenosi  bez problemów pełne obciążenie,  a w wolnym miejscu pomiedzy pasami zmieścić można  listwę kilową lub kadłub ślizgu lodowego. Wtedy dolny pas przechodzi pod kadłubem, a górny pas przechodzi nad kadłubem. Konstrukcję płozownicy ramowej można zrobić jako znacznie lżejszą, w porównaniu do zwyczajnej płozownicy w postaci dźwigara dwupasowego.

Płozownica ramowa ma poza tym wspaniałe właściwości. Można zwiększyć sztywność płozownicy jeśli okazała się zbyt mała przez zmniejszenie wymiaru ,,a” i dodanie jednej przewiązki.  Jeśli chcemy zmniejszyć sztywność płozownicy, to usuwamy jedną przewiązkę i zwiększamy wymiar ,,a”. Nawet na zbudowanej płozownicy możemy to zrobić jeśli tylko nie używaliśmy połączeń klejonych.

W konstrukcji ramy bezprzekątniowej przewiązki pełnią zasadniczą rolę i są podobnie obciążone jak pasy. Siły wewnętrzne w takiej konstrukcji podlegają bardzo dokładnemu obliczeniu a ta specjalistyczna wiedza jest nieprzerwanie serwowana studentom budownictwa lądowego, budownictwa okrętowego i pokrewnych kierunków.   

Prawdopodobnie płozownica ramowa ma jeszcze jedną zaletę ale trzeba to potwierdzić wyliczeniami. Rozchodzenie się ostrzy płóz przy ugięciach płozownicy jest minimalne dlatego, że końce płozownicy uginają się ale nie obracają się. Można oczekiwać że opory  w ruchu ślizgu z powodu odkształceń płozownicy ramowej będą wzrastały mniej niż przy zastosowaniu  klasycznych  płozownic.

Przykłady zbudowanych płozownic ramowych

Na rysunku  2 pokazano płozownicę ramową rosyjskiego ślizgu transportowego, z kadłubem typu platforma, do przewozu towarów. Patrząc na ten rysunek stwierdzamy, że górny a więc ściskany pas jest cieńszy niż dolny rozciągany. Wnioskując pochopnie można by sądzić, że konstruktor tego ślizgu popełnił błędy bo przecież drewno ma na ściskanie dwukrotnie  mniejszą wytrzymałość niż na rozciąganie.

Dokładniejsze analizy wytrzymałościowe z użyciem  komputera wykazują, że właśnie takie rozwiązanie pasów jak pokazano na rysunku 2, jest prawidłowe, bowiem oprócz sił osiowych pasy przenoszą momenty gnące i pocienienie pasa to jedyny sposób aby zmniejszyć jego obciążenie od zginania. Dzięki temu wytężenie materiału w pasie górnym i dolnym jest w rezultacie prawie takie samo.

Podobnie jest i w rozwiązaniu płozownicy ramowej do ślizgu rekreacyjnego z żaglami o powierzchni  piętnaście metrów kwadratowych, przedstawionym na rysunku 3.

                     

Wnioski

 Mimo, że mamy już dwudziesty pierwszy wiek to okazuje się po wnikliwszym badaniu, że rozwiązania sprzed ponad stu laty mają poważne zalety.  Nie można więc bez poważnych analiz przypisywać tym rozwiązaniom etykiety ,,archaiczne i przestarzałe”.  

                                         

                                                               Skorygowane i uzupełnione  10 lipca 2017 r.     

Opracował na blogu - Paweł Kurski - fan żeglarstwa lodowego