ZJAWISKA LODOWE część II

Witold Kurski – były zawodnik bojerowy

ODDZIAŁYWANIE  ZMIAN  TEMPERATURY NA POWŁOKĘ LODOWĄ

W tym blogu omówimy jedynie  wpływ niektórych efektów termicznych na powłokę lodową.  Są one bardzo ciekawe z punktu widzenia teorii, jak pękanie lodu pod wpływem obniżającej się temperatury,  pełzanie lodu i wyrównywanie jego nierówności w przypadku ociepleń, a przy ponownym nawrocie mrozu po ociepleniach znów pękanie ale według zupełnie innych mechanizmów. Po ociepleniach górna  warstwa lodu przepojona wodą  rozszerza się gdy nadejdzie mróz i wyślizguje się na brzeg niszcząc drzewostan i  pomosty. Mniejsze pomosty ratują właściciele wyrąbując wokół nich lód, a na jeziorze  powstają spiętrzenia i torosy będące przeszkodą dla żeglugi.

Przy pękaniu lodu pod wpływem obniżającej się temperatury powstają zjawiska akustyczne, jezioro zaczyna przemawiać. Mechanizm jest prosty. Pod wpływem powstałej szczeliny naruszona zostaje równowaga na całym obszarze jeziora. W którymś miejscu  powstają warunki do zainicjowania kolejnej szczeliny i kolejny odgłos stamtąd dochodzi, i ta sytuacja się powtarza. Tak przemawia natura i ten rytm odgłosów jest podobny rytmu piania kogutów w porze letniej, jeśli we wsi w najbliższej okolicy jest ich więcej, jak to zauważyła jedna z kursantek na obozie bojerowym.

Warunki do zainicjowania pęknięcia i rozwoju szczeliny można badać wykorzystując teorię Griffitha, ale dla ogółu bardziej przejrzyste  będzie zastosowanie prostszych modeli z zakresu elementarnej teorii wytrzymałości a dokładniej płyty zginanej walcowo leżącej na podłożu sprężystym. Do obliczenia potrzebnych parametrów płyty i podłoża sprężystego należy skorzystać z rysunku Fig.1

 Mając do dyspozycji powyższy rysunek Fig.1 możemy od razu  obliczyć długość fali jaka

powstaje na lodzie jeziora. Należy tylko wykorzystać zależność  L a = 2 p.

Na lodzie o grubości 20 cm długość fali wynosi 44.6 metra , a na lodzie grubości  40 cm

długość fali wyniesie 61.6 metra. Przy jeszcze grubszym lodzie na przykład 60 cm długość fali wyniesie 103 metry. Z obserwacji jezior można stwierdzić, że kolejne pęknięcia powstają od siebie właśnie w takich odległościach i są one odpowiedzialne za nierówności powłoki lodowej.

Dlaczego po pęknięciach powstają nierówności powłoki lodowej?    

Jeśli szczelina jest linią prostą lub kształtem do niej zbliżona to do analizy odkształconych półpłaszczyzn lodu można użyć modelu płyty na podłożu sprężystym, ale zginanej walcowo. Nie są to obliczenia skomplikowane, a wyniki dla lodu o grubości  dwudziestu  centymetrów  

przy założeniu, że lód pęka gdy zostanie obciążony naprężeniami 2 MPa są przedstawione na rysunku Fig.2.  Po pęknięciu znikają siły ciągnące górną powierzchnię lodu i krawędź płyty unosi się do góry, na pozostałej części półpłaszczyzny powstają zafalowania zanikające wykładniczo wraz z oddalaniem się od powstałej szczeliny. Teoria płyt  na podłożu sprężystym prowadzi do bardzo prostego wzoru na wartość uniesienia krawędzi lodu  po pęknięciu jeśli pierwotnie powierzchnia lodu była płaska. Wzór ten zamieszczono na rysunku Fig.2.

Powstałe fale zanikają wykładniczo wraz z oddalaniem się od miejsca pęknięcia.

Wysokość wyniesienia krawędzi lodu 2.6 centymetra w górę, może wydawać się niewielka, ale jeśli moduł sprężystości lodu będzie dwa lub trzy razy mniejszy, to wyniesienie może być dwukrotnie lub trzykrotnie większe. Takie rozrzuty modułu sprężystości lodu w badaniach naturalnych to nie wyjątek, a raczej norma. Wyniesienie krawędzi lodu osiem centymetrów w górę stanowi poważne niebezpieczeństwo dla ślizgu i załogi.

Jeśli jest mróz to woda w szczelinie pomiędzy sąsiednimi polami lodowymi niezwłocznie zamarza sklejając oddzielne pola lodowe i utrwalając powstałe nierówności. Szybka żegluga na takich nierównościach jest dla załogi ślizgu bardzo uciążliwa, a dla ślizgu szkodliwa.

Po pewnym czasie rzędu dziesięciu dni  do dwóch tygodni zjawisko pełzania lodu spowoduje

wyrównanie powierzchni lodu ale radykalne przyspieszenie wyrównania powierzchni następuje przy odwilżach. Przy  wzroście temperatury lodu od minus 10 stopni Celsjusza do

minus jednego stopnia, szybkość pełzania lodu wzrasta dziesięciokrotnie i powierzchnia lodu szybko się wyrównuje.     

W następnym blogu opiszemy kolejne zjawiska lodowe.

  Opracowano   10 października 2017 roku.

Opracował na blogu - Paweł Kurski - fan żeglarstwa lodowego 

NIEBEZPIECZNE PRĘDKOŚCI NA LODOWEJ AUTOSTRADZIE!

Witold Kurski – były zawodnik bojerowy

     ODDZIAŁYWANIE PORUSZAJĄCYCH SIĘ ŚLIZGÓW  I  POJAZDÓW

                                          NA POWŁOKĘ LODOWĄ

W tym blogu omówimy zjawiska dynamiczne  występujące  w powłoce lodowej  gdy na powierzchni lodu żegluje ślizg lub porusza się  samochód. Wyjeżdżanie na lód samochodami i to nawet ciężkimi stało się ostatnio powszechne, ale ich użytkownicy nie zawsze zdają sobie sprawę z istniejących zagrożeń  ze strony zjawisk rezonansowych. Dla lodu, zależnie od jego grubości   i  od głębokości wody, istnieje zawsze określona prędkość jazdy pojazdu zwana rezonansową.

Jak rozumieć to pojęcie. Otóż przy prędkości rezonansowej pojazdu,  na skutek wytwarzających się na powierzchni lodu i w wodzie fal, zanika reakcja hydrostatyczna wody   i zamienia się ona na reakcję  hydrodynamiczną, która wprawdzie podpiera lód  ale zupełnie inaczej niż reakcja statyczna i lód się łamie z powodu niedostatecznego podparcia i dodatkowych obciążeń.

Aby swobodnie rozumieć problemy prędkości rezonansowych należy zapoznać się z paroma definicjami przedstawionymi na rysunkach Fig.1 i Fig.2 i wynikającymi z nich pojęciami wody płytkiej i głębokiej. Jezioro Święcajty z największą głębokością 20 m kwalifikuje się  do wody głębokiej  dla fali  o długości 4 metrów natomiast Ocean Spokojny kwalifikuje się do wody płytkiej dla fali o długości kilkuset kilometrów jak to jest przy pływach czy fali tsunami.

Na lodzie pływającym na wodzie głębokiej,  krytyczna prędkość jazdy pojazdu lub ślizgu zależy od grubości lodu i jego właściwości sprężystych. Jak wynika z rysunku fig.1 na lodzie o grubości jednego metra  po przeliczeniu  jest to 64 kilometrów na godzinę. Te wartości prędkości podane na rysunku fig.1 są zaniżone o około  15 procent, bowiem do obliczeń przyjęto niski moduł sprężystości jak dla lodu morskiego. Dla lodu słodkowodnego można liczyć na prędkości większe o dwadzieścia procent od podanych.

 Natomiast na  lodzie pływającym na wodzie płytkiej,  krytyczna prędkość jazdy pojazdu lub ślizgu nie zależy od grubości lodu i jego właściwości sprężystych, lecz zależy tylko od głębokości akwenu.  Bardzo łatwo jest zestawić  szybkości krytyczne zależnie od głębokości  wody pod lodem na którym żegluje ślizg. Zestawiono je poniżej.

Głębokość wody metrów            1m      2m     3m    4m    5m    10m    15m   20m    50m

Prędkość krytyczna  km/godz.    11.3    15.9   19.5  22.6  25.2   35.6    43.7   50.4    79.7

Natomiast długość fali i okres fali zależą od parametrów powłoki lodowej. Na początek sugeruję czytelnikowi obliczenie  długości fali  l   i okresu T jeśli  grubość pokrywy lodowej wynosi dwanaście  centymetrów a głębokość wody H  wynosi dwa metry. Być może niektórzy z czytelników stwierdzą, że z takim zjawiskiem już  się w praktyce zetknęli, tylko nie umieli rozpoznać zjawiska szybkości rezonansowej.

Aby wymusić fale na lodzie przy prędkościach krytycznych, to źródło wymuszenia drgań musi mieć odpowiedni ciężar i  moc. Najcięższy ślizg ma masę 0.5 tony i źródło mocy nie więcej niż dziesięć kilowatów,  a samochód osobowy średniej klasy ma masę trzy razy większą i silnik o mocy dziesięć razy większej.  Wniosek, że wyjeżdżając na lód ciężkimi samochodami, kierujący winni zdawać sobie sprawę  z istniejących zagrożeń.

Wykorzystano opracowanie D.E. Heisina,  Dinamika ledjannowo pokrowa, Gidrometeoro- logiczeskoje  Izdatielstwo, Leningrad 67.

Opracowano 4 października 2017 r.

Opracował na blogu - Paweł Kurski - fan żeglarstwa lodowego 

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.