BOJEROWE TAJEMNICE 2

CO STAŁO SIĘ Z PLANAMI KONSTRUKCYJNYMI ŚLIZGU L-8 WEILANDA

Poniżej załączam tekst mojego dziadka WITOLDA, który na lodzie Jeziora Łukomie spotykał się w latach pięćdziesiątych z Ottonem Weilandem oraz miał kontakty z pracownikami Stoczni Chojnickiej, produkującej wówczas ŚLIZGI LUDOWE L8.

Tekst ten jest odpowiedzią na komentarz Pana Jerzego Zwiora z Katowic, do wcześniejszego wpisu pod tytułem BOJEROWE TAJEMNICE. 

Ślizgi  L8   czyli tak zwane Weilandy, były  budowane w Stoczni Chojnickiej  od pierwszej połowy lat pięćdziesiątych, według planów, wykonanych profesjonalnie przez inżynierów i kreślarzy z Chojnic  na podstawie dostarczonych przez Ottona  Weilanda szkiców konstrukcyjnych ,, Ślizgu Ludowego”. Ta dokumentacja wytworzona w stoczni, zarówno konstrukcyjna jak i technologiczna,  była zgodna z  polskimi normami i wymaganiami  polskiego rysunku technicznego, a pierwotne szkice Ottona Weilanda tych norm nie spełniały. Tę informację przekazał mi w 1957 roku kierownik działu, inżynier Jerzy Krzewski ze Stoczni Chojnickiej.  Trzy ślizgi  L8 o numerach  8/54, 8/55, 8/56 zakupiła, od Stoczni Chojnickiej  Politechnika Gdańska a ściślej jej wydział socjalny, do użytkowania przez pracowników, na początku 1956 roku. Na tych  ślizgach żeglowałem. Od Pana  inżyniera Krzewskiego dowiedziałem się, że ślizgi stoczniowe budowane po 55 roku miały nowoczesne rozwiązania  dźwigara pod masztowego podobnego do dźwigara Monotypu XV, oraz  układ sterowy jak w XV z odchylaną sterownicą i pojedyncze burty, i te zmodyfikowane przez biuro stoczniowe rozwiązania, Otton Weiland zaakceptował.  Te ślizgi prezentowały się bardzo elegancko. Ślizgi na których wówczas żeglowałem nie miały  samohamownego urządzenia do przytrzymania szota. Na prawej burcie  była knaga będąca przyczyną  częstych urazów uda i podudzia sternika i dlatego pojedynczy żeglarze samodzielnie montowali małe kabestany aby ułatwić żeglugę.

Duże kłopoty w żegludze sprawiały nieprawidłowo zaklinowane salingi, które podczas żeglugi składały się. W rozmowach z Ottonem Weilandem w 1956 roku zwróciłem na te mankamenty  uwagę i ponownie w 1958 roku w kontaktach z inżynierem Krzewskim.

Uważam, że ślizg L8 ma zalety w szkoleniu początkujących i w żegludze rekreacyjnej, zwłaszcza osób dorosłych, bowiem sternik siedzi w wygodnym ergonomicznym kokpicie, steruje kołem podobnym do kierownicy samochodowej i cały czas widzi po jakim lodzie  poruszają się płozy boczne. Może też bez obrotu głową, obserwować akwen przed ślizgiem w zakresie kątów od lewego trawersu  przez dziób  do prawego trawersu. Ślizg jest całkowicie bezpieczny  dla załogi podczas wywrotki a to dzięki hamującemu działaniu żagla i umieszczonemu blisko rufy kokpitowi sternika. Nie  słyszałem choćby o jednym przypadku złamania masztu w ślizgu Weilanda podczas wywrotki. Warto więc odtworzyć tę konstrukcję nie tylko ze względów sentymentalnych.

Aby zbudować  ślizg, to trzeba mieć plany konstrukcyjne. Niestety profesjonalnie wykonane plany stoczniowe ślizgu L8, a więc konstrukcji sprawdzonej i zaawansowanej  nie istnieją!

W Stoczni Chojnickiej wielokrotnie już byli poszukiwacze tych planów. Niestety nie znaleźli  planów ślizgu L8, bowiem gdy Stocznia Chojnicka  przeszła na produkcję łodzi z laminatów to zlikwidowała archiwa dotyczące konstrukcji  drewnianych a taką jest ślizg L8. Te wiadomości pochodzą od Charzykowskich żeglarzy.

Jedyne co można doradzić entuzjastom chcącym zbudować dopracowaną wersję ślizgu  Weilanda L8. Należy odnaleźć egzemplarz zbudowany po 1955 roku (numery wyższe od 8/54), rozebrać go i odtworzyć dokumentację stoczniową ślizgu. Wzorowanie się na  ślizgach starszych a więc o najniższych numerach rejestracyjnych nie ma sensu, bowiem będą to egzemplarze wersji przedprodukcyjnej, zbudowane według pierwszych  szkiców Weilanda. Odtworzenie planów konstrukcyjnych  produkowanego przez stocznię ślizgu L8 to zadanie dla młodego pokolenia fanów żeglarstwa lodowego.

Tekst- Witold Kurski - były zawodnik bojerowy - 3 grudnia 2018 r. 

                                                    

 Opracował na blogu - Paweł Kurski - fan żeglarstwa lodowego.

SZLAKAMI HISTORII 2 - Bojery na Naroczy.

Witold Kurski – były zawodnik bojerowy

     GDZIE  NA ŚLIZGACH LODOWYCH  ŻEGLOWALI  POLSCY  STUDENCI 

                               PRZED 1940 ROKIEM --  JEZIORO  NAROCZ

O istnieniu przed  drugą wojną żeglarstwa akademickiego na jeziorze Narocz dowiedziałem się na kursach żeglarskich w latach pięćdziesiątych, oglądając pochodzące stamtąd fotografie  żeglarskie polskich studentów przedwojennej Politechniki Gdańskiej (T.H.D.) i nawet rozmawiając z niektórymi z nich, już po wojnie gdy zostali profesorami. Ale żaden z nich nie wspomniał o żeglarstwie lodowym. Dopiero gdy w Żaglach  No  3/60 przeczytałem opowiadanie  Włodzimierza Głowackiego  NAROCZ  ZIMĄ  przedrukowane z wydania przedwojennego zorientowałem się, że nasi akademicy i na tym akwenie byli aktywni również zimą.  I nie tylko akademicy. Z artykułu Jarosława Jaszczura – Nowickiego „ Rozwój Żeglarstwa Lodowego w Polsce do Roku 1939”  zamieszczonego w opracowaniu Konferencji Naukowej 5 – 6 maja 2000 r. – HISTORIA   ŻEGLARSTWA  na stronie 209  dowiedziałem  się, że  na jeziorze Narocz, Wileńska  Chorągiew Harcerska organizowała kursy instruktorów bojerowych. A więc kursy dla Instruktorów Żeglarstwa Lodowego    były prowadzone  przed wojną nie tylko  w Augustowie przez majora Osińskiego, lecz i na Naroczy.

Zamieszczamy poniżej  to opowiadanie, ale wcześniej przytoczymy krótkie informacje o warunkach hydro-geologicznych jeziora oraz mapkę z której czytelnik zorientuje się, jak autor opowiadania jechał  z Kobylnika do schroniska koleją brzegiem jeziora i  gdzie podczas regat jego ślizg prawdopodobnie wpadł w torosy, nazywane przez autora skrzeczącymi szkierami.

Powierzchnia jeziora Narocz  79.6 kilometrów kw.

Długość                                   12.8 kilometrów

Maksymalna szerokość             9.8 kilometra

Średnia głębokość                     8.9 metrów

Maksymalna głębokość           24.8 metrów

Objętość wody jeziora            710 milionów  metrów kubicznych

Niecka jeziora jest zaliczana do typu stawowego a nie rynnowego i jest to efekt działalności lodowca. Półwysep Nanosie  rozdziela nieckę na mniejszą zwaną  Mały Ples  z największą głębokością 18 metrów  i na  większą  zwaną Duży Ples  z największą głębokością 24.8 m. Pomiędzy półwyspem  Nanosie a półwyspem przy Pasynkach  ciągną się spłycenia poniżej 1.3 metra, tylko  środkiem  jest rynna  szerokości około 400 metrów  z głębią  23 metry, łącząca obydwie niecki. Ten charakter dna ma wpływ na nawigację w lecie a w zimie na warunki lodowe.

Przeczytawszy to opowiadanie nie można się nadziwić i oprzeć wrażeniu jak skromna była strona materialna tego żeglarstwa lodowego. Ślizgi konstrukcji drewnianej zmontowane prawdopodobnie  z użyciem wyłącznie  połączeń śrubowych  z żaglami używanymi  w lecie na łodziach żaglowych,  a więc całość wykonana przy najmniejszych kosztach i te  ślizgi wspaniale sprawdzały się w najcięższych warunkach pogodowych. A ileż radości z żeglowania na takim  ,,prymitywnym” ślizgu, na dygocącym z emocji kłębku desek, lin i płótna. To wcale nie były prymitywne ślizgi, bowiem dawało się na nich żeglować i nimi  sterować. Udział studenta w takim obozie bojerowym skutkował nabyciem pozytywnych cech charakteru. Samo dotarcie od stacji kolejowej w Kobylniku do Schroniska na brzegu po przeciwnej stronie jeziora, to przebycie blisko osiemnaście kilometrów w warunkach nocy i mrozu osiemnasto stopniowego. Taksówek w tamtych czasach nie było, albo były ale nie na kieszeń studenta,  a sanie były najpewniejszym środkiem transportu w warunkach śnieżnej zimy. 

                                                                                                                                       

 Opracowano:  Gdańsk dnia 30 stycznia 2018 r.

Opracował na blogu - Paweł Kurski - fan żeglarstwa lodowego

SZLAKAMI HISTORII 1 - Kresy.

Witold Kurski – były zawodnik bojerowy

     GDZIE  NA ŚLIZGACH LODOWYCH  ŻEGLOWALI  POLSCY  STUDENCI 

                               PRZED 1940 ROKIEM --  JEZIORO  DRYWIATY

Oczywiście lista akwenów jest bardzo długa, ale przed 1940 rokiem do żeglowania na bojerach wykorzystywano akweny, które obecnie znajdują się poza granicami Polski, i opisowi  tych akwenów poświęcimy kolejne blogi.

Dzięki  szczęśliwemu zbiegowi okoliczności  stałem się posiadaczem dwóch  wydawnictw, i dlatego mogę się z czytelnikami bloga podzielić nabytą wiedzą. Pierwsza pozycja to książka Józefa Czekana ,,Historia Powiatu Brasławskiego XX stulecia”wydana w Kętrzynie w 2001 roku   ISBN 83-861 99-75-X , a druga to  informator Wystawy ,, Brasławszczyzna   Kresy Kresów II Rzeczypospolitej”  Muzeum Etnograficzne w Gdańsku Oliwie   listopad 2004 – marzec 2005 ISBN 83-88669-56-7 .

Poniższy tekst jest zacytowany z drugiej pozycji ze strony 56, a załączony wycinek  mapy 1:100000 pochodzi z książki Józefa Czekana ps. ,,Vis”:

,, Brasławszczyzna z uwagi na swój jeziorny charakter przed wojną zdobyła sobie miano ,,Finlandii II Rzeczypospolitej”. Największe z brasławskich  jezior Strusto-Snudy rozciąga się na obszarze 63.5 kilometrów kwadratowych, a znajdujące się nieopodal  Brasławia  Drywiaty 37.8 kilometrów kwadratowych. Brasław zewsząd otoczony jest jeziorami, które ciągną się w stronę Słobódki. Nic więc dziwnego, że teren ten zastępował w okresie międzywojennym Mazury, których wówczas nie było w granicach Polski. Krajobraz Brasławszczyzny wyrzeźbił lodowiec. Wśród zieleni lasów, trzcin, bagiennej roślinności, złota pól dominuje błękit wszechobecnych jezior. Specjalnego kolorytu dodają wkomponowane w krajobraz, różnokolorowe drewniane domy. Każdego roku wzrastała popularność pływania po systemie jezior brasławskich. Kto raz tu przyjechał, chętnie potem wracał. Ziemię Brasławską upodobały sobie bociany, które dużymi grupami przylatują do dziś do tej nieskażonej pierwotnej przyrody. W Brasławiu i innych malowniczych miejscowościach zaczęły lokować się latem obozy studenckie, uczniowskie, sportowe  z Wilna, Warszawy i innych miast Polski. Wraz z napływem turystów rozwijało się żeglarstwo, bojery, kajakarstwo, a nawet sport szybowcowy z uwagi na dobre miejsca startowe. Z inicjatywy płk. Gilewicza teren brasławski zaczynają odwiedzać studenci  z Centralnego Instytutu Wychowania Fizycznego...”

Dalsze wiadomości na temat warunków do uprawiania sportu  w Brasławiu przytaczam w skrócie na podstawie podanych pozycji.

Przed rokiem 1940  w mieście funkcjonowały trzy hotele oraz Schronisko Szkolne i Dom Sportowy a w 1938 roku rozpoczęto budowę dużego domu noclegowego. Turyści zatrzymywali się również w licznych dworkach.

Turyści z atrakcji Brasławszczyzny  korzystać mogli także zimą  podczas której można było wędrować na nartach, ślizgać się  na bojerach, polować.  Zimą na lodzie jeziora odbywały się regaty bojerowe z udziałem nawet kilku dziesiątek ślizgów. W Brasławiu powstała duża przystań jachtowa Ligi Morskiej i  Kolonialnej, i dwie mniejsze przystanie, boiska tenisowe, koszykowe, siatkowe, strzelnica (obozy męskie i żeńskie Przysposobienia Obronnego i studentów CIWF) oraz lotnisko szybowcowe o dobrych warunkach do długotrwałych lotów. Dojazd do Brasławia z Wilna autobusami, przynajmniej jeden kurs dziennie.

A jak z warunkami lodowymi. Długotrwała zima i opady śniegu powodowały, że sezon bojerowy zaczynał się dopiero po pierwszych odwilżach  ale trwał bardzo długo nawet do początków maja.  Z reguły trwałe warunki lodowe utrzymywały się do ruszenia lodów, do czego potrzebne było ocieplenie i silne wiatry.  W 1938 roku lody ruszyły 8-go maja.  To miesiąc  później niż obecnie na Mazurach kończy się sezon bojerowy przy najbardziej sprzyjających warunkach. 

      Opracowano 16 stycznia 2018 r  w Gdańsku     

      Opracował na blogu - Paweł Kurski - fan żeglarstwa lodowego       

CZY MATEMATYKA MOŻE POMÓC ZMNIEJSZYĆ OPORY PŁÓZ?

Witold Kurski  -- były zawodnik bojerowy

            ANALIZA PROFILU OSTRZA PŁOZY BOCZNEJ  J. ADSTENA

W sezonie zimowym 2009 roku w wyniku dyskusji autora ze swoim magistrantem  z Akademii Wychowania Fizycznego w Gdańsku Darkiem Koseckim mieszkańcem  Chojnic,  doszliśmy do wniosku,  że należy  opracować  metodę pozwalającą na ocenę kształtu ostrza płozy bojerowej. Znając kształty ostrzy płóz czołowych zawodników można będzie wyprowadzić wnioski ważne dla prawidłowego ostrzenia płóz. Wyszliśmy z założenia, że zawodnicy wygrywający regaty lepiej przygotowują sprzęt niż zawodnicy z ostatnich pozycji, a więc  ostrząc płozy należy wzorować się na mistrzach. Trzeba tylko pomierzyć ostrza płóz mistrzów  i  określić  kryteria liczbowe do  oceny kształtu ostrza. Uznaliśmy, że dla płozy  najważniejszy  jest profil ostrza, a inne czynniki,  jak kąty zaostrzenia ostrza oraz  długości i usytuowanie DEAD FLAT  za  kolejne w hierarchii ważności.  Podzieliliśmy się  pracą.

Darek na przystani w Charzykowych budował stanowisko pomiarowe do pomierzania współrzędnych ostrza, ja zaś przygotowałem program obliczeniowy do obróbki tych danych. Moim zdaniem kształty ostrzy płóz doskonale wpisują się pod krzywe potęgowe i dlatego opracowałem program do regresji potęgowej. Ze znajomości  współrzędnych  kilkunastu  punktów ostrza płozy,  w  wyniku analizy regresji,  uzyskujemy wartości potrzebne do wykreślenia profilu ostrza według krzywych potęgowych. 

Pod koniec sezonu  program był gotowy,  a stanowisko pomiarowe jeszcze  nie, bowiem Darek  cały czas zajmował się swoimi zawodnikami  z którymi  jako  ich trener  odnosił  sukcesy.  Zacząłem szukać w internecie  liczbowych danych dla profili ostrzy płóz  i znalazłem w opisie płóz Jana Adstena potrzebne rzędne.  Wpisałem je jako dane do programu. W wyniku analizy regresji dla przedniej części płozy otrzymałem dla współrzędnej  l1 = 475 mm ugięcie h1 = 2.1 mm oraz wykładnik potęgowy m1 = 2.94, a dla tylnej części płozy  dla l2 = 325 mm ugięcie h2 = 0.4 mm oraz wykładnik m2 = 2.62.  A więc h2 jest na poziomie 20 procent h1.  Ale tylna część płozy jest krótsza od przedniej.  Aby łatwiej  było porównywać profile płóz  przedłużyłem przepis z regresji dla tylnej części płozy do współrzędnej l*2 = 475 mm i gdyby płoza fizycznie  w tym miejscu istniała to ugięcie h*2 wynosiłoby 1.1 mm a więc 50 procent współrzędnej h1.  To może być reguła do projektowania kształtów  profili ostrzy płóz bojerowych. To wszystko opisałem na rysunku Fig.1. 

Wyliczone zostały również promienie krzywizny ostrza na współrzędnej x1= 190 mm i na współrzędnej  x2 = 190mm. Promień krzywizny tylnej części ostrza  u płozy J.Adstena jest nieco większy  niż przedniej części ostrza. Promienie  R wynoszą odpowiednio  72 metry

i 85 metrów. Nie mogliśmy ocenić, bo nie mieliśmy odpowiedniej wiedzy czy takie powinny być wyniki dla  poprawnie ostrzonej płozy, ale uznaliśmy je ze względu na doświadczenie J.Adstena za wzorcowe. Nadeszła wiosna 2009 r., schowaliśmy bojery, Darek dokończył budowę stanowiska pomiarowego,  patrz rys Fig.2, i rozpoczęliśmy pomiary

Pierwsze  pomiary wykonaliśmy  na  płozach bocznych ostrzonych  przez Darka  dla jego zawodników.

Dla płóz bocznych  rzędna   h1 =  1.4 mm wykładnik m1   2.4 <  m1  < 2.6

                               Rzędna   h*2 =  1.8 mm wykładnik m2  3.6 <  m2  < 4.6

 Wysoka wartość m2 oznacza że tylna część ostrza jest bardzo płaska ma    więc bardzo duże promienie R ponad dwukrotnie większe niż przedniej części płozy. Płozy ostrzone przez Darka  przeznaczone były na gładki twardy lód. Ich ostrza są bardziej płaskie niż u płozy J. Adstena.  Również wykładniki potęgowe  dla tylnej części płozy blisko dwukrotnie większe niż przedniej części płozy były zgodne z naszymi oczekiwaniami.

Dla płóz sterowych obydwa wykładniki m były mniejsze, pomiędzy  2.2  i 2.6  i te wartości były również zgodne z naszymi oczekiwaniami.

Następnie już w 2010 roku Darek pomierzył kilkanaście płóz czołowych  polskich zawodników zajmujących pozycje w pierwszej piątce mistrzostw świata. Dane zostały opracowane i przedstawione,  za zgodą zawodników,  braci bojerowej w  2010 roku w Nieporęcie bez wskazywania inicjałów zawodnika do którego należała dana płoza. Ostrza  płóz poszczególnych zawodników,  zależnie od ich przeznaczenia, różniły się między sobą, co jest rzeczą naturalną, ale na żadnej z płóz nie wyłapano odchylenia, które można by zaliczyć do ekstrawagancji.  

Jaki stąd wypływa wniosek? Mimo różnic w  naostrzeniu płóz, żaden z zawodników,  których płozy badano,  nie popełnił znaczącego błędu,  przy ich ostrzeniu i montażu, bo natychmiast byłby wyeliminowany z mistrzostw.  Aby wygrywać to oprócz umiejętności przygotowania sprzętu,  trzeba jeszcze umieć żeglować na bojerze, walczyć i mieć trochę szczęścia, nie wspominając o koniecznych cechach psychofizycznych. I to jest piękne w naszym sporcie.             

              

Skorygowano  10 stycznia 2018 r. w Gdańsku.

Opracował na blogu - Paweł Kurski - fan żeglarstwa lodowego.

 Powyższy tekst  jest fragmentem  referatu: „OPTYMALNE PROFILE OSTRZY PŁÓZ”  wygłoszonego kadrze bojerowej na  kursokonferencji środowiskowej w Gdańsku, 7--8 listopada 2009 r.

Pełnego tekstu referatu proszę szukać na stronie   http://www.bojery.pl/

CZY PŁOZY III GENERACJI PODBIJĄ ŚRODOWISKO BOJEROWE?

Witold Kurski – były zawodnik bojerowy

  EWOLUCJA  KONSTRUKCJI   PŁÓZ W ŚLIZGU BLOKART 

Przygotowane dla  kadry bojerowej na spotkanie środowiskowe w 2016 r.

W poprzednich wpisach na blogu  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 ruchu  również dla ślizgu Blokart, którego trzon sterowy ma nadzwyczaj duże odchylenie od pionu bo wynoszące sześćdziesiąt stopni. Wykazano, że dzięki wysunięciu płozy sterowej przed oś obrotu  trzonu sterowego powstaje   na sterownicy silny moment przywracający od  ciężaru ślizgu, bardzo pożądany w tego typu ślizgach, a równocześnie wyeliminowano niekorzystne efekty dynamiczne  w ruchu ślizgu podczas  zmiany kierunku ruchu przy dużej  prędkości.

Konstrukcja ślizgu Blokart i zastosowane  nowe rozwiązania są pod względem technicznym na tyle ciekawe, że uznaliśmy je za warte szerszego omówienia. Dotyczy to wprowadzonego do Blokarta rozwiązania nowego typu płóz bocznych. Twórcy tego rozwiązania, mieszkańcy Antypodów,  mają  u siebie lód jedynie w zamrażalnikach i niewielki kontakt z bojerami, dlatego przy szukaniu nowych rozwiązań do ślizgu lodowego, nie musieli  pokonywać psychicznych barier jakie mieliby rutynowani fachowcy.   

  

Mankamenty  pierwotnych  rozwiązań Blokarta, (patrz Fig.1 i Fig.2) to zbyt mała stateczność  ślizgu i niezdolność do żeglugi przy warstwie śniegu powyżej czterech centymetrów. Obydwa problemy rozwiązali konstruktorzy Blokarta, wprowadzając  w roku  2014 płozy o zupełnie nietypowej konstrukcji, przy minimalnych zmianach w konstrukcji reszty ślizgu. Rozstaw ostrzy płóz zwiększono. Wysokość płóz pozwala teraz  pokonywać zaspy do 10 centymetrów wysokości. Te rozwiązania pokazano na Fig.3  i Fig.4.  Być może, wskazują one na prawidłowy kierunek  w którym powinien iść rozwój płóz bojerowych.

Nazwa płozy trzeciej generacji sugeruje, że wcześniej musiały być płozy drugiej generacji, ale nie udało się od producenta uzyskać informacji o tym rozwiązaniu.    

Skorygowano 19 grudnia 2017 r. w Gdańsku

Opracował na blogu -  Paweł Kurski -- fan żeglarstwa lodowego

       

Przyczyny złamań masztów bojerowych czyli dlaczego na regatach zdarzają się wypadki?

 Witold Kurski – były zawodnik bojerowy

O NIEBEZPIECZEŃSTWIE ZNISZCZENIA  CIENKOŚCIENNEJ POWŁOKI MASZTU  ŚLIZGU LODOWEGO   WSKUTEK WTÓRNEGO ZGINANIA

Prezentowane  kadrze  bojerowej w Kiekrzu, 18 -19 października 2008 r.

Wstęp

W analizach wytrzymałościowych konstrukcji zwartych pomijanie deformacji przekroju poprzecznego nie prowadzi do zauważalnego w praktyce zmniejszenia dokładności obliczeń. Tak jest w przypadku zwartych belek, masztów drewnianych i innych dźwigarów.

Stosowanie konstrukcji o ściankach cienkich w porównaniu do ich wymiaru poprzecznego stwarza problem przemieszczeń tych ścianek, a więc deformacji przekroju poprzecznego. W ściankach powstają tak zwane naprężenia od wtórnego zginania, a deformacja przekroju poprzecznego skutkuje również zmniejszeniem sztywności całej konstrukcji. Problem określania  naprężeń od wtórnego zginania nie należy do elementarnej wytrzymałości i choć ta specjalistyczna wiedza jest nieustannie serwowana studentom wydziałów budownictwa lądowego i okrętownictwa oraz przyszłym konstruktorom samolotów, to szerszemu ogółowi jest mało znana. Wprawdzie wszyscy wiedzą, że zginając cienką rurkę spowodujemy przed złamaniem jej  spłaszczenie, ale aby przewidzieć przebieg zjawiska i zastosować środki zaradcze to trzeba  sięgnąć do teorii i wykonać niełatwe obliczenia. Problem dotyczy zarówno przekrojów o profilach otwartych jak i zamkniętych i jest silnie nieliniowy. Naprężenia od wtórnego zginania wzrastają nieproporcjonalnie szybciej niż  naprężenia nominalne bowiem zmieniają się z ich kwadratem, co jest bardzo nieprzyjemną niespodzianką.

Z całą ostrością problem ten wystąpił w konstrukcjach lotniczych, gdy zaczęto budować samoloty stosując cienkościenne poszycie metalowe i został bardzo szybko rozwiązany teoretycznie i praktycznie już w okresie międzywojennym. Ten sam problem występuje w ściankach zginanego masztu ślizgu DN.

Aby zapobiec wtórnemu zginaniu kadłuba zaczęto stosować wręgi, które oblicza się między innymi na obciążenia  od wtórnego zginania  co  zapobiega spłaszczeniu kadłuba. W Polsce problem wtórnego zginania  dla belki cienkościennej o przekroju kołowym,  pierwotnie prostoliniowej rozwiązał Maksymilian Tytus Huber w 1930 roku, a następnie dla innych przekrojów takich jak skrzynkowe i  eliptyczne ale już po wojnie.

Rozwiązania dla wtórnego zginania belek o osiach pierwotnie  zakrzywionych można znaleźć w monografii profesora Z.Brzoski p.t. ,,Statyka i Stateczność Konstrukcji Prętowych i Cienkościennych”. Te rozwiązania profesora Brzoski mogą być przydatne przy konstruowaniu  osprzętu żaglowców z wygiętymi gaflami.

Zjawisko wtórnych obciążeń w cienkościennych konstrukcjach

W przypadku zakrzywienia cienkościennej rury działające  na nachylone przekroje poprzeczne  naprężenia normalne  wytwarzają obciążenia  starające się spłaszczyć przekrój poprzeczny. To zakrzywienie rury o osi pierwotnie prostej powstaje  jako skutek odkształceń pod wpływem zginania.

Powstawanie obciążeń wywołujące wtórne zginanie

Wielkość obciążeń wtórnych jest proporcjonalna do odległości ,,z" od osi zginania i skierowana ku osi obojętnej zginania.  Rura spłaszcza się pod wpływem wtórnych obciążeń.

Oznaczmy:

r       -- średni promień rury.

d      -- grubość ścianki rury.

Mn   -- moment gnący cienkościenną rurę.

Jy     -- moment bezwładności przekroju poprzecznego zginanej rury względem osi y .

E     -- moduł sprężystości materiału rury.

sn  --  naprężenia nominalne od zginania rury momentem Mn.

Wytnijmy z cienkościennej rury pierścień o jednostkowej długości.

Obciążenie poprzeczne wytwarza w pierścieniu momenty gnące  Mo i  M90  patrz rys.2 skutkiem czego powstają naprężenia wtórnego zginania:         

  Naprężenia wtórnego zginania w rurze kołowej są jednakowe w przekroju poziomym i pionowym, tylko różnią się efektem działania.  Na osi obojętnej zginania ścianki zakrzywiają się mocniej ale cała rura  spłaszcza się przyjmując początkowo kształt podobny do elipsy.

Przykład 1

Rura z laminatu  poliestrowo szklanego  o średnicy 10 cm, o grubości ścianek 4 mm na którą działa moment gnący wywołujący  naprężenia nominalne o wartości  300 MPa. Wtedy  powstające naprężenia wtórnego zginania wynoszą 168.8 MPa.  A więc pojawił się problem wtórnego zginania w takiej rurze. Jeślibyśmy zwiększyli naprężenia nominalne zginania  do  400 MPa, to naprężenia wtórnego zginania wzrosłyby do 300 MPa. Problem jest więc bardzo poważny nawet w rurze o przekroju kołowym.

Wzory obliczeniowe dla naprężeń w rurze o  przekroju eliptycznym

Wzory do obliczania naprężeń od wtórnego zginania są przedstawione na rysunku 3.  Odmiennie niż w rurze kołowej naprężenia nie są jednakowe w płaszczyznach symetrii,  co rozpoznajemy po wartości współczynników podanych w tabeli 1.

Do wyznaczenia współczynników w podanych wzorach autor posłużył się programem

MES wykorzystując FEMAP-NASTRAN wykorzystując Solver do obliczeń nieliniowych.  Wyliczone współczynniki ko i k90   w zależności od stosunku półosi zestawiono poniżej.

                 Stosunek półosi a/b     1.0     1.2     1.4     1.6     1.8       2.0      3.0

                  współczynnik  ko      1.50   2.13   3.00   4.03   4.99     6.29  15.11       

                  współczynnik  k90     1.50   1.98   2.61   3.31    3.91    4.74  10.00

Największe naprężenia wtórnego zginania belki o przekroju eliptycznym działają na osi obojętnej zginania to jest na dużej osi elipsy. W tym przekroju działają ponadto naprężenia ściskające od wtórnych obciążeń.

Jeżeli naprężenia wtórne w tym przekroju spowodują pękanie materiału masztu to pęknięcia są widoczne bo pojawią się na zewnętrznej powierzchni poszycia.

Natomiast jeśli pęknięcia pojawią się w miejscu działania momentu  M90 to pojawiają się one na powierzchni wewnętrznej i są niewidoczne dla obserwatora,  a jedynym zauważalnym objawem jest zmniejszenie sztywności masztu.

Środki zapobiegające skutkom naprężeń od wtórnego zginania w lotnictwie:

Stosuje się wręgi oraz konstrukcje przekładkowe bardziej odporne na wtórne zginanie niż pojedyncze poszycie. W miejscach załamań poszycia stosuje się ścianki podpierające żebra.

Środki  zapobiegające w budownictwo okrętowym  i żeglarstwie

Podobnie jak w lotnictwie stosuje się wręgi oraz podpierające ścianki zwane węzłówkami. W żeglarstwie najbardziej istotne są jednak maszty.

Maszty drewniane -- problem nie istnieje ze względu na zwarty przekrój i dużą grubość ścianek.

Maszty stalowe statków żaglowych -- towarzystwa klasyfikacyjne kierując się wymaganiem zabezpieczenia ścianek masztu przed lokalną utratą stateczności wprowadzają ograniczenia na stosunek  r do d , który  ma wynosić poniżej 27, lub winny być wprowadzone wewnętrzne  usztywnienia.  To wymaganie zabezpiecza również powłokę masztu przed naprężeniami od wtórnego zginania.

Maszty aluminiowe -- dla masztów aluminiowych zalecany stosunek  r do d ma wynosić

poniżej 16,  a w przypadku stosunku  r do d większego niż 16 stosuje się lokalne zgrubienia ścianek, jak to robi firma PROCTOR. To wymaganie zabezpiecza również powłokę masztu przed naprężeniami wtórnego zginania i mimo, że są one znacznie większe niż w masztach stalowych  to pozostają na dopuszczalnym poziomie jeśli przekrój masztu jest kołowy lub do niego zbliżony.

Dla masztów aluminiowych o przekroju eliptycznym problem wtórnego zginania jest bardzo poważny, a podane wzory i tablice umożliwiają bez trudności sprawdzenie odporności masztu na wtórne naprężenia.

Maszty laminatowe -- problem wtórnego zginania  elastycznych masztów ślizgu lodowego jest bardzo poważny, ponieważ ścianki są cienkie, a działające naprężenia nominalne bardzo wysokie co skutkuje wzrostem naprężeń wtórnych. Dotyczy to masztów z laminatu opartego o włókna szklane. Laminat z użyciem włókna węglowego charakteryzuje się  w stosunku do laminatu z tkanin szklanych ponad dziesięciokrotnym wzrostem modułu sprężystości Younga i można liczyć na moduł  E = 120000 MPa. Jest to o ponad 50 procent więcej niż dla aluminium, co w większości przypadków zgięcia masztu, odsuwa problem zginania wtórnego. Zawsze jednak należy wykonać obliczenia kontrolne.

Do wzrostu naprężeń wtórnych w zginanym maszcie może się przyczynić efekt związany z kształtem przekroju poprzecznego np. eliptycznym.

Podane wzory i dołączone tablice współczynników umożliwiają dokładne obliczenie wtórnych naprężeń. Jeśli będą one stanowiły problem, to może być rozwiązany  na wiele sposobów, jak np. zastosowanie wewnętrznych ścianek  podłużnych lub poprzecznych.

Bardzo prosto problem wtórnych naprężeń można rozwiązać przez wprowadzenie wewnętrznych wkładek zapobiegających spłaszczeniu profilu. Ponieważ przy zginaniu ścianki profilu zbliżają się do siebie, to wkładki nie muszą być przyklejone. Wystarczy wsunięcie i unieruchomienie po długości.

                                                                       

Skorygowano  6 grudnia 2017 r. Gdańsk. 

Opracował na blogu - Paweł Kurski - fan żeglarstwa lodowego.

Czy Dan Schutte ma rację?

Witold Kurski  - były zawodnik bojerowy

               WPŁYW ROZWIĄZAŃ KONSTRUKCJI PŁOZOWNICY

                         NA JEJ CHARAKTERYSTYKI  UŻYTKOWE

 

Prezentowane kadrze bojerowej na Spotkaniu Środowiskowym  Gdańsk 7-8  XI 2009 r.

Wstęp

Pod wpływem obciążenia o wartości równym ciężarowi zawodnika przyłożonym w przekrojach burt na ślizgu lodowym, płozownica winna uginać się około 32 mm lub nieco więcej i stąd podatność płozownicy dla zawodnika o wadze  60 kG powinna być  0.65 mm/kG a dla zawodnika o wadze 80 kG tylko  0.40 mm/kG. Te sprawy opisuje dokładnie Uwe Dieckmann, G 600 w artykule ,,USTAWIANIE DNa - Propozycja jednolitych metod pomiarowych”. Tłumaczenie Agnieszki Szumowskiej  tego artykułu znajduje się na stronie www.bojery.pl , a podatność płozownicy w słownictwie zawodników nazywa się ,,stałą płozownicy . Te kanony uległy zmianie gdy zaczęto stosować wyginające się maszty i obecnie zawodnicy stosują płozownice wyginające się pod ciężarem zawodnika o 50% więcej, nawet do 47 mm. Taka płozownica współpracuje dobrze z wyginającym się masztem, ale za bardzo jej środek przybliża się do lodu. Stąd poszukiwania konstrukcji płozownicy zachowującej się nieliniowo.  Odpowiedzi na pytanie, czy  na drodze zmian konstrukcyjnych w płozownicy można ten efekt  osiągnąć jest poświęcone to opracowanie .

Opinie Dan Schuttego

W artykule Dan Schuttego (Nichtlineare Planke ) zamieszczonym zamieszczonym na  stronie internetowej  www.bojery.pl  możemy przeczytać, że poprzez zmianę kształtu płozownicy można uzyskać nieliniową  charakterystykę sztywności płozownicy. Uzyskanie takiej nieliniowej charakterystyki jest bardzo pożądane, gdyż przy  wzroście obciążenia, ugięcia  płozownicy rosną nieproporcjonalnie wolniej, a więc nie trąca ona śniegu przy ekstremalnych obciążeniach. Na poparcie swoich wywodów Dan Schutte nie przytacza jakichkolwiek wyników obliczeń lub  pomiarów, poza stwierdzeniem, że badana przez niego płozownica przy kolejnym wzroście obciążenia o 15 kg zaczęła  zachowywać się nieliniowo.

Nasuwają się więc pytania:

1. Czy rzeczywiście poprzez zmianę kształtu płozownicy można uzyskać jej nieliniową charakterystykę  w stopniu wystarczającym w żegludze ?

2. Czy opisany przez Dan Schuttego efekt mniejszych przyrostów ugięć przy wzrastającym obciążeniu, nie jest  spowodowany poprzez działanie więzów na stanowisku pomiarowym lub przez błędną interpretacje wyników pomiarowych przez Dan Schuttego.

W żegludze na ślizgu DN obserwujemy  pozorny wzrost sztywności płozownicy, który jest  rezultatem współpracy elastycznej płozownicy z wyginającym się masztem i jest zależny od napięcia szotów. Ten efekt opisał Dariusz Kosecki w swoich  pracach, trenerskiej  i magisterskiej.

Eksperyment numeryczny nr.1

Aby odpowiedzieć na pierwsze pytanie wykonano szereg przeliczeń płozownic o różnych kształtach, bowiem zamodelowanie nawet bardzo wyrafinowanej konstrukcji i wykonanie obliczeń jest nieporównywalnie mniej skomplikowane niż wykonanie płozownicy w drewnie i laminacie i późniejsze jej badanie w laboratorium wytrzymałościowym. Do obliczeń użyto Solvera { STATIC NONLINEAR}, z systemu obliczeniowego { FEMAP-NASTRAN}.

Do porównań zamodelowano płozownice (patrz rys.1)  o wymiarach jak dla DN w następujących wariantach:

Płozownica no. 1 w stanie nieobciążonym prosta, jako wzorzec porównawczy .

Płozownica no. 2  w stanie nieobciążonym z płynną krzywą. W tym stanie środek płozownicy znajduje się o osiem centymetrów wyżej niż końce.

Płozownica no. 3 w stanie nieobciążonym w środkowej części zupełnie prosta, z krzywiznami bliżej końców, tak jak zaleca to robić Dan Schutte. Podobnie jak u płozownicy no. 2 środek płozownicy w stanie nieobciążonym  znajduje się osiem centymetrów wyżej niż końce.

Płozownica no. 4, która gdy jest w stanie nieobciążonym to jej środek jak i końce znajdują się na tym samym poziomie,  lecz pośrednie przekroje są wyżej. Największe wyniesienie pośrednich przekrojów wynosi osiem centymetrów. W ten sposób stworzony został kolejny model do celów porównawczych.

Aby modele płozownic jak najlepiej przybliżały rzeczywiste warunki występujące w ruchu to podpory wprowadzające obciążenia ze strony lodu umieszczono na ostrzach płóz. Wtedy od sił ze strony lodu powstają dodatkowe momenty gnące i płozownica wygina się inaczej niż na stanowisku pomiarowym gdy nie zamontowano płóz.

Wyniki obliczeń dla ugięć płozownicy

Wszystkie płozownice zostały obciążone takim samym obciążeniem i tak samo podparte. Efekt nieliniowości określono na podstawie ilorazu ugięcia środka płozownicy przy całkowitym obciążeniu przez podwojoną wartość ugięcia tego samego miejsca przy działaniu połowy obciążenia. Dla płozownicy zachowującej się liniowo  wartość ta wynosi ,,1.0000".

Odejmując od otrzymanego ilorazu liczbę ,,1.0000"  otrzymujemy różnicę ,,R", która określa efekt nieliniowości. Po pomnożeniu tej różnicy przez ,,100” otrzymujemy wynik w procentach i te wartości podano dla każdej z płozownic.  Wartość ujemna ,,R" wskazuje że pod obciążeniem płozownica staje się sztywniejsza, zaś wartość dodatnia ,,R" wskazuje, że pod obciążeniem staje się coraz bardziej miękka.

Wyniki obliczeń zestawione na rys.1 wykazują, że wartości różnicy ,,R" dla wszystkich płozownic w tym również o kształcie zalecanym przez Dan Schuttego są dodatnie, a więc reklamowany korzystny efekt wzrostu sztywności jako związany wyłącznie z konstrukcją płozownicy nie występuje. Charakterystyki wszystkich płozownic są miękkie.

Wniosek jest prosty. Nie można osiągnąć charakterystyki sztywnej dla płozownicy wyłącznie na drodze zmiany jej kształtu. 

Ilustracja miękkiej charakterystyki jest pokazana na rys. 2.

Pozostaje więc wyjaśnienie w jaki sposób Dan Schutte stwierdził wzrost sztywności, i czy czasem nie zaszła pomyłka w interpretacji zjawiska. Wyjaśnić należy zastosowaną przez Dana Schuttego metodykę pomiaru:

1. Czy pomiar dokonywany był na stanowisku pomiarowym, czy też na ślizgu, bowiem współpraca płozownicy z masztem i kadłubem zmienia wynik pomiaru?

2. Czy przed rozpoczęciem pomiaru został wyeliminowany wpływ luzów w układzie zawieszenia ? W badaniach wytrzymałościowych ten problem załatwia tak zwane obciążenie wstępne.

3. Czy obsady płóz podczas obciążania miały możliwość ruchów poziomych?

 Brak możliwości przemieszczania się ostrzy płóz skutkuje pozornym zwiększeniem sztywności  płozownicy. Na rysunku 3 pokazano jak zachowuje się płozownica Nr. 2 gdy ostrza płóz nie mają możliwości swobodnego odsunięcia się. Są to również wyniki obliczeń zaserwowane przez Femap-Nastran. Sztywność płozownicy w kierunku pionowym wzrasta, zależnie od poziomej siły OB wywieranej przez lód na boczne powierzchnie ostrzy płóz. Te poziome reakcje  na płozach są kolejną przyczyną chwilowych wzrostów sztywności płozownicy w ruchu ślizgu. 

Wyniki obliczeń zmian odległości pomiędzy ostrzami płóz

Oglądając wyniki obliczeń serwowane przez Femap-Nastran znajdujemy przemieszczenia ostrzy płóz jakie mają miejsce podczas uginania się płozownicy. Wyniki zestawione poniżej przedstawiają dla wszystkich czterech płozownic zmianę odległości pomiędzy ostrzami płóz przy zmianie obciążenia z 50 procent maksymalnego obciążenia  (leżący w kokpicie sternik, znikome obciążenie żagla wiatrem) do stu  procent obciążenia (gdy płoza nawietrzna zaczyna odrywać się od lodu) (patrz rys.3). Poniżej przytoczone wyniki odnoszą się do przypadku gdy na ostrzu płozy nie działa dodatkowa siła pozioma OB..

1. Płozownica 1  DB = 16.8    mm.

2. Płozownica 2  DB = 22.5    mm.

3. Płozownica 3  DB = 23.8    mm.

4. Płozownica 4  DB = 17.2    mm. 

Różnice zmian odległości pomiędzy ostrzami płóz zależne od kształtu płozownicy są zauważalne. Najmniejsze zmiany występują u płozownicy nr.1, ale jej środek zbyt blisko przybliża się do lodu.

W następnej kolejności jest płozownica o kształcie skrzydła mewy.

 Płozownice nr. 2 i nr. 3  a więc i ta zalecana przez Dan Schuttego dają wyniki gorsze o 30 procent w stosunku do płozownicy o kształcie skrzydła mewy.

Wnioski z eksperymentów numerycznych

Obliczenia wykazały, że ugięcia środka  płozownicy wyizolowanej od ślizgu i badanej na stanowisku pomiarowym wprawdzie  zależą od jej kształtu ale różnice są bardzo małe wręcz drugorzędne, a wszystkie płozownice mają charakterystykę miękką.

Jednakże w ruchu ślizgu występują efekty współpracy pomiędzy  płozownicą, kadłubem, żaglem, masztem i podłożem, które powodują, że ugięcia płozownicy zmieniają się nieliniowo i to według przepisu dla charakterystyki sztywnej.

Wyodrębnić należy dwa zasadnicze efekty:

1. Przyłożenie siły poziomej OB ze strony lodu  na ostrzu płozy jest powodem, że ugięcia płozownicy zmieniają się nieliniowo. Siła OB. powstaje w ruchu ślizgu na skutek oddalania się od siebie ostrzy płóz przy poruszaniu się po nierównościach lodu. Ale rozchodzenie się ostrzy płóz skutkuje większymi oporami ruchu ślizgu. Pozostają dalsze poszukiwania efektywnych rozwiązań, które skutkują jak najmniejszymi zmianami odległości pomiędzy ostrzami płóz w czasie ruchu ślizgu. Płozownica o kształcie skrzydła mewy jest bardzo dobra.

2. Współpraca płozownicy z wyginającym się masztem co skutkuje zmianą geometrii układu i redystrybucją sił, dzięki czemu w ruchu ślizgu płozownica zachowuje się jakby miała charakterystykę sztywną .

Wnioski końcowe:

Poszukiwanie rozwiązań konstrukcyjnych płozownicy o nieliniowej charakterystyce jedynie na drodze zmiany jej kształtu nie rokuje powodzenia. Wyizolowana od ślizgu płozownica mająca  charakterystykę liniową,  po zamontowaniu do ślizgu i w czasie ruchu ślizgu będzie chwilowo zachowywać się  jak silnie nieliniowa i to z pożądaną charakterystyką sztywną, dzięki wymienionym wyżej efektom. Tu należy szukać właściwych rozwiązań.

Skorygowano 01 grudnia 2017 r.  w Gdańsku.

Opracował na blogu - Paweł Kurski - fan żeglarstwa lodowego.