Ajattele kauneinta laivaa, jonka olet ehkä koskaan nähnyt tai kuvitellut, tai vaikkapa sitä, joka sattui vangitsemaan mielikuvituksesi eniten. On sanomattakin selvää, että yksi laivojen ominaisuus, joka ei koskaan lakkaa kiehtomasta, on – Keula.
Laivan etummainen osa on osittain estetiikkaa ja osittain tiedettä. Aluksesi kulkee väliaineessa, joka tarjoaa huomattavan vastuksen verrattuna ilmaan. Nyt tämä vaatii suunnittelulta sellaista, että aluksen vastuksen osat pidetään pieninä. Erityisesti laivoissa, joiden muoto on täyteläisempi, aallonmurtovastuksen komponentit tulevat merkittäviksi, kun taas laivoissa, joiden muoto on hoikka ja kaarevampi, on vähemmän aallonmurtovastusta.
Onneksi näitä voidaan kontrolloida sillä, miten vesi ja aallot ovat vuorovaikutuksessa laivan kanssa sen saapuessa keulasta. Laivan keula on se kohta, jossa aluksen keulaosa koskettaa ensimmäisen kerran vettä, kun otetaan huomioon suunnittelemasi vesilinja.
Kaari aalto
Katsottaessa nykyisin käytössä olevia erilaisia laivan keulamalleja näyttää siltä, että suurinta osaa mahdollisista muodoista ja kahden tai useamman muodon yhdistelmää on kokeiltu. Uusia malleja on kuitenkin syntynyt ja vanhempia vähemmän käytettyjä malleja on usein kokeiltu tietyin muutoksin laajojen analyysien jälkeen.
Siltikin karkeasti ottaen joitakin keulan muotoilutyyppejä ovat:
- Pulbinen keula
- Normaali keula ilman bulbia
- Muut erikoisjouset
Lyijy, klipperi ja lusikka
Normaali jousi, niin kuin sitä kutsuttaisiin, on kehittynyt edeltäjästään, joka oli pystysuuntainen keula. Kulmaa, jonka laivan runko muodostaa vesilinjan kanssa, kutsutaan rakeeksi. Pystysuoraa eli haravoimatonta keulaa, jolla on suora reuna, kutsutaan luotisuoraksi keulaksi. Näillä keuloilla on suurin vesilinja X-keulan tai käännetyn keulan lisäksi. Tämä vesiviivan pituus mahdollistaa suuremman rungon nopeuden.
Keulan haravointia käytetään yhdessä laippojen kanssa (Muistatko, kun mainitsin laivan kuvittelemisesta? Et varmaankaan unohda ylhäältä ulospäin venyvää rungon muotoa, tätä kutsumme soihdutukseksi). Flaringilla on omat hyötynsä, kuten veden pysyminen poissa kansilta, ja se myös helpottaa kallistusliikkeitä. Osa haravoinnista muodostaa myös niin sanottuja ”Crumple Zones” -vyöhykkeitä, jotka mahdollistavat turvallisuuden törmäyksiä vastaan ennen kuin vedenalainen osa joutuu kosketuksiin sen kanssa. Vakavuuden kannalta se nostaa kelluvuuskeskipistettä, mikä puolestaan kasvattaa GM:ää, joka on yksi aluksen vakauden peruspilareista. Perinteisesti näitä on kutsuttu Clippereiksi.
Nimensä mukaisesti Spoon Bow muistuttaa lusikkaa antamalla koveran ulkonäön varren ja kansilinjan kohdalla. Näissä muodoissa on usein chining ja kaarevuus vesilinjan kohdalla, mikä luo niille ominaisen aaltokuvion ja tuo aallonmuodostusvastuksen mukaan kuvaan.
Image Credits: Ynhockey / Wikipedia
Bulbous Bow
Hyvin tuttu yksikkö lähes kaikkien meriliikenteen rahtialusten ja muodoiltaan täyteläisempien alusten keulaosissa on -Bulbous Bow. Tämän nykyisten laivamallien perusosan sanotaan olevan pikemminkin löydetty kuin keksitty. USA:ssa tehdyt sotilaalliset hinauskokeet osoittivat, että venemallissa eteenpäin ulottuva torpedon purkuputki alensi myös vastusta. Ensimmäiset siviililaivat nähtiin 1930-luvulla.
Bulbous Bows on tutkittu omien muoto-ominaisuuksiensa avulla, ja nämä saattavat nousta esiin laivasi vastuslaskelmissa ja teholaskelmissa, joten sinun kannattaa ottaa huomioon joitakin niistä, kuten poikkileikkauksen muoto, pinta-alasuhteet, ulokkeen pituus ja vastaavat.
Bulbous Bow voi vähentää laivaan kohdistuvaa slammingia ja sillä on sama vaikutus kuin normaalilla keulalla ballastoidussa tilassa, jos käytetään jyrkästi kapenevaa bulbo-osaa. Riippuen laivamuodostasi, kuten edellä mainittiin, Bulb-akseli on myös tärkeä, koska se vaikuttaa aaltovaikutukseen sisääntulovaiheessa, ja jos pidät akselin niin, että se kallistuu alaspäin perässä, se mahdollistaa paremmat virtausominaisuudet. Aluksilla, joiden muoto on täyteläisempi, on suuri aallonmurtumisvastus, ja tätä elementtiä, joka syö propulsiotehokkuutta, voidaan vähentää huomattavasti käyttämällä Bulbous-keulaa, jossa vesitaso kapenee jyrkästi alaspäin. Nämä keulat mahdollistavat myös potkurin paremman energian talteenoton, koska keulan pyörteistä johtuvat energiahäviöt minimoidaan.
Paraboliittiset ja sylinterimäiset keulat
Joskus suunnittelijat harkitsevat suunnittelevansa aluksia, joissa on ”tylpät” varret vastakohtana keulan terävälle luonteelle. Tässä on parabolinen keula, joka muistuttaa matemaattista käyrää, paraabelia.
Nyt, muistakaa vähän lukion matematiikkaa, ellipsin puoliväliakseli on se, mikä olisi laivan puomi. Joskus pelkkä parabolisen muodon suunnittelu laivan rungolle ei riitä, vaan on huolehdittava rungon ympärillä tapahtuvasta virtauksesta ja tätä varten annettava sille tyypillinen pyöristetty muoto kuten tavalliselle pyöreälle pilssirungolle. Parabolinen keula voidaan yhdistää bulbiin aallonmurtovastuksen huomioon ottamiseksi, sillä nämä ovat suosittuja täyteläisemmän muotoisissa malleissa ja niitä käytetään nykyään irtolastialuksissa.
Kuvaviite:
Lähin serkku näille ovat sylinterimäiset laivojen keulat, jotka on myös suunniteltu täyteläisempiin muotoihin suunnitteluvesiviivojen kohdalla ja jotka ovat ihanteellisia käytettäväksi täysin kuormitetuissa olosuhteissa. Lieriömäisillä keuloilla voi olla minimaalinen aallonmuodostusvastus, jos niiden suunnittelussa on kiinnitetty asianmukaista huomiota muodon ja varren reunan tylppyyteen eri syväyksillä.
Kirveskeula
Mikäli kirves tekee työtään, puun leikkaamista, tai ehkä jotain yhtä ilmeistä, sitä muistuttavalla laivan keulalla on omat ominaispiirteensä. Tässä mallissa on yleensä pystysuora runkolinja yhdistettynä pitkään, syvään ja kapeaan keulaosaan, joka muistuttaa hieman kirvestä. Tämän muodon ansiosta se voi leikata vettä, jolloin se kulkee helposti aaltojen läpi pienemmällä kallistuksella kuin tavallinen keula. Rungon keulan alaosa, jota kutsutaan keulajalaksi, nousee harvoin vedestä, ja siksi alus on myös vähemmän altis iskeytymiselle.
Image Credits: US Navy
Toisaalta on otettava huomioon tietyt manöövereihin liittyvät näkökohdat: alus, jossa on kirveskeula, vaatii enemmän peräsinliikkeitä, mikä vahvistetaan tutkimalla sen hydrodynaamisia parametreja.
Image Credits: Damen.com
X-Bow: The Generation of Inverted Bows
Miltä kuulostaisi muotoilu, jossa aluksen keula ja lähes suurin osa rungosta näyttäisi olevan ylösalaisin verrattuna normaaliin pyöreään pilssirunkoon tai mihin tahansa rungon muotoon, joita yleensä näkee laivoissa? Käänteinen keula on menestystarina sellaisten tekniikoiden elvyttämisen joukossa, jotka tulivat vanhentuneiksi toisella aikakaudella.
Credits: BoH/wikipedia.org
Tällaisten rungon muotojen etuna on se, että ne mahdollistavat vesiviivan maksimipituuden vertailukelpoisen kokoisille aluksille, mikä tarkoittaa mahdollisimman suuria runkonopeuksia. Kuten kirveskeulassa, näissä keuloissa on vähemmän roiskevettä sisääntulon yhteydessä ja niissä on myös vähemmän pitching-liikkeitä ja slamming-vähennys on melko merkittävä. Tämä luo varsin mukavan kokemuksen miehistölle. Polttoaineen kulutus vähenee myös huomattavasti, ja tämä keula voi toimia melko tehokkaasti keskikokoisilla aaltoalueilla pääasiassa siksi, että suurempi osa aluksen tilavuudesta on yläpuolella ja edessä, johon aallot vaikuttavat suoraan.
Nämä rungon muodot toimivat myös kaksoiskansina, joissa on majoitustilaa henkilökunnalle. Jatkuvaa työtä on kuitenkin tehtävä sen selvittämiseksi, voivatko nämä mallit parantaa nopeushäviöitä samalla tavalla kovimmilla merialueilla. Tästä huolimatta näitä aluksia on sovellettu erilaisiin sovelluksiin, kuten AHTS-aluksiin (Anchor Handling Tug Supply), seismisiin aluksiin, offshore- ja putkenlaskualuksiin, porausaluksiin ja vastaaviin.
Nämä ovat nykyisin yleisimmin käytettyjä alusten keulamalleja. Todennäköisesti missä tahansa näkemässäsi aluksessa on jokin näistä malleista, joista juuri luit.
Tiedätkö joitain muita nykyisin käytännössä käytössä olevien keulamallien keskeisiä piirteitä?