Miksi laivalla oikeastaan on terävä keula, "nokka"? Miksi monessa laivassa on veden alla kömpelön näköinen keulapaksunnos kuin milläkin nokkaeläimellä?


on veden alla kömpelön näköinen keulapaksunnos kuin milläkin nokkaeläimellä?

Sisältö jatkuu mainoksen alla

Sisältö jatkuu mainoksen alla


Laiva kulkee sekä rauhallisen veden että aaltojen läpi. Aluksen märkäpintaan eli pintaan, joka koskettaa vettä, vaikuttaa veden aiheuttama kitka. Vesi ei ole siirappia, mutta silti se on riittävän tahmeaa eli viskoosia. Laivanrakentajat puhuvat siksi viskoosista vastuksesta.

Kun laiva kulkee, se synnyttää aaltoja ja pärskyttää vettä. Aallot aiheuttavat toisen lajin vastusta, aallonmuodostusvastusta.


Pullukat ja sujakat

Brittiläinen laivanrakennusinsinööri, laivahydrodynamiikan isä William Froude tutki ensimmäisenä tarkasti, miten vastus riippuu laivan nopeudesta. Hän myös teki 1871 ensimmäiset tieteelliset laivamallikokeet vesialtaassa.

Froude havaitsi, että pienillä nopeuksilla aallot synnyttävät vähän vastusta mutta veden kitka paljon. Jos aluksen märkäpinta on pieni, kitkakin jää vähäiseksi. Siksi hitaat alukset, kuten suuret matkustaja- ja rahtialukset sekä tankkerit tehdään pulleahkoiksi.

Suurilla nopeuksilla viskoosi vastus eli kitka menettää merkitystään, mutta nyt aallot alkavat tuntua. Parhaiten niitä halkoo terävä keula, nokka.

Kulkuvastuksen minimoiseksi nopean laivan rungon olisi hyvä olla sujakka, melkein veitsimäinen. Silloin kulku kuitenkin on helposti epävakaata ja kiikkerää. Siksi nopeat alukset rakennetaan usein katamaraaneiksi, joissa on kaksi kapeaa runkoa ja kansirakenne veden yläpuolella.


Bulbi kuin luonnosta

Kulkuvastusta lisää myös keula-aallon murtuminen. Laiva on ikään kuin suuri vatkain: energiaa kuluu sitä enemmän, mitä mahtavampia aaltoja, pyörteitä ja pärskeitä syntyy.

Pärskeitä pienennetään tekemällä keulan vedenalaiseen osaan paksunnos eli bulbi, hyvin samannäköinen kuin luonto on muotoillut pullonokkadelfiinille ja vesinokkaeläimelle.

Paksunnos synnyttää lisäaaltoja, jotka sekoittuvat perusaaltoihin. Summana muodostuu aalto, jonka huiput ja laaksot ovat matalampia kuin perusaallon.

- Bulbin oikealla mitoituksella laivan kokonaisvastusta voidaan pienentää 10-30 prosenttia, sanoo professori Jerzy Matusiak Teknillisen korkeakoulun laivalaboratoriosta. Hän tutkii laivojen virtausdynamiikkaa.

Bulbin vaikutus tuntuu tietyllä, kapeahkolla nopeusalueella. Siksi sitä käytetään tavallisesti suurissa, tasaisesti ja verraten hitaasti kulkevissa laivoissa. Viime vuosina myös nopeille laivoille on kehitetty omaa bulbiaan, jota sanotaan hanhenkaulaksi. Sen yläosa on vedenpinnan päällä laivan seisoessa ja peittyy veteen vasta laivan liikkuessa.


Keulat kehittyvät

Yhä parempaa keulamuotoa etsitään jatkuvasti sekä vanhoilla että uusilla keinoilla.

Tutkijat uittavat yhä laivojen pienoismalleja altaassa. Otaniemessä on 130 metrin mittainen hinausallas aallonkehityslaitteineen.

Fyysisten mallien rinnalla käytetään virtuaalisia prototyyppejä. Korkeakoulussa on esimerkiksi kehitetty Finflo-niminen tietokoneohjelma laivan kulkuvastusominaisuuksien laskemiseksi.


Jerzy Matusiak puhuu Tekniikan päivillä aiheesta Miksi laivalla on nokka? Asiaa laivoista ja aalloista. Dipoli, Otaniemi, Espoo, keskiviikko 16. 1. 2008, klo 12.



 

Sisältö jatkuu mainoksen alla