Dzień dobry Państwu. Dzień dobry młodym motorowodniakom. Dzień dobry przyszłym mistrzom świata, którzy jeszcze nie wiedzą, że nimi będą.
Jestem żeglarzem. To znaczy, że teoretycznie powinienem tu dziś przyjść z miną starego kapitana, popatrzeć podejrzliwie na silniki, skrzywić się na dźwięk motorówek i powiedzieć coś w rodzaju: prawdziwy wodniak pływa tylko na żaglach, a wszystko, co ma silnik, to hałas, spaliny i koniec romantyzmu.
Jednak tego nie powiem. Bo to byłaby bzdura!
Żeglarze i motorowodniacy nie są wrogami. To są dwa plemiona tej samej wody. Jedni bardziej lubią wiatr. Drudzy bardziej lubią silnik. Jedni patrzą na żagle, wanty, fały i szoty. Drudzy patrzą na obroty, trym, tor jazdy i śrubę. Jedni uczą się czytać wiatr. Drudzy uczą się czytać falę przy dużej prędkości. Niemniej jedni i drudzy muszą rozumieć to samo: że woda jest piękna, ale nie jest pluszową zabawką. Woda nie wybacza głupoty. Woda bardzo szybko odróżnia człowieka skupionego od człowieka, który tylko udaje bohatera.
Mit konfliktu
Kiedyś w polskiej literaturze młodzieżowej powstał bardzo efektowny mit konfliktu między żeglarzami a motorowodniakami. Starsi może pamiętają serię książek Zbigniewa Nienackiego o Panu Samochodziku. Młodsi pewnie już nie. Pan Samochodzik był kimś w rodzaju detektywa od zabytków, historii i tajemnic. Jeździł dziwnym samochodem, który potrafił też pływać. Taki polski, PRL-owski Indiana Jones, tylko zamiast kapelusza miał wehikuł, a zamiast dżungli — Mazury, zamki, jeziora, harcerzy i różnych podejrzanych typów.
W jednej z książek pod tytułem „Pan Samochodzik i Winnetou”, główny bohater powieści trafia w sam środek konfliktu między żeglarzami i motorowodniakami. Literacko to działało. Byli dobrzy, cisi żeglarze. Byli hałaśliwi motorowodniacy. Była przyroda, jezioro, spór, emocje, młodzież, przygoda. Dla powieści przygodowej — bardzo dobre paliwo. Jednak w prawdziwym życiu to jest mit.
Bo prawdziwy żeglarz nie gardzi silnikiem. A prawdziwy motorowodniak nie gardzi wodą. Gardzić można co najwyżej chamstwem, brawurą i brakiem wyobraźni.
Na wodzie nie dzielimy się naprawdę na żeglarzy i motorowodniaków. Dzielimy się na tych, którzy myślą, i na tych, którzy nie myślą. I oby tych drugich było jak najmniej.
Żeglarz też ma silnik. Czasem mały silnik zaburtowy, czasem silnik stacjonarny. Używa go w porcie, w kanale, przy braku wiatru, przy manewrach, czasem w sytuacji awaryjnej. A motorowodniak, jeśli jest dobry, nie jest tylko człowiekiem od wciskania gazu. Dobry motorowodniak musi rozumieć tor jazdy, promień skrętu, ślizg, falę, ciężar, bezwładność, reakcję łodzi i bezpieczeństwo ludzi wokół.
Żeglarz i motorowodniak różnią się narzędziem. Niemniej należą do tej samej wodniackiej kultury!
Co nas łączy?
Jest taka rzecz, która łączy żeglarza i motorowodniaka bardzo konkretnie. Śruba. Nie śruba w sensie kawałka metalu z gwintem, który wkręcamy w deskę. Śruba okrętowa. Napędowa. Ta, która kręci się pod wodą i odpycha łódź.
Motorowodniak ma śrubę, bo bez niej najczęściej w ogóle nie popłynie. Silnik może ryczeć, paliwo może być w baku, manetka może być przesunięta do przodu, ale jeśli śruba nie przekaże energii wodzie, łódź zostanie tam, gdzie była.
Żeglarz też ma śrubę, jeżeli ma silnik. Może o niej zapominać, bo romantycznie patrzy na żagle, ale ta śruba tam jest. Czeka pod wodą. I gdy trzeba wejść do portu, odejść od kei, wykonać ciasny manewr, przepłynąć kanał albo wrócić przy flaucie, nagle okazuje się, że żeglarska poezja bardzo chętnie korzysta z motorowodnej prozy.
I właśnie dlatego warto o śrubie mówić. Bo śruba jest małym przedmiotem, który pokazuje wielką zasadę: na wodzie nie ma magii. Jest fizyka.
Woda nie ma gwintu
Najprostszy błąd polega na tym, że ludzie patrzą na śrubę okrętową i myślą o zwykłej śrubie. Skoro śruba maszynowa wkręca się w drewno albo w nakrętkę, to śruba okrętowa pewnie wkręca się w wodę. Otóż nie. Woda nie ma gwintu.
Śruba okrętowa nie wkręca się w wodę jak śruba w deskę. Ona działa bardziej jak wirujące skrzydło. Każda łopatka śruby jest trochę jak małe skrzydło samolotu, tylko że obraca się pod wodą. Po jednej stronie łopatki powstaje większe ciśnienie, po drugiej mniejsze. Śruba odrzuca wodę do tyłu, a łódź dostaje reakcję do przodu.
To jest bardzo prosta zasada. Odpychasz wodę — woda odpycha ciebie.
Kiedy stoicie na pomoście i odpychacie łódkę nogą, łódka odpływa. Kiedy siedzicie na łódce i odpychacie wiosłem wodę do tyłu, łódka płynie do przodu. Kiedy silnik kręci śrubą, śruba robi to samo, tylko szybciej, mocniej i sprytniej. Nie ma czarów. Jest wymiana energii. I tu zaczyna się robić ciekawie.
Stara zagadka żeglarska
Dawno temu napisałem na swoim blogu krótką notkę pod tytułem „Śruba”. To była właściwie prowokacja intelektualna. Zadałem tam pytanie, które kiedyś bardzo lubiłem rzucać w żeglarskich dyskusjach, gdy robiło się zbyt spokojnie. Pytanie brzmiało mniej więcej tak: jacht żaglowy płynie pod żaglami, silnik nie pracuje, a pod wodą ma stałą, nieskładaną śrubę. Kiedy ta śruba stawia mniejszy opór: gdy jest zablokowana i stoi nieruchomo, czy gdy jest puszczona luzem i obraca się od przepływającej wody?
To jest piękna zagadka. Nie dlatego, że odpowiedź jest prosta. Tylko dlatego, że wszyscy natychmiast mają odpowiedź. Jedni mówią: oczywiście, że lepiej, żeby się kręciła, bo wtedy „przepuszcza wodę”. Drudzy mówią: oczywiście, że lepiej, żeby stała, bo jak się kręci, to znaczy, że zabiera energię z ruchu łódki. Jeszcze inni mówią: zależy od śruby. I ci trzeci są zwykle najbliżej prawdy, choć najmniej efektownie brzmią.
Jednak najważniejsza zasada jest taka: jeśli śruba sama zaczyna się obracać od przepływającej wody, to energia tego obrotu nie bierze się z nieba. Bierze się z ruchu jachtu. Czyli jacht coś traci. Śruba działa wtedy trochę jak mała turbina. Woda ją kręci, wał stawia opór, przekładnia stawia opór, wszystko się grzeje, wszystko coś kosztuje.
To jest dobra lekcja dla dzieci i dorosłych: energia nie jest darmowa.
Jeżeli coś się kręci, coś to napędza. Jeżeli coś zostało napędzone, skądś zabrano energię. Na wodzie, tak jak w życiu, nie ma darmowego obiadu.
Niemniej jednocześnie sprawa nie kończy się na jednym zdaniu. Bo opór zablokowanej śruby też istnieje. Taka śruba stoi w wodzie jak przeszkoda. Woda musi ją omijać, odrywa się struga, powstają wiry, robi się hamulec. Więc inżynier nie powinien poprzestać na intuicji. Powinien pytać: jaka śruba, jaka prędkość, jaka przekładnia, jaki wał, jaki kadłub, jakie obroty, jakie łopatki, jaki kąt natarcia? To jest właśnie różnica między gadaniem a techniką.
Gadanie daje pewność. Technika daje pomiar.
Po co śrubie łopatki? Teraz przejdźmy do rzeczy, którą widać gołym okiem. Śruba ma łopatki.
Jedna łopatka? Teoretycznie da się sobie wyobrazić. W praktyce od razu czujemy, że coś jest nie tak. Jedna łopatka oznacza nierównowagę. Jakby ktoś przyczepił do osi jeden ciężki młotek i kazał mu się kręcić bardzo szybko. Będzie biło, szarpało, wibrowało. Taka śruba dawałaby ciąg nierówno: raz mocniej, raz słabiej. To zły pomysł dla normalnej łodzi.
Dwie łopatki mają już sens. I to duży sens. Taka śruba jest prosta, lekka i ma małą powierzchnię. A mniejsza powierzchnia to mniejszy opór. Dlatego w teorii śruba dwułopatkowa może być bardzo sprawna. Źródła techniczne dla małych jednostek mówią wręcz, że w teorii dwie łopatki są najbardziej efektywne, bo mają najmniej powierzchni ciągniętej przez wodę. Niemniej praktyka od razu dopisuje złośliwy przypis: efektywność to nie wszystko.
Dwie łopatki muszą wykonać całą robotę same. Każda łopatka jest bardziej obciążona. Ciąg jest mniej równy. Drgania mogą być większe. Przy większej mocy, większej prędkości, cięższej łodzi albo trudniejszej wodzie zaczyna brakować tego, co można nazwać chwytem. I wtedy pojawia się trzecia łopatka. Dlaczego trzy?
Trzy łopatki są wielkim kompromisem! Nie są magiczne. Nie są święte. Nie są zawsze najlepsze. Jednak są bardzo często najlepszym punktem równowagi między prostotą, sprawnością, ceną, średnicą, obciążeniem łopatek, drganiami i manewrowaniem.
Przy trzech łopatkach śruba co jedną trzecią obrotu daje kolejny impuls. Ciąg robi się równiejszy. Łopatki dzielą między siebie pracę. Każda jest mniej przeciążona niż w śrubie dwułopatkowej. Śruba może być rozsądnej wielkości, rozsądnie sprawna i nie musi zachowywać się jak mechaniczny cep pod wodą.
Dla dzieci można to powiedzieć prosto. Wyobraźcie sobie, że troje dzieci pcha ciężką łódkę z plaży do wody. Jeśli pcha jedno, męczy się i łódka idzie krzywo. Jeśli pcha dwoje, jest lepiej. Jeśli pcha troje, praca rozkłada się równo i łódka idzie spokojniej. Jednak jeśli dodamy dziesięcioro dzieci, to one już zaczną przeszkadzać sobie nawzajem. Będą deptać sobie po nogach, zasłaniać się i robić zamieszanie. Więcej nie zawsze znaczy lepiej.
Tak samo jest ze śrubą!
Trzecia łopatka daje dużo korzyści, a jeszcze nie daje zbyt dużej kary w postaci dodatkowego oporu. Dlatego śruby trójłopatkowe są tak częste. To nie przypadek. To kompromis wypracowany przez praktykę, fizykę i portfele użytkowników.
Po co cztery i pięć?
Skoro trzy są tak dobre, po co robić śruby czterołopatkowe, pięciołopatkowe, a czasem jeszcze bardziej rozbudowane? Bo czasem nie walczymy już o ostatni kilometr prędkości maksymalnej. Czasem ważniejsze jest coś innego: przyspieszenie, uciąg, stabilność, mniejsze drgania, mniejszy hałas, lepsze trzymanie wody, mniejsza skłonność do kawitacji albo wentylacji.
Cztery łopatki oznaczają, że każda łopatka może być mniej obciążona. Śruba częściej „łapie” wodę. Ciąg jest równiejszy. Łódź może lepiej ruszać, lepiej trzymać się w zakręcie, lepiej pracować przy większym obciążeniu. W wielu zastosowaniach cztery łopatki poprawiają prowadzenie i kontrolę, choć często kosztem prędkości maksymalnej.
Pięć łopatek to jeszcze dalsze przesunięcie w stronę kultury pracy. Więcej powierzchni łopatek, równiejszy rozkład sił, mniejsze impulsy ciśnienia, często mniejszy hałas i mniejsze drgania. Dlatego przy dużych mocach, ciężkich jednostkach, łodziach pasażerskich, okrętach czy konstrukcjach wymagających ciszy śruby pięciołopatkowe i bardziej zaawansowane konstrukcje mają sens. Inżynierowie Rolls-Royce’a opisywali na przykład optymalizację pięciołopatkowych śrub dla statku pasażerskiego tak, aby zmniejszyć drgania i pulsacje ciśnienia bez utraty sprawności; w tym konkretnym przypadku pięć łopatek dawało niższe drgania niż konstrukcja czterołopatkowa.
To jest bardzo ważne: śruba nie ma być „najlepsza” abstrakcyjnie. Ona ma być najlepsza do zadania.
Innej śruby chce lekka łódź wyścigowa. Innej ciężka jednostka z pasażerami. Innej jacht żaglowy, który używa silnika głównie do manewrów portowych. Innej motorówka do sportu. Innej okręt podwodny, który chce być cichy jak cień.
Fala, drgania i chwyt w wodzie
Powiedziałem wcześniej słowo „chwyt”. To nie jest ścisły termin naukowy, ale jest bardzo obrazowy. Śruba musi mieć co pchać. Tym czymś jest woda. Jednak woda za rufą łodzi nie zawsze jest spokojna. Szczególnie gdy łódź idzie szybko, kadłub skacze na fali, rufa się podnosi, za kadłubem robią się zawirowania, pęcherzyki powietrza, ślad torowy i cała ta chaotyczna zupa.
Jeśli śruba trafia w taką wodę, może pracować nierówno. Może łapać powietrze. Może tracić ciąg. Może wpadać w drgania. Może raz ciągnąć mocniej, raz słabiej.
Więcej łopatek może tu pomagać, bo ciąg jest podawany bardziej równomiernie. Zamiast dwóch dużych „kopnięć” na obrót mamy trzy, cztery albo pięć mniejszych impulsów. To trochę jak jazda rowerem: jeśli pedałujesz równo, rower jedzie spokojniej. Jeśli kopiesz pedały raz na jakiś czas, wszystko szarpie.
Dlatego dobrze zapamiętałeś ogólną zasadę: śruby cztero- i pięciołopatkowe bywają minimalnie gorsze prędkościowo, ale dają lepszą kulturę pracy, stabilniejszy ciąg i mniejsze drgania. Trzeba tylko dopowiedzieć: to nie jest prawo przyrody dla każdej łodzi. To jest bardzo częsta praktyczna tendencja. Badania pokazują, że liczba łopatek wpływa nieliniowo na sprawność, kawitację, drgania i wytrzymałość, więc dobór śruby jest zawsze problemem wielokryterialnym, a nie szkolnym równaniem z jedną odpowiedzią.
Kawitacja, czyli gotowanie bez ognia
Jest jeszcze jedno słowo, które warto dzieciom wyjaśnić, bo brzmi jak zaklęcie z laboratorium. Kawitacja.
Kawitacja to sytuacja, w której przy śrubie robią się bąble pary wodnej. Jednak uwaga: woda nie musi mieć stu stopni. Ona może „zagotować się” lokalnie dlatego, że spada ciśnienie. Na grzbiecie szybko poruszającej się łopatki śruby ciśnienie może spaść tak mocno, że w wodzie powstają pęcherzyki. Potem te pęcherzyki trafiają w obszar wyższego ciśnienia i gwałtownie zapadają się. To robi hałas, drgania, niszczy powierzchnię łopatek i marnuje energię. Krótko mówiąc: śruba, zamiast spokojnie pchać wodę, zaczyna robić podwodną pianę i młot pneumatyczny.
To nie jest drobiazg. Kawitacja jest jednym z wielkich problemów projektowania śrub. Już w historii szybkich statków okazało się, że kawitacja potrafi kraść ogromną część oczekiwanej prędkości, a współcześnie wiadomo, że powoduje hałas, wibracje i erozję łopatek.
I teraz wracamy do liczby łopatek. Jeśli zwiększamy liczbę łopatek, możemy rozłożyć pracę na większą powierzchnię. Każda łopatka może być mniej obciążona. W pewnych warunkach może to ograniczać kawitację końcówek łopatek. Najnowsze symulacje CFD dla modeli śrub o liczbie łopatek od jednej do czterech pokazały, że wzrost liczby łopatek osłabiał kawitację powierzchniową i końcową, choć jednocześnie wzrost liczby łopatek powodował spadek sprawności hydrodynamicznej.
Czyli znów mamy ten sam morał! Nie ma darmowego obiadu!
Możemy dostać mniej kawitacji, mniej drgań, więcej kultury pracy, lepszy chwyt. Niemniej za coś płacimy. Czasem oporem. Czasem ceną. Czasem mniejszą prędkością maksymalną. Czasem większym momentem potrzebnym na wale. Czasem bardziej skomplikowaną konstrukcją.
Śruba jest małą filozofią techniki: zawsze wybieramy kompromis. Sport motorowodny to nie gaz do dechy!
I tu dochodzimy do sportu motorowodnego.
Ktoś z brzegu może myśleć, że motorowodniactwo polega na tym, że człowiek siada, odpala silnik i płynie szybko. To tak, jakby powiedzieć, że żeglarstwo polega na tym, że człowiek rozwiesza prześcieradło i czeka, aż go wiatr poniesie. Nie. Sport motorowodny to precyzja!
To tor. To slalom. To manewr. To wyczucie reakcji łodzi. To praca ciałem. To kontrola emocji. To przewidywanie. To wiedza, kiedy dodać gazu, kiedy odpuścić, kiedy wejść w zakręt, jak ustawić łódź względem fali, jak nie przesadzić, jak nie zrobić z odwagi głupoty.
Dziecko, które uczy się sportu motorowodnego, nie uczy się tylko pływać szybko. Uczy się odpowiedzialności. Uczy się, że prędkość bez kontroli jest nie siłą, lecz chaosem. Uczy się, że silnik nie jest zabawką. Uczy się, że woda to żywioł, a żywioł należy rozumieć, nie prowokować. I to jest piękne!
Bo dziecko za sterem małej łodzi bardzo szybko odkrywa prawdę, której wielu dorosłych nie rozumie przez całe życie: wolność bez dyscypliny zamienia się w katastrofę.
Śruba jako narzędzie i zagrożenie
Śruba jest cudem techniki, ale jest też zagrożeniem. Dla łodzi jest napędem. Dla człowieka w wodzie może być nożem.
Dlatego przy łodzi motorowej nie wolno lekceważyć rufy. Nie podpływa się do pracującego silnika. Nie skacze się do wody, gdy silnik jest włączony. Nie manewruje się blisko kąpiących. Nie robi się popisów przy plaży, przy pomoście, przy kajakach, przy SUP-ach, przy żaglówkach, przy dzieciach w wodzie.
Kapitan, nawet mały kapitan, najpierw myśli, potem dodaje gazu!
Kamizelka nie jest oznaką strachu. Kamizelka jest oznaką rozumu. Człowiek w kamizelce nie mówi: boję się wody. Człowiek w kamizelce mówi: wiem, że woda jest silniejsza ode mnie. A kto tego nie rozumie, ten nie jest odważny. Jest tylko niedouczony!
Jedna woda
Wróćmy więc do początku. Pan Samochodzik mógł literacko ustawić żeglarzy po jednej stronie, motorowodniaków po drugiej, a między nimi konflikt. Literatura lubi konflikt, bo bez konfliktu nie ma przygody. Niemniej prawdziwa woda nie zna takich granic.
Na tej samej wodzie pływa żaglówka, motorówka, skuter, kajak, SUP, łódź wędkarska, łódź ratownicza i dziecko uczące się pierwszego manewru. Wszyscy muszą się zmieścić. Wszyscy muszą się widzieć. Wszyscy muszą przewidywać. Wszyscy muszą rozumieć, że fala zrobiona przez jednego może być problemem dla drugiego.
Żeglarz może kochać ciszę. Motorowodniak może kochać prędkość. Jednak obaj muszą kochać porządek na wodzie.
Dobra kultura wodniacka jest prosta: nie przeszkadzać innym, nie robić niepotrzebnej fali, nie hałasować bez sensu, nie podpływać za blisko, pomagać słabszym, znać przepisy, używać kamizelki i nie udawać nieśmiertelnego.
Bo na wodzie najgorszy nie jest silnik. Najgorszy nie jest żagiel. Najgorszy nie jest hałas. Najgorszy jest brak wyobraźni.
Puenta
Śruba uczy nas bardzo dużo. Uczy, że woda nie ma gwintu. Uczy, że energia nie bierze się z niczego. Uczy, że jedna łopatka to za mało, dwie mają sens, trzy są świetnym kompromisem, a cztery i pięć bywają lepsze tam, gdzie ważniejsza jest kultura pracy, stabilność i mniejsza kawitacja niż ostatni ułamek prędkości.
Uczy, że technika nie jest magią. Jest kompromisem! I uczy jeszcze jednej rzeczy: żeglarz i motorowodniak naprawdę nie mają powodu, by być wrogami. Bo jeden używa wiatru, drugi silnika, ale obaj robią to samo: próbują rozumnie poruszać się po wodzie.
A na wodzie wygrywa nie ten, kto ma największy silnik albo największy żagiel. Wygrywa ten, kto ma najwięcej wyobraźni!
Grzegorz GPS Świderski
Twitter.com/gps65
t.me/KanalBlogeraGPS
PS. Notki powiązane:
W zeszłym sezonie zmieniłem dwusuwowego Johnsona 50hp na Hondę, też 50hp, czterosuŵ. Głównie z powodu hałasu, bo żadnych innych zarzutów do przyjaciela Johnsona nie miałem. Przez wszystkie lata, które byl ze mną, nie słyszałem, by podczas pracy "wylecial" mu choć jeden zapłon mieszanki, taki był. Konstrukcyjnie, szczególnie elektrycznie - wspaniały.
I patrzę - w tej Hondzie śruba o mniejszej średnicy, skok mniejszy, czy oryginalna?...
No właśnie - inna prędkość obrotowa, przy której czterotakt osiąga maksymalny moment obrotowy wymusił inną przekładnię w spodzicie więc pociągnęło to za sobą inne wymiary śruby.
Efekt - o ile dwusuw wyrywał się już zaraz, na początku manetki, to Honda idzie bardziej liniowo - trzeba otworzyć dużo więcej, ale za to regulacja mniej nerwowa.
Żona lubi bluesa na wodzie o zachodzie słońca, stąd ta zmiana...