Poměr zátěže k výtlaku (B/D)

Poměr B/D — nazývaný také poměr zátěže — je nejjednodušší ukazatel stability v technických parametrech plachetnice: udává, jaký podíl z celkové hmotnosti lodi tvoří zátěž. Jachtaři jej používají jako zkratku pro „tuhost“ neboli to, jak usilovně loď pod plachtami bojuje proti náklonu. Při opatrném použití slouží jako užitečný první filtr. Pokud se však posuzuje samostatně, může být velmi zavádějící.

Makléři, techničtí inspektoři a jachtařské magazíny uvádějí poměr B/D, protože se snadno počítá z publikovaných údajů: zátěž dělená výtlakem. Jako kupující procházející inzeráty jej často uvidíte vedle výtlaku a plochy plachet jako rychlé vodítko k charakteru lodi. Základní myšlenka je intuitivní: čím více hmoty je neseno nízko v kýlu, tím více loď odolává náklonu. Tento vzorec je v podstatě jen matematickým vyjádřením této myšlenky.

Vzorec

Zátěž je vyhrazená hmotnost zátěže, obvykle olovo nebo litina v kýlu. Výtlak je celková plavební hmotnost lodi. Většina jednotrupých plachetnic se pohybuje někde mezi přibližně 25 % a 50 %.

Interpretace

Článek Measuring Performance v časopise Practical Sailor i komentář Teda Brewera v časopise Good Old Boat shodně uvádějí, že historická 40% hranice znamenala u tradičních lodí s mělkým kýlem něco specifického — a u moderní konstrukce s hlubokým kýlem s bombou znamená něco zcela jiného.

Velké varování: umístění zátěže je klíčové

Poměr B/D je slepý vůči tomu, kde je zátěž umístěna. Říká vám pouze to, jak velkou část hmotnosti lodi tvoří zátěž, nikoli jak velký pákový efekt tato zátěž má. Vratný moment závisí na hmotnosti a vzdálenosti od osy naklánění, takže dvě lodě se stejným poměrem B/D se mohou chovat velmi odlišně.

Představte si dvě lodě o hmotnosti 18 000 liber se stejným poměrem zátěže 40 % — obě nesou 7 200 liber olova:

• Plný kýl: 7 200 liber olova zalitých v mělké sentině při ponoru 4 stopy. Loď může skvěle držet kurz, dobře snášet nasednutí na mělčinu a stabilně stát v loděničním stojanu. Krátké rameno páky však omezuje mechanický účinek, takže většina vratného momentu musí pocházet z tvaru trupu a šířky.
• Hluboký finkýl s bombou: 7 200 liber koncentrovaných v torpédové bombě 8 stop pod vodoryskou. Stejný poměr B/D, ale exponenciálně větší vratný moment pouze díky pákovému efektu. Loď bude působit tužší v každé situaci, na které záleží.

V praxi může projektant vyrovnat vratný moment lodi s mělkým kýlem o poměru B/D 45 % pomocí konstrukce s hlubokým kýlem s bombou o poměru pouhých 25 %. To je varování, které by mělo doprovázet každý údaj o B/D.

Sečteno a podtrženo: posuzujte poměr B/D vždy společně s hloubkou a tvarem kýlu. Moderní loď s poměrem B/D na začátku 30 % a hlubokou bombou může být tužší než těžká klasika s poměrem B/D nad 40 % na mělkém zapouzdřeném kýlu.

Tvarová stabilita vs. stabilita zátěže

Plachetnice odolává náklonu dvěma způsoby:

1. Stabilita zátěže — hmotnost umístěná nízko v trupu vytváří dlouhou páku, která působí proti klopnému momentu větru opírajícího se do plachet. To je to, co poměr B/D nepřímo měří.
2. Tvarová stabilita — široký trup se při náklonu ponořuje asymetricky a generuje vztlakový moment, který brání dalšímu naklánění. To je to, co činí široký katamarán nebo plochý člun zpočátku tuhým.

Moderní široké sériové plachetnice spoléhají do značné míry na tvarovou stabilitu. Mohou mít relativně nízký poměr B/D, a přesto působit tuze ve slabém až středním větru. Nevýhoda se projevuje při extrémních úhlech: tvarová stabilita se obrací po překročení náklonu přibližně 60–70° (široký trup se stává stabilním v poloze dnem vzhůru), zatímco stabilita zátěže se neustále snaží loď napřímit až po samotnou hranici pozitivní stability. To je důvod, proč koeficient převrácení (Capsize Screening Formula) penalizuje šířku — a proč je samotný poměr B/D nedostatečným měřítkem stability pro námořní plavbu.

Na opačném konci spektra dosahují úzké klasické plachetnice s neúměrně těžkou zátěží hodnot, které dnes vypadají extrémně — to však byl designový jazyk malých námořních lodí předtím, než převládla tvarová stabilita a konstrukce s širokou zádí.

Křídlové kýly a varianty s mělkým ponorem

Mnoho sériově vyráběných lodí se nabízí jak v konfiguraci s hlubokým kýlem, tak s mělkým ponorem. Verze s mělkým ponorem má obvykle stejnou celkovou zátěž — stejný poměr B/D —, ale olovo je rozprostřeno horizontálně (často jako křídlový kýl s horizontálním rozšířením na konci), aby se snížilo těžiště v rámci omezení daných mělkým ponorem.

Křídlové kýly snižují těžiště jen mírně ve srovnání se zkráceným finkýlem o stejném ponoru, ale představují spíše nouzové řešení než plnohodnotnou náhradu za hluboký kýl s bombou. Tyto kýly:

• Snižují výkon při plavbě proti větru. Křídla zvětšují smáčený povrch a narušují proudění kolem konce kýlu.
• Ztěžují uvolnění při nasednutí na mělčinu. Křídlo se může zabořit do bahna nebo písku a bránit vyproštění lodi způsobem, jakým hladký finkýl nikdy nebrání.
• Neřeší nedostatek stability na otevřeném moři. Limit pozitivní stability (LPS) lodi měřitelně klesá mezi hlubokou verzí a verzí s mělkým ponorem téhož designu — obvykle o 10° nebo více.

Křídlový kýl nebo kýl s mělkým ponorem zvolte tehdy, pokud vám umožní přístup do kotvišť, marín nebo kanálů, které byste jinak nemohli využít. Jen berte mělký ponor jako kompromis, nikoli jako bonus zdarma.

Co hledat místo toho

Pokud chcete získat skutečnou představu o tom, jak je plachetnice tuhá, vyžádejte si dva údaje:

1. Maximální narovnávací moment při úhlu maximálního ramene stability (obvykle 50–60°). Tento údaj spojuje hmotnost, páku a tvar trupu do jediné fyzikální síly.
2. Limit pozitivní stability (LPS) — úhel náklonu, po jehož překročení se loď již sama nenarovná. Jednotrupé plachetnice pro plavbu na otevřeném moři by měly mít LPS 120° nebo vyšší. Verze daného trupu s hlubokým kýlem bude mít tuto hodnotu znatelně vyšší než verze s mělkým ponorem.

Dohromady vám tyto hodnoty prozradí to, co poměr B/D může jen naznačit: jak se loď chová pod skutečným tlakem plachet a jak se chová po položení stěžně na vodu (knockdown). Více o křivce GZ (křivce ramen stability) — tedy o fyzikálních základech, které poměr B/D pouze aproximuje — najdete na stránce Capsize Screening Formula.

Jak interpretovat toto číslo jako kupující

Abyste mohli toto číslo využít, nemusíte dopodrobna zkoumat rozdíly mezi olovem a litinou. Pokud technický list uvádí poměr B/D — nebo si ho spočítáte níže —, použijte ho pro rychlou orientaci a okamžitě se ptejte, kde přesně se zátěž nachází.

Jak se toto číslo projevuje při plavbě pod plachtami:

• B/D ≤ 25 %. Loď se obvykle začne naklánět velmi brzy. Při plavbě na boční vítr o síle 15 uzlů budete pravděpodobně přemýšlet o refování dříve než vaši sousedé v maríně. Mělký nebo křídlový kýl u takové lodi obavy ještě zvyšuje; naopak hluboký kýl s bombou může zajistit, že se loď bude chovat lépe, než by napovídal samotný horší poměr.
• B/D 30–35 %. Oblast běžných turistických plachetnic. Loď nese standardní plochu plachet bez nutnosti vyvažování posádkou na boku; refování vyžaduje, až když vítr zesílí nad 18–20 uzlů. Zde se pohybuje většina moderních sériových cruiserů.
• B/D 35–40 %. Tuhá loď. Pohodlně nese plnou hlavní plachtu a genovu i ve větru kolem 20 uzlů. Sem patří starší konstrukce pro oceánskou plavbu a tužší cruiser-racery.
• B/D > 40 %. Výkonná a náročná loď. Často se vyskytuje u cruiser-racerů z éry IOR a tradičních expedičních lodí. Loď ponese plné plachty i v podmínkách, kde by loď s poměrem 30 % byla silně přemotorovaná — pokud je tomu uzpůsobena takeláž.

Zásadní výhrada, kterou nelze opomenout: konstrukce kýlu.

Dvě lodě s poměrem B/D 40 % se mohou chovat naprosto odlišně. Mělký plný kýl s olovem v hloubce 1,2 metru je méně tuhý než hluboký finkýl s bombou a poměrem B/D 30 % v hloubce 2,4 metru. Než poměru B/D uvěříte, vždy jej posuzujte v kombinaci s ponorem a typem kýlu:

• Hluboký finkýl + kýl s bombou. Poměr B/D může být průměrný (32–38 %) a loď bude stále působit tužším dojmem než loď s plným kýlem a poměrem 45 %. Mechanická páka zkrátka vítězí.
• Modifikovaný finkýl se skegem. Tuhost roste přibližně s násobkem B/D × ponor. Dobrý zlatý střed.
• Plný kýl. Poměr B/D musí být vyšší, aby kompenzoval krátké rameno páky — vyměníte však výkon ve slabém větru za stabilní držení kurzu a ochranu trupu.
• Křídlový kýl / kýl s mělkým ponorem. Často má stejný poměr B/D jako hluboká verze, ale LPS je o 10° či více nižší. Přijatelné pro pobřežní plavbu, kde potřebujete mělký ponor; pro vážné plány na oceánskou plavbu je to však reálná ztráta.

Rychlý příklad. Catalina 30 a J/109 mají obě poměr B/D přibližně 40 %, ale pod plachtami se chovají zcela odlišně. Catalina nese své olovo v kýlu se středním ponorem a je dostatečně tuhá pro pobřežní plavbu v mírném větru. J/109 nese olovo o několik stop hlouběji v hluboké bombě, takže dokáže udržet plachty ve větru, který by majitele lodi Catalina již dávno donutil k hlubokému refování.

Kalkulačka

Níže jsou uvedeny některé příklady plachetnic s hodnotami jejich zátěže a výtlaku. Při porovnávání nezapomeňte vzít v úvahu také typ kýlu – viz upozornění výše.