Hyvässä slöörissä · purjejollalla retkeilyä

Merisirrin köli

SCAMP:in köli voidaan muotoilla kahdella eri tavalla. Helpompi tapa on käyttää litistettyä siipiprofiilia, jolloin kölin paksuudeksi valitaan 32 mm. Haastavampi tapa on muotoilla köli aidon NACA 0008-34 -siipiprofiilin mukaan, jolloin paksuutta tarvitaan enemmän, ilmeisesti 36 mm. Aito profiili parantaa vedenalaisten osien hydrodynamiikkaa, mikä oletettavasti tekee veneestä hieman nopeamman. Köli- ja peräsin on myös mahdollista ostaa erillisinä kitteinä valmiiksi muotoiltuna pakettina, jos ei halua kokea kölin muotoilun haastetta.

Valitsin litistetyn siipiprofiilin ja paksuuden 33 mm, joka saadaan yhdistelmällä 12 mm + 9 mm + 12 mm. Tämä määrää paitsi kölin paksuuden, niin myös kölilaatikon leveyden.

Osien sahaaminen

Merisirrin kölin piirtäminen oli ensimmäinen osa projektia. Ensimmäisen levyn piirtämisessä käytin 120 cm suorakulmaa, viivoitinta ja kaurahiutalepaketista leikkaamiani pahvimuotteja ympyräkaarien piirtämiseen. Tämä konsepti toimi suhteellisen hyvin, vaikkakin pienempi ja ketterämpi suorakulma olisi hyödyksi suuremman tukena.

Kölin ääriviivat ja niiden piirtämisessä apuna käytetyt työkalut

Sahaaminen sujui Makita 4351FCT -pistosahalla suhteellisen siististi käyttäen mukana tullutta BR-13 -terää. Sinällään kölin suhteen jälki ei olisi ollut niin tarkkaa, koska siipiprofiilia muotoillessa on tilaisuus hioa suurin osa epätasaisuuksista pois. Käytin ensimmäistä kölilevyä muottina kahden muun piirtämisessä. Niiden sahaaminen sujui ongelmitta.

Oikeanlaisella sahalla ja terällä tulee siistiä jälkeä

Köliin tein 380 mm × 110 mm kokoisen kolon, jonka päälle ja alle tuli 6 mm vanerikannet. Lyijypainon paksuudeksi tuli tällöin 21 mm. Tämän lähestymistavan etu on se, ettei kölilevyihin tarvitse jyrsiä koloja. Lyijy valetaan erilliseen alumiinifoliolla päällystettyyn muottiin, josta se siirretään kölin koloon, jonne se liimataan kansien väliin kiinni epoksin avulla. Muitakin lähestymistapoja toki on.

Kölin 21 mm syvä potero (Pb) 6 mm vanerikannella ja -pohjalla

Poteron mittojen ja sijainnin kanssa tuntui järkevimmältä yrittää seurata mahdollisimman tarkasti ohjeita ja piirustuksia, vaikkakaan niissä oleva tieto ei kaikilta osin ole ihan yhteneväistä eikä tarkkaa. Lyijypainon sijainti ja massa vaikuttavat sentään kölin vääntömomenttiin suhteessa kölipulttiin. Kölin ollessa ylös käännettynä painon tarkoitus on vetää köli alas ilman erillistä alasvetoköyttä. Kölin ollessa ala-asennossa paino pyrkii säilyttää kölin asennon virtausvastuksesta huolimatta, minkä takia painon massakeskipisteen pystylinjan asema suhteessa kölipulttiin on tärkeä. Pyrin tekemään poterosta kohtuullisen syvän, jotta aukon pinta-ala pysyisi suhteellisen pienenä.

Kölipainoon liittyvät mitat ja vääntömomentti

Painon paikan 𝛥y määrittäminen vaikuttaa kölin käyttäytymiseen veden liikkeen aiheuttaman virtausvastuksen voimasta. Jos paino on liian edessä, kääntää virtausvastusvoima köliä ylöspäin, joskin vastaan puskeva momentti kasvaa tällöin suhteellisen ripeästi. Kölin tarpeeton huojuminen edes takaisin ei toki ole toivottavaa. Jos paino taas on liian takana, painaa köli kölilaatikon etuosaa turhan voimakkaasti, mikä voi johtaa ennenaikaiseen rakenteiden kulumiseen.

Oheisessa taulukossa on laskettu vääntömomentteja eri 𝛥y arvoilla. Fala,r=120mm ilmoittaa kölin etureunan kölilaatikkoon kohdistaman voiman, kun köli on käännetty ala-asentoon, ja Fala,r=550mm ilmoittaa kölin vääntövoiman kölin keskikohdassa. Oikean 𝛥y arvon valinta riippuu kölin virtausvastuksesta.

𝛥y 𝛷ylä 𝛷ala 𝜏ylä 𝜏ala Fala,r=120mm Fala,r=550mm
-50 mm 90° 60,5 Nm 0,5 Nm 2,5 N 0,6 N
-40 mm 91° 60,5 Nm 1,5 Nm 7,6 N 1,7 N
-30 mm 92° 60,5 Nm 2,5 Nm 13 N 2,8 N
-20 mm 93° 60,5 Nm 3,4 Nm 18 N 3,9 N
-10 mm 94° 60,5 Nm 4,4 Nm 23 N 5,0 N
0 mm 95° 60,5 Nm 5,4 Nm 28 N 6,0 N
10 mm 96° 60,5 Nm 6,4 Nm 33 N 7,2 N
30 mm 98° 60,5 Nm 8,3 Nm 43 N 9,4 N
50 mm 100° 10° 60,5 Nm 10 Nm 54 N 12 N
100 mm 104° 14° 60,5 Nm 15 Nm 80 N 18 N
150 mm 108° 18° 60,5 Nm 20 Nm 110 N 24 N
200 mm 112° 22° 60,5 Nm 25 Nm 140 N 30 N
250 mm 116° 26° 60,5 Nm 30 Nm 170 N 37 N

Vedenvastusvoiman arvioiminen on mahdollista. NACA 0008-34 -sivun kuvaajasta Cd v Alpha saadaan Cd arvoksi noin 0,01, kun köli on suorassa virtausta vastaan (eli alpha on 0°). Virtausvastusvoiman yhtälö seuraavanlainen (oheinen kaava näkyy vain MathML-standardia tukevilla selaimilla, joita ovat Firefox ja Safari):

Fd = ½ 𝜌 u 2 Cd A

missä Fd on virtausvastus, 𝜌 nesteen tiheys (vedelle 917 kg/m3), u kappaleen nopeus suhteessa nesteeseen (m/s), Cd vedenvastuskerroin (noin 0,01) ja A kappaleen pinta-ala (0,025 m2) edestä päin katsottuna. Ohessa on Fd laskettuna erilaisilla u arvoilla:

u Fd
1 kt 0,0 N
2 kt 0,1 N
3 kt 0,3 N
4 kt 0,5 N
5 kt 0,8 N
6 kt 1,1 N
7 kt 1,5 N
8 kt 2,0 N
9 kt 2,4 N
10 kt 3,0 N

Kun verrataan kahden edellisen taulukon arvoja Fala,r=550mm ja Fd, huomataan virtausvastuksen merkityksen olevan varsin vähäinen. Tulokset eivät toki ole ihan tarkkoja, koska kölin massaa (ja nostetta) ei ole huomioitu ja toisaalta kyseessä ei ole tarkka NACA 0008-34 -siipiprofiili vaan sen litistetty variaatio. Lisäksi Cd arvo voi vaihdella jonkun verran olosuhteista riippuen, esimerkiksi käännyttäessä. Scampin runkonopeus on jossain 4,5 solmun paikkeella, vaikkakin plaanissa voidaan päästä selvästi suurempiin nopeuksiin. Voitaneen arvioida tämän pohdinna tuloksena, että 𝛥y arvo -30 mm on riittävä. Toisin sanoen, lyijypainon etureuna menee 30 mm yllä olevan kuvan vihreän linjan alapuolelle.

Ehkä tässä tuli tehtyä tarpeettoman syvällinen sukellus fysiikan puolelle, mutta on se kiehtovampaa kuin jonkun saippuaoopperan katsominen televisiosta.

Kokoonpano

Lyijyvalu

Siipiprofiili

Lasikuiduttaminen

Pintakäsittely

Kölipultti

Nostin

Seuraavaksi: Peräsin
Katso myös: Kölilaatikko (vaihe 2)
Merisirrin rakentaminen