wz
   

Hrana1
Úvod
 
Tato práce popisuje metodiku pro hodnocení tvarů slalomových kajaků.
Metodika vznikla ve firmě Galasport a především, databáze zde popisovaných parametrů a jejich praktické porovnávání a hodnocení s jízdními vlastnostmi v praxi tvoří základ know how autora této práce a firmy Galasport.
Je třeba úvodem podotknout, že se budem zabývat pouze základními parametry slalomové lodi,
neboť pro samotného závodníka jsou pro výběr lodi důležité i další parametry a některé z nich jdou matematicky složitě vyjádřit.
Pro analýzu jsme vybrali loď TORO, vhodné pro  kajakáře s hmotností 75 kg. TORO je zároveň komerčně nejúspěšnější kajak firmy Galasport po změně pravidel o zkracování pod 4m.
 
             
              Obr. 1: Model CAD slalomová loď TORO
 
Základní principy popisované metodiky spočívaji v určení několika základních parametrů slalomového kajaku. Tyto parametry musí být jednoznačné a musí mít určitelný vztah k reálným plavebním situacím. Některé parametry jako poměr délky vodorysky ku šířce vodorysky vycházejí z klasické teorie hydrodynamiky lodí , jiné parametry vycházejí z určitých modelových situací do kterých se kajak dostává během jízdy na divoké vodě.
Hrana2
Celkový výtlak
 

Metoda určení celkového výtlaku je ilustrovaná na obrázcích 2 a 3. Celý kajak v podstatě potopíme zcela pod hladinu. Celkový výtlak je pak určen příslušným CAD program. Prakticky lze nalézt určitý vztah jak rychle se loď vynoří při kompletním zanoření pod hladinu, např. při průjezdu válce.
Díky zjištěnému výtlaku si lze již zde ověřit, je-li model navrhován pro cílovou váhovou kategorii.
 
              
               Obr. 2: Kajak nad vodou
 

              
               Obr. 3: Kajak pod vodou

Hrana3
Rezerva výtlaku
 
U lodě Toro vyšel celkový výtlak 191 kg, což po porovnání s jinými modely naznačuje že loď je optimální pro středně těžké závodníky pohybující se kolem 75kg. Po připočtení hmotnosti lodě a výstroje závodníka kalkulujeme s celkovou hmotností pádlaře 86kg.
 
Pak:
Celkový výtlak - Hmotnost kajakáře = Rezerva Výtlaku
 
Pro kajak TORO pak:
Rezerva výtlaku = 191 - 86 = 105 kg

Hrana4
Vodoryska
 

Vodoryska je křivka, která vznikne průnikem plochy trupu lodě a plochy vodní hladiny. Rozlišujeme vodorysku statickou, to znamená vodorysku při nulové rychlosti lodě a reálnou vodorysku dynamickou. Obvykle stačí vyšetřit vodorysku statickou a není třeba vyšetřovat dynamickou.
Plocha zanořené části je přímo úměrná s třecím odporem – výrazný část odporu plavidla.
Vodoryska je určena vždy pro daného jezdce, zde 86 kg výtlak. Je analyzováno i poloha vztlaku a porovnáno ze zasednutím.
 
                 
              Obr. 4: Vodoryska - bokorys

                 
              Obr. 5: Vodoryska - pohled "ze spodu"
 
            
     
Obr. 6: Vodoryska - půdorys                                      Obr. 7: Vodoryska - rozměry
 
Popis k obrázku č.7. - těžiště výtlaku
Střed souřadného systému určuje červená a zelená osa. Dvě černé rysky určují polohu límce, který nemohl být do analýzy vkreslen, neboť by došlo k modelovému potopení lodě. Od tohoto středu je určeno těžiště výtlaku 46mm pod vodorysku, 4mm za červenou osu, což je v tomto případě takřka ve středu límce.
 
Stabilita
Vzdálenost těžiště těla závodníka od centra vztlaku určuje zásobu stability. Tímto určením středu vztlaku korigujeme polohu sedačky pro závodníky s různými styly pádlování a závodníky s odlišnými fyzickými proporcemi.
 
Popis vodorysky
Žlutá křivka je vodoryska. Její tvar má určující parametr k dynamickým vlastnostem lodi.Kulatý rádius na koncích lodě určuje parametr točení lodě. To znamená čím kulatější špičky křivky, tím lepší točivost lodě. Můžeme samozřejmě navrhnout špičatější křivku, nicméně bude negativně ovlivněna točivost lodě. Dokonale špičatá křivka je pro představu u štrekařských lodí. Další důležitý parametr vodorysky je její podélný tvar a štíhlostní poměr. Statická ryska má zároveň vliv na dynamickou rysku.
 
Dynamická vodoryska a dynamické vlastnosti
Dynamická ryska je ryska jedoucí lodě s vlivem vlny za lodí a vlny od přídě lodě. Při dopředné jízdě dojde k zanoření zádi lodě a tím se vodoryska posune dozadu. Součastně se posune dozadu přední část rysky a zároveň se více zakulatí a zvětší svůj průměr. Přední části rysky se při další zvýšení rychlosti lodě posouvá dozadu a opětně dochází ke změně tvaru vodorysky, která se zkracuje, mění
se tvar přední části rysky do většího poloměru. Mění se i štíhlostní poměr a loď v dané situaci získává paradoxně horší parametry rychlosti.
Co nejmenší změna tvaru vodorysky a její ideální tvar při vysoké dopředné rychlosti je jedna z důležitých úkolů projektanta a dizajnéra lodě.
Efekt zvedání špičky je samozřejmě otázkou tvaru dna lodě, ale dá se částečně ovlivnit různými způsoby. Například změnou zasednutí lodě v podélném směru, dovážením lodě před sedačkou.
Vyšší slalomáři jsou schopni více ovlivnit zvedání špičky jak změnou těžiště díky délky svých nohou a tím přesunutí těžiště do přední části lodě i stylem pádlování – i obyčejným předklonem či záklonem
při pádlování lze ovlivnit tvar vodorysky a tím pádem i rychlost lodi, obzvláště u krátkých lodí.
 
                                                           

Parametry získané z CAD analýzy.
Výtlak pod hlavní vodoryskou = 86, 2453kg
Střed vztlaku:
X/souřadnice kolmo k délce lodi/ = 5.52885e-14 = 0
Y/ souřadnice po délce lodi/ = -3.72931mm
Z/souřadnice kolmo k hladině/ = -46.9794mm
Smáčená plocha = 1.3018m2
Délka vodorysky = 2702.1mm
Maximální šířka vodorysky = 584.6mm
Plocha v řezu hlavní vodorysky = 1,10894m2
 
Hrana5
Výtlak přídě
 
Simuluje průjezd vysokou vlnou, zanoření do válce, či jiné potopení špičky kajaku a vliv výtlaku na předozadní pohyb. V podstatě jde o simulaci neoptimálního přeskočení nebo proskočení vodní překážky, nebo nechtěné zanoření špičky při překonání vodních výškových rozdílů. V porovnání s celkovým výtlakem vidíme jak rychle se loď vynoří z vlny.
Měří se výtlak po přední límec pod úhlem 45 st.
 
                 

             Obr. 8: Zanoření přídě - schéma
 
                
                
Obr. 9: Zanoření přídě - pohled


Navrhování objemu přední části lodě je kupodivu choulostivější záležitost než navrhování objemu zadní části lodě.
V podstatě by se dalo říci, že na každou trať by mohla být špička lodě méně či více objemná v závislosti na vlnách, válcích a jiných vodních překážkách. V praxi je to samozřejmě těžko proveditelná a finančně náročná záležitost, ale jsou i tací, kteří se experimentu nebojí. Pokud dojde ke změně objemu přední části lodě, podle obtížnosti tratě, zvyká si totiž obvykle závodník poměrně snadno. Mohu však uklidnit všechny, co závodí na závodech, kde jsou vlny do 30cm výšky – zde není třeba vyšší objem špičky k lepšímu výkonu, neboť velikost vln zde neovlivní jízdní vlastnosti.

Špička lodě je často objemná pouze podle pocitu závodníka a často s přihlídnutím na nejtěžší závody
v sezóně. Je jasné, že čím větší zkušeností a znalostí jízdy na divoké vodě závodník oplívá, je schopen zvládnout loď s nižším objemem špičky. Často tedy závodník raději volí Špičku jako balón - špička se málokdy potopí, závodník se cítí na vodě relativně bezpečně, vše přejede a rychle se vynořuje z válců a vln. Optický poměr vlna – loď je v lepším poměru pro psychiku závodníka, než u lodí nízkých. Voda stéká rychleji z paluby, méně častěji nekontrolovaně natéká na palubu a i tím je stabilita lodě na divoké vodě nepoměrně vyšší. Na nájezdy do silných vracáků či proudů po špičce loď rychleji reaguje díky vyššímu objemu a výtlaku špičky. Dalo by se říci, že velký objem špičky se blíží ideálu pro slalomovou závodní lod na divoké vodě.
Velká špička má však i své nevýhody. Trochu přehnané přirovnání objemné špičky lodě na vodě může být k chování fotbalového balónu plující po vodě. Balon kopíruje vlny - tím je dráha jízdy delší. Každý průnik velkou vlnou velkooběmovou špičkou má za následky zároveň zvýšený odpor a energie vody má větší šanci ovlivnit měr lodě. Špička se s většími obtížemi vejde pod slalomové tyčky a při potřebném ponoření špičky je energie potřebná na ponoření vyšší a šance na podmáčknutí nižší. Často dochází i k nekontrolovanému vynořování špičky a vyšší šanci penalizace za dotek tyčky.

Na důležitost objemu špičky přišel Tony Estanguet již před mnoha lety. Za příklad stojí příprava jeho lodě na MS v Pražské Troji. Zde zvolil svoji strategii - špička nesmí překážet. Dvojnásobný olympijský vítěz pár týdnů na jaře laboroval nad objemem zadku na tratích, které dobře znal. Poté, co si byl Tony jist, že zadek lodi je v optimální podobě, testoval na slalomové trati v Praze na třech lodích s různým objemem špičky, avšak stále stejného objemu zadku nejnižší parametr předku lodě, který tento slalomový kanál snese. Jako šok pro všechny pak může být fakt, že přední část jeho lodě byla při závodech MS o 5 mm nižší než loď, kterou akceptuje podstatně lehčí závodník!! Ještě měsíc před MS jsme byli v kontaktu a analyzovali úhel odstřiku vody od lodě při jízdě i točení v prvních 40 cm lodě.
I přes to, že pro laika se to zdá jako šílenost, neváhal kvůli špatnému úhlu odstřiku vody nechat upravit model,vyrobit novou formu a loď měsíc před závodem, pouze pro nepatrnou změnu rádiusu špičky.

Hrana6
Zanoření zádě
 

Zanoření zádě lodě se analyzuje tak, že se zanoří loď, aby měla výtlak 86 kg jako při normální jízdě
pod úhlem 10 deg a zkoumá se ponor zanořené části a tvar zanořené části. Simulace při točení lodě
a při ostatních případech, kdy záď lodě je ponořena pod vodu.
 
Faktory, ovlivňující zanoření zádě:
 
Délka zanoření – čím delší zadek lodi, tím loď bude hůře točit, neboť je větší rameno X. Můžeme zkrátit rameno, ale pak je nutno vyplnit objem výtlaku na 86kg. Tím se zase zhorší hydrodynamický boční průřez zanořené části.
Hloubka zanoření – poloměr otáčení zadku lodě se vzrůstající hloubkou zkracuje a tím se rychlost po obvodu otáčení zrychluje. Je otázka do jaké míry je výhodné či nevýhodné zadek lodi zatápět, nicméně nejdůležitější parametr zatápění při slalomu je hloubka dna a riziko kontaktu s ním.
Vystřelování lodě při zanoření – mnoho závodníků řeší otázku vystřelování lodě. Neexistuje loď která nevystřeluje. Existuje pouze závodník, který loď vystřelit dovede, nebo nedovede. Každá loď bude katapultována vpřed takovou silou, kolik objemu lodě je schopen závodník zanořit a poté využít této energie k reakci.
Příliš velký objem zadku dává pocit vyšší rychlosti vystřelení lodě vpřed, ale jen za podmínky, že má závodník dostatečný prostor, techniku, čas a energii na zanoření dostatečného objemu lodi. Je velmi málo závodníků, co mají všechny tyto parametry pod kontrolou.
Stabilita při zanoření – Stabilita lodi je jeden z nejdůležitějších parametrů slalomové lodě. Při stabilizované a bezpečné poloze je závodník schopen pracovat pro jízdu vpřed. V nestabilizované poloze se procento práce pro urychlení cílového času závodníka výrazně zmenšuje, až do záporných hodnot – např. kontra záběr.
V případě ponoření zádě lodě platí, že čím je nižší objem zadku je loď a závodník po zanoření zádě v nižší a tím i stabilnější poloze. V tomto případě se zároveň závodník lehčeji dostane pod tyčky bran, kde má i větší prostor pro svoji práci. Listy pádla jsou blíže hladině a tím pádem i samotná reakce na potřebný záběr je rychlejší. Práce v tomto režimu je však záležitost spíše mužského pohlaví.
 
                  
                
 Obr. 10: Zanoření zádě - schéma
 
Zanoření zádě pod úhlem 10 procent je nečastější zatopení slalomového kajaku při točení, průjezdu vyjížděček.

                  

              Obr. 11: Zanoření zádě - pohled
 
                  

               Obr. 12: Simulace zatopení a poloha špičky vůči vodní hladině

Hrana7
Shrnutí parametrů                  

KAJAK SLALOM

Model:                            TORO

 

Výtlak

celkový

191kg

 

poměr:

 

 

1,81

rezerva = celkový - 86 kg

105kg

 

Vodoryska

šířka:

584 mm

 

poměr:

 

 

0,21

délka:

2702 mm

Výtlak přídě -  45 deg pod límec:

81,6 kg

Zanoření zádě - hodnota ponoru 10 deg , 86 kg :

245 mm

Hrana8
Závěr
 

Problematika dizajnování lodí je velmi složitá záležitost. Načrtnul jsem pouze nejzákladnější metodiku podle které se vyvíjela loď K1 TORO, K1 TORETO a C1 MAKAO, dnes jedny z nejprodávanějších lodí na světě.
I když se může někomu zdát tato nebo jakákoli jiná metodika zbytečná, je lepší než žádná !!! Prostým porovnáváním parametrů, které vyšly z této metodiky + praktické zkušenosti rovná se výsledek v podobě kvalitní lodi. A kvalitní loď jde ruka v ruce s úspěchy na vrcholných závodech.
 
                                              

   
       
   



 
www.galasport.cz