Motorbåtsskrov, steg, lister m.m.

Utformning av motorbåtsskrov

Håller man på med motorbåtar får man ofta frågan om det här med steg, sprutlister m.m. Även om de flesta motorbåtar är relativt lika vad gäller formen i stort så kan man på t. ex. en båtmässa lätt konstatera att detfinns många olika detaljlösningar.

Vi har stegbåtar

Som kan ha ett till flera steg.

Längsgående lister

Vissa båtar har en eller två lister och andra har många, ibland slutar de långt innan akterspegeln och ibland går de hela vägen bak.

Mindre stegliknande detaljer på delar av skrovet nära akterspegeln

Sedan kan självklart allt ovan kombineras i en båt och det finns också båtar helt utan steg eller lister.

Om man följer tester i tidningar kan man se att det finns båtar från alla kategorier ovan som är kritikerrosade för sina egenskaper i hög fart. Det är således inte en av dessa konfigurationer som är den bästa, utan snarare så att lister och steg måste utformas i samspel med båtens övriga förutsättningar och kanske då framförallt båtens vikt och tyngdpunktens position i längsled.

Grunder

En planande båt lyfts upp ur vattnet med hjälp av att vattentrycket ökar under skrovet, ju snabbare båten går desto högre blir trycket och därmed båtens gångläge. Skrovets motstånd uppstår på grund av (1) friktion mellan båt och vatten, (2) vågmotståndet och på att (3) trycket i vattnet vill bromsa båten. Friktionsmotståndets är en funktion av hastigheten och arean skrov som är i kontakt med vattnet (våt yta) och tryckmotståndet (formmotståndet) är en funktion av båtens vikt och trimvinkel. Vågmotståndet beror på hur mycket båt som är kvar i vattnet och hastighet.

Medeltrycket över skrovytan beror på båtens trimvinkel och en större trimvinkel ger ett högre tryck, en given båt kommer därmed att ha en mindre våt yta om trimvinkel ökas och därmed ett lägre friktionsmotstånd, men i gengäld så ökar formmotståndet. Det gäller alltså att hitta ett gångläge som har en trimvinkel som ger det minsta totala motståndet:

- en för liten trimvinkel ger ett stort friktionsmotstånd, man talar om att båten överplanar, och

- en för stor trimvinkel ger ett stort formmotstånd, båten gräver ner sig.

Den optimala trimvinkeln för en helt planande båt är ca 4 grader.

Förden matematisk intresserade kan vi konstatera att den totala lyftkraften vattentrycket ger i ett jämviktstillstånd är lika med båtens vikt (för helt planande båtar). Tryckkraften verkar alltid vinkelrätt mot en yta således är den totala kraften F=mgcosa där a är båtens trimvinkel. Då blir formmotståndet D=mgtana, dvs endast beroende av båtens vikt och trimvinkel.

Det ovan är sant för helt planande båtar i platt vatten, när båtar går genom vågor blir det hela självklart något mer komplext, men grunderna är de samma. I vågor gäller det att se till att båten så ofta som möjligt går i sitt optimala gångläge.

 

Trycket på skrovet varierar mycket över den våta ytan, precis där vattnet möter skrovet är trycket mycket högt, men trycket sjunker snabbt och närmast akterspegeln är trycket i princip samma som i den omgivande luften, dvs ger mycket lite lyftkraft.

Detta innebär att medeltrycket är mycket lägre än maxtrycket och att lyftkraftscentrum ligger långt fram på den våta ytan.

 

Balans och jämvikt

Tyngdkraften måste hela tiden vara i jämvikt med de andra krafter som verkar på båten. Det innebär att centrum för trycket från vattnet är rakt under tyngdpunkten. Om tyngdpunkten är för om tryckcentrum kommer båten automatiskt att trimma ner fören så att tryckcentrum flyttas framåt, om tyngdpunkten är akter om tryckcentrum kommer båten att trimma ner aktern.

 

När farten ökar vandrar tryckcentrum successivt akter över när den våta ytan blir mindre och mindre, detta innebär också att båtens trimvinkel successivt minskar och det finns bara en trimvinkel i varje hastighet där krafterna är i jämvikt och båten i balans. Det finns dock sätt att förändra denna vinkel, genom att t. ex.:

- ändra skrovets geometri,

- flytta tyngdpunkten, eller

- öka trycket lokalt vid aktern.

 

Att ändra geometrin är inget man gör under gång, men att med trimplan eller interceptorer öka trycket och den bärande ytan i aktern är kanske så när man kommer. Flytta tyngdpunkten kan man göra genom att flytta last eller att installera trimtankar.

 

Längsgående lister

 

Mer eller mindre vinklade längsgående lister går ofta längs med båtens botten, när dessa lister är placerade så att de under gång sitter precis ovanför vattenytan så ser de till att avlänka vattnet bort från skrovytan och ibland något ner åt. På så sätt minskas den våta ytan något samtidigt som det ger lite lyftande kraft. På många båtar låter man dessa lister sluta en bit innan akterspegeln, speciellt de lister som sitter nära kölen, och detta då man anser att denna yta alltid kommer att vara under vattnet och att listerna då är overksamma eller till och med bromsande. Däremot på den del av skrovet som ibland är i vattnet och ibland över så kommer listerna se till att vattnet något snabbare länkas bort och därmed minska friktionsmotståndet något i medel.

 

Att länka av vattnet ner åt extra lyft åt båten, låt oss göra en överslagsberäkning på hur stort ett sådant tillskott på lyftkraft skulle kunna vara:

Vi tar en 8 metersbåt som väger 2 ton och gör 35 knop.

Ett rimligt medeltryck över skrovet i detta fall är 8kN/m2, dvs en lyftande yta på ca 2.5m2. Om båten är 2.2 meter bred nere vid slaget är ca 2.3 meter av kölen i vattnet.

Om båten har två lister på varje sida som går hela vägen till akterspegeln och sitter med jämnt avstånd mellan köl och slag så är den inres längd i vattnet  1.5 meter och den yttre 0.8 meter, dvs totalt för båda sidor 4.6 meter list i vattnet. Om listens plana yta är 6 cm bred så blir den totala ytan list 0.3m2.

Om då trycket är tre gånger så stort på listerna jämfört med medeltrycket så kommer det extra lyftande bidraget motsvara 440kg.

Tvärgående steg

 

Från avsnittet grunder ovan kan vi konstatera att det finns en optimal trimvinkel som båten skall ha för att summan av friktionsmotståndet och formmotståndet skall bli så litet som möjligt. Om båtar, speciellt lätta båta, kommer upp i höga farter så blir medeltrycket stort och därmed den våta ytan liten. Det för då också med sig att det är en väldigt liten del av båten som är i vattnet och som hela båten skall balansera på, dvs det blir svårt att få båten att hålla sig i sitt optimala gångläge, speciellt i sjö. Det kan till och med vara fysiskt omöjligt att få tyngdpunkten så långt bak som krävs. Att i denna situation förse båten med ett steg delar upp den lyftande ytan i två delar och ger gångläget mycket mer stabilitet (jmf en enhjuling med en vanlig cykel). Konstruktören kan också placera steget och ge det en utformning som ytterligare förstärker eftersträvade egenskaper. Rätt utformade steg gör att båtens trimvinkel ändras långsammare när farten ändras.

 

Minst lika viktigt är också att steg höjer medeltrycket över skrovytan, detta då vattnet träffar skrovet två gånger, och därmed minskar den våta ytan. Steg ger således större möjlighet att hålla båten i bra trimvinklar och en mindre våt yta tack vare det högre medeltrycket.

 

Mindre steg nära akterspegeln

 

I låga farter behövs mycket bärande yta i aktern för att aktern inte ska gräva ner sig, men i högre farter är det vanligt att båtars tyngdpunkt ligger för långt fram för att uppnå en effektiv planingsvinkel (de överplanar). Ett litet steg nära akterspegeln är ett sätt att komma åt detta problem och samtidigt minska den våta ytan något. Ytan i det akterliga steget ligger i vattnet vid större trimvinklar och ger då extra lyftkraft, men när trimvinkeln minskar lyfts ytan upp ur vattnet och flyttar tryckcentrum för ut.

 

Trimplan och interceptorer

 

Trimplan är vanliga på motorbåtar idag och genom att de tryck ner i vattnet ökar trycket lokalt och tryckcentrum flyttar akter över. På så sätt kan man trimma ner fören. Det ger dock även ett tillskott till både formmotståndet och friktionsmotståndet. Interceptorer har samma syfte, dvs ge ett extra lyfttillskott i aktern, men de fungerar genom att skjuta ner en kant tvär strömningsriktningen vid akterspegeln. Då stoppar den vattnet precis vid skrovytan och höjer trycket. Detta ger endast ett marginellt tillskott till skrovets friktions- och formmotstånd, men kanten bromsar. Interceptorer har använts länge bla på lite snabbare yrkesbåtar (t.ex. militär, kustbevakning och sjöräddning) över hela världen och principen är välanvänd även inom andra fluiddynamiska situationer.

 

Även om både trimplan och interceptorer bromsar något, så kan de rätt använda vid vissa farter kraftigt förbättra gångläget och därmed ge ett lägre totalt motstånd för båten.

 

Hans Liwång