Jaká je spotřeba plachetnice při plavbě na motor

Jaká je spotřeba plachetnice při plavbě na motor v závislosti na otáčkách motoru? Je lepší plout na 2000 otáček, nebo na 2500? Co je nejúspornější?

V tomto článku se pokusíme podívat na plavbu na motor. Ukážeme si nejdříve podle čeho se motory do plachetnic vybírají a pak na spotřebu v závislosti na rychlosti.  Aby bylo možné dojít alespoň k nějakým závěrům, budu ke svým úvahám používat údaje vypočítané pro modelovou plachetnici YD 40. Tato 40 stop dlouhá, klasická, lehčí výtlačná loď kategorie fast cruiser se snaží se být ve všem co nejvíc průměrná a proto jsou z ní získané informace do značné míry použitelné obecně.

Charakteristika jachty YD 40

V podstatě všecny dnešní kýlové plachetnice, snad až na ty nejmenší, mají nějaký motor, ať už přívěsný elektrický nebo benzinový, nebo vestavný dieselový. Naše modelová loď má 12 m L_OA (celková délka), 10 m L_WL (délka na vodorysce) a 7,8 t výtlaku, takže se budeme věnovat variantě dieslové.

Jak vybrat motor

Důvody pro osazení motoru jsou vlastně tři. Zaprvé umožňuje pohyb ve velmi omezeném prostoru dnešních marín, zadruhé ho můžeme použít pro přesun z místa na místo v případě větrně nepříznivých podmínek a zatřetí nás může motor vyvézt z nebezpečné situace.  Pro manévrování nepotřebujeme nijak výkonný motor, stačí jenom aby byl schopen chodu vpřed a vzad. Další dva důvody použití ale již nějaký výkon potřebují, a my si přiblížíme způsob, jakým se motor pro plachetnice vybírá. Tedy přesněji jak se vybírá motor a šroub, protože bez šroubu by nám motor příliš nepomohl.

Trochu nudné teorie (ti zaměření mna praxi mohou přeskočit)

Nejdříve se spočítá odpor, který musí pohon lodě při plavbě. Odpor se dělí na hydrodynamický R_H a aerodynamický R_A. Hydrodynamický odpor při plavbě na motor bez náklonu(upright) – označíme si ho R_u -   má dvě hlavní složky, jednu způsobenou viskozitou a druhou vznikem vlnového systému. Při nižších rychlostech dominuje tření a při zvyšování rychlosti se postupně přidává tzv. reziduální odpor vln. Pro představu: při plavbě rychlostí 7 uzlů je celkový R_u naší YD 40 1201 N, z čehož 590 N je způsobeno čistě složkou tření, 557 N čistě složkou vln a 54 N tzv. viskózním tlakem, který patří pod obě dvě.

Hlavní roli zde hrají geometrické parametry trupu, pro tření hlavně smáčená plocha a pro reziduální odpor hlavně délka, ale samozřejmě ještě mnoho dalších. Při plavbě v náklonu se ještě přidávají další složky, odpor způsobený náklonem a indukovaný odpor způsobený splouváním. Jenom připomínám že potud zmiňované vlny byly ty, které si loď vytváří sama.

Poslední složkou odporu ať už při plavbě s nebo bez náklonu je doplňkový odpor vln R_AW a k němu se ještě dostaneme. Aerodynamický odpor R_A se trochu zjednodušeně počítá pomocí rychlosti zdánlivého větru, jeho hustoty, geometrických parametrů ( trupu, stěžně a zbytku takeláže) a koeficientů aerodynamického odporu ( opět zvlášť pro trup, stěžeň a zbytek takeláže). Jen pro zajímavost -  empiricky získaný koeficient pro takeláž je 1,2, takže vanty a výtahy evidentně příliš aerodynamické nejsou. Pro YD 40 jsou při rychlosti zdánlivého větru 7 uzlů hodnoty R_A 575 N trup, 524 N stěžeň a 228 N takeláž, tedy 1327 N celkem.

Dalším krokem je výpočet již zmíněného doplňkového odporu vln. Je to opět trochu komplikované, v úvahu se bere třeba koeficient délky k výtlaku a délka vln. Pro YD 40 je v našem případě 730 N. Je způsobený vlnami, proto se nemění s rychlostí větru.

Takže při 7 uzlech máme odpor R=R_U [1201 N]+R_A[1327 N]+R_AW[730 N] tedy 3258 N.

Pro 8 uzlů je to 4880 N a pro 8,5 uzlů 6169 N. 8,5 uzlů je praktická nejvyšší rychlost výtlačné lodě s L_WL 10 m.

Jednoduchá praxe

Po výše uvedeném prozradím, že existuje značná zkratka. Prostě se počítá s tím, že 3 kW výkonu na 1 t výtlaku jsou pro plachetnici dost. Takže motor o výkonu 3 kW x 7,8 (výtlak jachty YD 40) tedy kolem 24 kW je to, co hledáme.  Podíváme se tedy do katalogů a vybereme třeba Yanmar 3JH40 o max. výkonu 29,8 kW.

Využití síly motoru

Protože známe odpory pro rychlosti od 7 do 8,5 uzlů, zkratku jakoby vynecháme a půjdeme v našich úvahách trochu dál. Použijeme zjednodušující úvahu, že se v každém momentu tah šroubu rovná odporu plavby. Nejdůležitějšími parametry šroubu jsou průměr a krok, tj. vzdálenost, o kterou by se šroub posunul za jednu otáčku, kdyby se pohyboval v pevném protředí. Protože šroub kupujeme a nevyrábíme, vezmeme data vhodného typu poskytnuté výrobcem ve formě poměrně komplikovaných grafů a získáme pomocí výpočtů údaje o tom, jaký výkon potřebujeme abychom dostali tah nezbytný pro požadovanou rychlost.

Pro YD 40 jsme se dostali k následujícímu: pro plavbu v ideálních podmínkách (po větru) potřebujeme pro rychlost 7 uzlů 7 kW, pro 8 uzlů 17,5 kW a pro 8,5 uzlů 28,2 kW. Pro plavbu ve špatných podmínkách je to 21,4 kW pro 7 uzlů, 37,6 kW pro 8 uzlů a 51,2 kW pro 8,5 uzlů. Vidíme tedy že námi vybraný motor nám stačí k maximální rychlosti v ideálních podmínkách a rychlosti přes 7 uzlů v nepříznivých podmínkách, což je pro loď o délce 10 m L_WL zcela dostačující.

Výpočet spotřeby

Co se týká spotřeby, budeme počítat s optimistickým odhadem 220 g paliva na 1 kWh. Pro ilustraci vezmeme v úvahu ideální podmínky. Pro rychlost 7 uzlů je potřeba 7 kW tedy spotřeba je 220 g/kWh x 7kW = 1,54l/h.  

Rozdíl v potřebném výkonu mezi rychlostí 7 uzlů a 8 uzlů je 10,5 kW takže ve spotřebě 220 g/kWh x 10,5 kW = 2,31 l/h. Mezi 7 a 8,5 uzly je to 21,2 kW a  4,66 l/h.

Vidíme tedy, že rychlost přináší zvýšené náklady. Pokud vezmeme 7 uzlů a 1,54 l/h jako 100 % základ, potom zvýšení rychlosti o 21,4 %  na 8,5 uzlů zvýší spotřebu o 303 %. Je jenom na vás, jakou rychlostí poplujete a jestli vám ušetření necelých dvou minut na vzdálenosti 1 míle (rozdíl mezi rychlostmi 7 a 8,5 uzlů) stojí za cca. 150 Kč/h.