Kategori: Teori og praksis

Innledning

Når vi er ute og padler er fart, last og kajakktype/skrogform et ofte diskutert og interesant emne. Spesielt på langtur.
For å forsøke å finne svar på noen spørsmål har jeg gravd litt i gamle bøker og leita litt rundt på nettet.
I alle fall ble det et forsøk på å samle noen tråder og trekke frem noen faktorer som virker inn på kajakkens motstand.

For et skip kan det grovt regnes med at det vil forbruke en tredjedel så my drivstoff som en lastebil dersom den skulle transportere samme last over tilvarende strekning på land.
På samme måte kan det nok antaes at en fotturist med ryggsekk vil trenge tre ganger så mye energi om denne skulle gå samme strekning som padleren tilbakelegger forutsatt at de frakter samme antall kilo.

Dette skyldes at kajakken har lite friksjon i vannet så lenge hastigheten holdes rimelig lav.

Teoretisk vannmotstand

Den totale motstanden et skrog har i vannet måles i Newton og kan beregnes fra formelen under.

Rt=0.5*ϱ*V^2*Ct*S

ϱ=Vannets tetthet i kg/m^3
V=kajakkens hastighet i m/s
Ct=Koeffisient for kajakkens totale motstand
S=Kajakkens overflate under vannlinjen i m^2

I formelen over er koeffisieienten for den totale motstanden Ct videre delt inn i tre ledd.

Ct=(1+k)*Cf+Cw+Ca

(1+k)=Dette er skrogets formfaktor som ofte bestemmes av skrogets blokk koeffisient. Dvs. hvor stor del skroget utgjør sammelignet med ei rektangulær kasse. Denne vil ofte ligge mellom 0,6 og 0,8.

Cf=Koeffisient for motstand som skyldes friksjon mellom vann og skroget. Denne kan beregnes fra formelen under.
Cf=0.075(log10(Rn)-2)^2. Denne vil være lavere for en kajakk i glassfiber/karbon enn for en plastkajakk, men har normalt liten praktisk betydning.

Rn er Reynolds tallet som beregnes fra denne formelen:
Rn=V*Lwl/ʋ
Lwl=Lengde av kajakkens vannlinje målt langs skroget.
ʋ=Vannets kinetiske viskositet

Cw=Koeffisient for motstand som skyldes bølgene som kajakken lager. Denne kan finnes fra modell forsøk når k og Cf er beregnet.

Ca=Koeffisient for korreksjon fra modell til fullskala skrog. Denne blir ofte beregnet med den empiriske formelen under.

Ca=0.006*(Lwl+100)^-0.16-0.00205

Spring og motstand

Spring er skrogets krumming i lengderetning fra baug til akter. Generelt har kajakkskrog med lite spring (rett kjøl) mindre motstand ved høy hastighet, mens kajakker med mye spring (bananform) har mindre motstand ved lave hastigheter.
Teorien bak dette er mere uklar, men jeg antar at bølgelengde vs. kajakkens spring har en viss betydning. En lang kajakk uten spring møter motstand fra flere bølger samtidig, mens en kajak med «bananform» i større grad vil jobbe med enkeltbølger.

Kajakk lengde og hastighet

Når kajakk skroget kommer opp i en viss hastigehet er det motstand fra bølger skroget lager som får størst betydning. Den største hastigheten skroget kan oppnå uten betydelig økning i effekt kalles ofte skroghastighet. Denne oppnåes når bølgelengden er like lang som skrogets lende målt i vannlinjen.
Froudes tall er et forholdstall mellom vannets hastighet og skrogets lengde i vannlinjen. Skroghastigheten oppnåes når dette tallet er 0,4.

Fn=υ/(g*L)^0.5

υ=Vannets relative hastighet langs skroget

L=Skrogets lengde i vannlinjen

Fra dette gir økt lengde mulighet for en større skroghastighet som i praksis er maksimal energieffektiv hastighet.

Større hastighet enn skrogfart er mulig å oppnå, men bare ved veldig høyt energiforbruk.

Bredde og motstand

Kajakkens bredde virker også inn på motstand i vannet og økt bredde vil generelt gi mere motstand.
Men det er vanskelig å beregne nøyaktig hvor mye siden motstand også avhenger av skrogtype.
Økt bredde gir også bedre manøvrerings egenskaper og stabilitet, så bredden blir en avveining mellom disse egenskapene og noe redusert fart.

Lastens innvirkning på hastighet

Et interessant spørsmål, spesielt for langtur og konkuranse padling er hva økt vekt betyr for hastigheten. Dette er antakelig også noe av det som er mest vanskelig å finne et konkret svar på siden det avhenger av mange faktorer.

En tommelfinger regel er at farten reduseres med 1/6% for hver prosent øking av vekt. (se ref. link under)

Oppsummering

Motstand og fart ved padling er avhengig av svært mange faktorer og vanskelig å beregne nøyaktig ved bruk av formler. For skip brukes det derfor modelltester og CFD beregninginger.

Men fysikkens lover gjelder her som alle andre steder så noen punkter er mulig å fastslå med rimelig sikkerhet.

• Mest energieffektiv padling oppnåes ved rimelig lave hastigheter siden vannmotstanden øker med hastigheten i annen potens.
  
• Forskjellige materiealer som plast, glassfiber og karbon har ulik overflate og friksjon. Siden motstanden øker med kvadratet av hastigheten gir dette utslag ved konkurransepadling, men får mindre betydning ved vanlig turpadling.
  
• En lang kajakk kan holde en høyere maxfart enn en kortere kajakk. Men det betyr ikke at en lang kajakk har mindre vannmotstand enn en kort kajakk ved lave hastigheter.
  
• Avhengig av skrogformen vil økt last gi større overflate under vann (S), som gir økt totalmotstand. Dette vil gi større utslag for en kajakk med rundt eller v-formet tverrsnitt enn for rektangulært tverrsnitt med flat bunn. Økt last kan også gi lengre vannlinje som vil virke i posetiv retning.
  
• Siden det er totalvekt (padler+kajakk) som er avgjørende vil en lettere tom kajakk kunne padles raskere av samme person.
  Vekt av selve kajakken har mindre betydning for fart ved turpadling. Da er det vekt av padler og last som betyr mest, og vekt av kajakken utgjør en mindre andel av totalvekten.

Reseranser

Offshore hydromechanics, J.M.J Journee and W.W Massie, Delft University of Technology

Vektens innvirkning på fart

Froudes tall

Her er det sikkert mye som kan diskuteres, så har du spørsmål eller kommentarer, skriv gjerne i feltet under.