Systém C4

Typická jachta s vnějším balastem má kladný moment vzpřímení až do úhlu náklonu přibližně 130° - 140°. V případě převrácení zůstanou jachty tohoto typu v této poloze, protože dosahují záporných hodnot vyrovnávací páky.
Aby se taková jachta dostala zpět do polohy kýlem dolů z náklonu 180°, musí přijít impuls zvenčí (např. další zásah vlny s dostatečnou energií), tento impuls ji nakloní do úhlu menšího, než je úhel odpovídající vyrovnávacímu ramenu s hodnotou 0 (menší než 130° - 140°) směrem ke kladným hodnotám tohoto ramene. Viz obr. 4.
Nepřiměřené vychýlení může nastat při plavbě po zvlášť vysokých a strmých vlnách. Typické plachetnice s vnějším balastem plující po větru jsou obzvláště citlivé na potenciální převrhnutí. V zadobočním větru při pohybu dolů po vlně má loď tendenci k oblouku, což je způsobeno jednak vzestupem zádi a vlnami, které ji zasahují, a také současným nakloněním lodi k závětrné straně. To způsobuje zrychlení jachty na přední straně vlny a otočení zádě, což v důsledku vede k otočení jachty směrem k větru a přesunutí středu těžiště tlaku na plachtách. Toto přemístění zase zvyšuje horizontální vzdálenost (páka přitahuje jachtu nahoru "r") mezi těžištěm tlaku větru na plachtách (složka F síly P pracující dopředu) a těžištěm odporu trupu ve vodě (síla R pracuje dozadu). Výsledkem je kombinovaná síla, která vede jachtu na návětrnou stranu. Vlivem těchto sil loď změní směr (vyostří) k větru a vlně, ale částečně si zachová i předchozí směr - loď si na nějakou dobu "pamatuje" svůj původní směr. Dojde k efektu "podražení" – táhnutí jachty za plochu balastové ploutve (viz obr.1.1). Jachta nemůže klouzat s větrem (bokem), protože povrch balastové ploutve vytváří hydrodynamické zvedání a boční odpor.
Dynamika tohoto procesu je významným faktorem, který se těžko měří. Také způsobuje hromadné odstředivé síly v lanoví stěžně, které zvyšují vychýlení a následně jachtu nadzvedávají. Tomu se lze vyhnout díky včasnému vyrovnání sil kormidlem před vlnou, nebo když vlna začne zvedat záď. Pokud je reakce na příchozí vlnu zpožděná (nebo je-li vlna obzvláště nebezpečná), bude se jachta posouvat blíže na směr větru a obrátí se stranou na vlnu. Jachta má v tuto chvíli značnou rychlost. Může být hodně nakloněna tou stranou, která čelí vlně, může mít stěžeň položený na vodu nebo se může v určitém případě při prorážení skrze vlnu i převrátit.
Zpožděná reakce může být způsobena únavou nebo chybou v předvídání zvláště nebezpečné vlny. Díky neobvykle velké a strmé vlně se jachta může převrátit. Typická plachetnice s vnějším balastem se může sama narovnat pouze tehdy, pokud ji jedna z příchozích vln přiměje naklonit se zpět, než nastane kladný moment vyrovnání (viz obr. 4).
Převrácení tohoto typu (úplné převrácení) stejně jako převrácení na bok (také při plavbě po větru – s větrem v zádech) může způsobit ztrátu stěžně nebo vážné poškození lanoví a dalších částí. V okamžiku, kdy stěžeň narazí na vodu, objeví se síly připomínající rázové síly. Lanoví se napíná - jedná se o násobek pravidelného napínání způsobeného prací plachet. Pokud je stěžeň vysoký, pak je to obzvláště nebezpečné - lineární rychlost vrcholu stěžně je přímo úměrná druhé mocnině vzdálenosti od osy otáčení jachty během převrácení. Kratší stěžeň je bezpečnější.
Typická plachetnice s vnějším balastem může být v pozici bokem k větru také v případě ztráty kontroly nad jachtou v důsledku poškození řídícího zařízení. Nejčastější příčinou poruchy řídicího zařízení je jeho přetížení během déle trvajícího a silového vyrovnávání při plavbě v zadním kurzu a po vlně.

Během plavby proti větru v bouřkových podmínkách se vyskytuje řada jevů, které v extrémních případech mohou způsobit, že na typické plachetnici s vnějším balastem nebude možné stoupat. Dokud síla větru dovolí použít nejmenší bouřkovou plachtu a kosatku, bude jachta, co se plachet týče, dobře vyvážená a bude možné plachtit proti větru. Zvyšující se silou větru se však může povrch obou plachet jevit jako příliš velký. Kormidelník se pak musí rozhodnout, kterou z plachet stáhnout.
Pokud se rozhodne nechat jen bouřkovou plachtu, bude ve srovnání s vytaženou kosatkou jachta poháněna méně efektivní plachtou. Dále bude kormidelník nucen velmi silně vyrovnávat kormidlem, aby zabránil zvedání jachty, což zároveň sníží schopnost udržet kurz, a tudíž zvýší odklon od kurzu. Může se ukázat, že není možné plout proti větru jinak než částečným vyostřením nebo bokem na vítr. Vezmeme-li v potaz odklon od kurzu, může se ukázat, že jachta nedosáhne výšky a bude tažena k návětrnému břehu.
Pokud kormidelník stáhne bouřkovou plachtu a ponechá kosatku, bude se rychle jedoucí jachta držet v kurzu po návětrné straně, dokud se nestřetne s vlnou. Pokud se tato situace zopakuje několikrát po sobě nebo pokud jedna z vln bude hodně silná, jachta ztratí svou rychlost a dostane se do polohy bokem k vlně. Tah plachty bude příliš velký na to, aby jachta mohla držet kurz při malé rychlosti (po zpomalení kvůli vlnám) a v důsledku toho se příď posune směrem k bočnímu větru. Aby mohla jachta dosáhnout vyšší rychlosti, kormidelník bude muset povolit kosatku a jakmile jachta zvýší rychlost, bude muset jachtu vyostřit proti větru a sbalit plachtu. Pokud kormidelník najde cestu mezi hřebeny vln, bude moci plachtit proti větru. Nicméně v okamžiku, kdy cestu mezi hřebeny vln nenajde, jachta bude jednou z vln zasažena. Ztratí rychlost a kormidelníkovi zůstanou jen omezené možnosti. Pokud po prvním nárazu vlny přijdou další, jachta se znovu dostane do polohy bokem k větru. Opakování takové situace povede k vyčerpání posádky. Jachta nemusí dosáhnout výšky a může být větrem vedena z kurzu.
Základní problém je ten, že taková jachta potřebuje k plachtění proti větru značnou rychlost, a proto i velkou rychlostí naráží na vlny. Vzdálenost mezi těžištěm plachty a středem bočního odporu je příliš velká a jachta, zasažená příchozí vlnou, zpomaluje a pak se díky vlně otáčí bokem na vítr. Poměrně vysoká rychlost nezbytná k udržení jachty proti větru vystavuje jachtu při úderech vln velké zátěži. To může vést k poškození. Jiný nebezpečný okamžik nastane, když je jachta nastavena bokem k příchozím strmým vlnám. Rychlost jachty je pak příliš malá a jachta samotná se stává obtížně ovladatelnou. Vlna, která v takovém okamžiku na loď narazí, může způsobit velké škody. V poloze bokem k vlně může být jachta vlnou značně nakloněna, položena stěžněm na vodu nebo za určitých okolností i převrácena.

Asi před 24 lety jsem se vracel z prázdninové plavby na jezeru Ježiorak do Gdaňsku na Karolince s kabinovou jachtou s výklopnou ploutví (5,75 m) s velmi malým ponorem. Jachta neměla žádný vnitřní balast a byla převrhnutelná. O týden dříve jsme se plavili v typicky vnitrozemských podmínkách, ve vysoce proměnlivém větru vanoucím z rychle se měnících směrů. Všechno to bylo velmi příjemné, ale brzy mi začala chybět otevřená voda a stabilní vítr. Rozhodli jsme se tedy plavit do Vistulské laguny (Zalew Wiślany) východně od Gdaňsku. Plul jsem na zadobok od ústí řeky Elbląg až k místu, kde se vlévá do řeky Nogat. Vítr poměrně rychle zesílil z 3B na 7B. Moře se začalo vzdouvat a divoce házelo lodí. Plachtění se stávalo stále obtížnější a tak jsem zvedl výklopnou ploutev téměř kompletně. I tak bylo obtížné udržet jachtu v zadobočním kurzu.
Náročné podmínky stále zvyšovaly nebezpečí situace - musel jsem tedy snížit plochu plachet. Namířit přímo do větru a stáhnout hlavní plachtu bylo jednoduše nemožné a představovalo by to reálnou hrozbu převrhnutí. Jedinou možností bylo stáhnout přední plachtu. Společník na lodi neměl s plachtěním žádné zkušenosti. Vysvětlil jsem mu, jak kormidlovat jachtu, chvilku jsem ho pozoroval, abych se ujistil, že je schopen vést loď bezpečně, a odešel jsem z kokpitu. Musel jsem se však rychle vrátit, abych zachránil loď v situaci, kdy se schylovalo k okamžitému přehození ráhna na druhou stranu. Znovu jsem příteli vysvětlil těžkosti řízení v těchto podmínkách a pokusil jsem se napodruhé stáhnout plachtu. Po čtvrtém pokusu se to konečně povedlo. Podařilo se nám stáhnout přední plachtu a přežili jsme!
Na tu neuvěřitelnou zkušenost jsem nikdy nezapomněl a od té doby mě vždy provázela při plavbách. Tato vzpomínka mě přiměla přemýšlet o bezpečné jachtě s malým ponorem, na které se dá plavit jeden den po vnitrozemských vodách a následující den na Baltském moři a dál.
Prvním krokem bylo zajištění dostatečné stability. Stability je možné dosáhnout vhodnou hmotností vnitřního balastu, která splňuje požadavky klasifikační společnosti.
Dalším problémem byla směrová stabilita – myšlenka na to mě nikdy neopustila. Na další mnou zhotovenou loď Zośka 6,7 m jsem navrhl a vyrobil záďovou výklopnou ploutev, která se dá snadno zvednout. Kvůli nedostatku času a správné motivace bezprostředně poté jsem ji však sám neinstaloval ani netestoval. Brzy poté, co jsem tuto výklopnou ploutev navrhl, ji můj přítel Zbyszek Gołębiewski použil na svém Chochliku (7,5 m), na kterém odplul z Gdaňsku do Kielu. Během plavby poprvé záďovou výklopnou ploutev použil při zadobočním větru 8B a byl naprosto nadšený výkonem jachty. Došel k přesvědčení, že záďová výklopná ploutev umožňuje mnohem bezpečnější a pohodlnější plavbu ve velmi obtížných námořních podmínkách.
V té době jsem se podílel na návrhu a výstavbě Absolwenta 900 (9 m) - oceánské jachty s výklopnou středovou ploutví. V závěrečné fázi příprav na zkoušky na moři v říjnu 1994 jsem si vzpomněl na své předchozí zkušenosti se směrovou stabilitou. Vzhledem k významnému rozdílu v konstrukci a vybavení jsem nemohl použít záďovou výklopnou ploutev, takže jsem vymyslel jiné řešení - dvě stabilizační výklopné ploutve upevněné na zrcadle. Byly zavěšeny a připevněny k zdvihacím lanům, která umožňovala jejich snadné zvedání z vody v půlkruhovém pohybu. Během testů v Gdaňském zálivu předčily výsledky všechna moje očekávání. Vítr vál z Botnického zálivu, vlna přicházela z otevřeného moře do Gdaňského zálivu a rychle se zvedala. Zpočátku dosahoval vítr stupně 5-6B, ale rychle se zvýšil na 8-9B. Loď byla na zadobočním kurzu s vlnami vysokými od 3 do 4 metrů. Jachta byla vybavena přední plachtou a plochou hlavní plachtou zrefovanou na prvním refu. Po spuštění výklopných ploutví na zrcadle do vody a zvednutí hlavní výklopné ploutve dosáhla jachta samořízení a plula rychlostí až 8 uzlů. Takhle jsme se plavili po dlouhou dobu, aniž bychom se dotkli kormidla. Vítr foukal tak silně, že jsme během kotvení v přístavu v Gdyni museli použít naviják, abychom jachtu mohli uvázat k molu. Následující den jsme se vraceli zpět do Górki Zachodnie, když asi 1 míli před cílem začal posilovat vítr, jachta se výrazně naklonila a začala se stáčet do větru. Po spuštění závětrné výklopné ploutve do vody se zvýšil náklon, ale tendence jachty k přetáčení úplně zmizela. (Posádku lodi Absolwent tvořili Tadziu Świst, Stefan Ekner, Wojtek Kuczkowski, Józek Głębocki, Grzegorz Szczepański, Wiesiu Teska a já.)
7. prosince 2005 jsem měl možnost plavit se na HABERu 800 na Jaderském moři ve Slovinsku. Foukala Bora (místní vítr, který sestupuje z hor) síly až do 4-6B. Vítr vál v poryvech, občas dosáhl stupně 5B a během tří minut zpomalil na 1B, aby vzápětí po pouhých pěti minutách posílil na 6B a vál takto 1 nebo 1,5 hodiny. Připevnili jsme dočasnou verzi jedné ze záďových výklopných ploutví z Absolwenta do zrcadla HABERu 800 (kvůli nedostatku místa na zrcadle jsme nemohli připevnit druhou ploutev). V rozsahu kurzů od 45 ° do 65 ° až 70 ° na vítr bylo dosaženo plného samořízení a výrazně se vylepšilo směrování. Kormidlo bylo volné. Na boční vítr a zadobok bylo zapotřebí malé pomoci kormidelníka, což obnášelo jen občasnou obsluhu kormidla. (Posádku během testu tvořili Urban Rybak, Rolland Rühl a já.)
HABER 800 má dlouhý a mělký kýl, aby bylo zajištěno samořízení na zadobok, museli jsme zvětšit plochu záďových výklopných ploutví (s ohledem na naše zkušenosti během testů na Jadranu v prosinci 2005).

Tři typické stavy vyvážené plachetnice ve vztahu k síle větru (za předpokladu, že plachty jsou stejné ve všech stavech) jsou uvedeny na obrázku 1.2:

- vyklopení všech ploutví je hladce přizpůsobeno v rozsahu od 0 do 100% plochy každé z nich

- výtah všech ploutví je ovládán z kokpitu

- při příjezdu do přístavů a manévrování musí být všechny další výklopné ploutve zvednuty (hlavní ploutev musí zůstat spuštěná), protože je těžké náhle změnit směr jachty s doplňkovými výklopnými ploutvemi v dolní poloze. Při změně směru jachty s doplňkovými výklopnými ploutvemi v dolní poloze je nutné při ovládání kormidla používat velkou sílu a poloměr otáčení je mnohem větší

- je možné kdykoli zvednout doplňkové výklopné ploutve a plavit se "ručně" nebo použít autopilota

HABER 800C4 je vybaven 4 výklopnými ploutvemi: standardní hlavní výklopnou ploutví, příďovou výklopnou ploutví a dvěma posuvnými zadními výklopnými ploutvemi.

Výklopné ploutve mají zlepšit směrovou stabilitu na všech kurzech a také dosáhnout samořízení na kurzech od ostře proti větru přes boční a zadoboční až po vítr v zádech.

S vhodnou volbou plachet s ohledem na kurz a sílu větru a s vhodným nastavením výklopných ploutví ovlivňujeme vzdálenost mezi těžištěm plachet a těžištěm bočního odporu trupu („a" na obrázku 1.2). Navodíme tak stav úplné stability kurzu. Rozložení plochy bočního odporu na větší počet výklopných ploutví umožňuje jachtě udržovat plnou stabilitu kurzu v celém rozsahu rychlostí větru. Při změně síly větru o 1 B (nahoru nebo dolů) se jachta plaví správně. Odchylky od kurzu jsou malé.
Návrat k optimálnímu kurzu, když se síla větru stabilizuje na nové úrovni (např. o 1 B více), si žádá malou změnu nastavení jedné z ploutví.
Systém je snadný, rychlý a praktický i při krátkých vzdálenostech. Po dosažení základních zkušeností (2 dny běžné plavby) stačí 15 vteřin k dosažení předběžné směrové stability. V případě silného větru se během dalších 20 vteřin dosáhne plné stability. Při slabém větru je zapotřebí přibližně 1 minuta.

Abychom dosáhli samořízení v plachetním kurzu ostře proti větru:

- vybereme plachty odpovídající síle větru v tomto plachetním kurzu a správně je nastavíme
- přizpůsobíme výklopné ploutve.

V případě dlouhotrvajících silných větrů může být hlavní gaflová plachta nahrazena trojúhelníkovou hlavní bouřkovou plachtou nataženou až k vrcholu stěžně. Plocha plachty je cca 10 m² a má 2 stupně refování.

Upevnění dalších spodních bočních stěhů a krátkých stěhů (připevněných na bocích zadní paluby na úrovni konce nástavby) výrazně zesílí stěžeň. Umožňuje také použití bouřkové kosatky o rozměrech 3,5 m² a 1,5 m². Kvůli velkým úhlům mezi bočními stěhy, stěhem a stěžnem jsou síly v lanoví relativně malé. Spodní boční stěhy a krátký stěh jsou použity při větru stupně 7B. Nízké těžiště plachty způsobuje menší náklon. Posunutím bouřkové kosatky směrem k zádi (na krátkém stěhu) a vykrojením spodního lemu je plachta méně vystavená poškození vlnami. To také pomáhá dosáhnout rovnováhy plachty při plavbě ostře proti větru s použitím pouze této plachty a při spuštěné příďové výklopné ploutvi.

Zadní stěhy představují dokonalý a částečně zapomenutý prvek lanoví. Na kutru verze HABER 800 sahají od vrcholu stěžně k bočním stranám u zadní stěny nástavby. Jsou utaženy kladkami pomocí navijáků. Kromě dodatečného držení stěžně ze zádi výrazně zlepšují práci předních plachet. Díky tahu návětrného zadního stěhu vykazuje obzvláště přední stěh o dost menší ohyb. To zlepšuje aerodynamiku předních plachet. Zvyšuje to i jejich tažnou sílu a umožňuje plavbu ostře proti větru.
Při silných bouřích při plavbě pouze s bouřkovou kosatkou by měly být oba zadní stěhy utaženy, což více zpevní i celé lanoví. Poskytne také větší bezpečnost posádce a chrání ji před pádem přes palubu.

Typická plachetnice s vnějším balastem má kladnou hodnotu vyrovnání ramen páky až do úhlu náklonu cca 130° - 140°. Při větších úhlech náklonu dosahuje páka vyrovnání poměrně vysokou zápornou hodnotu, dokonce až do 50% hodnoty maximálního kladného momentu vyrovnání a při 180° dosáhne nuly. Viz obrázky 3 a 4.

HABER 800 v podmínkách zatížení (5 osob na palubě) má kladný moment vyrovnání pod úhlem náklonu v rozsahu od 0° do 162°. Největší negativní vyrovnávací páka se dosahuje při 170° a rovná se 0,02m, což je nejvýše 6% maximální kladné páky vyrovnání.

HABER 800 v minimálním provozním stavu (1 osoba na palubě) má kladnou hodnotu páky vyrovnání pod úhlem náklonu v rozmezí od 0° do 180°. Křivky pák vyrovnání pro obě tyto situace jsou znázorněny na obrázku 5.

Rozdíl ve stabilitě mezi typickou plachetnicí s vnějším balastem a nízkou nástavbou a HABERem 800 (zvláště v úhlech náklonu nad 80°) je způsoben značně vysokou nástavbou „vstupující" do vody. Poměr délky k šířce je dalším prvkem, který má velký vliv na charakteristiky křivek pák vyrovnání (viz obrázek č. 4).

POZOR: Základní předpoklad: stabilita jachty, bez ohledu na to, zda jde o jachtu s vnitřním balastem nebo s balastem jako vnějším kýlem, splňuje požadavky klasifikačních společností. V obecném plachtařském žargonu je často používán výraz „nepřevrhnutelná jachta".

Po téměř osmnácti měsících testování prvních tří HABERů 800C4 je teď HABER 800C4 třetím typem, který dosáhl vlastností samořídící plachetnice.
Testování znamenalo neuvěřitelné dobrodružství. V té době jsem měl příležitost provést na jachtách testy pro časopisy o plachtění a vyškolit naše klienty a prodejce. Všichni, včetně Haralda Schwarzlose z německého časopisu Yacht, Martina Kopáče (nejzkušenějšího majitele HABERu 800C4) nebo Jerzyho Rakowicze (polského jednorukého jachtaře), tvrdí že pouze na této jachtě poskytuje plachtění úplný obrázek o tom jak funguje. Je těžké si to představit – skutečnost totiž představy zcela předčí.

Po vydání této práce bylo vyrobeno více než osmdesát HABERů 800C4 a také byly navrženy a vyrobeny tři nové typy jachet s C4 samořídícím systémem – HABER 660C4, HABER 32C4 a HABER 34C4.
Ve všech případech systém C4 pracuje velmi dobře a potvrzuje svou užitečnost. Se stálým větrem bez ohledu na jeho sílu, ať střední nebo velkou, funguje systém dokonale.