Proč má Gitana 18 místo kormidla štafle?

Kormidla nového trimaranu Gitana 18 připomínají štafle. Výrazně se liší od toho, co dosud používaly létající trimarany třídy Ultim. Neotáčí se kolem jediné svislé osy a místo klasického tvaru obráceného T mají podobu žebříku na malování.

Nejde o extravagantní konstrukci vytvořenou jen pro upoutání pozornosti. Nové řešení má odstranit několik zásadních problémů, na které narážejí nejrychlejší oceánské trimarany.

Gitana 17, Sodebo Ultim 3 i další trimarany předchozí generace používají kormidla založená na klasickém principu. Jedna svislá kormidelní plocha se natáčí kolem své osy a na jejím spodním konci je vodorovné křídlo, taková výškovka u letadla, tedy elevator. Celek tak připomíná obrácené T.

Takové kormidlo neřídí jen směr plavby. U létajícího trimaranu současně kontroluje podélný sklon lodi. Spolu s hlavními foily tedy umožňuje plný let a řídí jeho sklon podobně, jako ocasní plochy letadla.

Předchozí generace Gitana 17 měla tři kormidla s T-foily: jedno na zádi centrálního trupu a po jednom na každém plováku. Stejnou základní koncepci používají také další moderní trimarany Ultim.

Kormidlo už není jen kormidlem

U běžné plachetnice je úkolem kormidla změna směru plavby. Na Ultimu letícím rychlostí přes 40 uzlů je situace podstatně složitější.

Kormidlo musí současně:

měnit kurz lodi,

stabilizovat její podélný náklon,

udržovat správnou výšku letu,

tlumit pohyby ve vlnách,

přenášet mimořádné hydrodynamické síly,

reagovat na povely autopilota v řádu zlomků sekundy.

Při letu nad hladinou je velká část hmotnosti trimaranu jen na několika ponořených plochách. Sebemenší průhyb nebo zpožděná reakce kormidla proto může změnit úhel jeho obtékání a narušit stabilitu celé lodi.

Právě zde se ukázaly limity klasického T-kormidla.

Problém dlouhé a štíhlé konstrukce

Gitana 18 potřebuje hlubší kormidla než její předchůdkyně. Čím hlouběji je vodorovná plocha pod hladinou, tím menší je riziko, že se při průjezdu vlnou dostane do provzdušněné vody nebo se z vody zcela vynoří a ztratí vztlak.

Prodloužit klasické kormidlo však není jednoduché. Dlouhá svislá plocha je extrémně namáhaná. Hydrodynamické síly působí na jejím dolním konci a vyvolávají velký nápor na horní uložení.

Kormidlo se proto může:

prohýbat do stran,

kroutit,

vibrovat,

měnit úhel vodorovné plochy,

reagovat méně přesně na pohyby kormidelního mechanismu.

Konstruktéři týmu Gitana uvedli, že kormidla Gitany 17 se při zatížení deformovala a jejich chování někdy vyvolávalo u skippera Charlese Caudreliera obavy. U nové lodě chtěli vytvořit kormidla přibližně o metr hlubší, ale současně tužší a přesnější. Výsledkem jsou čtyři metry hluboká kormidla štaflovitého charakteru.

Dvě nohy místo jedné

"Klasická" konstrukce použitá na Sodebo Ultim 3

Foto pavel Nesvadba

Z konstrukčního hlediska je rozdíl zásadní. Spodní vodorovná plocha již není nesena jen jedním dlouhým listem kormidla, ale je podepřena na obou koncích. Celá sestava je mnohem odolnější proti ohýbání a kroucení.

Vyšší tuhost má přímý vliv na ovladatelnost. Poloha vodorovné plochy zůstává stabilnější a její skutečný úhel lépe odpovídá povelům řídicího systému.

Celé kormidlo se neotáčí

Největší rozdíl není jen ve tvaru. Kormidla Gitany 18 se při řízení vůbec nenatáčejí.

Obě svislé části zůstávají rovnoběžné s podélnou osou lodi. Směr plavby mění pohyblivé klapky na jejich odtokových hranách. Samostatnou klapku má také spodní vodorovná plocha, která řídí vztlak a podélný sklon trimaranu.

Řízení směru a výšky letu je tedy rozděleno na svislé klapky řídící kurz a vytvářející boční sílu a vodorovnou klapku řídící svislou sílu a podélný náklon.

Kormidlo připomíná pevnou nosnou plochu letadla vybavenou pohyblivými klapkami více než tradiční lodní kormidlo. Podle konstruktérů toto řešení snižuje deformace, zpřesňuje řízení a vyžaduje méně energie než natáčení celé velké konstrukce.

Největší nepřítel: kavitace

Při vysoké rychlosti může tlak na obtékaném profilu klesnout natolik, že se voda začne měnit ve vodní páru. Vznikají dutiny naplněné párou, které se následně hroutí. Tento jev se nazývá kavitace.

Kavitace způsobuje několik problémů:

vztlak přestává růst a může náhle klesnout,

odpor prudce roste,

kormidlo ztrácí účinnost,

kolem profilu vznikají vibrace,

povrch může být postupně poškozován.

Na běžné plachetnici se kavitace kormidla obvykle neřeší. U Ultimu plujícího rychlostí 40 až 50 uzlů je však jedním z hlavních limitů dalšího zrychlování.

Když se natáčí celé klasické kormidlo, voda na něj může přicházet pod výrazným úhlem. Na profilech vznikají vysoké lokální rychlosti a s tím spojený nízký tlak. Pevná konstrukce s menšími pohyblivými klapkami umožňuje pracovat s prouděním přesněji a posouvat hranici vzniku kavitace k vyšším rychlostem.

Tým Gitana proto říká, že kormidlo bylo vytvořené s ohledem na odolnost proti kavitaci.

Vodorovná plocha zůstává vodorovná

U klasického T-kormidla je vodorovný stabilizátor pevně spojen se svislou částí. Když se celé kormidlo natočí do strany, natočí se s ním i stabilizátor.

To může být problematické. Vodorovná plocha pak již není dokonale orientovaná vůči lodi a její svislá síla může získat nežádoucí boční složku. Současně se mění podmínky proudění na obou polovinách stabilizátoru.

U Gitany 18 zůstává celý rám při řízení v podélné ose a spodní elevator je stále příčně orientovaný. Podle Guillaume Verdiera bylo jedním z konstrukčních cílů právě to, aby vodorovná plocha zůstávala při změně směru ve správné poloze.

Gitana 17: rychlá, ale kompromisní

Gitana 17 byla při spuštění na vodu revoluční. Byla navržena jako kombinace klasického trimaranu a létajícího stroje. Dokázala plout s trupy ve vodě, v přechodovém režimu i na foilech.

Její systém tvořily dva hlavní foily, středová ploutev a tři T-kormidla. Kormidla na závětrném plováku a centrálním trupu společně stabilizovala let, zatímco návětrný plovák se zvedal nad hladinu.

Tato koncepce prokázala svoji rychlost a použitelnost. Získaná data z téměř 200 000 námořních mil se stala základem pro vývoj Gitany 18. Nová loď však již nevychází z předpokladu, že létání je jedním z možných režimů. Byla navržena s tím, že let bude jejím hlavním způsobem plavby.

Sodebo Ultim 3: tradiční schéma s vlastními zvláštnostmi

Současný držitel Jules Verne Trophy Sodebo Ultim 3 rovněž používá kombinaci hlavních foilů a kormidel s vodorovnými stabilizačními plochami. Zachovává však klasickou koncepci s natáčenými kormidly. Záď centrálního trupu nese samostatné kormidlo, které je zásadní pro řízení a stabilitu lodi.

Význam centrálního kormidla se ukázal během pokusu o Jules Verne Trophy na začátku roku 2025. Sodebo Ultim 3 jej při rychlosti přes 30 uzlů mezi Kerguelenovými ostrovy a mysem Leeuwin. Ztratil střední kormidlo a posádka musela pokus ukončit.

Výhody nového řešení

Štaflovité kormidlo přináší několik potenciálních výhod.

Vyšší tuhost: Dvojice svislých nosníků omezuje průhyb a kroucení dlouhého kormidla.

Přesnější řízení: Autopilot pohybuje menšími klapkami místo celé mohutné konstrukce.

Menší energetická náročnost: Ovládání klapek vyžaduje méně hydraulické energie než natáčení celého kormidla pod velkým zatížením.

Stabilnější elevator: Vodorovná plocha zůstává správně orientovaná i při změně kurzu.

Vyšší odolnost proti kavitaci: Pevné profily a přesně ovládané klapky mají posunout rychlostní limit.

Větší hloubka: Čtyřmetrová konstrukce udržuje vodorovnou plochu hlouběji.

Lepší kontrola ve vlnách: Větší stabilizační plocha má pomoci udržovat dlouhodobý let v rozbouřeném moři.

Nevýhody a neznámé

Každá nová konstrukce přináší také kompromisy.

Kormidlo Gitana 18 má větší smáčenou plochu než jednoduché T-kormidlo. Druhá svislá noha vytváří dodatečný odpor a přidává hmotnost. Spojení tří velkých profilů do jednoho rámu je konstrukčně i výrobně složité.

Obtížnější může být také chování při nárazu do plovoucího předmětu. Klasické kormidlo je štíhlejší a překážka může v některých případech sklouznout kolem něj. Rámová konstrukce jsou takové vodní hrábě, do kterých může předmět narazit nebo se mezi nimi zachytit. Konstruktéři proto umožnili, aby se sestava při kolizi uvolnila.

Další otázkou je spolehlivost. Kormidlo má několik nezávislých klapek, hydraulické ovládání, senzory a složitý řídicí systém. Mechanická jednoduchost klasického kormidla mizí.

Skutečný přínos proto neukážou simulace ani první rychlostní zkoušky, ale až tisíce mil v oceánských vlnách.

Kormidlo a autopilot tvoří jeden systém

Gitana 18 nemůže využít potenciál nových kormidel bez velmi rychlého řízení. Loď proto dostala nový autopilot vyvinutý týmem Gitana ve spolupráci se společností WDS.

Starší autopilot především udržoval kurz a částečně reagoval na náklon. Nový systém má předvídat pohyby trimaranu a současně řídit několik parametrů letu. Využívá data z přibližně 500 senzorů, tedy dvojnásobného počtu oproti Gitaně 17.

To je důležité, protože kormidlo na létajícím Ultimu nefunguje izolovaně. Je součástí systému, který zahrnuje foily, klapky, plachty, náklon stěžně, rychlost, výšku nad hladinou a pohyb lodi ve vlnách.

Nové kormidlo poskytuje přesnější nástroj. Teprve software však rozhoduje, jak bude využit.

Skutečná revoluce není v jeho tvaru

Nejnápadnějším prvkem Gitany 18 jsou dvě svislé nohy. Podstatnější změna se ale skrývá ve způsobu řízení.

U klasického řešení je kormidlo současně nosnou konstrukcí i pohyblivou řídicí plochou. Gitana 18 tyto úkoly odděluje. Hlavní profily zůstávají pevné a stabilní, zatímco kurz a let řídí menší klapky.

Jde o stejný vývoj, jaký proběhl v letectví. Neotáčí se celá ocasní plocha. Pevná konstrukce vytváří základní sílu a její hodnotu jemně mění pohyblivé prvky.

Zda se obrácené podivné kormidlo stane novým standardem Ultimů, zatím není možné říci. Gitana 17 kdysi jako první ukázala, že plné oceánské létání velkého trimaranu je reálné, a konkurence její principy postupně převzala. Gitana 18 nyní zkouší posunout další hranici: ne pouze letět rychleji, ale letět déle, stabilněji a s přesnější kontrolou.

Právě v tom může být význam nových kormidel větší než v okamžitém zisku několika uzlů.

Nízká hladina Dunaje ochromuje lodní dopravu. Situace se zhoršuje