Odnos propelera i kormila
Kada se propeler okreće prema naprijed, kod ravno postavljenog kormila odrivna struja udara u obje strane lista pod istim kutom. Okretanjem kormila odrivna struja udara u prednju stranu lista pod većim kutom, stvara veći otpor i pramac se okreće na onu stranu na koju je zakrenut list.
U isto vrijeme odrivna struja sa stražnje strane lista ne nailazi na nikakav otpor, slobodno klizi uz list, povećava brzinu i stvara podtlak koji još više pojačava zakretno djelovanje kormila. Taj efekt je jači od svih ostalih utjecaja tako da će se brod okretati u stranu kormila čak ako je prethodno plovio krmom ili mirovao na mjestu.
Na motornim brodovima važna je i udaljenost kormila od propeleru, a što je ono više odmaknuto utjecaj propelera na list kormila je manji. Ovdje svakako valja napomenuti kako za nesmetan rad propelera, ali i manjih turbulencija oko kormila, njihov razmak u najbližoj točki ne bi trebao biti manji od 15% promjera propelera, a kod brodova koji postižu visoke brzine najmanje 20%.
Tri faze punog okreta
Manevar punog okreta kormilom, zbog djelovanja različitih sila i momenata otpora, dijeli se u tri faze. U prvim trenucima nakon okreta kormila brod usporava i cijeli se pomiče bočno, suprotno od smjera zadanog manevra. Ovo obično ne traje dugo i čak ne mora biti uočljivo, ali kod širokih brodova plitkoga gaza je dosta naglašeno, naročito u krmenom dijelu. Upravo to je razlog što se na takvim brodovima oštar manevar u uskom prostoru izbjegava.
Druga faza započinje skretanjem pramca u željenom smjeru, brzina sada raste, a njenim porastom smanjuje se radijus krivulje okretanja, odnosno pramcem se sve više bliži, a krmom udaljava os središta opisane kružnice. Ovo uglavnom traje dok se kurs ne promijeni za otprilike 90 – 120 stupnjeva, a u trećoj se fazi sve sile, otpori i momenti koji djeluju na brod uravnoteže, te se brod dalje kreće konstantnom brzinom po kružnici istog radijusa, ali mu pramac opisuje manju kružnicu od krme.
Ovisno o tipu i konstrukciji broda, u plovidbi prema naprijed gravitacijska točka okreta na većini brodova je negdje neposredno iza prednje četvrtine uzdužnice broda. U plovidbi krmom premješta se više nazad, smanjuje polugu okreta, a brod se okreće sporije. Ta smanjena poluga okreta glavni je razlog zbog kojeg neki brodovi u plovidbi krmom teško prebace iz puni lijevo u puni desno. Međutim, brodovi s dobro izbalansiranim podvodnim dijelom za okret krmom imaju manji radijus nego li kada se okreću pramcem.
Manevarske sposobnosti
Motorni brodovi s jednim propelerom u punom okretu ne opisuju s obje strane kružnicu jednakog promjera. Brodovima s desnokretnim propelerom okret udesno je kraći nego li ulijevo. Promjer okreta se može i skratiti ako se brodom zavozi snažno naprijed, a pred sami manevar okreta izbaci motor iz brzine. Ukoliko brod značajno uspori motor se ponovno samo nakratko uključi prema naprijed i čim se ubrza odmah izbaci iz brzine. Promjer ovog okreta uvijek je manji nego li kod konstantne vožnje motorom, što je naročito izraženo kod relativno dugih i uskih brodova.
Prostor potreban za manevar punog okreta jedna je od komponenti kojima se određuje manevarska sposobnost broda, a za jedinicu mjere koristi se dužina broda. Nagla oštra skretanja pod pravim kutom ukazuju koliko brzo brod reagira na kormilo, a pravi dojam se dobije tek nakon nekoliko uzastopnih skretanja u obje strane.
U plovidbi naprijed sile na kormilu su na prednjem rubu i nemaju nikakvu polugu, a prilikom zakretanja težište im se pomiče sve bliže sredini lista, čime raste poluga kojom djeluju na kormilo i guraju ga prema središtu. Kod plovidbe krmom je obrnuto. Ravno postavljenom kormilu sile djeluju na stražnji rub, koristeći cijelu širinu lista kao polugu. Zakretanjem kormila težište se premješta prema sredini lista i poluga se skrati, ali ga i dalje gura u stranu. U plovidbi krmom moment sile kormila je velik, a što je površina lista veća to je jače izražen, pa kormilo treba čvrsto zadržati, a posebno u prvim trenucima okretanja kada je poluga sile najveća. Nekontroliran snažan udar može oštetiti list ili prouzročiti štetu na kormilarskom uređaju.
Broj listova kormila
Većina plovila ima samo jedan list kormila, neki tipovi dva, a neka ga uopće nemaju. Brodicama s vanbrodskim motorom, Z-nogom ili njenim inačicama kormilare zakretanjem osi propelera i gotovo u pravilu imaju odlične manevarske sposobnosti, dok se kod jet pogona isti efekt postiže preusmjeravanjem odrivnog mlaza.
Premda to nije u pravilu, brodovi s dva ugrađena motora uglavnom imaju dva lista kormila, postavljene u simetrali svakog propelera. Ovako svaki list može biti plići i manje površine, što u plovidbi stvara manji otpor i manje opterećenje na osovinu, a u manevru ne gube učinkovitost, jer rade paralelno i površine im se zbrajaju. Interesantan je podatak kako neki specifični vojni brodovi također imaju dva lista kormila, ali postavljene po simetrali kobilice jedan iza drugog.
Katamarani, bez obzira da li su na jedra ili motorni pogon, na svakom trupu imaju po jedan list kormila. Na sportskim jedrilicama s dva trupa to je i neophodno, jer kada privjetrinski trup izroni iz mora kormilariti se može samo uronjenim listom na zavjetrinskom trupu. Iz sličnog razloga se i na jedrilice s izrazito širokom krmom ugrađuju dva duboka lista, dosta razmaknuta i postavljena pod kutom.
Vanjsko ili ugrađeno
Kupljenoj brodici pozicija kormila je definirana i s nekom je svrhom postavljeno na krmeno zrcalo ili je ugrađeno ispod broda, pa je upitno koliko je razlog njegova premještanja opravdan. Međutim, dilema o vanjskom ili ugrađenom kormilu može se javiti kod novogradnje ili preinake krme na već postojećem trupu.
Kormilo ugrađeno ispod trupa je dublje i djelotvornije. Bez obzira na valove i valjanje broda, ono je kompletno uronjeno u more i uvijek je aktivno cijelom površinom. Kod kormila postavljenog na krmi uronjena površina je relativna i mijenja se ovisno o stanju mora i valjanju broda, pa vanjsko kormilo mora imati veću površinu.
S druge strane, što je kormilo više udaljeno od gravitacijske točke okreta to mu je poluga kojom djeluje na trup veća, odnosno, manji list na većoj udaljenosti daje isti efekt kao i veći postavljen bliže. Dakle, na istoj brodici vanjsko kormilo pretpostavlja bolje manevarske sposobnosti od ugrađenog, a što je brodica manja taj odnos je izraženiji.
Generalno, vanjsko kormilo je jeftinije, jednostavnije, lakše je za upravljanje jer mu je argola na većoj visini i ima veću polugu, više je udaljeno od propelera, a nema ni rizika s rupom za cijev osovine u podvodnom dijelu trupa. Međutim, u pravilu su robusnija i teža, ali i smetaju na krmenom zrcalu, te su nepraktična kod pristajanja krmom na obalu.
Zadebljanje ili peraja koja se na vanjskom kormilu postavlja iznad vodene linije ima svrhu da kovitlace vode koji se dižu ispred kormila usmjerava prema dolje. Negdje su profilirani već u formi lista kormila, negdje dograđeni, negdje je to izvedeno oblikom okova kroz koji se uvlači list, a na starim su drvenim kormilima upravo iz tog razloga bočne letve, ugrađene iznad vodene linije kao pojačanja, na donjem rubu bila zaobljena.
Debljina lista
Većina motornih brodica, pa čak i u serijskoj proizvodnji, ima plošno kormilo. U odnosu na strujno ono je jeftinije i jednostavnije za izradu, ali je relativno dobro samo kod malih brzina, dok pri većima stvara veće turbulencije i veći otpor, pa je dugoročno i manje ekonomično. Osim toga, kako se izrađuju od metalnog lima koji već s nekoliko milimetara debljine ima dovoljnu čvrstoću, debljina lista je mala, tanja od osovine kormila i u manevru je manje učinkovito.
Još dok su se kormila uglavnom montirala na krmeno zrcalo i bila izrađivana od drva, na temelju iskustva došlo se do zaključka kako odnos dužine i širine broda, izražen u metrima, definira debljinu lista, izraženu u milimetrima, i to:
3,63 x (drugi korijen dužine broda)m + 6,58 x (širina broda)m = (debljina lista)mm
Primjera radi, brodici dužine osam i širine tri metra list plošnog kormila trebao bi biti debljine trideset milimetara, a dužine deset i širine tri i po metra, za četiri i po milimetra deblji.
Jedrilice koje nemaju tradicionalnu duboku kobilicu koja se proteže cijelom dužinom podvodnog dijela i gdje je kormilo naslonjeno uz stražnji rub, uglavnom imaju strujno kormilo, ugrađeno ispod broda. Na temelju prakse došlo se do zaključka kako debljinu lista strujnog kormila definiraju brzina broda izražena u čvorovima i širina lista timuna, pomnoženi s koeficijentom prema formuli:
0,775 x (brzina)čv x (širina lista)m = debljina lista
Dakle, za brod kojem je list kormila širok trideset centimetara, a plovi brzinom od devet čvorova, preporučena debljina lista je približno dvadeset jedan milimetar. Međutim, ukoliko se promijeni motor, a na jedrilicama poboljša jedrilje, čime se bitno utječe na brzinu broda, trebalo bi razmisliti i o izmjenama na kormilu, smanjenju širine ili povećanju debljine lista.
Površina lista
Mnogi, što je i normalno, kormilo smatraju sredstvom za skretanje broda prilikom manevriranja ili korekcije kursa u plovidbi, međutim, njegova je osnovna funkcija održavanje smjera broda. Možda je ovo najbolje usporediti s funkcijom koju imaju pera na strijeli, pa je stoga i logično kako glatka površina znatno utječe na njegovu učinkovitost.
Generalno, predimenzionirano kormilo pretpostavlja bolje karakteristike prilikom manevriranja, a poddimenzionirano manji otpor u plovidbi, pa površina i oblik lista ovise i o tipu plovila. Primjerice, veliki prekooceanski brod ima malo kormilo s minimalnim otporom jer uglavnom plovi otvorenim morem na dugim rutama, a kod pristajanja koristi pomoć remorkera. S druge strane, lučkom remorkeru su bitne manevarske sposobnosti i njegovo kormilo ima veliki list.
Na manjim su plovilima oba ova faktora jednako bitna i kormilo se projektira prema tipu brodice. Izrada lista je individualna za svaki model, međutim, praksa je pokazala kako za svaki određeni tip brodice vrijede neke zakonitosti, a koje se koriste kao osnova iz koje se razviju dimenzije i oblik lista.
Površina lista kormila na jedrilicama treba biti između 8 – 10 % lateralnog plana uronjenog dijela trupa, a na onima s pomičnom kobilicom između 6 i 7%. Jedrilica s većim kormilom ima mirniju krmu i bolje performanse kod jedrenja uz vjetar.
Formula po kojoj se određuje površina kormila za pojedini tip brodice je umnožak dužine i gaza broda s koeficijentom pojedinog tipa:
P = k x LOA x D
Koeficijent 0,08 je za deplasmanske brodove, 0,068 za jedrilice s tradicionalnom uzdužnom punom kobilicom, 0,058 za moderne jedrilice s dubokom kobilicom, 0,045 za one s pomičnom kobilicom, 0,04 za poludeplasmance, a za glisere taj je koeficijent 0,018.
Omjer
Dublje i uže kormilo je učinkovitije od kratkog i širokog, što je naročito izraženo na jedrilicama. Omjer lista kormila izračunava se dijeljenjem kvadrata visine s površinom lista:
omjer = (visina kormila)2 : (površina kormila)
Na motornim brodovima taj omjer je sve do 2,4 dobar. Dublje kormilo je efikasnije, međutim, u plovidbi ima veći otpor i većom polugom stvaraju jači pritisak na osovinu. Što je brzina veća ti parametri su sve izraženiji, pa na brzim brodovima duboka kormila generalno treba izbjegavati.
Za klasične obiteljske jedrilice taj je omjer nešto veći i sve između 2,2 i 3,5 je normalno, a na onim s pomičnom kobilicom kormila su nešto dublja, ali uglavnom im je i list pomičan. Modernim jedrilicama, a naročito regatnim, taj je omjer nešto veći i kreće se između 3,5 i 4,5. Generalno, omjer veći od 4,5 nije preporučljiv jer je upravljanje takvom jedrilicom dosta teško.
Poprečni presjek
Uglavnom se smatra kako poprečni presjek strujnih kormila ima oblik izdužene kapljice, naprijed zaobljen, a nazad zaoštren. Takav oblik vrijedi za brodove koji plove brzinom do 18 čvorova, a i za nešto veće brzine je podnošljiv, premda bi mu oštriji prednji rub bio prihvatljiviji.
Što je brod brži prednji rub kormila traži manje zaobljenje, a iznad 25 čvorova treba biti oštriji od krmenog ruba, čime se postižu manji pritisak i bolja kontrola. List kormila je naprijed oštar i pod kutom od 4 stupnja širi se prema okomito odsječenom krmenom rubu, a presjek mu ima oblik izduženog jednakokračnog trokuta, oblik klina.
Regatni katamarani i trimarani kojima brzina prelazi 30 čvorova imaju kormila kojima je zadnji rub što je moguće deblji. Napadni rub im je i dalje naglašeno oštar, ali u poprječnom presjeku ipak imaju naglašen luk prema širokom krmenom rubu lista.
Gledano s boka, list kormila na motornim brodovima koji plove velikim brzinama ima oštre vrhove, dok su na onima koji plove manjim i srednjim brzinama vrhovi lista manje ili više zaobljeni.
Kormilo je dio opreme broda koje je dosta kompleksnije nego li se to na prvi pogled čini i bez obzira na kakvom je tipu brodice, dobro kormilo je samo ono koje ima dobra hidrodinamička svojstva, čvrsto drži kurs i u manevru je sigurno.
Tekst: Damir Višić