Saturday, 20 March 2010

Keulapotkurin pitkä historia lyhyesti

Prologi

Sain jokin aikaa sitten tilauksen tehdä insinööreille suunnattuun lehteen artikkelin keulapotkureista ja niiden sovelluksista. Briiffi oli, että jutun pitäisi olla olla hauska ja siinä pitäisi olla asiaakin. Ilmoitin kyllä tilaajalle, että että tiedän suunnilleen en mitään keulapotkureista, mutta se ei kuulemma haitannut. Tällainen juttu siitä tuli.



Muistikuva lapsuudesta. Makaan mökkirannan laiturilla, jonka lautojen välistä on hyvä näkyvyys kirkkaaseen veteen. Yritän syöttää matoa pohjassa lepäävälle isolle ahvenelle. Joko körmyniska ei ole nälkäinen tai sitten se ymmärtää, että ilmaisia lounaita ei ole. Madon sisään kun on piilotettu ilkeä väkäsellä varustettu koukku. Kalamiehen pettymyksestä huolimatta en voi olla ihastelematta, kuinka kala pienillä evän liikkeillä väistää vuoroin peruuttaen ja sivulle liukuen suun eteen tyrkytetyn madon antaen ymmärtää makupalan kuuluvan sillä hetkellä sarjaan EVVK (tosin en ole aivan varma, kuuluiko tämä nuorison muoti-ilmaisu kalojen slangiin 50 vuotta sitten.)

Toinen muistikuva varhaisesta aikuisuudesta. Ensimmäinen veneeni oli perinteinen fiskari-mallinen puuvene (paha virhe), jonka ostin kimpassa (pahempi virhe) pomoni kanssa (pahin virhe). Ensimmäisellä yksin tehdyllä venereissullani yritän rantautua sivukiinnityksellä laituriin kahden muun veneen väliin. Olin saanut hyvän teoreettisen opastuksen siitä, miten homma hoituu potkurin ja peräsimen avulla. Teoria ja käytäntö osoittautuvat kuitenkin kahdeksi eri todellisuudeksi. Usean yrityksen jälkeen rannalla epätoivoista puuhasteluani katsoneet armahtavat minut ja käskevät heittää laiturille keula- ja peräköydet, joiden avulla vene ja minut sen kannella korvat punaisina kiskotaan kiinnitykseen.

Miksi se, joka minulle, maailmaa hallitsevien älykkäiden olentojen edustajalle oli lähes ylivoimainen tehtävä, onnistui viiden gramman aivot omistavalta alkeelliselta otukselta. Toki ahvenella oli jo sen koosta päätellen monivuotinen kokemus vedessä liikkumisesta, mutta kuitenkin. Aika nöyryyttävää. Mitä minulta puuttui? Taitoa vai välineitä?

Vastaus on yksinkertainen: molempia, mutta taidon puutetta olisi voinut hieman kompensoida ja tilannetta tasoittaa keulapotkurilla. Moneen suuntaan kääntyvät kalan rintaevät nimittäin ovat ilmiselvät keulapotkurit. Eivätkä ainoastaan perinteistä pakittamiseen soveltuvaa tyyppiä, vaan myös sivuttaisliikkeen mahdollistava sivukeulapotkurit. Todella kätevät monitoimivehkeet.

Jokainen pienemmän tai suuremman aluksen kanssa rantautunut ei ole voinut olla panematta merkille, kuinka vaikeaa sivukiinnittyminen laituriin on. Varsinkin, jos se täytyy tehdä kahden veneen väliin, kovassa tuulessa ja ilman kannella köysiä heittäviä ja laiturilla niitä vastaanottavia apuvoimia. Jotkut ovat selvinneet haasteesta pelkällä tuskanhiellä, mutta monille sivukiinnityksen taidon opiskelu on keventänyt reippaasti pankkitiliä. Jos ei omaa, niin ainakin vakuutusyhtiön.

Laivan sivuttain liikkumisen vaikeus perustuu siihen fysikaaliseen perusseikkaan, että alus on hallitusti ohjattavissa peräsimen avulla vain liikkuessaan eteenpäin riittävän suurella nopeudella. Purjevene on täysin ohjauskyvytön, jos se ei liiku ja lähes ohjauskyvytön kulkiessaan perä edellä.

Potkurilla sen sijaan voidaan kääntää alusta myös sen ollessa paikoillaan. Potkurin kätisyydestä eli pyörimissuunnasta riippuen aluksen perä pyrkii kääntymään tiettyyn suuntaan eteenpäin asennossa ja toiseen suuntaan pakkiasennossa. Veneensä hyvin hallitseva kippari ajaa veneen vinottain laituriin ja pyöräyttää sen potkurilla kiinni laiturin kupeeseen. Mitä isompi paatti, sen vaikeampi temppu on toteuttaa ja sitä kalliimmaksi epäonnistuminen tulee.

Satamassa olevan aluksen käsittely helpottuisi huomattavasti, jos myös keulassa olisi alusta liikuttava laite. Kun sosiaalinen tilaus tällaiselle laitteelle on niinkin suuri, niin voi vain ihmetellä, että keulapotkuri keksittiin vasta 1800-luvun lopussa. Sata vuotta höyrylaivojen aikakauden alkamisesta.

Alun perin keulapotkuri kehitettiin käytettäväksi jääoloiltaan vaikeissa satamissa. Huomattiin että jäissä jotkut alukset kulkivat paremmin perä edellä, jolloin tarvittiin myös keulaan potkuri ohjattavuuden takia.









Tiettävästi ensimmäinen keulapotkurillinen alus oli Michiganjärvellä 1890-luvulla seilannut junalautta St. Ignace. Suomesta asti käytiin katsomassa laivaa ja sen soveltuvuutta jäämurtokäyttöön. Nähtävästi kokemukset olivat myönteiset, sillä jo 1897 valmistunut jäänmurtaja Sampo oli varustettu keulapotkurilla. Se oli asennettu keskelle keulavannasta. Keksintö osoittautui erinomaiseksi ja seuraavissa jäänmurtajissa keulapotkuri oli itsestään selvä vakiovaruste.

Kun jäänmurtajien keulapotkurit olivat tarkoitettu ensisijaisesti laivan liikuttamiseen peräpää edellä, niin nykyisten keulapotkurien päätarkoitus on ohjata laivaa satamassa ja muissa ahtaissa paikoissa. Potkurin suuntakin on eri. Sivukeulapotkuri eli keulatunnelipotkuri on laivan keulaan poikittaiseen tunneliin sijoitettu potkuri, jolla laivan keulaosaa voidaan ohjailla sivusuunnassa.

Potkurin pyörimissuunasta johtuen sitä ei voida kiinnittää akselilla laivan moottoriin, vaan potkurissa itsessään on sitä pyörittävä sähkömoottori. Ongelmaksi tulee usein riittävän tehon saaminen potkureihin. The Oasis of the Sean tapauksessa tämä on ratkaistu sijoittamalla aluksen keulaan neljä keulapotkuria. Niiden sähkömoottorien tuottama teho on yhteensä 22 MW eli 30.000 hevosvoimaa, mikä on suurempi kuin monen tavallisen rahtilaivan koko koneteho.

Ihmiset ovat aina tutkineet luonnon rakenteita suunnitellessaan omia konstruktioitaan. Linnut ovat inspiroineet lentokoneen suunnittelijoita, kalat laivojen rakentajia tai vaikkapa uima-asujen valmistajia. Uinnin viimeisimmät maailmanennätykset menevät järkeistään hain ihoa jäljittelevän kokovartalo-uimapuvun piikkiin.

Väliin analogioissa on menty pahasti metsään, kuten brittiläinen eläintieteilijä Sir James Gray, joka vuonna 1936 väitti delfiinin rikkovan useita fysiikan lakeja uidessaan parhaimmillaan yli 60 km/h. Delfiinin pyrstö kun ei millään pystyisi tuottamaan sellaista työntövoimaa, että sillä voitaisiin ylittää delfiinin ”runkonopeus”.

Ihmisen säätämien lakien rikkomisesta on monenlaisia seuraamuksia. Joskus rikkeestä seuraa rangaistus, väliin hyvä juristi pelastaa ja usein tekijä ei jää edes kiinni. Fysiikan lait ovat lahjomattomia. Niiden rikkomisesta seuraa aina rangaistus. Aerodynamiikan lakeja rikkovat lentokoneet putoavat, Arkhimedeen lakia vastaan rikkovat laivat uppoavat.

Sir Graylta oli kuten monelta muultakin fysiikkaa huonosti tuntevalta mennyt sekaisin fysiikan lait ja materian käyttäytymistä selittävät fysikaaliset mallit. Hän oli mallintanut delfiinin jäykkärunkoiseksi alukseksi ja pyrstön potkuriksi. Jos todellisuus ei toimi mallin mukaan, ei syy ole todellisuudessa vaan mallissa.

Rensselaer Polytechnic Instituten professori Tim Wei väittää nyt ratkaisseensa tutkimuksillaan lopullisesti tämän ”Grayn paradoksina” tunnetun myytin. Delfiinin pyrstön voima ja hyötysuhde ovat paljon luultua suurempia, ja eläimen elastinen keho on hydrodynaamisilta ominaisuuksiltaan kaukana jäykästä rungosta. Mutta tiedä nyt sitten tämänkään tuloksen lopullisuudesta.

Ettei juttu menisi pelkästään Homo Sapiensin kykyjen vähättelyksi, niin on syytä todeta keulapotkurien evoluution olleen näiden reilun 100 vuoden aikana sellaista, johon Äiti Luonto yleensä käyttää miljoonia vuosia. Mitenkään väheksymättä ahvenen kykyä rintaeviään heiluttelemalla piiloutua laiturin pystyparrun taakse, niin täytyy myöntää, että sattumoisin näkemäni Oasis of the Sea -aluksen liikkeelle lähtö 22 MW:n keulapotkurien avittamana Turun telakalta syksyllä 2009 teki sittenkin minuun suuremman vaikutuksen. Alus käyttäytyi enemmän jättiläismäisen, mutta ketterän vesieläimen kuin hitaasti kääntyvän kömpelön autolautan tapaan.


Epilogi

Juttu tuli takaisin suunnilleen seuraavin saatesanoin: "Kiitokset jutusta. Tarkoitus ei kuitenkaan ollut, että tilaamamme artikkeli olisi ihan näin hauska eikä että siinä olisi vain näin vähän asiaa. Maksamme kirjoituspalkkionne ja siirrämme artikkelin tekemisen omien insinööriemme vastuulle."

Sitä saa mitä tilaa. Näin ollen tilaajalle tarpeettomaksi käynyt juttu siirtyy Timo poikkitiedepalstan lukijoiden iloksi/suruksi/harmiksi (yliviivaan turhat). Olkaa hyvä. Se on jo maksettu puolestanne.

Tilaajan kunniaksi onkin sanottava, että he pitivät ilman muuta selvänä jo laulussa Rovaniemen markkinoilla mainittua periaatetta: "Sehän maksaa, joka tilaa - todisti myös kyyppi".


2 comments:

  1. En minäkään olisi tällaisesta sekametelisopasta mitään maksanut. Kirjoittajalta selvästi puuttuu kokonaan hydrodynamiikan ja laivanrakennustekniikan tuntemus. Silloin kannattaisi pysyä helpommissa aiheissa. Pohdi nyt vaikka sitä, miksi pisara ei ole pisaranmuotoinen.

    ReplyDelete
  2. Olen jo pohtinut, kirjassa "Onko pisara pyöreä?". Kannattaa kysellä divareista. Kirjalla alkaa olla jo keräilyarvoa.

    ReplyDelete