Köli
Oheisella sivulla on käytetty MathML-standardin ominaisuuksia, jota tällä hetkellä tukevat lähinnä Firefox ja Safari selaimet.
SCAMP:in köli voidaan muotoilla kahdella eri tavalla. Helpompi tapa on käyttää litistettyä siipiprofiilia, jolloin kölin paksuudeksi valitaan 32 mm. Haastavampi tapa on muotoilla köli aidon NACA 0008-34 -siipiprofiilin mukaan, jolloin paksuutta tarvitaan enemmän, ilmeisesti 36 mm. Aito profiili parantaa vedenalaisten osien hydrodynamiikkaa, mikä oletettavasti tekee veneestä hieman nopeamman. Köli- ja peräsin on myös mahdollista ostaa erillisinä kitteinä valmiiksi muotoiltuna pakettina, jos ei halua kokea kölin muotoilun haastetta.
Valitsin litistetyn siipiprofiilin ja paksuuden 33 mm, joka saadaan yhdistelmällä 12 mm + 9 mm + 12 mm. Tämä määrää paitsi kölin paksuuden, niin myös kölilaatikon leveyden, tosin lasikuiduttaminen paksuntaa köliä hiukan.
Osien sahaaminen
Merisirrin kölin piirtäminen oli ensimmäinen osa projektia. Ensimmäisen levyn piirtämisessä käytin 120 cm suorakulmaa, viivoitinta ja kaurahiutalepaketista leikkaamiani pahvimuotteja ympyräkaarien piirtämiseen. Tämä konsepti toimi suhteellisen hyvin, vaikkakin pienempi ja ketterämpi suorakulma olisi hyödyksi suuremman tukena.
Sahaaminen sujui Makita 4351FCT -pistosahalla suhteellisen siististi käyttäen mukana tullutta BR-13 -terää. Sinällään kölin suhteen jälki ei olisi ollut niin tarkkaa, koska siipiprofiilia muotoillessa on tilaisuus hioa suurin osa epätasaisuuksista pois. Käytin ensimmäistä kölilevyä muottina kahden muun piirtämisessä. Niiden sahaaminen sujui ongelmitta.
Köliin tein 380 mm × 110 mm kokoisen poteron, jonka päälle oli tarkoitus tehdä 6 mm vanerikansi. Lyijypainon paksuudeksi tuli tällöin 21 mm.
Poteron mittojen ja sijainnin kanssa tuntui järkevimmältä yrittää seurata mahdollisimman tarkasti ohjeita ja piirustuksia, vaikkakaan niissä oleva tieto ei kaikilta osin ole ihan yhteneväistä eikä tarkkaa. Lyijypainon sijainti ja massa vaikuttavat sentään kölin vääntömomenttiin suhteessa kölipulttiin. Kölin ollessa ylös käännettynä painon tarkoitus on vetää köli alas ilman erillistä alasvetoköyttä. Kölin ollessa ala-asennossa paino pyrkii säilyttää kölin asennon virtausvastuksesta huolimatta, minkä takia painon massakeskipisteen pystylinjan asema suhteessa kölipulttiin on tärkeä. Pyrin tekemään poterosta kohtuullisen syvän, jotta aukon pinta-ala pysyisi suhteellisen pienenä.
Painon paikan 𝛥y määrittäminen vaikuttaa kölin käyttäytymiseen veden liikkeen aiheuttaman virtausvastuksen voimasta. Jos paino on liian edessä, kääntää virtausvastusvoima köliä ylöspäin, joskin vastaan puskeva momentti kasvaa tällöin suhteellisen ripeästi. Kölin tarpeeton huojuminen edes takaisin ei toki ole toivottavaa. Jos paino taas on liian takana, painaa köli kölilaatikon etuosaa turhan voimakkaasti, mikä voi johtaa ennenaikaiseen rakenteiden kulumiseen.
Oheisessa taulukossa on laskettu vääntömomentteja eri 𝛥y arvoilla. Fala,r=120mm ilmoittaa kölin etureunan kölilaatikkoon kohdistaman voiman, kun köli on käännetty ala-asentoon, ja Fala,r=550mm ilmoittaa kölin vääntövoiman kölin keskikohdassa. Oikean 𝛥y arvon valinta riippuu kölin virtausvastuksesta.
| 𝛥y | 𝛷ylä | 𝛷ala | 𝜏ylä | 𝜏ala | Fala,r=120mm | Fala,r=550mm |
|---|---|---|---|---|---|---|
| -50 mm | 90° | 0° | 60,5 Nm | 0,5 Nm | 2,5 N | 0,6 N |
| -40 mm | 91° | 1° | 60,5 Nm | 1,5 Nm | 7,6 N | 1,7 N |
| -30 mm | 92° | 2° | 60,5 Nm | 2,5 Nm | 13 N | 2,8 N |
| -20 mm | 93° | 3° | 60,5 Nm | 3,4 Nm | 18 N | 3,9 N |
| -10 mm | 94° | 4° | 60,5 Nm | 4,4 Nm | 23 N | 5,0 N |
| 0 mm | 95° | 5° | 60,5 Nm | 5,4 Nm | 28 N | 6,0 N |
| 10 mm | 96° | 6° | 60,5 Nm | 6,4 Nm | 33 N | 7,2 N |
| 30 mm | 98° | 8° | 60,5 Nm | 8,3 Nm | 43 N | 9,4 N |
| 50 mm | 100° | 10° | 60,5 Nm | 10 Nm | 54 N | 12 N |
| 100 mm | 104° | 14° | 60,5 Nm | 15 Nm | 80 N | 18 N |
| 150 mm | 108° | 18° | 60,5 Nm | 20 Nm | 110 N | 24 N |
| 200 mm | 112° | 22° | 60,5 Nm | 25 Nm | 140 N | 30 N |
| 250 mm | 116° | 26° | 60,5 Nm | 30 Nm | 170 N | 37 N |
Vedenvastusvoiman arvioiminen on mahdollista. NACA 0008-34 -sivun kuvaajasta Cd v Alpha saadaan Cd arvoksi noin 0,01, kun köli on suorassa virtausta vastaan (eli alpha on 0°). Virtausvastusvoiman yhtälö seuraavanlainen:
missä Fd on virtausvastus, 𝜌 nesteen tiheys (vedelle 917 kg/m3), u kappaleen nopeus suhteessa nesteeseen (m/s), Cd vedenvastuskerroin (noin 0,01) ja A kappaleen pinta-ala (0,025 m2) edestä päin katsottuna. Ohessa on Fd laskettuna erilaisilla u arvoilla:
| u | Fd |
|---|---|
| 1 kt | 0,0 N |
| 2 kt | 0,1 N |
| 3 kt | 0,3 N |
| 4 kt | 0,5 N |
| 5 kt | 0,8 N |
| 6 kt | 1,1 N |
| 7 kt | 1,5 N |
| 8 kt | 2,0 N |
| 9 kt | 2,4 N |
| 10 kt | 3,0 N |
Kun verrataan kahden edellisen taulukon arvoja Fala,r=550mm ja Fd, huomataan virtausvastuksen merkityksen olevan varsin vähäinen. Tulokset eivät toki ole ihan tarkkoja, koska kölin massaa (ja nostetta) ei ole huomioitu ja toisaalta kyseessä ei ole tarkka NACA 0008-34 -siipiprofiili vaan sen litistetty variaatio. Lisäksi Cd arvo voi vaihdella jonkun verran olosuhteista riippuen, esimerkiksi käännyttäessä. Scampin runkonopeus on jossain 4,5 solmun paikkeella, vaikkakin plaanissa voidaan päästä selvästi suurempiin nopeuksiin. Voitaneen arvioida tämän pohdinna tuloksena, että 𝛥y arvo -20 mm on riittävä ja marginaaliakin jää. Toisin sanoen, lyijypainon etureuna menee 10 mm yllä olevan kuvan vihreän linjan alapuolelle.
Ehkä tässä tuli tehtyä tarpeettoman syvällinen sukellus fysiikan puolelle, mutta on se kiehtovampaa kuin jonkun saippuaoopperan katsominen televisiosta.
Kokoonpano
Köli on siis tehty kolmesta vaneripalasta, jotka liitettiin epoksilla toisiinsa. Liimattava pinta-ala oli suhteellisen suuri, joten aineitakin kului sen mukaisesti.
Lyijyn sijoittamiseen köliin oli mielessäni kolme vaihtoehtoa:
- koko kölin läpi sahataan pistosahalla aukko, johon liimataan pohja, lyijy ja kansi
- köliin tehdään potero, johon sula lyijy kaadetaan, ja lopputulos peitetään kannella, joka liimataan
- viipaloidaan lyijyharkot ja tehdään viipaleille sopivat kolot, jolloin vaarallista lyijyvalua ei tarvita
Näistä toinen vaihtoehto vaikutti yksinkertaisimmalta. Potero jyrsittiin 20 mm terällä 27 mm syvyyteen.
Lyijyvalu
Lyijynvalaminen on vaarallista kuumentamisen seurauksena ilmaan vapautuvien kaasujen ja mahdollisten roiskeiden takia. Lyijy on raskasmetallina elimistölle voimakas myrkky, joka voi aikaansaada erilaisia sairauksia tai jopa kuoleman. Esimerkiksi Työterveyslaitoksen nettisivuilla on tietoa lyijymyrkytyksestä. En suosittele kenellekään lyijyvalun tekemistä.
Köliin tarvittavan lyijyn sulatin ja valoin ulkona pellon reunalla tuulisella kelillä siten, että huomioin tuulen suunnan valuuseen liittyvien asioiden sijoittelussa. Aluksi käytin sulattamiseen kaasukäyttöistä retkikeitintä, mutta se oli turhan tehoton. Lyijyn sulamispiste on sentään 327°C.
Rakensin seuraavaksi tiilistä pienen uunin, jonka päälle laitoin sulatusastian. Sen voimin lyijy suli noin 20 minuutissa. Valupatana käytin Brownells’in 5 kg pataa (Lyman 10 lb. cast iron lead pot), jota siirtelin papukaijapihdeillä. Padan alla oleva nuotio nokesi pataa, mutta eipä sillä ole väliä, koska padalla on vain yksi käyttötarkoitus.
Vähän ennen auringonlaskua sain valun valmiiksi. Koska sulatin ja kaadoin lyijyä pienissä erissä, tuli lopputuloksesta aikamoista “kuun pintaa”. Veikkaan, että metallia tuli köliin hiukan enemmän kuin suunnitellut 10 kg.
Onneksi lyijyn kanssa ei tarvitse työskennellä useammin. Voi olla, että seuraavan kerran harkitsen esimerkiksi pienten yhteenliimattujen rautakappaleiden tai lyijyhaulien käyttämistä kölipainona valettavan lyijyn sijasta.
Siipiprofiili
Kölissä käytetään pelkistettyä NACA 0008 -siipiprofiilia, joka löytyy veneen piirustuksista piirrettynä 1:1 mittakaavaan.
Profiilin jyrsimiseksi tein vanerista ohjurin. Se toimi melko hyvin takareunan kohdalla, mutta profiilin saamiseksi symmetriseksi oli jostain syystä vähän vaikeaa. Jouduin toisella puolella korottamaan ohjuria taitelluilla paperinpaloilla, jotta kölin takareunasta ei olisi tullut liian ohut.
Etureunan jyrsiminen ohjurin avulla osoittautui odotettua vaikeammaksi. Muutin suunnitelmaa työläämpään suuntaan siten, että jyrsin etureunan porrasprofiilina, jonka hioin sileäksi. Sen poikkileikkauksen muodoksi valitsin ellipsin, jonka kaava on ohessa.
Tässä a on ellipsin leveyden puolikas ja b korkeuden puolikas. x ja y kuvaavat etäisyyttä ellipsin keskustasta reunoille, mikä tietysti on aika epäkäytännöllinen mittaustapa jyrsinnän kannalta. Niinpä muuttuja x ilmaistaan seuraavalla yhtälöllä, jossa i kuvaa etäisyyttä kölin kärjestä.
Myös y ilmaistaan yhtälöllä, jossa j on jyrsintäsyvyys.
Sijoitusten jälkeen yhtälö voidaan kirjoittaa toiseen muotoon, jossa on ratkaistuna muuttuja i.
Oheisessa taulukossa on laskettu arvoja jyrsintää varten. Koska kölin paksuus on 33 mm, niin b on 16.5. Pelkistetyn profiilin etuosa ulottuu noin 60 mm kölin pinnan suuntaisesti, joten a on 60 mm. Taulukosta nähdään esimerkiksi, että kun jyrsintäsyvyys on 4 mm, tulee jyrsimen terän jyrsiä enintään 20.8 mm päässä kölin reunasta.
| j | i |
|---|---|
| 0 mm | 60.0 mm |
| 1 mm | 39.4 mm |
| 2 mm | 31.4 mm |
| 3 mm | 25.5 mm |
| 4 mm | 20.8 mm |
| 5 mm | 17.0 mm |
| 6 mm | 13.7 mm |
| 7 mm | 10.9 mm |
| 8 mm | 8.6 mm |
| 9 mm | 6.6 mm |
| 11 mm | 3.4 mm |
| 13 mm | 1.4 mm |
| 16.5 mm | 0.0 mm |
Jyrsinnän tuloksena syntynyt porrasprofiili oli melko karun näköinen, mutta hionnan jälkeen siitä tuli ihan siisti. Pieni epätarkkuus jyrsintälinjoissa ei haitannut, ja toisaalta epätasaisuudet saa peitettyä epoksilla.
Jos verrataan etureunaa ja takareunaa, niin takareuna on pinnaltaan sileämpi, mutta etureunan muoto tarkempi. Nämä kokemukset tulee huomioida peräsimen lapaa muotoillessa.
Poteron kansi
Alkuperäinen suunnitelma oli tehdä vanerista kansi lyijyn päälle, mutta lyijyvalun epätasaisuuden takia suunnitelmaa oli muutettava. Kansi tehtiin epoksista, siten että täyteaineena käytettyjä mikrokuituja oli suurin suositeltu määrä, ja viskositeetin maksimoimiseksi piituhka jätettiin kokonaan pois. Tätä ennen lyijypainon alle siveltiin toinen epoksiseos, jotta se kiinnittäisi lyijyn myös alapuolelta. Ennen epoksiseoksen tekemistä talttasin lyijypinnasta vanerin tason ylittävät kyhmyt pois.
Onneksi kannen pinta oli hiukan laskenut epoksin kuivuessa ja se oli vanerin pinnan alapuolella pääosin, joten hiottavaa tuli selvästi vähemmän kuin pelkäsin. Muutoin olisi ollut tiedossa pitkänsitkeä hiontarupeama. Jonkin verran kannen hiontaa kuitenkin tarvittiin, jotta seuraava epoksikerros tarttuisi poteron päälle.
Kölin tasoittelu ja lisähionta
Jyrsiminen ei mennyt ihan kaikilta osin kuin ammattilaisella. Niinpä tein kaksi pientä epoksiseosta, joilla korjailin erityisesti kölin etu- ja takareunan epätasaisuuksia molemmilta puolilta. Epoksin täyteaineena käytin mikropalloja. Hiomisten jälkeen lopputulos oli sangen hyvä.
Lasikuiduttaminen
Lasikuidun kiinnittäminen vanerin pintaan oli itselleni täysin uusi toimenpide. Netistä tietoa ja esimerkkejä etsittyäni päätin kokeilla kuiduttamista koepalan ja pienen lisäaineettoman epoksierän kanssa ensin. Tasoitin lasikuitukankaan epoksiin kiinni kattopaneelin palalla, josta hioin terävät kulmat pois. Ja niin, oikein hyvinhän se onnistui!
Varsinainen kölin lasikuiduttaminen ei mennyt ihan niin hyvin kuin koepalan tapauksessa, koska pinta-ala oli suurempi ja kölissä on profiili.
Kölipultin reikä
Kölipultti (M12) kiinnittyy kölilaatikon runkoon ja köliin itseensä pronssilaakereilla (12x18x16 mm). Koska vino reikä toisi kölille ongelmia kölilaatikossa, tuli reikä saada suoraan. Koska en omista pylväsporakonetta, käytin poraamisessa apuna vanerin palaan kiinnitettyä poraohjainta (Kanzawa K-801). Reiän porasin 20 mm terällä.
Ulosvetolenkki
Kun vene kaatuu ja jos köli on silloin kölilaatikon sisällä (tai kääntyy sinne itsestään), täytyy se köli saada jollain tavalla ulos, jotta veneen oikaisu olisi mahdollista. Tätä varten kölin etureunaan tulee reikä, jonka läpi pujotetaan lenkiksi sidottu köysi. Reiän paikka ja lenkin koko tulee mitoittaa niin, ettei köysi jumita missään tilanteessa köliä.
…
Maalaus
…
Nostin
…
Muoviprikat
| Seuraavaksi: | Jigi |
| Katso myös: |
Kölilaatikko (vaihe 2) Kölipultti (vaihe 5) Merisirrin rakentaminen |