Lennukikandjad, millelt tõusevad õhku ja millel maanduvad lennukid, on hirmuäratava suurusega. Supertankerid või konteinerlaevad on kolossid, mis paljudele veeteedele või sadamatesse ei taha ära mahtuda. Kruiisilaevad on kui ujuvad linnad. Lisagem miljonid väiksemad alused ja siis jääb küsida, mida siin veel muuta annab?

Kuidas nad selle peale tulid?

Veerand sajandit on Californias paiknevad korporatsioonid Hydro Lance (edaspidi HL) ja Hydro Lance Engineering, Inc. teinud uurimistöid uute laevade loomiseks. Eesmärgid on olnud kõrgelennulised ja õilsad: kiirendada kaupade ja inimeste transporti, vähendada meretranspordi riske, kahandada laevade kütusekulu kaubatonni või reisija kohta kuni 7 korda ja vähendada seeläbi keskkonna saastamist, anda inimestele kiirem ja mugavam reisimisvõimalus jne. Ülimalt tore, eks?

Võrdlemisi tavaline, 634 kajutiga kruiisilaev Stattendam, mis reeglina sõidab Hollandi–Ameerika vahet, kaalub 55 451 tonni; reisijaid võtab peale 1266, meeskonnas on 704 inimest. Nii tuleb iga inimese kohta ei vähem ega rohkem kui 28 tonni laeva! Paraku peabki tavakonstruktsiooniga laev raske olema, sest näiteks luksuslaeva tuleb mahutada tantsusaalid, sviidid, restoranid ja basseinid, see aga tähendab toekaid kerekaari jm tugevdusi, vägevaid tekke ja vaheseinu ning tugevat korpust. Kas neid tonne inimese kohta ei anna siis vähendada?

Traditsiooniline kaubalaev on kõrgepardaline mürakas – kuidas muidu mahutada sinna tuhandeid tonne kaupa ja panna ta toime tulema ookeani raske ja kõrge lainetusega. Nii ta rullabki seal lainemägede vahel, korstnast paksu musta suitsu välja ajades, sest sügavalt vees istudes peab ta võitlema suure veetakistusega ja lainete jõuga. Meresõidu ajalugu teab küllalt juhtumeid, kus laev sellele stressile lõpuks järele annab ning ühel päeval lõpuks pooleks murdub. Võiks ju ehitada veelgi paksema kerega, kõrgema või pikema laeva, aga igal asjal on mõistlikkuse piir. Siis oleks vaja veel võimsamaid mootoreid, mis põletaks veel rohkem kütust ja saastaks veel rohkem õhku, laev ise oleks palju kallim, aga küsitavaks jääks, kas kaup ka kiiremini kohale jõuab.

Ookeani kõrglaines on igati moodne reisilaev paljudele vastuvõetamatu – kõrgete parraste ja väikese süvise tõttu kipub ta tuules ja lainetes lengerdama, nii et lõbusõidu asemel on reisijad hoopis merehaiged…

Laevad ja lennukid saastavad üheskoos atmosfääri rohkem kui kogu autotransport kokku – tavaliselt räägitakse just viimase osast. Pärast terrorirünnakut New Yorgi WTC-tornidele lõpetati mõneks ajaks lennuliiklus USA õhuruumis ja laevaliiklus sadamaisse. Nädala pärast kandis NASA satelliitide vaatlusandmeile tuginedes ette, et „see on esimene kord sellest ajast alates, kui vaatlussatelliidid on kasutusel, et kogu Ameerika on saastevinest vaba, kaetud läbipaistva kristallselge õhuga kaldast kaldani”. Mõtlemapanev fakt, kas pole? Järelikult oleks vaja, et laevad vähem tossaksid (lennukid muidugi ka).

Kui jätta kõrvale tuumajõul liikuvad lennukikandjad, tuumaallveelaevad ja mõned muud, siis liiguvad laevad meredel mitte kiiremini kui purjekad 18. ja 19. sajandil oma 32sõlmese (klipperid) tippkiirusega. Kus on progress?

Kas võti on HARTH?

Kõnealused firmad on aastate jooksul võtnud uute laevade ehitamiseks hulgaliselt patente ja litsentse, kuid võtmeroll on HARTHTM-tehnoloogial (High Aspect Ratio Twin Hull). Maakeeli tähendaks see kahte (tavaliselt) väga pikka ja kitsast (ehk väikese ristlõikega), teineteisest kaugel asetsevat laevakeret, mille vahel on veepinnast väga kõrgel kaupade või reisijate veoks mõeldud osa.

Siin läheb mõte katamaraanidele, SWATH-tehnoloogial (Small Water-plane Area Twin Hull) ehitatud laevadele või hydrofoilidele. HL väidab kategooriliselt, et HARTH on hoopis midagi muud.

Katamaraanide kaks keret on kui kaks iseseisvat laeva oma pikkuste-laiuste-süviste suhtega, mis ühendatud tekiehitisega, vees istuvad need kered nagu tavalised laevakered – osa vees, osa veest väljas. Katamaraanidel on inimeste jaoks palju ruumi, sest kasutada on nii kerede siseruumid kui tekiehitise omad. Leebemas meres on katamaraan suhteliselt stabiilne, kuid karmides oludes võib asi tõsiseks minna. Tänu pikkuse-laiuse suhtele võib äärmuslikes oludes juhtuda, et kui suur laine ta ümber virutab, siis ümberpööratuks ta ka jääb. Lisaks rammivad katamaraani kered vastu või poolpõiki tulevaid laineid täie rinnaga.

SWATH-laevad on katamaraanidega sarnased, kuid nende puhul tagavad ujuvuse kaks veepinna alla jäävat pontooni. Seetõttu on nad ränkades mereoludes stabiilsemad. Nii on ka paljud okeanograafilised uurimis- või päästelaevad sellise konstruktsiooniga. SWATH-laevade ideega tuli välja kanadalane Frederick G. Creed 1938. aastal, kuid laevaehituses hakkasid seda tüüpi laevad levima alles 1960.–1970. aastatel.

Veealuste tiibadega purjekad ehk hydrofoilid tõusevad piisava tuuletugevuse juures veealustele tiibadele toetudes veepinna kohale, vabanedes niiviisi suurest veetakistusest. Trimaraani l’Hydroptère (TM, 4/2008) kiiruseks saadi 2007. aastal maakeeli 90,2 km/h, kuid suurteks kauba- või reisilaevadeks ei saa selliseid aluseid kasutada, ka suuremate veealuste tiibade puhul mitte.
Laevade stabiilsuse suurendamiseks on reisilaevadele lisatud tasakaalustavaid uimi jm – mingil määral on neist abi, aga aluse maksumust suurendavad nad ka üksjagu.

Aga mida siis pakub HARTH? Firma kodulehel www.hydrolance.net on mitmeid videoid. Ühel neist võrreldakse nende laevakeret pliiatsiga. Kui kere on ülipikk ja samas kitsas (väikese ristlõikega), siis ei hakkavat need laineid rammima, vaid lõikavad neist läbi. Tänu pikkusele oleks kere(d) üheaegselt mitte ühe-kahe laine meelevallas, vaid lõikaksid üheaegselt kümmet-kahtekümmet, sellega oleks kohe tagatud pikistabiilsus. Ja kui need kaks keret on üksteisest piisavalt kaugel, siis peaks firma arvates ka külgsuunas olema stabiilsus palju parem kui praegustel laevadel. Stabiilsust lisavat ka see, et need kered oleksid ookeanidele mõeldud variantide puhul suures osas vees (vee all). Tänu kere kitsusele olevat ka kere veetakistus ehitajate väitel väike, sest nad lõikaks vett nagu nuga või uisk. Seetõttu usutakse, et uued laevad hakkavad liikuma merel palju kiiremini ning vajavad edasiliikumiseks väiksemaid ja vähem kütust põletavaid mootoreid.

Loodetavad plussid ja arvatavad miinused

Ühtegi n-ö täismõõdus laeva ei ole firma paraku veel valmis ehitanud. Firma väidab enesekindlalt, et aastakümnete jooksul on nad tundma õppinud kõigi seniste laevade plusse-miinuseid ja nende kõrvutamisest teinud omad järeldused. Lisaks on tehtud arvutisimulatsioone ning katseid 9 m pika, pool tonni kaaluva mudeliga. Kas nende optimismi jagada või mitte, jäägu igaühe arvata, aga nad usuvad suutvat pakkuda:
mugavalt liuglevat, püsikiirusega kulgemist ka väga tormisel merel;
rullamise, lengerdamise, sukeldumise, laineletõusmise kadumist (inimesed ei jää enam merehaigeks);
reisikiiruste kasvamist 60–150 sõlmeni (111–278 km/h)!;
kütusekulu vähenemist kaubatonni/inimese kohta kuni 7 korda;
atmosfääri mittesaastavate kütuste kasutamist;
laeva kerele mõjuvate pingete kadumist, kuna laev ei rammi laineid;
pea olematuid vööri/kiilulaineid, mis enam ei kahjusta kaldaid ja ei häiri väikesi veesõidukeid;
võimalust ehitada samal viisil nii kerglaevu kui suuretonnaažilisi;
võimalust luua stabiilseid aluseid naftapuurijatele, teadlastele, avasadamatele, ujuvasulatele;
suuremat reisiulatust, -kiirust, ökonoomsust, ohutust;
- võimalust ehitada laevu, mis randuvad väga madalas vees otse rannale jne.

Muidugi on foorumites sõna võtnud hulk skeptikuid, kes ei usu selle tehnoloogia eelistesse ega teostatavusse. Põhiliste vastuväidetena on kõlanud, et nii pikkade kerede ehitamine võtab liiga palju materjali, ajades laeva maksumuse suureks. Kere pikkuse tõttu kardetakse, et see jääb konstruktsioonilt nõrgaks. Suuruse tõttu hakkavad laevad näiteks terase kasutamisel kaaluma väga palju ja hulk energiat läheb nende liikumasaamiseks. Lisaks tähendab piki pardaid liikuv veemass suurt hõõrdejõudu, mis tuleb ületada. Arvatakse, et kahte keret ei saa ehitada üksteisest väga kaugele ilma konstruktsiooni tugevust ohtu seadmata ning kui tugevust silmas pidades jäävad kered lähestikku, kaob stabiilsus külgsuunast tulevate lainete suhtes.

Arvatakse ka, et pikad kered on hoolimata sügavalt veesistumisele külglainetele ikkagi heaks ekraaniks, mille kallal oma jõudu proovida. Arusaamatuks jääb ka see, et kord istuvad kered justkui sügavalt vees, siis jälle, et süvis on väga väike. Muidugi saab keredesse lasta ballastvee ja selle vajadusel välja pumbata, aga kas see on nii mõeldud, ei tea – igatahes nõuaks seegi palju energiat jne.

Ka siinkirjutaja kaldub skeptikute poolele, kuid loodetavasti pakub lugu vähemalt kaasamõtlemise võimalust – mõtelda on ju tore!

EKSPERDI ARVAMUS

Meri on lõputute fantaasiate allikas, eriti nendele, kes pole mere tegelikkusega palju kokku puutunud või on teinud seda vaid ilusa ilmaga. Kunagises L. Meri etnograafilises filmikavandis „Paat” on mõte, et Euroopa ja Aasia eri paigus valmistatud iidsed paadid on põhimõtteliselt väga sarnased, sest ebasobivad katsetused hukkusid koos nende autoritega.

Tänapäevased virtuaalsed katsetused on autoritele ohutud ja seetõttu palju mitmekesisemad. Iseasi, mis nende virtuaalmaailmas loodud toodetega juhtub siis, kui need tegelikkuseks tehakse.
Autorid, kes väidavad, et nad on leiutanud laevatüübi, millel on enneolematud eelised, kas eiravad koolis õpitud füüsikaseadusi või on õpitu unustanud. Nende hulka kuuluvad teadmised ujuvate kehade püstuvusest ja vedelike takistusest liikumisele ning isegi Archimedese seadus ja selle rakendused. Rääkimata laevade meresõiduomadustest, merekindlusest ja konstruktsioonide vastupidavusest merejõududele, väsivusele ja soolasele veele, mis pannakse merel mitmekülgselt proovile.

Sellest projektist rääkides märgiks ära mõned kõige üldisemad ebareaalsused.

Peale laine- ja keeristetakistuse (üheskoos vormitakistuse), mida saab vähendada laeva kere saledamaks muutmise teel, mõjub laevale ka vee viskoossusest tulenev hõõrdetakistus. Selle osatähtsus suureneb pika ja saleda kere puhul ega võimalda vähendada lootuspäraselt liikumiseks vajalikku võimsust.

Kahe kerega laev, mille kered on vee all ja ehitised kõrgel üleval, ei ole stabiilne ei süvise ega püstuvuse poolest. Laeva süvis erinevatel koormustel ja püstuvus sõltuvad veeliini pindala suurusest, püstuvus ka veeliini kujust. Kui veeliini pole ollagi, siis pole laeval ka kandejõudu ega püstuvust. Seda teab iga meremees ka ilma teooriata, et laev, mis lainetel enam ei õõtsu, läheb varsti ümber. Kui need veeliinid on üksteisest eemal, on püstuvus siiski võimalik, ent stabiilse süvisega sõitmiseks peaks laev olema kogu aeg täislastis. Täislastist väiksemat raskust peaks kompenseerima ballastvee võtmisega, nagu seda teevad allveelaevad, muidu tõuseksid kered pinnale.

Suuri kahtlusi tekitab selliste laevade mehaaniline vastupidavus. Kuna lainetest tulenevad merekoormused on perioodilised, siis ei ole tähtis ainult konstruktsioonide vastupanu maksimaalsetele esineda võivatele jõududele, vaid ka väsimisele. Selleks peavad konstruktsioonid olema piisavalt jäigad ja sujuvad, ilma pingeid kontsentreerivate kohtadeta. Ka tavalistel kahe kerega laevadel on hulganisti probleeme, mistõttu neid polegi palju.

Selliste laevade majanduslik otstarbekus on nähtavas tulevikus enam kui kahtlane.

Heino Levald, laevaehitusinsener (naval architect), tehnikakandidaat laevade projekteerimise alal ja majandusdoktor tehnilise arengu ja looduskasutuse ökonoomika alal.

Jälgi Forte autouudiseid ka Twitteris!