ΤΑ ΝΑΥΠΗΓΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΟΥ "Γ. ΑΒΕΡΩΦ"

Του Αρχιπλοιάρχου εα

Παναγιώτη Γ. Αλούρδα ΠΝ

Όποιος χάνεται μέσα στις αντιλήψεις της δικής του

εποχής, έχει την τάση να εκλαμβάνει πάντοτε το νεώτερο

ως το καλύτερο και γι’ αυτό του είναι αδύνατο να πράξει

κάτι εξαιρετικό.

Carl von Clausewitz

Η περίοδος του δεύτερου μισού του 19ου αιώνα είναι η περίοδος κατά την οποία η ναυπηγία από εμπειρική τέχνη εξελίσσεται σε τεχνολογία και περιλαμβάνει όλους τους τομείς της εφηρμοσμένης επιστήμης που απαιτούνται για την σχεδίαση και την κατασκευή πλοίων. Είναι η εποχή που η μηχανή αντικαθιστά το ιστίο και ο χάλυβας αντικαθιστά το ξύλο. Στις αρχές του 20ου αιώνα, όταν κατασκευάσθηκε ο Αβέρωφ, η ναυπηγία έχει προχωρήσει σημαντικά και χρησιμοποιεί πλέον υπολογισμούς αντί εμπειρικούς κανόνες και εικασίες.

Εισαγωγή

Το πλοίο Γεώργιος Αβέρωφ, αν και είναι γνωστό ως θωρηκτό (battleship), ανήκει στην πραγματικότητα στην κατηγορία των θωρακισμένων καταδρομικών (armoured cruiser), incrociatore corazzato όπως αναγράφεται στα ιταλικά σχέδια του. Ο Αβέρωφ ναυπηγήθηκε στα Ναυπηγεία Orlando στο Livorno της Ιταλίας. Σχεδιαστής ήταν ο μηχανικός Giuseppe Orlando. Το θωρηκτό είναι της κλάσης Pisa με αδελφά πλοία τα Amalfi και Pisa, τα οποία υπηρέτησαν στο Ιταλικό Ναυτικό (Regia Marina). Οι Ιταλοί ναυπηγοί ήταν πρωτοπόροι στην σχεδίαση των πρώτων θωρακισμένων ατμοπλοίων (ironclads), και των θωρηκτών πλοίων pre-dreadnought και dreadnought.

Ο Αβέρωφ ανήκει στην μεγάλη κατηγορία των πλοίων pre-dreadnought.

Σχεδίαση πολεμικών πλοίων στις αρχές του 20ου αιώνα

Η σχεδίαση πολεμικών πλοίων στις αρχές του 20ου αιώνα ήταν, όπως και σήμερα, μία επαναληπτική διεργασία, η οποία βασιζόταν σχεδόν πάντοτε σε μία προγενέστερη επιτυχημένη σχεδίαση. Το σημείο εκκίνησης ήταν ο οπλισμός που έπρεπε να φέρει το νέο πλοίο, δηλαδή κυρίως ο τύπος, το διαμέτρημα και ο αριθμός των πυροβόλων, και ο οποίος αντιστοιχούσε σε ένα συγκεκριμένο βάρος. Η σχεδίαση της κλάσης Pisa βασίσθηκε στην προγενέστερη σχεδίαση του θωρηκτού Regina Elena (14.317 tons - 144,5 m).

Όλα τα πλοία γραμμής, θωρηκτά ή καταδρομικά, χαρακτηριζόταν από δύο εκτοπίσματα, το κανονικό (normal) και το εκτόπισμα πλήρους φόρτου (full load). Το κανονικό εκτόπισμα που ήταν και το εκτόπισμα δοκιμών περιλάμβανε μέρος μόνο του φόρτου καυσίμου, το 30% μέχρι το 50% της μέγιστης ποσότητας που μπορούσαν να χωρέσουν οι αποθήκες (δεξαμενές) του πλοίου. Το βάρος αυτό του καυσίμου αναφερόταν ως ονομαστικό (legend).

Το κανονικό εκτόπισμα του Αβέρωφ αναφέρεται στα σχέδιά του ως 10.200 tons και αποτελεί στρογγύλευση του εκτοπίσματος των 10.118 tons που αντιστοιχεί στην ίσαλο σχεδίασης. Το ονομαστικό βάρος καυσίμου που έφερε ήταν 660 tons άνθρακα, και το συνολικό 1.542 tons.

Στον παρακάτω πίνακα φαίνεται ενδεικτικά, για λόγους αναγωγής και σύγκρισης, η κατανομή των βαρών του εκτοπίσματος πλήρους φόρτου ενός θωρηκτού της αρχής του 20ου αιώνα και μίας φρεγάτας του τέλους του 20ου αιώνα. Στο βάρος του οπλισμού της φρεγάτας περιλαμβάνεται το σύνολο του συστήματος μάχης.

Σχήμα πλοίου – κατασκευή

Το σχήμα του Αβέρωφ είναι χαρακτηριστικό της εποχής, έχει εμβολοφόρο πρώρα, πρύμνη καταδρομικού και ελαφρά ελάττωση του πλάτους άνω της ισάλου γραμμής (εσοχή - tumble home).

Ο Αβέρωφ είναι κατασκευασμένος από κοινό ναυπηγικό χάλυβα, πλην της θωράκισης. Οι συνδέσεις μεταξύ ελασμάτων και ενισχυτικών γίνονταν εξ ολοκλήρου με καρφώσεις και τα υλικά κατασκευής (ελάσματα, ενισχυτικά και καρφιά) υποβάλλονταν σε δοκιμές αντοχής. Για τα πολεμικά πλοία της εποχής γίνονταν υπολογισμοί διαμήκους αντοχής σε κάμψεις θετικές και αρνητικές (hogging, sagging) και χρησιμοποιούνταν διαμήκη ενισχυτικά, κυρίως εντός των διπυθμένων.

Έχει τρία συνεχή καταστρώματα: Το άνω ή εξωτερικό κατάστρωμα (piano di coperta), το κύριο ή κατάστρωμα μάχης (piano di batteria) και κάτω κατάστρωμα, που αποτελεί την οροφή του μηχανοστασίου και των λεβητοστασίων, κάμπτεται στα άκρα του κατά το εγκάρσιο και κατά το διάμηκες για λόγους προστασίας του εσωτερικού του πλοίου, όπως θα δούμε παρακάτω.

Τα διπύθμενα αποτελούν βασικό στοιχείο της κατασκευής, φέρουν διαμήκη ενισχυτικά, έχουν ύψος 1,10 m και είναι στεγανά σε μήκος 57,0 m.

Το στεγανό τους τμήμα χωρίζεται σε 36 δεξαμενές συνολικής χωρητικότητας 1093 m3, κάποιες από τις οποίες χρησιμοποιούνταν ως δεξαμενές τροφοδοτικού ύδατος για τους λέβητες.

Ευστάθεια – στεγανή υποδιαίρεση

Το μετάκεντρο, το μετακεντρικό ύψος και οι πρώτοι υπολογισμοί ευστάθειας εμφανίζονται στα βιβλία της ναυπηγικής τέχνης και επιστήμης την δεκαετία του 1730. Την δεκαετία του 1860 άρχισε να διαπιστώνεται η σημασία της καμπύλης στατικής ευστάθειας στην ευστάθεια και αξιοπλοΐα των πλοίων. Στις αρχές του 20ου αιώνα γίνονταν συστηματικοί υπολογισμοί της καμπύλης στατικής ευστάθειας και του μετακεντρικού ύψους σε όλες τις πιθανές καταστάσεις φόρτου ενός πολεμικού πλοίου. Δεν υπήρχαν κριτήρια το κάτω ή κατάστρωμα διαδρόμου (corridoio). Το αλλά γίνονταν σύγκριση των καμπύλων στατικής ευστάθειας του πλοίου με αυτές άλλων πλοίων που είχαν ικανοποιητική συμπεριφορά κατά την λειτουργία τους.

Οι επιτυχημένες σχεδιάσεις είχαν καμπύλες στατικής ευστάθειας που εκτείνονταν μέχρι τις 70 μοίρες, ο μέγιστος μοχλοβραχίονας επαναφοράς ήταν 1 m και εμφανίζονταν στις 35 μοίρες και το μετακεντρικό ύψος ήταν 1 m (όλες οι τιμές είναι μέσοι όροι). Για τον Αβέρωφ η καμπύλη στατικής ευστάθειας στο κανονικό εκτόπισμα και με κατακόρυφη θέση του κέντρου βάρους στα 8,0 m, που αντιστοιχεί σε μετακεντρικό ύψος 0,962 m, υπολογίσθηκε και είναι ο μοχλοβραχίονας επαναφοράς σε m και Heel η κλίση σε μοίρες.

Στις αρχές του 20ου αιώνα οι υπολογισμοί για την ευστάθεια των πλοίων μετά από βλάβη ήταν περιορισμένοι λόγω της πολυπλοκότητας τους.

Η εκπόνηση τέτοιων υπολογισμών έγινε δυνατή μετά τον Β΄ Παγκόσμιο Πόλεμο με την βοήθεια υπολογιστών. Βέβαια όλα τα πολεμικά πλοία κατασκευαζόταν με στεγανή υποδιαίρεση ικανή να αντιμετωπίζει, όχι μόνο ναυτιλιακούς κινδύνους, αλλά και τις βλάβες της μάχης.

Ο Αβέρωφ έχει δεκατρείς (13) στεγανές εγκάρσιες φρακτές που εκτείνονται από την τρόπιδα μέχρι το κάτω κατάστρωμα, επίσης έχει στεγανές διαμήκεις φρακτές (μία σε κάθε πλευρά) μεταξύ της πλευρικής θωράκισης και των αποθηκών άνθρακα. Τα διπύθμενα, όπως προαναφέρεται, αποτελούν μέρος της στεγανής υποδιαίρεσης του πλοίου και παρέχουν προστασία σε περίπτωση βλάβης του εξωτερικού περιβλήματος.

Αντίσταση – πρόωση

Στις αρχές του 20ου αιώνα ο υπολογισμός αντίστασης των πλοίων γίνεται πλέον με την χρήση μοντέλων με βάση τον νόμο του Froude. Για τα πλοία γραμμής, θωρηκτά ή καταδρομικά, το όριο της μέγιστης ταχύτητας ήταν η ταχύτητα που αντιστοιχούσε στην τιμή 1,10 του λόγου Taylor (ή στην τιμή 0,3272 του αριθμού Froude). Η ταχύτητα των 22,5 knots του Αβέρωφ αντιστοιχεί σε λόγο Taylor 1,06 (0,3155 αριθμός Froude). Ενδεικτικά αναφέρεται ότι το βρετανικό θωρηκτό HMS Dreadnought (18.110 tons - 160,6 m) είχε ταχύτητα 21 knots που αντιστοιχούσε σε λόγο Taylor 0,92.

Η αντίσταση του Αβέρωφ υπολογίσθηκε με την βοήθεια των σειρών Taylor (Σχετικό 18). Επίσης έγιναν υπολογισμοί για την αντίσταση παρελκομένων και την αντίσταση αέρα καθώς και για τους συντελεστές πρόωσης. Η αντίσταση παρελκομένων και η αντίσταση αέρα είναι περίπου το 25% της αντίστασης γυμνής γάστρας. Οι μεθοδικές σειρές Taylor για τον υπολογισμό της αντίστασης πλοίων αναπτύχθηκαν από τον ναύαρχο Taylor την δεκαετία του 1900 με βάση τις γραμμές του θωρακισμένου καταδρομικού HMS Leviathan της κλάσης Drake (14.150 tons - 162,6 m).

Ληφθεί υπόψη ότι στις αρχές του 20ου αιώνα η έντονη ρύπανση των υφάλων, λόγω της μη ύπαρξης αποτελεσματικών αντιρρυπαντικών χρωμάτων, προκαλούσε σημαντική μείωση της ταχύτητας (η αύξηση της αντίστασης λόγω της ρύπανσης έφθανε το 50% σε ένα χρόνο παραμονής του πλοίου στην θάλασσα). Επίσης η μέτρηση της ταχύτητας γινόταν με αναμέτρηση ή σε συγκεκριμένη απόσταση, συνήθως ενός μιλίου, η λεγόμενη μέτρηση μιλίου.

Εγκατάσταση πρόωσης

Από την δεκαετία του 1880 οι λέβητες, οι παλινδρομικές ατμομηχανές και οι έλικες αποτελούν πλέον την εγκατάσταση πρόωσης κάθε πολεμικού πλοίου. Η εγκατάσταση πρόωσης του πλοίου αποτελείται από είκοσι δύο (22) λέβητες Belleville και δύο (2) παλινδρομικές ατμομηχανές. Οι λέβητες Belleville, γαλλικής προέλευσης, ήταν οι πρώτοι υδραυλωτοί λέβητες της εποχής και μπορούσαν να αναπτύξουν πιέσεις μέχρι και 21 ατμόσφαιρες (21 atm = 309 PSI). Οι λέβητες είναι τοποθετημένοι σε τρία λεβητοστάσια (6 στο πρωραίο, 8 στο μεσαίο και 8 στο πρυμναίο).

Οι κύριες μηχανές είναι κατακόρυφης διάταξης, τριπλής εκτόνωσης με τέσσερις (4) κυλίνδρους, έναν υψηλής πίεσης, έναν μέσης πίεσης και δύο χαμηλής πίεσης και είναι τοποθετημένες στο μηχανοστάσιο η μία δίπλα στην άλλη.

Η συνολική ενδεικνυομένη ισχύς των μηχανών είναι 19.000 IHP (14.168 kW). Λαμβανομένου υπόψη ότι οι μηχανές αυτές έχουν μηχανικό βαθμό απόδοσης 0,94, προκύπτει ότι η μέγιστη ισχύς ανά άξονα είναι 8.930 SHP (6.659 kW).

Οι κύριες μηχανές μέσω αξόνων μήκους 35 m και διαμέτρου (ελάχιστη) 420 mm στρέφουν κατευθείαν, χωρίς την παρέμβαση μειωτήρων, έλικες διαμέτρου 5,2 m. Μεταξύ κυρίων μηχανών και αξόνων παρεμβάλλονται ωστικοί τριβείς. Οι άξονες έχουν μηδενική κλίση ως προς το οριζόντιο επίπεδο και σχηματίζουν γωνία 1,3 μοίρες ως προς το επίπεδο διαμήκους συμμετρίας του πλοίου, δηλαδή η μεταξύ τους γωνία επί ενός οριζοντίου επιπέδου είναι 2,6 μοίρες. Ο μέγιστος αριθμός στροφών ανά λεπτό (RPM) των κυρίων μηχανών και των ελικοφόρων αξόνων είναι 130. Η περιστροφή των ελίκων ήταν της δεξιάς δεξιόστροφη και της αριστερής αριστερόστροφη.



Σχεδιάγραμμα των Amalfi-Pisa από το Brassey's Naval and Shipping Annual του 1924. (Ναυτικό Μουσείο της Ελλάδος)

Έλικες

Το σχήμα της πρύμνης και οι χαμηλές στροφές των παλινδρομικών ατμομηχανών επέτρεπαν την εγκατάσταση των αξόνων με μηδενική κλίση και την χρήση ελίκων μεγάλης διαμέτρου και μικρής επιφάνειας, με αποτέλεσμα υψηλές αποδόσεις ελίκων, που ξεπερνούσαν το 70%. Τα τρία πτερύγια των ελίκων συνδέονταν πάνω στη πλήμνη με κοχλίες που έδιναν την δυνατότητα αντικατάστασης του πτερυγίου σε περίπτωση βλάβης.

Επισημαίνεται ο πολύ χαμηλός λόγος ανεπτυγμένης επιφάνειας (38,2%), κάτι το οποίο ήταν τότε σύνηθες. Οι έλικες σε συνδυασμό με τις παλινδρομικές ατμομηχανές είχαν λόγο ανεπτυγμένης επιφάνειας από 35% έως 40%, με την εισαγωγή των ατμοστροβίλων, την αύξηση των στροφών και την μείωση της διαμέτρου, ο λόγος ανεπτυγμένης επιφάνειας αυξήθηκε στη περιοχή του 60%. Επίσης η χρήση ελίκων με τρία πτερύγια ήταν σχεδόν ο κανόνας.

Στο κανονικό εκτόπισμα του Αβέρωφ οι έλικες απορροφούσαν την μέγιστη ενδεικνυομένη ισχύ των μηχανών (19.000 IHP) στις 125 RPM και έδιναν στο πλοίο ταχύτητα 22,5 knots. Σύμφωνα με το διάγραμμα Burrill (Σχετικό 19) η σπηλαίωση στη ράχη της έλικας (back cavitation) ήταν χαμηλή και δεν ξεπερνούσε το 3,5%. Οι έλικες λειτουργούσαν σε συντελεστή προχώρησης (J) περί το 1,0.

 

Καταναλώσεις – ακτίνα ενέργειας

Οι καταναλώσεις των πολεμικών πλοίων με παλινδρομικές ατμομηχανές και καύσιμο τον άνθρακα στις αρχές του 20ου αιώνα κυμαίνονταν περί τις 1,50 lbs/IHP-hr (0,90 kg/kW-hr).

Οι ακτίνες ενεργείας του Αβέρωφ έχουν υπολογισθεί με βάση την μέγιστη ποσότητα άνθρακα που μπορούσαν να χωρέσουν οι 38 αποθήκες του, που είναι 1.542 tons (3.400.000 lbs).

Πηδάλιο – παρελκόμενα

Ο Αβέρωφ έχει ένα πηδάλιο μη ζυγοσταθμισμένο. Για τα θωρηκτά και τα καταδρομικά της εποχής ο λόγος της πλευρικής επιφάνειας του πηδαλίου προς την πλευρική επιφάνεια του πλοίου κάτωθεν της ισάλου κυμαινόταν από 1/40 έως 1/50. Για τον Αβέρωφ με πλευρική επιφάνεια πηδαλίου 20 m2 και πλευρική επιφάνεια πλοίου κάτωθεν ισάλου σχεδίασης 924 m2 ο λόγος αυτός είναι 1/46.

Ο Αβέρωφ έχει παρατροπίδια τριγωνικού σχήματος πλάτους 550 – 600 mm που εκτείνονται σε μήκος 40 m στο μέσον τμήμα της γάστρας. Οι τριβείς των ελικοφόρων αξόνων του θωρηκτού εκτός πλοίου στηρίζονται σε δύο βραχίονες (struts) που έχουν εσωτερική γωνία 72 μοιρών.

Θωράκιση

Από το τέλος της δεκαετίας του 1890 η θωράκιση των περισσοτέρων πλοίων γινόταν με χάλυβες που είχαν κατασκευασθεί με την μέθοδο Krupp.

Οι χάλυβες Krupp ήταν δύο φορές πιο αποτελεσματικοί από τους κοινούς χάλυβες, δηλαδή είχαν την ίδια αντοχή σε διείσδυση με κοινούς χάλυβες διπλάσιου πάχους. Η θωράκιση του Αβέρωφ είναι από χάλυβα Krupp.

Τα πάχη της θωράκισης στα πλευρά είναι 203 mm (8 in) στη μέση και 83 mm (3,25 in) στα άκρα, στο κατάστρωμα 50 mm (2 in), στους πύργους των πυροβόλων 203 mm (8 in) και στην γέφυρα μαζί με τον πύργο πυροβολικού 178 mm (7 in). Το κατάστρωμα που έχει θωράκιση είναι το κάτω, όπως φαίνεται και στα σχέδια των εγκαρσίων τομών, και η θωράκιση καλύπτει τα κεκλιμένα κατά τριάντα μοίρες (30 degrees) άκρα του καταστρώματος. Το κεκλιμένο τμήμα του καταστρώματος τερματίζεται εκεί που τελειώνει η πλευρική θωράκιση κάτωθεν της ισάλου, για να παρέχει επιπλέον προστασία στους εσωτερικούς χώρους του πλοίου σε περίπτωση διάτρησης της πλευρικής θωράκισης.

Επί του κυρίου καταστρώματος και επί του κάτω καταστρώματος η πλευρική θωράκιση κάμπτεται προς τα έσω και σχηματίζει ένα περίκλειστο προστατευμένο χώρο, το οχυρό (citadel), που παρείχε προστασία στο προσωπικό κατά τη διάρκεια της μάχης.

Επίλογος

Η προσπάθεια από ελλιπή στοιχεία να δώσω μία περιγραφή των ναυπηγικών χαρακτηριστικών του θωρακισμένου καταδρομικού Αβέρωφ με ανάγκασε να ανατρέξω στα τεχνικά βιβλία του τέλους του 19ου και της αρχής του 20ου αιώνα. Η αναδρομή αυτή μου δημιούργησε θαυμασμό για τα επιτεύγματα των μηχανικών της εποχής εκείνης, μέσα από τα οποία η σχεδίαση και η κατασκευή των θωρηκτών πλοίων είναι αναμφίβολα το μεγαλύτερο, και μου έφερε στον νου τη ρήση του μεγάλου θεωρητικού του πολέμου ως παρότρυνση, ότι ακόμα και στο πεδίο της τεχνολογίας το παρελθόν έχει να μας διδάξει πολλά.

Σχεδιάγραμμα του Αβέρωφ από το Brassey's Naval and Shipping Annual του 1924. (Ναυτικό Μουσείο της Ελλάδος)

Επεξηγήσεις

Ο λόγος Taylor (Taylor Quotient) ή λόγος ταχύτητας μήκους είναι ο λόγος της ταχύτητας του πλοίου σε knots (V) προς την τετραγωνική ρίζα του μήκους (L) ισάλου σε feet. Tq = V/L1/2

Ο αριθμός Froude (Froude Number) είναι ο λόγος ταχύτητας του πλοίου προς την τετραγωνική ρίζα του μήκους ισάλου επί την επιτάχυνση της βαρύτητας g (9,81

m/sec2), σε συνεπείς μονάδες. Fr = V/(gL)1/2

Συντελεστής Λυγηρότητας είναι ο λόγος του μήκους ισάλου προς την κυβική ρίζα του όγκου (∇) εκτοπίσματος, σε συνεπείς μονάδες. L/∇1/3

ΠΗΓΗ http://perialos.blogspot.gr