Om skrovform

Latest updated Monday, January 2, 2023, 16 comments

This page is currently available in Swedish only. I may find the time to translate it eventually, but in the meantime Google Translate may provide something intelligible.

Kajakens beteende till sjöss definieras, förutom av längd och bredd etc, av nollspantets form, om slagen är skarpa eller rundade, av däckets och bottens språng, om sidorna är utfallande eller vertikala, om stävarna är utfallande och/eller uppsvängda, av skrovets långskeppssymmetri och av däckets höjd och tvärskeppsprofil. Vidare har sittbrunnens placering stor betydelse för kajakens manövrering.

Bottenform

Man skiljer mellan flat, rund eller v-formad botten. De olika bottenformerna finns inte i renodlad form – dvs ingen kajak (utom i vulgärdebatten) har ett rektangulärt, cirkulärt eller v-format nollspant. Alla praktiskt användbara kajaker är mellanformer. Därför blir gränsdragningarna ofta tveksamma eller godtyckliga.

Man pratar till exempel oftats bara om nollspantets (största spantet) utseende - en flatbottnad kajak är t ex inte flatbottnad från för till akter, utan bara under midskeppssektionen. I ändskeppen är alla kajaker rundade och/eller v-formade.

På en flatbottnad kajak är botten plan eller krökt med stor radie mellan slagen. En sådan bottenform ger mindre djupgående och aningen större initialstabilitet än andra bottenformer (slutstyvheten har däremot mycket litet med bottenformen att göra). En flatbottnad kajak svänger lätt på den platta botten, men ger också vattenströmningar bra grepp på de slarpa kanterna vid slagen, vilken kan innebära att kajaken är svårkontrollerad i sjögång. Den surfar ofta mycket bra på sin plana botten (jämför med surfbrädor). Den kan också vara snabb (men är det inte alltid) genom att djupgåendet är litet.

På minussidan: är den bred kan vara vara svårare att rolla genom att den är relativt stabil både rättvänd och uppochner (är däcket högvälvt fungerar det dock bra – se nedan).

Vidare är inte stabilitet en ju-mer-desto-bättre-egenskap. I sjögång blir stor stabilitet en besvärande nackdel, genom att kajaken strävar att ligga parallellt med vattenytan – en stabil kajak rör sig därför knyckigt och ibland vilt i vågorna, medan en rank kajak mest rör sig vertikalt. Det är paddlaren som skall bestämma hur kajaken ligger i vattnet, inte vattenytans lutning.

Riktigt rundbottnade kajaker finns i praktiken bara som ranka tävlingsfarkoster och surfskis. Även traditionellt byggda baidarkor som närmast får anses vara rundbottnade har en kölribba som ger botten närmast kölen en tydlig v-form. Rundbottnade havskajaker har i praktiken oftast en svag v-botten som övergår i rundade sidor eller en smal flat botten med kraftigt rundade slag.

En rundbottnad kajak har oftast sämre initialstabilitet men bra sekundärstabilitet vilket tilltalar många vana paddlare eftersom den kan gå mjukt och torrt i sjögång – rörelserna blir mjuka och lättparerade. Stabiliteten (både initial- och slutstabiliteten) försämras ofta ytterligare av att sitsen hamnar högre eftersom skrovet är för smalt längs ner. En rundbottnad kajak får ofta bättre kursstabilitet än den flatbottnade men sämre manöverbarhet (fungerar därför bäst med roder).

Den klassiska v-bottnade kajaken hade ett flackt V längs kölen och mjuka båglinjer upp till relingen. Gamla tävlingskajaker (som blev motionskajaker när de inte längre höll i konkurrensen) var ofta konstruerade så. Paddlare med tävlingsbakgrund har normalt inga problem i grov sjögång med sådana kajaker, men andra kan sakna både initial- och slutstyvhet. Balansen beror mer på resolut paddelhantering än på kajaken. Sådan v-botten ger mycket bra kursstabilitet men till priset är att de är svåra att hantera utan roder.

Det som numera oftast avses med v-botten är två flata bottenytor i flack v-form, skarpa slag och plana fribord, dvs den klassiska eskimåkajaken av västgrönländsk typ. Ofta är vinkeln så flack (östgrönländska och nordvästgrönländska kajaker) att en sådan kajak i praktiken kan betraktas som flatbottnad, med samma för- och nackdelar.

Skarpa eller runda slag

Övergången mellan botten och sidor kallas slag. Denna övergång kan vara en vinkel, som på en plywoodkajak och i traditionella eskimåkajaker eller mer eller mindre rundad som på nordiska skärgårdskajaker, merparten havskajaker och kajaker från Alaska.

Skarpa slag ger bra grepp i vattnet vilket innebär god kursstabilitet och en kajak som är lätt att svänga med lutning. Nackdelen är att vatten i rörelse (strömmande vatten eller vågor) också har bra grepp i kajaken – det krävs mer arbete av paddlaren för att behålla kontrollen. Skarpa slag är också mer utsatta för slitage och skador än runda – ju mindre radie desto mer slitage. Vid en sidsurf i bränning är det lätt att kajaken ”snubblar” över slaget – det krävs alltså en alert paddlare som i god tid lutar in mot vågen (lyfter upp slaget över vattenytan).

För runda slag gäller motsatsen – sämre kursstabilitet men lättare att hantera i upprört vatten. Kajaken svänger inte lika bra med lutning men är generellt "snällare" att manövrera. En sidsurf är normalt helt odramatisk (framför allt i kombination med plan botten) – även en ren nybörjade kan klara sig utan att egentligen veta hur man gör.

Språng

Språng är bottens (eller relingens) kurvatur i längsled. Stort språng eller "rocker" har en kajak som är avsevärt djupare mitt på än vid stävarnaStort språng har en kajak som är avsevärt djupare mitt på än vid stävarna. Språnget påverkar i första hand manöverbarheten: stort språng – lätt att svänga. Litet språng – svår att svänga. Litet språng medför högre PC vilket innebär teoretiskt högre toppfart men brukar också innebära en kajak som stampar och skvätter. Flatbottnade kajaker utan skarpa slag och V-bottenkajaker med liten vinkel kan vara relativt raka i botten utan att nackdelarna blir besvärande. Kajaker för tunga paddlare kan med fördel ha lite större språng, för att placera paddlaren lite djupare i vattnet och därmed vinna stabilitet. Denna trend finns numera också hos tävlingskajaker.

Ett markerat språng ger också lite bättre initialstabilitet, genom att paddlaren sitter djupare i vattnet och därmed sänker tyngdpunkten, och jämfört med andra sätt att öka stabiliteten (bredd) försämras inte beteendet i krabb sjö och det medför ringa nackdelar för paddelmotoriken (snarare tvärtom – sitter man närmare vattnet är det lättare att få till en mindre yvig motorik). Ytterligare en liten fördel är att en djupare placerad paddlare bromsar mindre i motvind.

Överst Isfjord, underst Nanoq

Utfallande sidor

Utfallande sidor har traditionellt ansett ge större slutstyvhet: Det finns dock inget givet samband utan detta beror på nollspantets form. En smal kajak med utfallande sidor får sämre initial- och slutstyvhet än en lika bred kajak med vertikala sidor (se stabilitet). Dessutom ökar djupgåendet. Om man istället utgår från samma bredd i botten vinner kajaken med utfallande sidor – men blir då så mycket bredare i däcket att den tvingar fram en mera obekväm paddelföring.

Utfallande sidor innebär att stabiliteten blir påtagligt bättre när kajaken lastas ner - vertikala sidor att skillnaden är mindre. Det finns en psykologisk fälla här: är man van vid att styvheten ökar med lutningen hos kajaker med utfallande sidor kan man uppleva att en kajak med vertikala sidor saknar slutstyvhet – trots att den kanske i själva verket är större! Utfallande sidor innebär oftast att bredden ökas, vilket i sin tur innebär att slutstyvheten ökar, men också att den maximala lutningsvinkeln minskar (relingen kommer tidigare under vatten varvid styvheten går förlorad)! Men det handlar mest om att lära känna sin egen kajaks stabilitetskurva.

Uppsvängda stävar

En vanlig vanföreställning är att havskajaker känns igen på uppsvängda stävar och att detta är någon sorts garanti för sjösäkerhet. Traditionella arktiska kajaker fanns i alla upptänkliga varianter med raka, slokande eller uppsvängda stävar. Mest handlar detta om en långtgående anpassning till användningsområde och kustförhållanden. Men självklart förekom eftergifter åt magi och religiösa förställningar och kanske ibland även lite mode. Att okritiskt anamma sådant är att göra det väl enkelt för sig - och dessutom missa de flesta poängerna.

Överst Nomad, i mitten Njord och underst Nanoq

Två kajaktyper brukar framhållas som exceptionellt högt utvecklade och sjövärdiga – den västgrönländska kajaken med lågt däck, relativt platt botten, skarpa slag och uppsvängda stävar, och baidarkan från Aleuterna, med högt däck, rundad skrovform och horisontella eller lätt nervinklade stävar. Grönlandskajaken är generellt mer manöverbar medan baidarkan är snabbare och lastar mer. När eskimåkajaken återupptäcktes i England för drygt ett halvt sekel sedan råkade det bli just den västgrönländska som fick stå modell, vilket på gott och ont har kommit att påverka vår uppfattning om kajakers utseende.

Men att grönlandskajaker har höga stävar är egentligen en missuppfattning att grönlandskajaker har höga stävar är egentligen en missuppfattning. Stävarna har normal höjd – istället är det relingen midskepps som är sänkt. Kajakerna behövde ingen lastkapacitet – jaktbytet lastades inte i kajaken – men däremot var det viktigt att kunna precisionsmanövrera och rolla kajakerna. Inuitjägarna hade inget emot att sitta med raka ben under ett 18-19 cm lågt däck. Med bara några få centimeters fribord midskepps blev kajaken lätthanterad och följsam.

Däremot blev det under en period på 1800-talet populärt med riktigt uppsvängda stävar. Kajaktypen kallades avasissaartoq, fanns främst på västkusten och användes parallellt med kajaker med låga stävar. Man vet inte varför de uppsvängda stävarna blev populära trots att de ansågs av många vara svårare att hantera i hård vind på grund av vindfånget. Mot slutet av 1800-talet försvann de så gott som helt. När jägarna började använda gevär var en uppsvängd stäv mest i vägen, och det finns åtskilliga historier om jägare som sänkt sina farkoster med ett skott genom stäven när kajaken gungat till.

West Greenland Kayak; okänt ursprung, National Museum of Natural History, W.D.C, ca 1885. Katalognummer 160325.

När moderna kajaktillverkare tog hand om idén utgick man istället från det fribord man ansåg sig behöva midskepps och la sedan till de uppsvängda stävar man associerade med grönlandskajaker. Följden blev extrema stävar med besvärande vindfång – en karikatyr på förlagan och manöverproblem som bara kunde tämjas med roder.

Den uppsvängda akterstäven på vissa kajaker (både på grönland och i Kanada) har ibland förklarats med att den håller kajaken med fören mot vinden vid jakt, men tester med nytillverkade repliker har inte kunnat visat någon fördel i det avseendet. Däremot kan en sådan kajak gå tystare i vattnet, eftersom akterstäven inte plaskar genom ytan i vågor – och det kan ha varit viktigt för att inte skrämma bytesdjuren.

Anhängarna till uppsvängda stävar brukar hävda att den höga stäven skär vågorna bättre så att kajaken tar mindre vatten på däck (om de inte nöjer sig med att tycka det är vackert) men bakom finns naturligtvis ett mer komplext orsakssammanhang. En kajak av grönlandstyp har lågt PC (volymfördelningskoefficient), d.v.s liten volym i stävarna. Detta innebär att den effektiva vattenlinjelängden blir en kort hävstång i sjögång och kajaken kommer att gunga tämligen vildsint i vågor (mer om detta i nästa stycke). Därför blir de höga stävarna nödvändinga för att de inte skall gå genom vattenytan och därmed skrämma bytesdjuren. En trubbnosig kajak har mer volym ute i stävarna (högre PC) och gungar därmed mindre.

Men priset för höga stävar är ökat vindfång långt från rörelsecentrum och ofta lägre fart (de tillhörande tunna stävarna ger lägre PC, och sänker därmed fartpotentialen).

Bortser man från alla andra faktorer så betyder en optimalt konstruerad uppsvängd stäv följsamma men stora rörelse i sjögång, lägre fart och större vindfång. En vettigt konstruerad rak stäv betyder mindre men lite stötigare rörelser, blötare men snabbare framfart och mindre vindfång.

Utfallande stävar

Förr hade de flesta kajaker utfallande stävar, medan trenden numera är att kajakerna blir alltmer trubbnosiga? 

Överst Black Pearl, underst Havsracer

Det handlar om två helt olika traditioner. Det ansågs förr att långa överhäng fram och bak innebar bättre egenskaper i vågor, och sådana användes på både kajaker (grönländsk tradition) och andra båtar (främst segelbåtar). Argumenten i kajaksammanhang kan låta ungefär så här:
"Skrovet rör sig mjukare i sjön, skrovet rör sig tystare i sjön, det går att sjösätta från iskanter, kort vattenlinje innebär bättre manövrering, skrovet går bättre i vågor".
Sluttande stävar fungerar otvivelaktigt bättre vid sjösättning från en iskant, men de övriga påståendena är mer tveksamma. De båda första stämmer dåligt i motsjö och manöverförmåga åstadkoms effektivare med språng i kölen än med kort vattenlinje.

Och korta överhäng/lång vattenlinje då?
"Skrovet blir snabbare, skrovet går bättre i vågor, lång vattenlinje innebär att skrovet kan vara smalare för samma volym och stabilitet och därmed mera komfortabel och effektiv paddelföring".

Skillnaderna handlar främst om att en lång vattenlinje ger bättre volymfördelning – mer i stävarna och mindre midskepps. Detta innebär att fartpotentialen ökar, dels genom att de fylligare ändskeppen ger en längre effektiv vattenlinje vilket ger bättre fartresurser, och dels genom att mindre volym midskepps innebär kortare väg för vattnet att flyttas när kajaken rör sig genom vattnet.

Samma fenomen medför att skrovet rör sig bättre i vågor. Som simuleringen nedan visar (kort krabb sjö) kommer en kajak med lågt PC (volymfördelningskoefficient) att röra sig mer genom att den korta vattenlinjelängden tillsammans med att volymen är tydligare centrerad midskepps ger en kortare hävarm för vågorna att verka på.

Det verkar ju som om det vore bara fördelar med trubbiga stäver. Varför finns då utfallande stävar kvar? En viktig faktor är tradition och konservatism: många paddlare tror att det är så havskajaker ska se ut, vilket gör att de är lättare att sälja för de butiker som fortfarande tror att kunden alltid har rätt.

Trubbiga stävar har tävlings- och motionskajaker (för att reglerna begränsar längden), surfskis, baidarkas från Alaska och många nyare havskajaker (som i större utsträckning än tidigare förväntas kunna hantera besvärliga väderförhållanden).

Utfallande stävar har främst grönlandsinspirerade kajaker (på Grönland var det viktigare att kunna smyga än att paddla fort och man behövde kunna sjösätta och landa från en iskant) och äldre engelskinspirerade kajaker (tradition och invanda kundförväntningar).

Däckets form

Däckets utformning har större betydelse för kajakens sjöegenskaper och manöverbarhet än vad många tror. Däck kan vara höga eller låga, välvda eller plana.

Ett högt däck ger bra utrymme för packning, knän och fötter men utgör också ett besvärande vindfång och kan innebära att kajaken blir svår att hantera utan roder. Ett högt däck innebär också att det blir svårare att få till en avspänd, bekväm och effektiv paddelställning – hela paddelmotoriken hamnar högre vilket är tröttande för axlar och armar. Den stora volymen under däcket kan underlätta i slutfasen av rollar – ge en positiv pop-up – men också försvåra genom att överkroppen måste lyftas högre för att komma in på däck. 

Ett välvt däck har vissa teoretiska fördelar framför ett helt plant. Välvningen ger styrka genom skalverkan och vatten rinner av snabbare samtidigt som slutstyvheten kan öka när däcksvolymen trycks ner i vattnet. Ett plant däck kan öka risken att förskeppet dyker vid surf i krabb sjö.

Men totalt sett finns mycket att vinna på att hålla däcket så lågt som möjligt.

Det höga däcket Night Heron från Guillemot Kayaks, det låga är min Black Pearl – båda bilderna visar genomskärningen av skrovet precis framför sittbrunnen.

Assymetri – swedeform eller fiskform

Assymetri i långskeppsled innebär numera oftast att volymen är större i akterskeppet än i förskeppet. Man talade förr om makrillhuvud och torskstjärt eller om ”swedeform” ("swede" i betydelsen kålrot, swedish turnip, rutabaga – alltså inte "Swedish form" som man ibland kan se). För hundra år sedan gjorde man tvärtom – torskhuvud och makrillstjärt. Vilket som är bäst är inte helt självklart (en yacht ritad av en känd konstruktör för Americas Cup har gått till historien när den visade sig ha mindre friktion om den bogserades baklänges!).

Fiskar och ubåtar har droppform, dvs mycket volym i en rundad nos och ett tunt utdraget stjärtparti. Varför gör man då tvärtom med kajaker? Det beror på att kajaker och andra båtar rör sig i en mycket olämplig miljö: i gränsskiktet mellan två medier med olika densitet och viskositet – vattenytan. Detta gränsskikt undviker alla som kan – djur dyker eller flyger när de får bråttom. Ubåtar i undervattensläge är de mest energieffektiva deplacerande farkoster som finns. Men vi i våra kajaker är hänvisade till vattenytan och får ta konsekvenserna av detta i form av vågbildningsmotstånd.

Idealiskt skulle en kajak ha droppform under och över vattenytan och swedeform däremellan – ett omöjligt teoretisk ideal.

Hur kajaken skall se ut bestäms därför utifrån kravspecifikationen. Om vi väljer att minimera friktionen och alltså premiera lågfartsegenskaper kan vi välja en symmetrisk eller till och med lite fiskformad vattenlinje. Prioriterar vi högfartsegenskaper och manöverbarhet bör vi välja swedeform.

Swedeformen har flera fördelar:

1. Kajaken stampar mindre eftersom förskeppet deplacerar mindre vatten.
2. Kajaken svänger lättare eftersom vattenlinjens kurvatur är mer accentuerad akterut.
3. Upplovningen i sidvind minskar eftersom det längre förskeppet trycks ner mot lä av vinden (men det blir svårare att gira upp mot vinden i fart).
4. Mer volym akteröver ger bättre plats för packning – i förskeppet tar benutrymmet mycket av volymen.
5. Det smalare förskeppet ger en paddelisättning närmare centerlinjen och därmed mer framdrivningseffekt och mindre girtendens.
6. Enligt en ofta citerad teori ger ökad volym i akterskeppet inte lika stor friktionsökning som en motsvarande i förskeppet (tanken är att friktionsökningen uppstår i det redan turbulenta skikt som kajaken fart orsakar, och därför inte märks så mycket).
7. Den fylligare aktern kan också tänkas underlätta för laminärströmningen när vattenlinjen svänger in efter bredaste punkten – men om det överdrivs kan det istället ge besvärande turbulens.

Att inte överdriva assymetri åt något håll är viktigt – då får för- och akterskepp olika rörelsemönster i sjögång. Resultatet blir olika rullningsfrekvens och -amplitud, och en obehagligt slingrande kajak.

Anhängare av fiskform hävdar (med rätta) att swedeform har sämre kursstabilitet. Men det innebär också att fiskformsfolket får jobba mer för att ändra kursen – både för att gira eller för att komma tillbaka när vind och vågor har kastat dig ur kurs. Eftersom denna form inte ger sammaDe flesta moderna kajaker är aningen fylligare i akterskeppet effekt vid lutning behövs normalt ett roder för att behålla kontrollen över kursen.

Men för att trassla till det lite ytterligare: det viktiga är inte hur relings- eller vattenlinjen ser ut uppifrån utan var LCB (lateral center of boyancy) ligger – det är alltså om flytkraftens volymcentrum ligger framför eller bakom båtens mittpunkt som avgör om den funktionellt är fiskformad eller swedeformad. De flesta skulle säkert säga att moderna surfskis är entydigt swedeformade, och de skulle ha fel i många fall. Det slanka förskeppet är djupt och fylligt medan det breda akterskeppet är tämligen grunt och ligger med kölen nära vattenytan – LCB ligger inte sällan i eller aningen framför mittpunkten och de är alltså, lite förvånande, nästan fiskformade. De påminner mycket om grönländska och kanadensiska kajaker runt Baffin Bay. Grönländska kajaker för övrigt är oftast relativt symmetriska eftersom det ger pålitliga och förutsägbara rörelser i sjögång.

Som konstruktör kan man aldrig jobba isolerat med en enda egenskap. Varje kajakskrov är ett system där varje enhet samspelar med alla andra. Man kan mycket väl konstruera en kajak som ser helt fel ut, men fungerar utmärkt – liksom motsatsen. Erfarenheten är viktigare än teorin.

Överst en symmetrisk grönlandskajak, därunder en äldre tävlings/motions-kajak med uttalad fishform. Sedan en modern havskajak med swedeform. Underst en surfski med lätt swedeform i vattenlinjen och betydligt mer i relingen.

Paddlarens placering

I de flesta kajaker är sittbrunnshålet placerat strax akter om mitten, men det finns också kajaker med sittbrunnshålet framför mitten. Det senare är ofta fallet med motions- och tävlingskajaker. Med en sådan placering sitter paddlaren framme i det smala förskeppet och kan föra paddeln närmare centerlinjen. Samtidigt blir det svårt att styra kajaken från den placeringen och arrangemanget används följaktligen bara tillsammans med roder. Avståndet mellan kajakens tyngdpunkt (för om mitten) och volymcentrum (akter om mitten) blir stort vilket gör att kajaken kommer att stampa i sjögång.

Med paddlaren i centrum eller strax bakom blir kajaken lättare att styra med hjälp av paddeln. Det viktigaste är dock att vikt- och volymcentrum ligger nära varandra – annars blir rörelserna i sjögång knyckiga och onödigt stora. En kraftigt assymetrisk kajak kommer därför att ha sittbrunnshålet långt bak.

Om att ändra mått i ritningen