Om stabilitet

Latest updated Sunday, October 6, 2024, 20 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.

För nybörjaren är stabilitet ofta en ju-mer-dess-bättre-egenskap, och han eller hon har svårt att tänka sig en situation där man inte vill ha så mycket som möjligt. Det leder till att man väljer breda, stabila kajaker och tänker sig säkerhet som extrastabilitet i form av flottörer eller pontoner. Men jämför med cyklar! Varför cyklar alla inte trehjuling – sådana är betydligt stabilare än tvåhjulingar. Är risken att ramla omkull från en och en halv meters höjd i hög fart på asfalt mindre skrämmande än att ramla i vattnet från en halvmeters höjd i låg fart? Den som försökt svänga en trehjuling i hög fart eller försökt cykla på snedden i en sluttning vet varför vi överger trehjulingar ganska tidigt.

Initialstabilitet eller slutstabilitet?

För den fortsatta diskussionen skiljer vi på initialstabilitet (eller initialstyvhet) och slutstabilitet (slutstyvhet). Initialstabilitet är den stabilitet som gör att kajaken känns säker när man sitter stilla i den – den ligger stadigt på vattenytan utan att vicka hit och dit när man rör sig och den är lätt att kliva i och ur – samma stabilitet som en flatbottnad snurrebåt. Slutstabilitet märker man om man lutar kajaken 20-30 grader – i en kajak med liten slutstabilitet kapsejsar man, men i en med stor slutstabilitet kan man hänga kvar utan att slå runt.

Jämför med stolar: en gungstol har låg initialstabilitet men hög slutstabilitet – den gungar lätt men ju längre bak man gungar desto bättre håller den emot. En vanlig fyrbent stol har hög initialstabilitet men låg slutstabilitet – den står stadigt men gungar man bakåt välter den plötsligt och okontrollerbart.

Ett exempel ur egen fatabur är en sommarsegling med svenska flottans träningsfartyg Gladan för många år sedan. Halva besättningen fick plats i kojer längs sidorna, övriga (däribland jag) fick hålla tillgodo med hängkojor mellan däcksbalkarna. Till en början var jag rätt missbelåten med den obekväma hängkojen (som dessutom måste surras hårt och stuvas på traditionellt sätt varje dag – hårt surrade hängkojer längs bordläggningen var förr en del av skyddet mot gevärskulor från fiendefartyg ;-) men efter en besvärlig insegling till Ijmuiden i grov dyning och svag vind gillade jag min koj. När fartyget krängde våldsamt i dyningen ramlade de som sov i fasta (initialstabila) kojer ur, medan vi i hängkojer (intialranka) inte märkte krängandet på annat sätt än genom skrikande kompisar som rullade runt på durken.

Ovana paddlare som håller sig på lugna vatten kan ha nytta av stabila kajaker – vana paddlare i vind och vågor har mer nytta av rankare kajaker Stabilitet är kajakens strävan att ligga parallellt med vattenytan. Det innebär att en stabil kajak ligger stilla på plattvatten men kränger i sjögång – värre ju större vågorna är. En rank kajak känns vickig på plattvatten, men eftersom den inte påverkas på samma sätt av vattenytans lutning, rör den sig lugnt och förutsägbart i sjögång. Slutsatsen kan därför bli att ovana paddlare som håller sig på lugna vatten kan ha stabila kajaker, medan vana paddlare med rankare kajaker och kan ge sig ut i busväder. Ett extremfall är de grönländska stormkajakerna – smala (ofta knappt 40 cm breda och djupt v-bottnade), extremt ranka, men pålitliga i grov sjö genom att de inte har någon egen stabilitet som kan sätta krokben för en van paddlare. Men inte många trivs i en kajak helt utan egen stabilitet…

Hur ser en stabil kajak ut?

I diskussioner om stabilitet pratas det mycket om skrovform, lutning på friborden, bredd, last, paddlaren vikt mm. Alla dessa faktorer påverkar i varierande mån men i grunden är det två saker som avgör: bredd och höjd. Initialstabilitet kan visas med en triangel, där basen är kajaken vattenlinjebredd och höjden är avståndet mellan tyngdpunktscentrum och vattenlinjen. Är triangeln hög och smal blir stabiliteten sämre än om den är låg och bred. Det innebär, fullt logiskt, att en bred kajak är mera initialstabil än en smal – och att skrovformen, fribordens utseende med mera har mycket mindre betydelse än man kan frestas tro.

Det allra viktigaste här är tyngdpunktens läge. En enkel matematisk uträkning visar att en kajak (520x52 cm) med en paddlare (180 cm, 80 kg) får 5% högre initialstabilitet om kajaken görs 2 cm bredare, men 14% bättre stabilitet om tyngdpunktens lägs sänks med 2 cm! Lägre tyngdpunkt åsstadkoms till exempel med lägre sits eller mer krökning (rocker) av kölen. Dessutom ger sådana åtgärder även mindre vindfång och, med och krökningen av kölen även sänker relingen, bekvämare paddelmotorik.

I praktiken blir konsekvensen att långa personer (framför allt lång överkropp) upplever mindre stabilitet än korta. Män har generellt tyngpunkten högre i kroppen och upplever därför en lägre stabilitet än kvinnor. En tung paddlare försämrar stabiliteten genom att tyngdpunkten för hela ekipaget hamnar högre. Motsvarande ökning av vikten genom att lasta tunga prylar under däck ökar däremot stabiliteten genom att tyngdpunkten sänks.

Slutstyvheten beror på helt andra saker. Höga fribord ger ökad slutstyvhet, liksom höga välvda däck med mycket volym ute vid relingarna. Bredden är i det avseendet en tveksam välsignelse: det ökar stabiliteten generellt, men med ökad bredd hamnar relingen under vatten vid mindre lutningsvinkel. Därmed kan en stabil kajak inte lutas lika mycket som en smalare utan att slå runt.

Hur mycket stabilitet är lagom?

Ja, det beror främst på paddelvana och ambition och ett entydligt svar finns inte. En nybörjarkajak är normalt rejält stabil och inte speciellt följsam. Båda sakerna gör det enklare att lära sig paddla. Stabiliteten innebär att man inte behöver koncentrera sig på att hålla sig upprätt, vilket gör det både lättare och roligare att träna in paddeltag och manövrering. Den dåliga följsamheten innebär att man inte automatiskt hamnar upp och ner när man hanterar paddeln fel. Kajaker välter sällan av egen kraft – de välter när paddlaren gör fel.

I den initialstabila kajaken kan man hålla balansen genom att låta kajaken röra sig fritt i sjöarna medan man med stöd i initialstabiliteten håller överkroppen lodrät och i balans. Även i relativt krabb sjö kan man släppa paddeln och ta på en jacka eller fotografera sina paddlarkompisar. Balansprocessen blir passiv och bygger på följsamhet och smidighet snarare än på rådiga ingripanden. Detta innebär att även ovana paddlare kan klara ganska grov sjögång, under förutsättning att de slappnar av och låter kajaken sköta sig själv. Men oavsett hur stabil kajaken är finns alltid den våg eller det felaktiga paddeltag som kapsejsar kajaken och då sker det plötsligt och utan att man kan hindra det – och när det sker är den svårare att rolla upp igen.

Men nackdelen med en stabil kajak är att balansen blir beroende av kajaken, inte av paddlaren. När en ovan paddlare hamnar i svårigheter – svallvågor från en motorbår till exempel – finns ingen backup i form av paddelskicklighet som kan lösa problemet.

En kajak med liten initialstabilitet påverkas inte av vattenytans lutning på samma sätt utan följer vågorna med mindre krängning och kan därför vara lättare för en skicklig paddlare att hantera i riktigt besvärlig sjö. Stabilitet blir en oönskad egenskap hos kajaken som innebär att kajaken blandar sig i paddlarens hantering av vind och vågor och gör det svårare att klara besvärliga situationer. Likaså bör en kajak för vana paddlare ha stor följsamhet. Vana paddlare gör sällan fel med paddeln och en ”olydig” kajak ställer till mer problem än den löser. Det blir som att ha en överambitiös men okunnig medhjälpare som försöker förekomma ens önskningar men gör fel och är i vägen.

Ovana paddlare klarar varken slätvatten eller sjögång i en så rank och följsam kajak, eftersom den kräver uppövad balans och är mer känslig för felaktiga paddelmanövrar. Men det är inte svårt att lära sig hålla balansen i en rankare kajak. De flesta kan cykla. Även den rankaste kajak som finns är betydligt stabilare än en cykel. Men visst kräver det lite uthållighet och envishet.

Stabilitet och fart

När farten ökar upplevs de flesta kajaker som mera stabila. Det beror dels på att skrovet sjunker ner en aning i sitt eget vågsysten och får större yta mot vattnet och dels på att ett skrov i fart fungerar som en lång fena (en nerfälld skädda eller ett roder bidrar ytterligare till den upplevda stabiliteten). En viss effekt har också det faktum att paddeln ger bättre stöd när man tar i ordentligt.

Många kajaker blir också mera stabila under surf, främst genom att stödytan blir större när de sjunker ner, både i sitt eget vågsysten och i den våg de surfar på.

Stabilitet och vågor

Som nämnts ovan är ranka kajaker generellt lugnare i sjögång än stabila. Stabila kajaker strävar efter att ligga parallellt med vattenytan, vilket kan ge rejäl och svårbemästrad krängning. I längden är det tröttande för musklerna kring midjan att hålla sig upprätt i en krängande kajak. Ranka kajaker påverkas mindre av vattenytans lutning och rörelserna blir därmed lugnare och mer lättparerade. En initialrank kajak med bra slutstyvhet är därför trevligare och mindre tröttande i besvärlig sjö.

I sidsjö finns en annan effekt som kan påverka upplevelsen. En stabil kajak med plan botten kan kännas rätt trygg i sidsjö genom att den sidsurfar lättare än en rank. I sidsurfen driver kajaken åt sidan och tar på så sätt kraften ur vågbrotten (det kräver förstås att paddlaren inte gör något dumt som att försöka hålla emot med paddeln på läsidan!). Det innebär att en ovan paddlare i en stabil kajak kan klara rätt grov sjö om han eller hon kan slappna av, sitta stilla och låta kajaken reda ut situationen. Det som tippar ovana paddlare i sidsjö är så gott som alltid stödtag på fel sida, varvid paddelbladet kommer att fungera som en köl och slänger runt kajaken blixtsnabbt (eftersom kajaken glider åt lä i en vågfront blir ett paddelblad på läsidan ett effektivt krokben). Felet är naturligt – ramlar man åt vänster tar man intuitivt för sig med vänsterhanden – det tar ett tag att lära sig att i sjögång använder man högerbladet för att hindra en tippning åt vänster.

En rank kajak är ofta smalare och ligger därför djupare i vattnet, och riskerar att ”snubbla” om sin köl i samma situation. Men efter ett eller ett par ofrivilliga bad lär man sig att luta in mot vågen och har sedan inga problem med detta.

Oavsett vilken kajak man sitter i eller hur den lutar eller lutas händer samma sak med en brottsjö från sidan. Vågen börjar lyfta lovartssidan, vilket lockar oerfarna paddlare till att ta stöd med paddeln på läsidan. Därefter börjar kajaken glida sidledes nerför vågfronten varvid kroppens höga tyngdpunkt och trögheten gör att man ramlar in mot vågfronten och hamnar, vare sig man avser det eller inte, i utgångsläge för ett högt stöd (under förutsättning att man inte har satt i paddeln på läsidan och slår runt!). I vridningen lyfts lä reling upp och kajaken surfar på vågens framsida. I en kajak med stor initialstabilitet kräver det lite jobb eftersom initialstabilitetn vill placera kajaken parallellt med vatteytan, men i en rank kajak är det en enkel manöver. Även i fråga om havskappsegling går utvecklingen mot mer manöverbara skrovformer. Efter ett antal tragiska olyckor i samband med hårda havskappseglingar börjar klassningssällskap och konstruktörer sakta börjar dra öronen åt sig. I extrema vågor slår tunga båtar med djup köl runt därför att de ”snubblar” över sin köl, medan flatbottnade båtar med smala NACA-kölar eller centerbord klarar sig genom surfa sidledes och på så sätt ta kraften ur sjöarna. De gamla idealen med djupa blyfyllda undervattenskroppar har därför fått ge vika för lätta grundgående konstruktioner – nya havskappseglare påminner om stora planande jollar.)

Att läsa stabilitetskurvor

Det finns en hel del information att hämta ur stabilitetskurvor. Bilden nedan visar två fiktiva kajaker.

• Höjden på kurvan visar såklart den maximala stabiliteten. Följaktligen har den blå kajaken en större upplevd stabilitet än den gröna.
• Vinkeln närmast nollpunkten visar initialstabiliteten – ju brantare, desto större initialstabilitet.
• Var toppen befinner visar hur mycket kajaken kan lutas innan den slår runt, det vill säga sekundär- eller slutstabiliteten. Den gröna kajaken kan alltså lutas mer än den blå.
• Kurvan till vänster om toppen visar den användbara stabiliteten – när kurvan vänder neråt, minskar stabiliteten med ökande lutning och man kommer att slå runt om man inte är snabb med ett stödtag.
• Det är ungefär samma yta under kurvorna – alltså under samma totala stabilitet, men lite olika fördelad.

Vad är då bäst?

Det fina i kråksången är att det inte finns en enda allena saliggörande sanning, nerskickad på stentavla till de församlade kajakpaddlarna. Det finns flera fungerande idéer som på ett personligt plan och i ett givet sammanhang kan vara bättre eller sämre. Men utan öppet sinne och vilja att prova och ifrågasätta hamnar man lätt i händerna på falska profeter. Gamle managementkonsulten Townsend sade: ”när många propagerar för samma uppfattning kan man utgå ifrån att den är förlegad. Börja då i motsatt ända och leta dig fram till en hållbar idé”.

En rank kajak kräver naturligtvis större skicklighet hos paddlaren för att hålla sig på rätt köl. Men för en duktig paddlare kan en rank kajak vara säkrare och mera samarbetsvillig – den går att använda mera offensivt i sjögång och har ett större säkerhetsområde mot kapsejsning.

En initialstabil kajak kan lutas en hel del med stöd i kajakens egen stabilitet, men eftersom en stabil kajak oftast är bred hamnar relingen under vatten vid måttlig lutning och då minskar stabiliteten radikalt. En rankare (smalare) kajak kan oftast lutas betydligt mer innan den slår tunt – och det är lättare att ligga på ett högt stöd med axlarna och huvudet i vattnet och dra sig upp igen. Lite tillspetsat kan man säga att den initialstabila kajaken har en säkerhetsområde på 40-45° medan den ranka har 180° – eller varför inte 360° (en roll är ju också bara ett paddeltag).

Ofta har ranka kajaker en stabilitetskurva som tilltalar vana paddlare. Styvheten ökar relativt linjärt med ökad lutning – tryggt och förutsägbart även om den uppmätta eller beräknade slutstyvheten inte alltid är stor i siffror.

Den omedelbara nackdelen är naturligtvis att det kräver större skicklighet att hantera en rank kajak, både på slätvatten och i sjögång. När aningslösa nybörjare luras att köpa ranka kajaker blir det därför inte sällan fel – och det trista resultatet är dessa ständigt återkommande diskussioner om att öka formstabiliteten genom flottörer och liknande (vilket innebär att den lägre initialstabilitetens fördelar försvinner), eller viktstabiliteten genom att montera blyvikter eller sandsäckar mot botten (vilket innebär att kajaken kan sjunka om den blir vattenfylld). Inte sällan hörs i debatter paddlare som betalt dyra pengar för kolfiber/kevlarskrov för att vinna 5 kg kajakvikt, för att sedan lasta in 5 kg barlast för att kunna använda den. Det är synd om människorna, sa Strindberg (fast eftersom det varit det i hundra år, är det kanske snarare rätt åt dem numera ;-)...

Jämförelsen med cyklar ligger nära till hands – behöver man stödhjul har man övergivit trehjulingen för tidigt.

Köp en stabil kajak och håll dig på lugnt vatten eller lär dig utnyttja fördelarna med låg initialstabilitet.

En initialstabil kajak når maximal styvhet tidigt, sedan planar den ut och minskar. Upplevelsen är att kajaken känns trygg till en viss punkt – sedan kapsejsar den plötsligt utan varning. Men kan man slappna av helt och låta kajaken sköta sig själv finns den gränsen bortom vad de allra flesta paddlare normalt råkar ut för.

...och vad väljer man?

Ett enkelt svar är att så länge kajaken är bättre på att hålla balansen än paddlaren kan kajaken vara rejält stabil. En nybörjare är inte betjänt av en ”lydig” kajak som direkt gör vad den blir tillsagd – det hade sannolikt inneburit åtskilliga ofrivilliga dopp. Han eller hon bör ha en kajak som lite finkänsligt ignorerar de felaktiga kommandon som en lite nervös och ovan paddlare kan hitta på, vilket normalt innebär en lite trög och tung kajak som reagerar långsamt och med lite fördröjning – ungefär som nysningssäker styrning på en familjebil.

Men när paddlaren är skickligare än kajaken då ändras förutsättningarna. Då kan kajaken med fördel lyda blint och snabbt – de kommandon som kommer förutsätts vara korrekta och ju snabbare de effektueras desto bättre kan paddlaren utnyttja sin skicklighet – vilket oftast betyder en lite rankare, lätt kajak med stor manöverbarhet.

Detta påverkar också inställningen till räddningar och säkerhet. En stabil kajak minskar risken att kapsejsa, men gör höga stöd och rollar svårare att klara. En rank kajak kapsejsar lättare men är lättare att rolla upp. Den som kan rolla kapsejsar aldrig – svalkar på sin höjd pannan ett ögonblick.

Hur mäts eller beräknas stabilitet?

När man förr mätte kajakers stabilitetskurvor, placerade man en cementklump på sitsen (tyngdpunkten ca 25 cm ovanför sitsytan) och lutade kajaken till olika vinklar med en dynamometer. Eftersom paddlare lyckligtvis bara i undantagsfall beter sig som en cementklump blir sådana mätningar ganska ointressanta för alla utom för konstruktören som med lite vana kan få information om vad som händer vid ändringar av skrovformen.

Numera gör fartygskonstruktionsprogram det mesta av det tidsödande beräkningsjobbet, men förutsättningarna är desamma – en virtuell cementklump i en hydrodynamisk beräkningsalgoritm ger precis samma fel som den verkliga cementklumpen. Därför skall man ta datorsimuleringar med en lika stor nypa salt som de tidigare mätningarna. Mättekniken är utformad för fartyg där lasten ligger fast och folket ombord väger en bråkdel av deplacementet. I en kajak är besättningen rörlig och väger fyra gånger mer än kajaken. Vidare räknar de flesta (lite enklare) stabilitetssimuleringar med inducerad krängning på slätvatten – medan en kajak definitionsmässigt nästan alltid befinner sig i grov sjö (lång, smal och med låga relingar). Vetenskaplig kajakdesign är därför en utopi – det krävs en hel del sunt förnuft, erfarenhet och paddelvana för att tolka budskapen från datorprogrammen.

0 graders lutning:

Tyngdkraften T och flytkraften F är i balans. Ingen rätande eller krängande kraft finns.

15 graders lutning:

Flytkraftens angreppspunkt har flyttats bordvarts (närmare bordläggningen) genom att undervattenskroppen är osymmetrisk och ligger utanför tyngdpunkten – en rätande kraft har bildats. Avståndet i sidled mellan flytpunkten och tyngdpunkten kallas för rätande arm – multipliceras denna med totalvikten (kajak+paddlare+last) får man det rätande momentet.

30 graders lutning:

Rätande momentet brukar vara som störst med relingen i vattenytan. Här har det börjat minska genom att vatten är på väg in över däck, men fortfarande finns lite rätande kraft kvar.

45 graders lutning:

Tyngdpunkten ligger nu utanför flytpunkten och kajaken kapsejsar (men i verkligheten hade naturligtvis paddlaren lutat sig lite åt höger och kullkastat hela teorin).

Högre eller lägre tyngdpunkt?

En viktig faktor för stabiliteten är hur högt upp tyngdpunkten hamnar. Bilden visar vad som händer när tyngdpunkten förskjuts upp eller ner. I datorsimuleringar använder man som schablonvärde 25 cm ovanför botten, men i verkligheten är variationerna stora och beror både på kölens krökning, hur sitsen är utformad, hur högt man sitter med knäna och på kroppslängd och kroppsform. Lång överkropp och breda axlar är inte något bra recept för stor initialstabilitet. Med tyngdpunkten högt blir stabiliteten sämre och ”the point of no return” nås vid mindre lutning.

En kajak känns stabilare när man lastat den full med campingutrustning. Det finns tre skäl för detta: dels beror det på att de flesta skrov har utfallande sidor och därför blir lite bredare i vattenlinjen när det sjunker ner ett par centimeter, dels på att tyngdpunkten samtidigt sänks i motsvarande grad och slutligen på att lastens (kajak plus paddlare plus packning) relativa tyngdpunkt blir lägre eftersom lasten ligger på kajakens botten. Härav följer att kajaken blir stabilare med en lättare paddlare (tyngdpunkten sänks) men rankare med en tyngre paddlare (tyngdpunkten höjs).

Ger utfallande sidor alltid större slutstyvhet?

Med utgångspunkt i en mycket initialstabil kajak ser vi vad som händer om vi förändrar skrovformen till utfallande sidor. Tre möjligheter finns:

• A: Samma totalbredd.

  Initialstabiliteten går förlorad genom att vattenlinjebredden minskar rejält. Kajaken kommer att påminna om en tävlings-K1. Men även slutstyvheten blir sämre än originalskrovet – det finns för lite volym i den del av skrovet som hamnar under vatten vid lutning. Däremot blir den aningen mera lättpaddlad genom mindre bredd och mindre våt yta. Men den går lite djupare i vattnet.

• B: Samma bredd i vattenlinjen

  Initialstyvheten är fortfarande lite sämre medan slutstyvheten har ökat något. Bredden har ökat med ett par cm liksom djupgåendet. Farten blir ungefär densamma. Stabiliteten faller någon grad tidigare genom att relingen når vattenytan tidigare p.g.a. den större bredden. Detta kan undvikas om relingen höjs men ger då obekvämare paddelvinkel (utöver vad bredden redan gör).

• C: Samma bredd på botten.

  Nu är både initial- och slutstyvheten bättre. Men priset är en så bred kajak att paddeltekniken knappast längre blir effektiv. Skall slutstyvheten hänga med till lika hög vinkel som för originalskrovet måste relingen höjas ganska rejält. C blir trögare att paddla genom större bredd i vattenlinjen och större våt yta och därmed friktionsmotstånd

Följaktligen är det inte självklart att utfallande sidor ger bättre slutstyvhet. Däremot säger nollspantets (det till ytan största spantet) form en del om fördelningen av den totala stabilitet som finns. Med vertikala sidor har man mest stabilitet vid små lutningsvinklar – vid utfallande sidor vid stora. Det finns för- och nackdelar med båda formerna.

Sålunda ger vertikala sidor:

• minimalt djupgående för en given lastkapacitet.
• maximal stabilitet, både initial- och slutstyvhet, för en given bredd.
• stabilitetskurva som har ungefär samma utseende oavsett om kajaken är fullastad eller går tom – man behöver inte vänja sig vid två olika beteenden.
• bekvämare paddelföring, närmare kajaken, för en given stabilitet.

…medan utfallande sidor ger:

• mjukare gång i vågor.
• en kajak som är lättare att rolla, hänga på höga stöd mm.
• och som är lätt och snabb olastad, men stabil och trygg med last.

Till sist hör det naturligtvis till saken att kajaker generellt har så liten bredd i förhållande till metacenterhöjden (avståndet mellan tyngdpunktens centrum och flytkraftens centrum) att bottenformen i praktiken inte har så stor betydelse – vem som helst har kraft nog att luta eller inte luta en < 60 cm bred farkost, oavsett vad havet har för avsikter. Det handlar mer om vilken typ av stabilitetskurva man föredrar och vänjer sig vid – och att inte döma ut något innan man provat.