Onderwerp: Project Snow Leopard: Ontwerp

Dat was mij al duidelijk.
(mijn was niet bedoeld al negatieve afwijzing)
Bij de renovatie van ons huis mikken wij op een minimalisering van ons gebruik van fossiele brandstoffen.

Gepost met de officiële Zeilersforum-app

IJsvrije poolzee is nog wel een jaartje of 30 in de toekomst en is in den beginne alleen in de zomer. In de winter zal het zeker nog wel bevriezen voor laten we zeggen de komende 100 jaar. Eea uiteraard afhankelijk of we de opwarminng kunnen afremmen. Zelf heb ik overigens wel de theorie dat als we gewoon doodleuk doorgaan met het opmaken van fossiele brandstoffen dat we dan binnen die 100 jaar alle carbon reserves die de aarde over miljoenen jaren heeft opgeslagen volledig op gemaakt hebben en we dus geen CO2 kunnen produceren, zelfs als we dat al zouden willen. Of de aarde dan nog leefbaar is blijft nog de vraag natuurlijk.

Wellicht komen we dan in het scenario wat uiteindelijk het beste voor de aarde is; het uitsterven van de mens.
Ik ben geen doemdenker maar me wel bewust dat de, door de mens verheerlijkte, industriële revolutie het punt is waarop het bergafwaarts begon te gaan voor de aarde.



Gepost met de officiële Zeilersforum-app

Dat ben ik wel met je eens. Het is natuurlijk ook zo dat het de aarde simpelweg niets kan schelen. Zo waren ooit de dinosauriërs dominant, met grote gevolgen voor het ecosysteem. Meteorietaanslag(en) maakten daar abrupt een einde aan. Heftige ijstijden zorgden voor het uitsterven van dierlijk leven. Hele warme periodes hadden ook extreme gevolgen voor de planeet. Natuurlijk brengt de mens, door zijn succes als soort, schade toe aan de aarde. Maar eventuele "neergang" door de mens zal dus ook tijdelijk zijn (op de tijdsschaal van onze planeet). Dat wil niet zeggen dat we geen actie moeten ondernemen natuurlijk.

Het kielontwerp.

De kiel is de drift beperker van de boot en zorgt in grote mate ook voor de stabiliteit. Een optimale kiel heeft minimale weerstand en maximale lift om op die manier de drift te beperken. De vorm van de kiel luisterd erg nauw om het zijn werk zo goed mogelijk te laten doen. Dit zit hem voornamelijk in de geometrie, zowel in het laterale aanzicht, frontale aanzicht alsook de doorsneden. De complicerende factor voor Snow Leopard is ook dat de kiel volledig intrekbaar moet zijn om geen problemen te creeren als de boot omhoog gedrukt word kruiend ijs. Vertikaal omhoog trekken is hydrodynamisch gezien het mooiste, maar dit is ook tevens de meest kwetsbare methode omdat de kiel niet weg kan kantelen tijdens een aanvaring met ijsblokken, boomstammen of rotsblokken danwel ondieptes die niet op de kaart staan. We moeten dus helaas kiezen voor een kiel welke in het zijaanzicht weg kan klappen.

Met deze configuratie zitten we al snel aan een maximale koorde lengte van 1.70m vast ivm de vormgeving van de boot. Bij de te verwachten algemene snelheden van de boot (7 tot 10 knopen aan de wind, 8 tot 11 knopen met kleine knik in de schoot) heb ik het oppervlak van de kiel vast gezet op 1.5% van het aandewindse zeiloppervlak. Het effectieve zeiloppervlak komt op ongeveer 375m2 te liggen op de aandewindse koersen, dus dat geeft een ideaal lateraal kieloppervlak van 5.6m2. Dat geeft dus een diepgang onder de romp van 3.30m. De romp zelf is al 1.25m diep, dus de totale diepgang op de ongeladen waterijn komt op 4.55m diep. Echter als de boot volledig volgeladen is dan komt deze 70cm dieper te liggen en word de maximale diepgang 5.25m. Dit is zeker niet de meest ideale diepgang, maar het is wat de boot nodig heeft om knap te zeilen. Op de momenten dat we minder diepgang nodig hebben kunnen we met een deels opgetrokken kiel varen. Dit maakt de kiel aanzienlijk minder effectief en het brengt het lateraal punt naar achteren. Er moet in die situaties dus in de voordriehoek gereeft gaan worden om de boot in balans te houden. Gebaseerd op statistieken uit het verleden verwachten we dat dit slechts minder dan 3% van de tijd voorkomt, dus daar gaan we gewoon mee leven.

De aller belangrijkste functie van de kiel is de drift beperking, je wilt dus zoveel mogelijk lift creeeren met zo min mogelijk weerstand (drag). Er zijn letterlijk honderden verschillende kiel profielen met daarop weer oneindige variaties in hun profiel dikte en allen hebben hun eigen karakteristieken. Het is dus de kunst om het juiste profiel voor jouw boot te vinden. Een van de belangrijkste parameters is de langsscheepse positie van de grootste dikte. De standaard profielen nemen die op basis van stappen van 5% van de koorde lengte. Hoe kleiner de aansnedehoek van het water met de kiel, hoe groter de lift met de dikte verder naar voren. In andere woorden betekend dit dat als de boot weinig drift heeft, dat de grootste dikte verder naar voren kan. De drifthoek word voor een groot deel bepaald door de snelheid van de boot. De Snow Leopard is een lange boot (25m LOA) en deze loopt dus vrij makkelijk rond de 9 tot 9,5 knoop aan de wind. De drifthoek is dus redelijk beperkt. Dit zorgt voor een geschatte drifthoek die rond de 3 tot 3,5 graad blijft. Het optimale profiel heeft zijn grootste dikte dan op 30% zitten en is zo dun mogelijk. Ik heb dus gekozen voor een NACA 63-010. De 6 staat voor het vorm verloop, de 3 staat voor de grootste dikte op 30% van de koorde en de 010 betekend dat de totale dikte van de kiel 10% van de lengte van de koorde bedraagd. In ons geval dus 17cm dik.

Gevormt metaal is de makkelijskte en goedkoopste constructie methode voor one-off kiels. De boot zelf word van aluminium, maar de kiel komt verder niet in contact met de romp en de kiel willen we zo zwaar mogelijk hebben. Daarnaast gaat deze kiel redelijk vaak op een hardhandige manier in aanraking komen met harde objecten en dan is aluminium niet het meest geschikte materiaal. De kiel gaat dus van staal gemaakt worden, lekker degelijk en lekker zwaar, maar wel een paar laagjes verf erop.

Het grote probleem met een boot met een 'midzwaard' achtige kiel is dat het een ongelofelijke nachtmerrie is om de kiel uit de kielkast te halen voor onderhoud. In ons geval zou dat inhouden dat we de boot bijna 2m hoog moeten opbokken om de kiel uit de kielkast te laten zakken voor onderhoud. Met een boot van 25m en rond de 100 ton zwaar zie ik dat op de meeste werven niet op een veilige manier gebeuren zonder het zelf aanleveren van speciale bokken. De kiel moet dus op een betere manier verwijderd kunnen worden. Daarnaast houd ik niet van bewegende verbindingen onder water. Een kielpin die door de kiel en de kielbox gaat met een moer binnenin de boot is dus wat mij betreft geen optie.

Het idee is dus opgekomen om de kielkast L-vormig uit te voeren. De normale kielkast die nodig is om de kiel omhoog te kunnen klappen, maar dan een extra schacht er boven die naar het dek doorloopt zodat de kiel met een kraan zo uit de kielkast kan worden getilt door een opening in dek. Dit kan dus gebeuren met de boot nog in het water. Het enige nadeel is dat we een kade nodig hebben met redelijk wat waterdiepte. De kiel gaat voorzien worden van een aangelaste pin aan beide zijden welke in een groef in de kielkast naar beneden kunnen glijden om zo de kiel op de juiste plek te houden. Hier onder een tekeningetje om het princiepe duidelijk te maken:






Wat volgt is een gecompliceerde excercitie om een geschikte balans te vinden tussen gewicht, zwaartepunt, draaiweerstand in de lagers, maximale kracht op het hydrauliek, dikte van de haallijnen en de krachten op de veiligheidsrem.

De stalen kiel zelf weegt zo'n 2600 kg en om een juiste balans te vinden kan ik er 2000 kg lood aan toevoegen in de onderste 65cm. Dit zorgt voor een nog acceptabele lagerdruk en weerstand zonder zaken absurd groot te hoeven maken en het houdt de diameter van de dyneema lijnen onder cruciale dikten voor schijf diameters en dergelijke. We kunnen dus een dyneema lijn van 26mm gebruiken (SK78) en de hydraulische cilinder blijft beperkt tot 23 ton drukkracht met een duw-lengte van 950mm.

Dit zijn nog steeds allemaal onwerkelijk grote waarden, maar de boot zelf word ook gigantisch (naar mijn maatstaven dan) om een beetje een beeld te schetsen is hier een plaatje van de kiel met een persoon van 1.80 er naast...

Het ophaalmechanisme en de veiligheidsrem zijn ook nog een flinke doordenker geweest. De kiel zelf hangt onder water en ik vind het geen prettig idee om de hydrauliek in het water te hebben hangen waar aangroei en corrosie vrij spel hebben. Daarnaast wil de kiel met een aavaring met de bodem of een stuk ijs omhoog klappen en dat zou enorme vloeistof verplaatsingen eisen van de noodventielen op het hydrauliek. Daar bovenop wil je ook dat de kiel niet met een klap naar beneden komt donderen als de 'ondiepte' voorbij is. De kiel moet dus in de stand blijven staan waar deze door de aanvaring in gedrukt word.

De kiel word dus met behulp van een dyneema lijn omhoog getrokken, die geeft immers geen tegendruk als de kiel ongewenst omhoog komt. Een hydraulische cilinder die de dyneema lijn op spanning brengt zorgt voor het omhoog halen van de kiel. Om slijtage en breuk voor te zijn word de lijn uiteraard dubbel uitgevoerd. Met een lijn doorvoer door de kielkast heen welke ver genoeg boven de waterlijn zit blijft de hydraulische cilinder mooi binnen in de boot hangen.

Dan is er nog de vallende kiel na een rol van 90+ graden of als de kiel naar beneden wil vallen als deze de spanning van de dyneema lijnen heeft gehaald als deze de grond heeft aangeraakt. Daarvoor gaan we een bandrem gebruiken over de top van de kiel. De bandrem word door een paar sterke veren op spanning gehouden en de band heeft een kleine hydraulische cilinder welke de uitgeoefende druk van de veren kan opheffen en zodoende de spanning van de remband af kan halen. De rem staat er dus altijd op tot de hydraulische pomp druk begint op de bouwen om de kiel omhoog of omlaag te laten bewegen. Deze kleine cilinder staat in hetzelfde circuit als de grote cilinder welke de kiel doet bewegen. De rem staat er dus altijd op en de kiel kan door de rem heen gedrukt worden door extreme krachten. De kiel blijft echter hangen waar deze is zodra de externe krachten opgeheven zijn.

Indrukwekkend. En leerzaam dat je dit proces deelt!

Wat een enorm ding, die kiel! Leuk om de ideeën en overwegingen achter een ‘iets’ grotere schaal zeilboot, nou ja, zeilschip te lezen!
En uiteraard erg verstandig dat je zo min mogelijk bewegende delen/scharnieren/cilinders enz onder water wilt hebben, het kost veel onderhoud en gaat uiteindelijk toch OF stuk OF vastzitten.

Zijn jullie nu ook al echt aan het bouwen?

Leuk, en heel erg vergelijkbaar met mijn eigen verzinselen. Alleen heb ik gekozen voor hout als materiaal. Reden hout breekt en is dan 'weg', metaal buigt/knikt en dan heb je een probleem.
Al zijn mijn zwaarden wel ietsjes dunner (5cm) En ik heb er ook al eentje gebroken. Nou is 17cm best dik en sterk natuurlijk, maar je bent niet bang voor vervorming?

ReinierZeilt schreef : Ja

rooiedirk schreef : Ik ben niet echt bang voor vervormingen. De kiel word van drie lagen staal van net geen 13mm dik, een stuk massief rond van 60mm in de voorkant, een stuk massief van gevormd 30x300mm in de achterkant en dan nog 3 vertikale platen van 20mm er dwarsscheeps doorheen om de buiging op te vangen. Er kan enkele honderden tonnen aan dwarskracht op komen voor er iets kapot gaat. Ook de lagers zijn daarop berekend. De romp zal eerder ronddraaien dan dat er iets met deze kiel gebeurt.

Overigens heeft de boot de kiel niet nodig voor stabiliteit. De boot kan dus nog gewoon varen/zeilen als de kiel er onverhoopt toch vandoor gaat of afbreekt, alleen zal de boot een draak worden om wat hoogte te kunnen maken.

Erikdejong schreef :
Gaaf! Ga je ‘ons’ hier ook nog van het bouwtraject mee laten genieten met verhalen en foto’s, of ligt dat niet in de planning?

Mooi!!
Verf op een midzwaard? ( het puntje dan)
Nutteloos
Naca 063-010 klinkt bekend, hebikook.

Erikdejong schreef :
Dit vind ik heel mooi bedacht. Mocht dat een probleem zijn, om een kade de vinden met voldoende waterdiepte voor die operatie, zou het dan mogelijk zijn om in dieper water alvast de kiel een stukje te hijsen en in die stand te borgen met de middelen die je aan boord hebt?

ReinierZeilt schreef : Uiteraard, maar alles op zijn tijd...

Knoet schreef : Dat moet wel lukken denk ik. De kiel weegt in totaal 4600 kg en dat komt redelijk overheen met de spanningen die ik op de vallen van de grootzeilen verwacht. De kielkast zit ongeveer halverwege de twee masten en in tandem hijzen met twee vallen (een van iedere mast) zou dat best moeten kunnen. Overigens heeft de kiel ook ruim 1600 liter volume en weegt onder water dus bijna 1700 kg minder.

Onwaarschijnlijk interessant om te volgen!
Hoe wordt de as van de kiel geborgd bij het draaipunt? Dus om de kiel te behoeden voor zijwaarts bewegen.

De bovenste anderhalve meter van de kiel heeft een platte kant aan beide zijden, de kop is dus als het ware rechthoekig. Er komen glij lagers tussen die platte kanten en de kielkast en de kiel word naar binnen gelaten met zo min mogelijk speling tussen de lagers. Hoeveel die speling exact gaat worden zal met trial en error vastgesteld worden. De kop van de kiel is slechts 32cm dik en dus anderhalve meter hoog. Dat op zichzelf is al voldoende om te voorkomen dat de kiel zijwaarts kan weg draaien. Maar evengoed komen er aan beide kanten over de as nog een paar halve maan vormige blokken ook met een glijlager daarin welke de as naar beneden gedrukt houden. Die blokken worden met een paar flinke bouten op hun plek geoden. Dit is voornamelijk om de kiel op zijn plek te houden als de boot onverhoop meer dan 90 graden zou overhellen.

super indrukwekkend Erik! Ik ben onder de indruk van de gedegen aanpak, en al het mooie denk- en ontwerpwerk wat er aan voorafgaat.

Erikdejong schreef :
Als de kiel altijd tegen kantelen wordt beschermd door de bandrem, hoe werkt dit dan bij een aanvaring? Wil je dan niet juist dat de kiel (zonder alteveel weerstaand) omhoog klapt?

Groeten,
Johnnie

Erikdejong schreef :
Gefeliciteerd!
Ik kan niet wachten op de eerste foto's:-)
Erg indrukwekkend allemaal. De methode om de kiel te kantelen en te remmen klinken allemaal simpel in uitvoering maar daarin zit volgens mij juist de moeilijkheid.
Kom er maar eens op en zie het maar eens praktisch uit te voeren. Petje af!

Gepost met de officiële Zeilersforum-app

Hoe wordt het schip door ABS eigenlijk geclassificeerd? "Special purpose" schip, zeilend vrachtschip, ...?

trotti schreef : De kiel heeft ook een behoorlijk volume en weegt onderwater zodoende maar 3,5 ton. De rem hoeft niet meer dan 3,5 ton omhoog te houden, en zelfs daarmee mag de kiel nog langzaam naar beneden zakken. De rem is immers niet meer dan een veiligheid om te voorkomen dat de kiel met een klap weer naar beneden lazert en daarmee een gigantische schokbelasting veroorzaakt op het hydrauliek en de haal-lijnen. De rem is niet bedoeld om de kiel in positie te houden, maar eigenlijk alleen maar om het te vertragen. De hardste aanvaringen zullen plaats vinden met rotsen en andere harde objecten, en die raken de kiel op ruim 5m diepte, de arm van het moment is dus gigantisch en daardoor de kracht maar relatief klein om de de overbelasting van de rem te genereren.

JotM schreef : Als aluminium schip met nog diverse andere sub-notaties zoals research ship, noise levels engine room (Silent mode), comfort voor opvarenden, Polar Class etc. Alle exacte sub notaties zijn we nog over in vergadering.

Mijn bijdrage aan je project is slechts het tonen van een schip dat je zeker wel kent.