Onderwerp: Project Snow Leopard: Ontwerp

Ik ben inderdaad bekend met dit scheepje. Net als de kronprins Haakon, R/V Sikuliaq en vele anderen (er zijn er een stuk of 40 en dit is de industrie standaard voor onderzoek in de hoge breedten). Dit is de norm in onderzoek in de arctische en antarctische gebieden. 95% van wat zij kunnen doen kunnen wij ook met ons kleine bootje. De gemiddelde aanschafprijs van zo'n schip ligt rond de 300 miljoen, terwijl wij het hebben over 4 tot 4,5 miljoen. Zij nemen 25 tot 30 wetenschappers tegelijkertijd mee en wij kunnen er 10 meenemen. Operationele kosten zijn 20 miljoen per jaar vs 150.000 per jaar. Zet dit uit op een per watenschapper basis en we hebben het over een 97% kosten reductie per wetenschapper. Kijkend naar brandstof verbruik dan hebben we het over 20.000 liter per dag tov 50 liter per dag. Zetten we dat uit op een wetenschapper per dag basis dan hebben we het over een 99.7% brandstofverbruik reductie.

Wij kunnen eigenlijk alles wat zo'n groot schip kan, met als enige uitzondering dat we een bult meer tijd nodig hebbben om op een bepaalde plek te komen als er veel ijs ligt. In ruil daarvoor kunnen we in 'silent mode' opereren, iets wat zo'n groot schip niet kan en we kunnen ook in de winter in het arctische en antarctische gebied opereren, de grote schepen kunnen of doen dat ook niet.

We hebben het dus over 97% kosten en 99.7% carbon footprint reductie voor klimatologisch, biologisch en oceanograpisch onderzoek op een 'per wetenschapper' basis.

Tijd voor een update op de ontwerp voortgang. Morgen een uitleg over alle ontwerpkeuzes met betrekking tot het opklappende en volledig verwijderbare roer.

Ben benieuwd. Als opwarmertje de oplossing van Colin Archer op de Fram. (Andere tijden

)

Erikdejong schreef :
Heel interessant.
Kun je iets meer zeggen over het schatten van de drifthoek en de invloeden die daarop van invloed zijn? Dat snelheid een rol speelt snap ik, maar is ook de lift het zwaard als verwerkt in die geschatte drifthoek?

Ik snap ook dat een bepaalde dikte van het profiel van het zwaard past bij een bepaalde snelheid. Hoe hoger de snelheid, hoe dunner het profiel kan zijn bij een bepaalde hoeveelheid (gewenste) lift. Hoe is hier "zo dun mogelijk" bepaald?
Waarom is er gekozen voor de NACA 63-010? Wat zijn de voordelen ten opzichte van een NACA0010?

Dit zou een interessante discussie kunnen worden inderdaad

Betreft “snelheid”, “lift” etc... Probeer dimensieloos, in kentallen, te denken! Over de eigenschappen van de verschillende NACA profielen raad ik je aan dit alvast te lezen. Is in Erik’s taal geschreven, dan kan het een inhoudelijke in plaats van een semantische discussie worden, mocht het complex worden
www.ericwsponberg.com/wp-conte...nd-rudder-design.pdf

Is dat artikel nog up to date? M.a.w. zijn er geen nieuwere inzichten of ontwikkeld dit zich niet op die manier?

Geen idee. Foils voor foiling boten staan er niet in, maar volgens mij zijn er geen nieuwe secties “ontdekt” na het uit de jaren ‘60 daterend NASA onderzoek waar de NACA secties uitgekomen zijn.

Vreemd eigenlijk...

@Erik

Ik heb niet alles gelezen in dit topic, wellicht is de vraag al gesteld: wat betekent het ontwerpen/bouwen van dit schip voor jouw Vendee Globe deelname aspiraties?

Nachtvlinder schreef :
Er worden nog dagelijks secties ontworpen! Een vliegtuigvleugel bestaat uit een constant verlopende sectie van basis naar tip.

Eén van de belangrijkste parameters, die je niet mag vergeten, is hoe een sectie nog presteert als het minimaal afwijkt, er een mossel op groeit, of er een dikke laag AF op zit die een beetje brokkelt. Er zijn talloze véél betere secties te bedenken, maar als die een millimeter afwijken, dan is het snel gedaan met de prestaties.

Bij de keuze van het profiel moet je dus ook je productieproces in de gaten houden; hoe veel afwijking geeft dat? "Onze" ZF methode met multiplexplanken is niet erg precies en niet geschikt voor kritischer profielen. Erik's zwaard word van plaatmateriaal aan elkaar gelast en op dit soort formaten zit je daar zo maar enkele millimeters naast.
De kiel van een mini650 word doorgaans CNC gefreest, of komt uit een cnc gefreeste mal en kan dus kritischer profielen proberen te gebruiken.

Nachtvlinder schreef :
Ondanks het risico op nieuwe beschuldigingen van semantische handigheidjes het volgende.

Wat foils voor foiling boten betreft: NACA-profielen zijn ontwikkeld voor vliegtuigen. Die in het algemeen een veel hogere snelheid hebben dan boten. Nu is water als medium veel dichter dan lucht, wat enigszins compenseert voor het verschil in snelheid, maar aangezien foil-boten aanzienlijk sneller zijn dan een waterverplaatser, kan het niet missen of binnen de huidige NACA-range zitten profielen die bruikbaar zijn voor foils.

Het is in de context van de NACA-profielen een beetje vreemd om te denken in "ontdekkingen".
De profielen zijn het resultaat van systematisch onderzoek. Daarbij zal tot op zekere hoogte van trail and error sprake zijn geweest, maar dan wel op de manier van: met kleine veranderingen herhaald meten, de resultaten vastleggen en zodoende komen tot een zekere optimalisatie. Met name de latere NACA-profielen hebben een sterk mathematische grondslag en zijn minder gebaseerd op empirische gegevens.

Het is ook een misvatting dat de NACA-profielen (allen) voortkomen uit een onderzoek van de NASA uit de jaren '60.
De National National Advisory Committee for Aeronautics bestond al in de jaren '20 van de vorige eeuw en de 'four digit series'- profielen zijn al in de twintiger en dertiger jaren ontwikkeld. De '6'-serie is van later datum, maar is nog steeds ontwikkeld door de NACA en niet door de NASA.

boarderbas schreef :
In het artikel van Vacanti/Sponberg, waar Nachtvlinder mee op de proppen kwam, wordt al op dat effect gewezen. Ongelijkmatig opgebrachte AF kan de theoretisch optimale vorm zodanig vernaggelen dat de prestaties veel minder zijn dan op grond van laboratoriumexperimenten of berekeningen mag worden verwacht.

Wat me overigens ook doet beseffen dat een vergelijkbare 'vervuiling' van een vliegtuigvleugel, door bijvoorbeeld ijsafzetting niet eens hèèl dik hoeft te zijn om al dramatische gevolgen te hebben.

Wat BB zegt over het verlopen van secties over de span van een vleugel: betreft dat dan steeds bekende NACA secties die in elkaar overlopen? Of zijn er inmiddels via CFD oid “nieuwe” secties berekend (“ontdekt” zal ik dit niet meer noemen) die zich niet als en standaard NACA profiel laten identificeren?

Die foils shapes zijn (vaak) geen NACA profielen. Het zijn complexe ontwerpen omdat inderdaad ijsafzetting, maar ook torsie van de vleugel belangrijk zijn. Ook zijn verschillende secties van de vleugel geoptimaliseerd voor verschillende snelheden en het samenwerken met kleppen/flaps/airbrakes etc. Ook moet je de velugel nog (licht) kunnen bouwen en moet er voldoende brandstof in kunnen.

boarderbas schreef :
Inderdaad. Het is ook een misvatting dat de NACA de enige was die airfoils ontwikkelde.
Zelfs voor de tweede wereldoorlog waren er ook op andere plaatsen in de wereld initiatieven op dit gebied.

Sterker nog: de NACA werd in het leven geroepen omdat men in het begin van de 20e eeuw in Amerika constateerde dat de VS op het gebied van luchtvaarttechnologie achter liep bij Europa.

Inmiddels schijnt het niet ongebruikelijk zijn om bij de ontwikkeling van een nieuw vliegtuig ook een of meerdere airfoils te ontwerpen, speciaal voor dat vliegtuig.

Zelfs het ontwerpen van wieken voor windmolens is aanleiding tot onderzoek naar nieuwe profielen.

Is de NACA 00xx serie die wij als “default” gebruiken voor onze zelfbouw roeren en kiel-plamuur-projecten dan nog steeds de meest robuuste keuze?

Zwaardopzee schreef :
Inderdaad.
Het is andersom.

Nachtvlinder schreef :
Daar lijkt het voor ons amateurs wel op ja.
Goed genoeg en eenvoudig te maken.

Nachtvlinder schreef :
Nee, voor kielen/ midzwaarden een wat slankere gebruiken,
NACA 6-nog iets

We liggen Eriks draadje wel lekker te verzieken...Afsplitsen denk ik?

Ok normaal NACA 00XX dus....maar hoe zit dat met al die dubbele roertjes, ik gok dat die symmetrisch zijn..zou niet moeten of zie ik ze niet voor vol aan?

Erik kiest voor 63-010, net als It Paradyske. Zou jij dat ook doen? Direct na een overstag is de AoA groter dan wanneer eenmaal op snelheid. In golven of bij kleinere boten (die meer stampen bij die golven) speelt dat nog meer. Zou je daar rekening mee houden, of meer naar de eindsituatie kijken? Een boot die alleen maar kruist op smal vaarwater of kortebaan wedstrijden vaart, zou best wel eens gebaat kunnen zijn bij een kiel die het goed doet bij grotere AoA, kan ik mij voorstellen. Gebeurt dat ook, of kijken ontwerpers meer naar optimalisatie van de eindsituatie?

It Paradyske schreef :
Theoretisch is er inderdaad reden om bij een kiel of een zwaard voor iets anders te kiezen dan een NACA 00XX.

De NACA 00XX profielen hebben de grootste dikte iets dichter bij de voorrand van het profiel liggen dan de profielen uit de '6' serie. Daardoor zijn ze iets minder gevoelig voor 'overtrekken' (stalling) dan de '6' serie.
Omdat de invalshoek bij zwaarden en kielen relatief klein blijft (zeker in vergelijking met roeren) mag bij die profielen de maximale dikte verder bij de voorrand vandaan liggen. Bij '6 ' profielen is dat iets van 35 %, geloof ik (bij de 00XX-serie 30 %).

Maar of de profielen uit de '6' serie bijvoorbeeld bij dezelfde invalshoek ook meer lift leveren dan de 00XX-serie is mij niet duidelijk.
Voor een objectieve vergelijking zou je profielen met dezelfde dikte moeten gebruiken. Er is namelijk ook een verband tussen lief, snelheid en dikte (percentage van de koorde) van het profiel.
In theorie zijn profielen waarvan de de maximale dikte verder van de voorrand ligt beter geschikt voor hogere snelheden dan de 00XX.
Ik weet niet waar in dit verband het optimum ligt.

Nachtvlinder schreef :
Ik denk dat de keuze tamelijk arbitrair is. Ik weet ook niet of je aanname dat de invalshoek groter is, net nadat een boot overstag is gegaan, correct is.

Het zou best eens zo kunnen zijn dat verschillen tussen 0010 en 63-010 zo goed als wegvallen als gevolg van een uitvoerings-onnauwkeurigheid of dikteverschillen in de AF.

Het belangrijkste lijken mij een goed gevormde voorrand en een zo dun mogelijke achterrand. Beiden zaken die sterk uitvoeringsgevoelig zijn en turbulentie kunnen oproepen. Als je dat grotendeels kan vermijden ben je al aardig spekkoper.

Eens. Benieuwd hoe Erik jouw vraag beantwoord; hoe dat ontwerpproces eruit ziet.

Baasklusje schreef :
'percentage van de koorde' snap ik ook niet in dit verband.

Profiel optimalisatie bij de boot is een keuze die je moet maken, ik wil je best de profielkeuzes in een diagram laten zien bij een specifieke boot in verschillende omstandigheden. En dan moet je dus gaan kiezen. Om voor elke wedstrijd een ander profiel te kiezen afhankelijk van de koers is wat ver gezocht, dus meestal een compromis. Dat alles met alles te maken heeft... ja dat is zo, maar is ook theoretisch. En voer voor eindeloos wikken en wegen. Praktisch is hoe snel vaar je de wedstrijd solo, of niet, met je handicap.

Zwaardopzee schreef :
De dikte wordt in het profielnummer weergegeven als een percentage van de koorde. Een NACA 0012, bijvoorbeeld, heeft een dikte die 12 % van de koorde bedraagt.
Als je weet wat de koorde van een kiel- of roerprofiel is, dan zou je het nu moeten snappen.

Hoop vragen over wat voor profiel ik ga gebruiken en waarom.

De vraag heeft veel antwoorden maar helaas is geen enkel antwoord is correct omdat de materie te complex is om het correct te kunnen benaderen. In de scheepsbouw wereld noemen we de selectie dus ook wel kookboek ontwerpen. Een stapel ingredienten en dan verteld het kookboek welke ingredienten het belangrijkste zijn om tot een bepaald ontwerp te komen.
Bijna alle aspecten (ingredienten) zijn in dit draadje al genoemd: gevoeligheid voor afwijking van gespecificeerd profiel, continue wisselende aansnijdingshoek, wisselende snelheid, wisselende drift hoek, wissellende helling, relatieve snelheid van het profiel door het water, aspect verhouding van het profiel, skew (ik weet niet wat het Nederlandse woord is daarvoor, het is hoe ver je van vertikaal zit in het zij aanzicht), deels in opgetrokken toestand varen, eindplaat effect, fysieke volume van het profiel ivm het lood wat er in moet en zo laag mogelijk moet zitten, het naar beneden toe taps weg lopen an het profiel in het zijaanzicht, torsie en buiging van het profiel. Kortom er zijn veel aspecten die invloed op de eigenschappen hebben, sommige meer als anderen en sommige zijn op Snow Leopard wel van toepassing en andere juist weer niet.

Zelf start ik het ontwerp van kiel (en roer ook) met het schetsen van de geometrie. De oppervlakte van de kiel is een bepaald percentage van het zeiloppervlak. De rest van de geometrie komt dan min of meer vanzelf als je maximale diepgang hebt vastgesteld. De maximale diepgang voor Snow Leopard is niet super relavant, hoe dieper hoe beter want het is immers een klap kiel. Er zijn echter praktische limieten, maximale maat van de zwaardkast, belasting op het hydrauliek om de boel omhoog te trekken, mogelijkheden tot onderhoud, mogelijkheden tot inklemming, bijkomende slijtage van het ophaal mechanisme en de lagers etc.

Als eenmaal de geometrie vast ligt volgt het selecteren van 4 geschikte profielen voor de relatieve snelheid die op het ontwerp van toepassing is. Ik schrijf hier bewust relatieve snelheid, want je bent niet geintereseerd in de snelheid van de boot, maar in de reistijd van een waterdruppel om van de voorkant van het profiel naar de achterkant van het profiel. Een smal en diep profiel heeft dus een veel hogere relatieve snelheid in vergelijking met een lang en ondiep profiel bij dezelfde bootsnelheid. Dat is waar mijnheer Reynolds om de hoek komt kijken. In ons geval hebben we echter een opklappende kiel wlke ook met behoorlijke regelmaat deels opgeklapt zal zijn. Dit betekend dat de kiel als het ware diagonaal in het water hangt en dat de relatieve snelheid endergelijke opeens heel anders zijn.

Ik heb dus een lijstje gemaakt met profielen welke geschikt zijn voor de bepaalde relatieve snelheid, vergevingsgezind zijn voor bouwafwijkingen, niet te veel in verwarring raken als de aansnijdingshoek opeens drastisch veranderd (van een golf afvallen en zo), lekker veel volume hebben voor hun gegeven weerstand en welke niet te gecmpliceerd zijn om uit een dikke zware stalen plaat te maken. De 63-010 kwam daar als het meest veelzijdig uit. Niet de meest optimale, maar het meest vergevingsgezind voor deuken, bouwafwijkingen en variabele snelheden.