Onderwerp: Project Snow Leopard: Ontwerp

Moderator hoedje op: Al het off-topic gezever en op de man spelen over en weer verwijderd. Hoort hier niet thuis.

Wadloper schreef : Schatten is inderdaad het juiste woord hier. Echt berekenen kun je het niet. Je kunt met CFD's aan het werk gaan, maar dat is kostbaar en tijdverslindend. Om eerlijk te zijn ga je het verschil tussen het ene of het andere profiel ook niet echt kunnen meten. Als het heel erg fout is dan merk je het wel, maar als het in de juiste bandbreedte van profielen zit dan ga je het verschil niet merken tussen een 0010 of een 63-010 of een 65-010 Of zelfs een 63-015.

De drifthoek word veroorzaakt doordat je tuigage naast een voorwaartse componente ook een zijwaardse component genereerd (helling is daar ook een gevolg van). Deze componenten zijn vrij goed in te schatten. De uiteindelijke dwarskracht waarmee de romp opzij gezet gaat worden is dus min of meer bekend. De romp zelf heeft weerstand tegen zijwaarts wegglijden, zij het dat dit minimaal is bij de ronde vorm die wij willen gebruiken om in het ijs te kunnen overleven. Dat minimale is toch wat in te schatten door een CW waarde toe te kennen om de weerstand tegen zijwaards wegglijden te schatten. Lift opwekken doet een rompvorm als deze niet en die component kan dus buiten beschouweing gelaten worden. Alle driftbeperkign komt dus uit de kiel en voor een deel ook uit het roer. Je kunt voor de gekozen kiel geometrie een grafiekje uitzetten met daarin weerstand en lift uitgezet tegenover aansnijdingshoek van het profiel (de drift) De lift moet gelijk zijn aan de dwarskracht dus uit het grafiekje kun je dan aflezen bij welke aansijdingshoek de lift evengroot is als de dwarskracht, dat is je drifthoek.
Ook hier gaat het weer over schattingen. Zie het bijvoorbeeld als een zeil. Als je de schoothoek van de genua met een barberhauler meer naar binnen trekt zodat de hoek van het zeil tov het hart van de boot kleiner word, dan kun je hoger aan de wind varen. De voortstuwende kracht van het zeil word echter ook minder daardoor en de dwarskracht naar lei word er groter van. Dit heeft als gevolg dat de boot heel langzaam versneld (metveel drift) als de boot stil gewvallen is of als die word afgestopt door golven. Met een kiel werkt dat net zo, hoe makkelijker de boot op snelheid komt en hoe hoer de relatieve snelheid, hoe dunner het profiel kan. Er zijn veel seriematige sleeptank testen gedaan en daaruit zijn tabellen voortgekomen met indicaties welke profielen (en dikten daarvan) het meest optimaal presteren onder welke omstandigheden.

Een goed boek (maar erg droog) is 'Theory of Wing Sections' door A. E. von Doenhoff en Ira H. Abbott. Indien geintereseerd kun je die voor nog geen 10tje kopen op bijvoorbeeld Abebooks.com Wederom: erg droge stof.

Evaluationcopy schreef : Uitgesteld, nog niet afgesteld.

Wadloper schreef : Dat is nog een ander aspect wat ik nog niet genoemd had. Een boot die bedoeld is om veel mee te kruizen en met korte slagen, word over het algemeen geoptimaliseerd voor een lagere relatieve snelheid zodat de drifthoek minder word tijdnes het overstag gaan. Je ziet op die boten ook vaak slankere kielen omdat die zorgen voor minder snelheidsverlies als je overstag gaat. Voor onze boot echter niet interessant om in het ontwerp mee te nemen, gemiddeld gaan we waarschijnlijk nog niet eens 2 keer per 500 mijl overstag.
Correct, die vallen zodanig in dezelfde reeks dat je in de praktijk het verschil niet zult kunnen meten. Bij ons gaat de kiel ook behoorlijk op zijn donder krijgen met aan de grond lopen, ijsbokken die er tegenaan rammen en ga zo maar door. Er zullen dus best wat deukjes in komen. Voeg daar aantoe dat de vorm vanaf de bouw al niet volledig correct is omdat we het uit plaat materiaal gaan samenstellen en je ziet al dat er behoorlijk van het officiele profiel afgeweken word.
De voorste 10% doet inderdaad heel veel, met name in lichtweer. Die moet dus tijdens de bouw ook de meeste aandacht krijgen. De achterrand zo dunmogelijk is theoretisch juist, maar werkt in de praktijk maar matigjes. De boel gaat namelijk enorm resoneren daardoor. Meestal word een ancter rand een milimeter of 3 tot 5 dik gehouden. Soms met een kleine afschuining naar 1 kant welke op halve hoogte gewisseld word naar de andere kant. Pas bij hele snelle boten of extreem slanke finnen komt dat kritischer te liggen.

Nachtvlinder schreef : Robuust is niet hoe ik het zou omschrijven, het meest veelzijdig en vergevingsgezind is waarschijnlijk een betere woordkeuze hier. Er is een grotere marge voor fouten (te veel drift, te weinig snelheid, turbulentie in golven etc) zonder desastrueze gevolgen voor het doel: lift genereren met zo min mogelijk weerstand.

Het meest optimale dus, voor jouw wensen. Je kiest voor een vorm die onder jouw doel en omstandigheden het beste dient. Dat is en robuust en veelzijdig, kortom; optimaal.

Nog een laatste m.b.t. asymmetrie; sommige wedstrijdboten hebben de kiel asymmetrisch geshaped om over bakboord hoger te kunnen varen dan stuurboord. Immers is het vlak na de start cruciaal om hoogte te kunnen varen; je hebt loefrechten en iemand die je hoogte niet haalt kun je dan wegdrukken. Omgekeerd; vaar je achter iemand die hoger kan varen, dan val je in zijn vuile wind en word je gedwongen overstag te gaan. Het startrak is racebepalend.

Heel slim, en doordacht. Dit zijn de profiel overwegings keuzes bij de Javelin.

Als het van WL, ZoZ en BK even tussendoor mag, heb ik een on-topic vraag:

Bij sommige zwaardboten kun je het zwaard verwijderen... Komt het voor/is het toegestaan/is het zinvol om van zwaard(profiel) te wisselen nav omstandigheden (type baan, golfslag)?

Nog meer on-topic, voor Snow Leopard moet je daarvoor wel even iets met een hijskraan regelen.

Zwaardopzee schreef :
Mmm. Bij het gekozen profiel neemt C_d direct toe boven een AoA van 3°. Als ik naar de grafiek kijk is het 63-010 profiel volgens mij eigenlijk het minst vergevingsgezind.
Dus ik vermoed dat Erik een andere informatiebron heeft dan jij.

@Erik:
Heb je ook een "doos" met vlakke zijkanten en een netjes vormgegeven LE en TE overwogen? Dat is iig een stuk eenvoudiger te produceren uit plaatstaal.

Dan nog (van een tijdje geleden):
Erikdejong schreef :
Iets in deze richting schreef je al eens eerder. Is dit omdat je nog oude doorlopende licenties van beide pakketten hebt?
Want anders kan ik de combinatie niet zo goed volgen.
(Dan zou ik naast SolidWorks geen AutoCAD (LT) gebruiken, maar DraftSight (ook uit de Dassault-stal en levert ook DWG-bestanden op), dan ben je bij een normale licentie volgens mij goedkoper uit dan met AutoCAD (LT))

boarderbas schreef : Wij deden altijd vergelijkbare trucjes voor kortebaan wedstrijdboten. Zo hadden we op de kolibri de bbm bijvoorbeeld omgehangen van wat standaard was zodat er meer gewicht aan BB hing zodat we rechterop en dus harder en hoger konden varen. Ook de kiel was licht asymmetrisch gevormt.

Op Snow Leopard niet zo heel interessant overigens, die boot zal niet gebruikt worden voor wedstijden en al helemaal niet voor korte baan

JotM schreef : De belangrijkste variabele staat er niet bij: lift. De lift neemt namelijk ook toe met het vergroten van de aansnijdingshoek. Dus met E1161-24 zit je met een bepaalde dwarskracht zo op de 6 graden drift voor de Javelin, met de 63-010 kom je dan waarschijnlijk net aan op 3.5 graad uit. Dus minder weerstand bij dezelfde dwarskracht en daarbij ook nog eens een kleinere drifthoek.
Dat gaat wel heel erg veel plamuur vergen om daar een knappe vorm in te krijgen. Zo heel moeilijk is het niet om een kiel vorm uit staal te maken. De foto's zullen wel volgen.
AutoCAD heb ik nu ruim 20 jaar mee gewerkt en dat heeft geen geheimen meer voor me. Voor een job die ik een jaar of 10 terug heb gedaan moest ik leren werken met SolidWorks. Het duurt maanden van voltijd werk om software goed onder de knie te krijgen. Die tijd heb ik me niet gegund. Ik heb inderdaad nog een oude licentie van Solidworks waar ik nog een jaar of 4 mee mag werken en van AutoCAD heb ik een licentie welke 11 USD in de maand kost. Ik kan er alles mee doen wat ik er mee wil doen en mijn zelf aangelegde biblotheken met onderdelen zijn direct te gebruiken zonder dat er eerst dingen gemanipuleerd moeten worden.

@Jotm, dit is de kiel voor Bagheera:

Plamuur?
Ik bedoel, op de voor- en achterkant na, gewoon plat laten.
Ik zou denken dat je best knap een paar vlakke platen op een frame weet te lassen, toch?

Maar waarom zou je dat willen?

Dit is een andere. Het is gemaakt met het Open source programma x-foil.

Op de X-as zijn de invalshoeken uitgezet, die varieerden tussen 0 en 6 graden. Op de Y-as zijn de weerstandscoëfficiënten, die het resultaat zijn van de weerstand, genormaliseerd met de dynamische druk van de stroming (0,5 * dichtheid * snelheid) en de oppervlakte. Dit betekent dat de weerstandscoëfficiënten direct kunnen worden vergeleken. De grafieken zijn de curven van de weerstandscoëfficiënt van het respectieve profiel.

Erikdejong schreef :
Waarom niet?

Zwaardopzee schreef :
Een paar wetenschappers, waaronder Lars Larsson (je weet wel), is met XFOIL (en daarna met een RANS solver) lekker losgegaan op "doos-foils met een sjiek randje" en kwamen tot conclusies waardoor ik denk "waarom ook niet?"

www.mdpi.com/2077-1312/8/9/677/htm

JotM schreef : Omdat het aanzienlijk meer laswerk is als een normale NACA, tenzij je platen gaat buigen, maar dan kun je net zo goed een NACA maken.

Deze studie was ik nog niet mee bekend, dank voor het delen.

Ik heb het nog niet in detail bestudeerd, maar alleen vlug de inleiding en de conclusie gelezen (ik kan het dus verkeerd interpreteren). Gebaseerd op de conclusie alleen hebben ze gekeken naar de drag en de lift verder buiten beschouwing gelaten en uiteindelijk heeft het zwaard/kiel maar 1 functie en dat is lift opwekken om drift te beperken.

In ons geval hebben we een benodigde dikte (nodig voor laterale sterkte en volume vanwege ballast aandeel) en een van de conclusies is dat de dikkere naca secties 30% minder drag hebben dan de parallel sided ones.

Bij welk Reynoldsgetal zit je met Snow Leopard zo ongeveer?

(Voor de zwenkkiel bedoel ik dan)

Zwaardopzee schreef :
BTW, als ik 2D secties wil vergelijken (of ermee wil spelen), gebruik ik Javafoil. Op dat spoor ben ik jaren geleden gezet door een bijdrage in een discussie op het boatdesign.net forum door Mark Drela (de auteur van XFOIL), die het getuige van een in dat draadje geposte uitkomst zelf ook gebruikt.
What's good enough for him, is good enough for me.

@Erik: als ik de uitleg door Drela (ook in de door hem gegeven cursus aerodynamica) een heel klein beetje begrepen heb wordt de lift bij kleine aanstroomhoeken vrijwel volledig bepaald door de hoek tussen (het achterste stuk van) de foil en de "vrije veld" stroomrichting. (Zie de hierboven gelinkte bijdrage op boatdesign.net)
Daarin zit maar marginaal verschil tussen de foils, totdat er separatie optreedt. (De resultaten waar we naar kijken betreft allemaal 2D simulaties, dus met een oneindige AR; dan volgt de lift uit de circulatie)
Maar ik kan best mis zitten, het is niet m'n vak.

JotM schreef :
@JotM Dat is een mooie bijdrage voor het inzicht. Tot aan maximale overzadigde separatie (Stall) is dat zeker het geval, in de presentatie van de data in 2D. Bedankt voor de link.

Je kunt jezelf helemaal verliezen in dit soort details. Maar er zijn enkele realiteiten die eea in perspectief moeten zetten. Ten eerste is het ontwerp van een boot als deze ongeveer 3500 uur werk (bijna 2 jaar voltijd voor 1 persoon!) En dat is met alle aspecten zo simpel mogelijk gehouden. Dat geeft dus een uurtje of 50 voor kiel ontwerp, en dat is inclusief sterkte berekeningen, ontwerpen van het ophaal mechanisme, klembanden, kielkast sterkte en vorm, lagering en noem het allemaal maar op. Je hebt ongeveer een uurtje of 2 voor bepaling van welk profiel je gebruikt in dat tijdsbudget. Daarnaast is het op dit soort boten allemaal gescharrel in de marge, in real life ga je het verschil tussen profiel zus of zo echt niet merken op de snelheidsmeter of op de kaartplotter tijdens een kruisrak. In andere woorden: perfect is the enemy of good.

Dus door naar het roer
Die moet makkelijk verwijderbaar zijn, het doel is om het roer binnen 30 minuten aan dek te kunnen hebben liggen. Er komt dus een taps gat in de bodem van de boot te zitten waar een blok in komt te zitten waar de roerkoning doorheen gaat. Het roer word er dan met blok en al uit gehezen en het gat in de romp kan gevuld worden met een dummy blok zonder gat voor de roerkoning.

Wat screenshots van de tekeningen:


En in dwars aanzicht:


Net als voor de kiel heeft het roer een bepaalde geometrie nodig om zijn werk te doen. Ik heb een 0011 profiel gekozen omdat die een zeer grote aansnijdingshoek aankunnen voor ze beginnen te stallen. Dat maakt oa manouvreren makkelijker.

De grote uitdaging zit hem in het feit dat het roer een opeprvlak nodig heeft van 3,2m2 terwijl de diepgang van de romp zelf maar 1.20m is. Het roer mag niet onder het vlak van de boot uitsteken ivm aan de grond lopen, dus dat zou betekenen dat je een roer van 2.65m lang nodig zou hebben. Dat gaat om heel veel praktische redenen niet werken. Dubbele roeren zoals je op andere zeiljachten wel ziet gaat helaas niet werken in verband met het varen door ijs. Voor een poosje ben ik aan het rekenen geweest aan twee roeren die net naast elkaar staan met een afstand ertussen die ongeveer gelijk is aan de schroef diameter, net zoals je op de binnenvaart ziet, maar ook dat stuitte op veel praktische problemen en is tijdens het zeilen ook niet erg efficient.

De volgende optie is het roer (veel) dieper maken en dan opklapbaar net als de kiel. Dat is het uiteindelijke concept waarmee we door zijn gegaan.
Het nadeel van een klap roer is dat het bovenste 'vaste' deel een flinke uitsparing in de achterkant moet hebben om het lagere gedeelte in omhoog te laten klappen, het profiel krijgt dus een achterkant van 120mm dik in plaats van de optimale 4-5mm. Daardoor werkt het profiel niet optimaal en gaat de weerstand ook omhoog. Het oppervlak gaat dus vergroot worden naar 3.4m2 om het gebrek aan efficientie te compenseren. Vele verschillende ideeen zijn de revu gepasseerd voor het opklap mechanisme, en ik denk dat ik uiteindelijk best een elegante heb gevonden die ik sterk genoeg acht voor het werk wat we er van verwachten.

Een schets in neergelaten toestand (persoon van 180 erbij voor de beeldvorming):


En in opgetrokken toestand:


Een veel voorkomend probleem is rammelen en ook slijtage op de lagerpen van het klap mechanisme. Ik ben dus met een oplossing gekomen van een grote massief aluminium ring aan de kop van het roer die om een even zo grote schijf heen draait welke vastzit aan het bovendeel van het roer. Door een flinke uitsparing te maken in de achterkant van het klap gedeelte, hoeft de nis in de achterkant van het vaste roer maar de halve hoogte te hebben, waardoor het profiel van het roer voor een groot deel optimaal kan blijven.


Het gearceerde stuk op dit aanzicht geeft aan waar van het optimale profiel afgeweken moet worden en daarnaast staat een aanzicht op de trailing edge van het roer:

Mooi, maar een paar vraagjes.
Ben je niet ban dat het tapse stuk vastvriest en je dus het roer er niet meer uitkrijgt?
Hoe gaat de bediening/klappen van het onderstuk?
Stel je wilt overwinteren in een ondiep baaitje, kan je dan in diep water het roer lichten, het onderstuk verwijderen en dan met enkel het 'bovenroer' naar de ondiepte varen?

Ik ben (ook) onder de indruk van de afmetingen! Wat een uniek project!