Onderwerp: waarom beter opkruisen met geprofileerde kiel ?

Eigenlijk is dit onderwerp tweeledig, basis kiel vorm, en de uiteindelijke afwerking.

Voor de eerste: er zijn duizenden verschillende profielen die allemaal een nummer hebben gekregen en onder andere in de NACA zijn vastgelegd. Van al deze profielen zijn weerstand en lift bekend bij diverse aanstroomhoeken (in ons geval de drifthoek). De verscillen in deze profielen zit in de verdeling van de dikte over de lengte en de plaats van de grootste dikte. Uitgaande van een standaard enkele kiel dient een boot symetrisch te zijn omdat we graag over beide boegen dezelfde zeileigenschappen hebben. Het optimale profiel van de kiel is afhankelijk van Helling, snelheid en drifthoek.

Helling: praktisch gezien stroomt het water vrijwel altijd horizontaal langs de kiel (uitgaande van relatief vlak water) doordat je boot helling heeft is de relatieve kiel dikte dus groter. Ofwel een boot met veel helling zal idealiter een dunnere kiel moeten hebben.

Snelheid: lift en weerstand worden voor een groot deel bepaald door de snelheid van de boot door het water. Een snelle boot heeft dus een ander profiel nodig dan een langzame boot. Letwel, deze waarden zijn relatief en worden bepaald door de tijd die een waterdruppel nodig heeft om van de aanstroomhoek tot de afstroom hoek te reizen.

Drifthoek. Klinkt misschien gek, maar het profiel dat je nodig hebt is ook afhankelijk van je basis drift hoek. Uiteraard is je kiel een ontzettende belangrijke factor in drift beperking. Maar zeer zeker niet de enige. Het gaat ook om de verhouding tussen lateraal kieloppervlak tenopzichte van het zeiloppervlak en om de drift beperkende eigenschappen van de romp zelf. Een romp met een scherpe knik (valk bijvoorbeeld) heeft van nature al minder drift dan een rondspant (Laser bijvoorbeeld).

Het optimale profiel aan de wind kan echter ook de voor de windse eigenschappen van je boot totaal teniet doen. Jochem visser heeft ergens in de jaren 90 met hun team een x-99 voorbereid voor een WK. Ze hebben daarbij veel geexperimenteerd met het profiel en kwamen in een tussentijdse optimalisatie ronde op het aan de windse rak verreweg als eerste bij de bovenboei, maar moesten lijdzaam toezien hoe ze deze voorsprong voor de wind volledig weg moesten geven. Daarna hebben ze een kleine concessie gedaan aan de aan dewindse eigenschappen om voor de wind toch mee te kunnen komen. Je moet dus wel naar het geheel blijven kijken. Over deze optimalisatie heeft Jochem ooit eens een artikeltje gepubliceerd in de Zeilen wlek nummer dat was kan ik helaas niet achterhalen.

Wil je het profiel aanpassen, dan zou je naar de voorgenoemde 3 parameter moeten kijken. registreer je gemiddelde drifthoek, helling hoek en snelheid en kijk welke omstandigheid aan de wind het meeste voor komt. vervolgens kun je met behulp van literatuur opzoeken welk profiel onder die condities het minste weerstand geeft en de meeste lift produceerd. Je zult zien dat er meerdere profielen gelijk waardig zijn. tweede stap is dat je kijkt naar de weerstand voor de wind (lift is hier niet interessant). Kies het profiel dat onder beide categorien goed scoort en profileer je kiel dan met epoxy plamuur zodanig dat je het ideale zo dicht mogelijk benaderd. Werk de boel niet af en ga varen.
Wat je dan zult zien is dat de eigenschappen van je boot anders zijn, snelheid en drift zullen anders geworden zijn als je veel aan de vorm heb moeten veranderen (wat ik overigens betwijfel bij een x-35, daar is veel aandacht besteed an de optimale vorm). Nu zou je weer gemiddelden moeten nemen voor snelheid en drifthoek. Mogelijk is er dan een tweede optimalisatie ronde nodig en heb je een iets ander profiel nodig. Zo kun je tot in het oneindige door gaan. In de praktijk blijkt echter dat je na twee rondes dicht bij het optimum zit, alles wat je daarna nog wilt winnen kun je beter in boothandling investeren (Timewise).

De rand tussen je kielzool en de zijkant laat ook ruimte over voor verbetering. Afhankelijk van de basis kielvorm kun je de druk die weg lekt van lij naar loef optimaliseren waardoor de druk aan de lijzijde hoger blijft en daardoor meer lift kan opwekken. Meestal is dit een vlakke kielzool met een zo scherp mogelijke rand naar de zijkant van je kiel, danwel de bulb.

Om het dan toch wat moeilijker te maken: de relatieve snelheid van je kiel (zoals ik eerder omschreef) kan onder en boven behoorlijk verschillen. Als je een kiel hebt die aan de romp veel langer is dan aan de onderkant, dan zou het nodig kunnen zijn om het profiel over de hoogte van de kiel te varieren.

Een goede hulp voor het kiezen van het optimale profiel is het boek "theory of wing sections". Daarin worden duizenden profielen met elkaar vergeleken, zowel voor vliegtuigen als voor boten, horizontale en verticale profielen, de meeste heb je dus niet nodig .

Voor je roer geld min of meer hetzelfde, maar daarbij is nog een 4e variabele, de stuurwerking. Een optimaal roerprofiel is over het algemeen wat dikker, heeft de grootste dikte wat meer naar achteren en heeft een scherpere aansnijding.

Een andere optimalisatie is de scherpte van de achterste rand. De achterste rand is 3 tot 8 mm dik en moet zo strak als mogelijk zijn. De dikte hangt af van het profiel dat bij jouw boot hoort.

Vergeet de toleranties van de eenheidsklasse niet te respecteren. Te veel kiel vorm veranderen kan leiden tot een diskwalificatie als je eenheidskalsse wedstrijden vaart


Samenvattend: waarom beter opkruisen met geprofileerde kiel ?

Het voor jouw boot juiste profiel verminderd de weerstand (drag) en maakt je drifthoek kleiner omdat deze meer lift kan genereren, ofwel: je vaart sneller over een kortere afstand.
Wat het juiste profiel is verschilt per boot(type) en is afhankelijk van helling, drift en snelheid.

Capolavoro schrijft:
Dit zou ik toch lichtelijk willen bestrijden:
De kielen hangen niet parallel (in het achteraanzicht gezien).
Onder helling aan de wind hangt er dus eentje min of meer vertikaal in het water en de ander hangt een stuk schuiner dan de helling die je hebt.

Wat er prcies gebeurt kan ik zo niet even zeggen. Misschien zou je zelfs kunnen optimaliseren voor een "hoogte roer"
Daarnaast word de waterstroom door de "tunnel" tussen de twee kielen van richting veranderd waardoor de angle of attack beinvloed word, dit hang onderandere ook af van hoe ver de kielen bij elkaar vandaan zitten en wat hun lengte is. Theoretisch gezien krijg je een stroomversnelling tussewn de twee kielen (water word immer lichtelijk samen gedrukt) waardoor je een druk verlaging krijgt. Gevoelsmatig zou ik dus zeggen dat je de binnenkanten wat ronder zou moeten maken dan de buitenkanten, maar zeker weten doe ik dat niet.

gr
Erik

Na nog eens kijken naar dit plaatje zie ik iets dat me toch niet helemaal zint:

[/quote]

Dit plaatje suggereert dat de resultante van de lift (de omhoogwijzende pijl) lichtelijk naar voren is gericht ten opzichte van haaks op de harlijn van de kiel.
Dat zou betekenen dat dit profiel behalve lift geen weerstand heeft, maar juist voortstuwing levert. Bij een symmetrisch profiel (zoals getekend) is dit niet mogelijk. Als de onderzijde vlak(ker) zou zijn dan kan het wel.
De situatie zoals geschetst is eigenlijk een zeil en geen kiel.
Ook nazoeken in boeken met profielen geeft geen voorbeeld van een dergelijk fenomeen bij een symettrisch profiel.

Nog een aanvulling op de opmerking van Capolavoro:
Water is inderdaad 1000maal dichter dan lucht. Maar de belangrijkste factor in de vergelijking is de snelheid waarmee het medium langs het oppervlak stroomt. Deze is als kwadraat opgenomen in de vergelijking. Bij romp snelheid zou je bijvoorbeeld 7 knopen stroom langs je kiel hebben en wel 20 knopen langs je zeil. Gekwadrateert is de factor voor snelheid voor de lucht dus ruim 10 keer groter. Onderwater is dus de invloed in de praktijk dus niet 1000 maal groter, maar bijvoorbeeld "slechts" 100 keer. (mieren n**k*n ik weet het )

Ehhh, volgens mij klopt het plaatje precies. De lift staat per definitie loodrecht op de inkomende snelheid. De weerstandsvector is niet ingetekend. Uiteraard zal de resultante van de weerstand (die weer per definitie in de inkomende stromingsrichting ligt), achterlijker dan dwars op de hartlijn van het profiel uitkomen.

@Erik
Plaatje klopt wel. Men wil er enkel de lift demonstreren ingevolge de Angle of attack of de lijzijde van de Kiel.

De opwaartse kracht die men toont is die welke men zou waarnemen door de kiel in stromend water ter plekke te houden met een AOA gelijk aan de drift.

Het profiel van de kiel bepaalt dan de laminaire stromingen, waardoor turbulenties afnemen bij perfectere druppelachtige vorm. Mijn intuïtie zegt dat lift er ook zou zijn zonder profiel. Het profiel verhoogt weliswaar de lift.

Het profiel is idd van groter belang bij voordewindse koersen, waar we liefst geen weerstand ondervinden.
Confer kleinzeilerij waar men het zwaard ophaalt voor de wind.

Zie plaatje van vliegtuig dat ondersteboven vliegt : profiel van vleugel is met name 100 procent verkeerd, maar precies door creatie van een angle of attack is er opwaartse kracht. Dit kan door de staart van het tuig lager te houden dan de neus.

Eens op full speed komt het vliegtuig met hartlijn evenwijdig met koers door de lucht. Dan is er louter lift door vleugel profiel.

Tenslotte akkoord met stelling dat druppelvorm van de Kiel functie moet zijn van de snelheid.
Hoe sneller hoe mindere profiel. Dus het blijft een trading off.

Groeten
Greez.

Erikdejong schrijft:
ja, met 20 kts wind....
nu met 7 kts wind en 6 kts boatspeed: 49 en 36000 is factor 734....

groet
t

hahaha, en jij wilt zeggen dat je met 7 knp wind 6 knopen vaart....



Groeten,
Johnnie

Goed, uit alle posts begrijp ik dat de ideale situatie voor een kimkieler er dus zo uit zou kunnen zien als op het plaatje.
Capo heeft gelijk dat de kielen altijd onder water zitten (en dat wou ik wel zo houden ), maar bij een aan de windse koers zal de boot scheef hangen en de kiel aan lij dus 'mooier' door het water gaan en dieper door het water gaan, dan de kiel aan loef. Het gebruik van asymmetrisch geprofileerde kielen met de vlakke kant lateraal lijkt iets meer op te leveren.
(Zou je dan een rondspant romp kunnen laten planeren door de druk van het tussen de kielen opgesloten water? Of moet je dan een straalmotor als outboard hebben... )

a propos, bedankt voor die tip voor 'Inkscape', een handig vector tekeningprogrammaatje is precies wat ik nog miste. EDIT: Dat kwam uit een ander draadje!
Heel veel profileren van mijn kielen kan ik niet, want dat heeft invloed op het zelfrichtend vermogen. Een echt NACA conform profiel kan ik dus wel vergeten, tenzij ik er met epoxy profiel 'op ga plakken'.
Goed glad maken is wel een goede mogelijkheid tot verbetering, maar spiegelend zal het door de zelfslijpende antifowling toch wel nooit worden. De kielen zijn nu haast 'pokdalig' te noemen en dat kan wel wat minder. Door de dubbele waterweerstand van de dubbele kielen, zou elke verbetering wel merkbaar moeten zijn. Ik laat het jullie volgend jaar weten!
Groet en een goed nieuw jaar, Peper.

trotti schrijft:
Tsja, er zijn ook snelle schepen ... zoals mijn lesbootje: www.blur.se/polar/BAVARIA_38_MATCH.txt

trotti schrijft:
6,4 kts volgens mijn polair in sailspeed, TWA 90, AWS 9 kts, dat wel....


groet
t

Peper schrijft:
beide kielen gaan hetzelfde door het water, namelijk in hun lengte-richting.
Die aan lij zal meer nut hebben voor de driftbeperking, want die zit dieper en meer verticaal. Maar de volgende keer (na gijp of overstag) zit die andere weer aan lij.....
Wat Erik zegt over het water tussen de kielen kan ik zo niet beoordelen. Samengedrukt zal het niet worden, want dat wil niet zo met water.....
Versneld zal het wel worden, dus extra glad (aan de binnenkanten) is ongetwijfeld nuttig.
groet
t

@Capo:
Als een kiel dieper door het water gaat is de orthostatische druk en de dichtheid van het water rond de kiel (in elk geval theoretisch) hoger en het anti-verlijeringseffect beter. Het wieleffect bij een schroef berust ook op dit dichtheidsverschil. Dit bedoel ik met 'mooier'. Dank voor je commentaar!
Groet, Peper.

@Capo:
Als een kiel dieper door het water gaat is de orthostatische druk en de dichtheid van het water rond de kiel (in elk geval theoretisch) hoger en het anti-verlijeringseffect beter. Het wieleffect bij een schroef berust ook op dit dichtheidsverschil. Dit bedoel ik met 'mooier'. Dank voor je commentaar!
Groet, Peper.

Peper schrijft:
het diepere water is in ieder geval 'rustiger', dwz minder effect van eventuele golven.
Weet je zeker dat de dichtheid van water op de diepte van jouw kiel (1 meter?) al is toegenomen?
Wikipedia zegt:
"The low compressibility of water means that even in the deep oceans at 4 km depth, where pressures are 40 MPa, there is only a 1.8% decrease in volume"
Dus nog 4000 maal minder onderaan je kiel.... erg weinig extra dichtheid....

Het wieleffect wordt volgens mij veroorzaakt omdat de schroef aan de bovenkant dichter bij de romp zit (meestal), waardoor het lastiger is daar voldoende water aan- en af te voeren.

groet
t

@Peper: ik denk dat het glad maken van je beide kielen, met name de binnenzijde plus het vlak ertussen in best veel uit zou moeten maken. Nu is wel de vraag of het in de praktijk veel scheelt, want een Eurokruiser is toch al niet bepaald de snelste op het water. En daar heb je hem vast ook niet voor gekocht .

Ik heb zeker een spastische wijsvinger; 2 keer dezelfde post...
@Capo:
In het boekje voor het halen van het vaarbewijs spreekt men over dichtheidsverschil tussen de bovenkant en de onderkant van de schroef. Dat dichtheidsverschil kan natuurlijk ook het gevolg zijn van de water toe en afvoer! (komen we dus niet uit)

Nu weet ik ook waarom mijn kielen het niet goed doen! Ze zijn maar 50cm hoog en steken dus helemaal niet diep genoeg voor een goede lift! (Is ook wel handig hoor, ik kan nu de boot op het droge ligt, met het zwemtrapje aan boord komen!)

@beewee:
Ik heb de €Xr echt niet gekocht voor z'n snelheid, nee. De situatie met de kielen is echter zo ver van de ideale, dat ik wel verwacht dat het praktisch een verbetering gaat worden. Mijn boot heeft een lange tijd in zout water gelegen en de kielen vertonen putcorrosie (heel normaal voor 'gietstaal') Als ik dat weg polijst en eventueel opvul met epoxy, zal het wel geen speedboat worden, maar ik denk dat ik het wel ga merken.
Groet, Peper.

Capolavoro schrijft:
Natuurlijk, en dat is nou net het prettige aan een snelle racercruiser : met zuchtje loop snelheid al hoog op.

Zie :

Polair diagram x35
klik hier

Ik zie het...

Capo, ik neem de woorden hahaha terug!

Groeten,
Johnnie

perfect ten schrijft:
OK, I stand corrected. Als men inderdaad aleen over de lift spreekt (wat eigenlijk ook staat aangegeven) dan klopt de richting wel. In theoretisch materiaal laat je over het algemeen de individuele komponenten weg en geef je alleen de resultante van de lift en de drag (weerstand) weer. Deze resultante wijst bij een symmetrisch profiel altijd lichtelijk naar achteren en wordt, om verwarring compleet te maken, ook lift genoemd.

gr
Erik

Peper schrijft:
Staat er niet 'drukverschil' in plaats van dichtheidsverschil? Dat is namelijk de reden van het wiel- c.q. schroefeffect. Het verschil in dichtheid van het water aan de boven- en onderkant van de schroef is heel erg minimaal (zoals Capo al aangaf). Het verschil in druk is echter wel significant, en dat levert een groot verschil in instroom boven en onder aan de schroef. Dit merk je met name achteruit varend omdat de stroming dan enorm verstoord wordt door de romp die dan achter de schroef zit.


@Capo: Heb je een idee hoeveel het scheelt als je kiel een beetje netjes glad is, en de goede vorm heeft? De kiel onder mijn scheepje is nou ook niet bepaald glad (zeg maar pokdalig), ga ik dan verschil merken als ik die netjes ga plamuren en schuren?

Groeten,
Reinier

@ReinierZeilt:
Ik heb het niet nagekeken, maar je zou wel eens gelijk kunnen hebben met drukverschil i.p.v. dichtheidsverschil. Het onderscheid is klein, drukverschil levert meteen een dichtheidsverschil op, al is dit, zoals Capo terecht opmerkte, maar een heel klein volume verschil (en een volume verschil is weer wat anders dan een drukverschil).
Wat een natuurkundig gewauwel allemaal
Groet, Peper.

ReinierZeilt schrijft:
@ReinierZeilt:

in een eerdere post hierboven schreef ik:

Afgelopen zomer vertrok ik tegelijk met een kennis (ook met Spirit 36) aan de wind (west) uit Lemmer. Wind ruim 5B.
Hij had een prachtige nieuwe North HA erop en zijn North grootzeil, ongereefd.
Ik was lui en had de 130% genua er nog op (4 slagen weggerold) en 1 rif in het grootzeil, een hopeloze zeilvoering dus.
En natuurlijk is mijn kiel mooi geshaped (en het roer ook), zijne niet.
Na een mijl of 18 was hij bijna bij Enkhuizen (Enkhuizerzand) en ik kon hem nog nét zien, dus hij was ruim 1 mijl weg, aan lij!
Toen hij overstag ging ben ik naar ruime wind gevallen en hem tegemoet gevaren......
Deze winter heeft hij mijn mallen geleend om zijn kiel te shapen!

tot zover die post.
Die 18 mijl ging in een kleine 3 uur. Ik zat zeg maar 1,5 mijl hoger na die slag van 18 mijl. Om bij mijn positie uit te komen zou de ander circa 15 minuten nodig gehad hebben (6 kts speed aan de wind)
Dus mijn winst is 15 minuten op 180 minuten (3 uur) dus zeg tussen de 5 en 10%.
heb je daar wat aan?
groet
t

Even een 'peper-postje' uit Plymouth GB.
Ook zonder boot ga ik natuurlijk toch langs allerhande marina's uit pure nieuwsgierigheid. Om op topic te raken: bij deze jachthaven

zag ik deze boot (ja, een kimkieler, daar heb ik wat mee)

en zag ook dat de kimkielen waren geprofileerd

Asymmetrisch, hol aan de buitenzijde en bol aan de binnenzijde. Ik dacht meteen aan dit topic en daarom deze post.
Even off topic: America's Cup komt ook in Plymouth, de "HOE" is er klaar voor.


Groet Peper.

Zwaard van mijn iso is af fabriek wel mooi glimmend maar erg stomp aan de achterzijde (trailing edge). juist een scherpe (naar 0 tenderende dikte) rand voorkomt turbulentie aan de achterzijde... en die levert vel drag op
Wat ik als eerste doe met een nieuw zwaard is deze met de bandschuurmachine deze achterrand slijpen tot de minimale toegestane dikte. en deze vervolgens gladschuren. mijn indruk is dat de shape nog belangrijker is dan de maximale gladheid (maar dat kan ik ook mis hebben). Ik had een aantalzwaarden ligge en bleek dat er een tussen zat die meer profiel had dan de andere (productie toerantie blijkbaar). Deze heb ik geslepen...
Shape en gladheid van zwaard en roer zijn volgens mij belangrijker dan de gladheid van de romp omdat de turbulentie en krachten op het oppervlak van roer en zwaard hoger zijn (denk ik...)