Onderwerp: Kleren voor de keizer (nieuwe kielen voor de €Xr)

Kan je de kielbouten niet integreren in de kiel ipv buiten door de flens laten steken? Dan kanje zelfs gewoon draadeinden vastlassen en binnen in de romp met moeten aandraaien. Als je de hele flens kunt gebruiken eb je veel meer speelruimte qua profilering. Je kan dan wat dikker en je zou zelfs d'r binnenzijde hol kunnen maken (a-la de steekzwaarden van een kantelkieler).

FMJ schreef :
Ja, dat heb ik overwogen. Alleen de kielbouten lopen met de 'punten' naar elkaar toe. Zou ik ze omzetten naar 'kieltapeinden', krijg ik de kielen er niet meer onder omdat de tapeinden dan 'niet meer voor de gaten' zitten. Ik zou 1 tapeind erin kunnen zetten en dan de rest met bouten kunnen afmonteren. De winst is dan maar klein... Ik houd deze mogelijkheid voor één bout per kiel wel in m'n achterhoofd, wellicht levert het net die winst op bij een iets dikker profiel.

Het vastlassen van draadeinden vertrouw ik niet. RVS 'trekt' enorm bij plaatselijke verhitting en dan weer hetzelfde bij afkoeling. Er komen enorme spanningen op het materiaal te staan en het risico op scheuren is erg groot... Je zou de kiel dan moeten 'gloeien' om de spanning eruit te halen (kun je wel meteen het lood in de kiel smelten en op zijn plaats brengen, dat dan weer wel!).

Je zou ook nog luikjes in de kielvin kunnen maken die je na het monteren van de kiel dichtplamuurt. Het komt op mij over als zonde van alle moeite als je niet de hele flens gebruikt..

Ik ga echt wel de hele flens gebruiken! Dat ben ik bijna verplicht vanwege de kracht overbrenging op de romp van de boot!
De kielbouten (7 stuks per kiel) staan niet recht in het centrum van de kiel, maar in een zig zag lijn. Aan de afstand tussen de bouten onderling ga ik niets veranderen, zij bepalen de stijfheid waarmee de kiel op de romp is bevestigd en ook de manier waarop de krachten op de romp worden overgedragen op het ingelamineerde kielframe (als dat er al is!) of andere versteviging in de romp.

EDIT:
Ik heb even gekeken naar jouw Avatar en toen gezien dat 'onze boten' wel een wereld van verschil zijn! Ik plaats nog even een detail foto van de bevestiging van kielen onder een €Xr...

Wellicht verduidelijkt dat mijn overwegingen.

Zit precies zoals ik het uit jouw omschrijving had begrepen. Als je de vin ook het stuk flens kunt laten gebruiken waar nu de bouten zitten geeft dat je volgens mij veel meer vrijheid bij de profilering van de vin. Als je toch zo'n gigantische inspanning levert zou ik me daar dan ook zeker niet door laten tegenhouden. Zeker niet in de ontwerp- en rekenfase. Mocht blijken dat de meerwaarde tegenvalt kan je altijd nog voor 'makkelijker maakbaar' kiezen.

Die AC45 van m'n avatar heb ik verder geen band mee overigens hoor. Vond het alleen heel erg leuk dat er groot "FMJ-Racing" op staat

Ja, maar hoe krijg ik die bouten er dan in?

Dat is van later zorg, je bent slim genoeg om daar wat op te verzinnen. Een van de mogelijke opties heb ik al gegeven.Een willekeurige andere is moeren / schroefdraad in de kielvin integreren en dan van binnenuit bouten erin draaien. Maar er zijn ongetwijfeld meer dan twee oplossingen.

Ik hou niet zo van 'later zorg'. Het moet wel bekend zijn voordat ik begin.

Schroefdraad in een plaat snijden vind ik constructief niet netjes, je snijdt dan door het kristalrooster van het metaal heen en de kerfslagwaarde dondert in elkaar.

Wat wel kan is op de goede plek 7 M16 moeren op een dunnere flens lassen en deze voor een bevestiging met bouten van binnenuit gebruiken.
Dan kan er een breder profiel worden gebruikt, maar buiten de omtrek van het profiel blijf je dan met een aantal 'opgelaste moeren' zitten. Het resultaat is dan niet beter dan de huidige 'indeukingen' in de flens... smerig en niet echt lekker glad!

Ik had deze constructie al wel voor mezelf overwogen, maar afgekeurd omdat het niet mooi flush is af te werken.

Met later doelde ik op: nadat de vorm van de vin is ontworpen / vastgesteld, niet op 'in het werk'.

Gezien alle oversizing die je plant lijkt tappen me niet zo'n probleem. Maar de moeren kan inderdaad ook prima. Of een paar 'luikjes' aan de zijkant in de vin. De bouten die niet in de vin uitkomen kan je natuurlijk gewoon met verzonken kop van buiten af doen, zoals gepland.

Hm, dat is beslist het overwegen waard!

lodewijk stegman schreef :
Prachtig artikel, Jan.
Jij hebt al heel lang geleden (15 jaar) goed nagedacht over boten met kimkielen en de opties om ze beter te laten zeilen. Mooi inzichtelijk geschreven met heldere illustraties en zonder technisch al te ingewikkeld te worden.

[/quote]

Lodewijk, dank voor het compliment. De eerste versie van het verhaal heeft gestaan in Toerzeilen nr. 50 van dec. 1981. Het laatste verhaal van 2001 is wat verkort en geactualiseerd. Dat zou opnieuw weer kunnen met de ontwikkelingen bij bijv. de Franse RM zeiljachten en Engelse de Legend en Hunter zeiljachten.
Ik ga opnieuw weer eens studeren om te kijken naar de kielwensen van @Peper.

Jan

Uit mijn studie op roerbladen weet ik dat dunne profielen veel gevoeliger zijn voor 'stall' (het vrijwel volledig loslaten van de laminaire stroming van het blad, waardoor het geen lift meer kan genereren). Ook treed dit effect plotselinger op bij dunne profielen, bij dikkere profielen gaat dit geleidelijker. Geen idee of dit ook opgaat voor de a-symmetrische profielen die jij voorstelt, maar het lijkt me dat dit ook in je overwegingen mee kan spelen.

Los daarvan, er treedt een aardig moment op bij de aanhechting op de flensplaat, een wat dikker profiel is daarbij uiteraard flink in het voordeel. Ik zou het denk ik niet aandurven met zo'n dun geconstrueerd profiel, althans niet zonder een aanzienlijke veiligheidsfactor in de berekening gezien de onzekerheden in de optredende krachten.

Nog een ander aandachtspunt is de trailing edge. In tegenstelling tot vliegtuigvleugels is het in water niet gunstig om een volledig scherpe trailing edge te hebben. De stromingen die elkaar daar ontmoeten kunnen dusdanige microwervelingen veroorzaken dat het slanke profiel sterk gaat vibreren. Nu is dat waarschijnlijk vervelender voor roerbladen (geeft sterke trilling aan het roer) dan voor vast gemonteerde kielen, maar op een holle kieldoos wil je toch ook geen resonantie. De oplossing is om de trailing edge 'af te kappen', zodanig dat er een vlakke achterrand ontstaat. Over de optimale breedte daarvan bestaan flinke discussies, maar in de praktijk voldoet 4-7mm breed, onder een hoek van 20gr t.o.v. de koorde. Dit laatste zal bij een asymetrisch profiel niet nodig zijn trouwens. Zie ook hier voor plaatje en tekst.

Hiermee voorkom je ook een hele dunne en dus constructief zwakke rand die gemakkelijk beschadigd en die (het geval van roerbladen) gevaarlijk scherp is voor blote voeten van zwemmers. De NACA berekeningen voor vleugels houden geen rekening met deze afgekapte trailing edge. Mijn roerbladberekeningen wel, maar daar heb jij niets aan omdat deze alleen symetrische profielen uit de NACA00xx serie genereren. Je zult dit dus zelf in moeten bouwen door de koorde iets te verlengen ten opzichte van de gewenste lengte van de kiel.

ilCigno schreef :
In dit verband is het ook van belang dat er een rechtstreekse relatie is tussen de snelheid waarmee het profiel door het medium (lucht of water) beweegt. Hoe dunner het profiel, hoe meer snelheid er nodig is om het ook daadwerkelijk lift te laten genereren.
Je kunt dit in de praktijk zien als je kijkt naar de vleugelprofielen van een straaljager en die van een langzaam vliegend vliegtuigje, zoals bijvoorbeeld een Piper Cub. De vleugel van de Piper Cub is naar verhouding veel dikker.
Het overtrekken (stall) van een dun vleugelprofiel treedt ook al bij een veel hogere snelheid en een relatief kleine invalshoek op.
Dat vleugprofielen van straaljager zo dun zijn komt voor uit een compromis tussen weerstand en lift. Bij de relatief lage snelheid van een Piper Cub speelt dit minder.

Eerlijk gezegd denk ik dat de dunne vleugelprofielen die in de laatste potsen worden getoond bij een snelheid van pakweg 4 - 5 knopen in water maar weinig meer effectief zijn dan een vlakke plaat. Om enige lift te produceren moet de invalshoek vrij groot zijn, waarbij het profiel ook alweer snel overtrokken raakt.

Peper moet zelf z'n conclusies maar trekken, maar zelf denk ik dat het verbeteren van de eigenschappen van de kielen nauwelijks mogelijk is als je blijft hangen in het verhaal dat de flenzen niet breder mogen worden.
Met andere woorden: straal de bestaande kielen en zet ze daarna in een goede coating. Dan is dat probleem opgelost en dat was toch de kern van de zaak, geloof ik.

Je kunt dit allemaal simuleren in XFLR5! AoA als parameter, bij gegeven snelheid en dichtheid medium. Je kunt dat gratis spelen met de maatvoering en de gevolgen zien. Conckusie zal zijn "niet te dun" zoals ik al eerder stelde; dan kun je net zo goed "de vlakke plaat" houden

In het boek van Marchaj (Sailing Theory and Practice) wordt getoond, dat bij een lage Aspect Ratio (zoals de kielen van de Eurokruiser) "overtrekken" pas plaatsvindt bij veel grotere hoeken, (ordegrootte 40 graden voor een AR van 0,5) dan voor korte diepe kielen. De ondiepe kiel (lage AR ) is dus nauwelijks gevoelig voor "overtrekken" onder normale omstandigheden.

Bij de berekening van de krachten zou ik ook de belastingen bij het droogvallen of weer loskomen betrekken. Mijn vorige boot heeft verschillende keren behoorlijk op de bodem gestampt bij droogvallen (ook zijdelingse belastingen) . Gelukkig was het een stevige boot van ca. 2 ton die er op gemaakt was om droog te vallen, waarbij de kielen ook een geheel met de romp vormden.

Jan

Goed punt Jan, dat was me ontschoten. Heeft te maken met profiel en het Reynolds getal; dat is ondermeer afhankelijk van de lengte koorde (dus die aspect ratio), de snelheid en eigenschappen van het water.

Peper schreef :
Het drukpunt op de kiel hangt af van de aspectverhouding (AR). Bij een grote AR is het ca. 25% vanaf de leading edge. Bij lagere AR wordt dat minder. Zeker geen 33% voor de Eurokruiser.

In de literatuur vind je wel iets over de verbetering van de AR door toepassing van een eindplaat. Het geeft echter ook extra wrijvingweerstand zodat (volgens J.W Slooff en P. van Oossanen) er netto weinig winst overblijft. Winglets of geprofileerde vleugels geven na een zorgvuldig uitgevoerd onderzoek wel een echte verbetering voor de lift/drag verhouding, maar dit ligt buiten de mogelijkheden van amateurs.

In plaats van het ontwerpen en bouwen van nieuwe geprofileerde kielen is het misschien een idee om de bestaande kielen in te "pakken" in een gewenst profiel. Dus bijv. een gebogen plaat ( RVS ) met het gewenste profiel aan de binnenkant van de kiel te bevestigen. Eventueel ook nog een wat vlakkere plaat aan de buitenzijde. De platen zorgen alleen voor een betere omstroming met minder weerstand.
Alternatief kan i.p.v. een plaat ook geprofileerd worden met vulmateriaal of epoxy.
Voordelen zijn : minder werk, geen sterkte problemen, want de oude kielen blijven daarvoor zorgen, en bevalt het niet, dan kan het er zo weer af.
In een project kan bovenstaande ook dienen als een relatief eenvoudige en goedkope proef voordat je grote stappen neemt.

Jan

Go west schreef :
Het aspect overtrekken is bij nader inzien bij een kiel eigenlijk nauwelijks van betekenis. Tegen de tijd dat de invalshoek 40 graden is, gaat de boot als een krab door het water, waarbij de voorwaartse snelheid vrijwel tot nul zal zijn gereduceerd.
Bij een roer is die mogelijkheid tot overtrekken natuurlijk een heel ander verhaal.

Go west schreef :
Dat lijken inderdaad haalbare mogelijkheden als je, naast verduurzaming (c.q. voorkomen van roest) tot een profielverbetering wilt komen.

Lassen van rvs aan gietijzer (wat, vermoed ik, het materiaal van de bestaande kielen is) is echter niet probleemloos.
Het profileren met behulp van vulmateriaal c.q. epoxy is, als het direct op het gietijzer wordt aangebracht, vrij permanent. Althans, het weer verwijderen is misschien tamelijk veel werk.
Anderzijds is epoxyhars, ingedikt met glassbubbles tamelijk bros en goed schuurbaar. Makkelijk is de vorm te brengen èn er mogelijk ook weer snel af te bikken.

Alle posters: dank voor jullie bijdrage.
Het gaat complex worden, zoveel is wel duidelijk!

Even recapituleren: de huidige kiel is 40mm dik aan een meegegoten flens van 125mm breed en ca 20mm dik, de dikte van de flens onder de boutkoppen is ca 10mm. Onder aan elke kiel is een ballast van 250mm bij 100mm bij 1450mm meegegoten. Deze ballast komt bijna tot de helft van het kielvlak.

Ik kan inderdaad de kielen onder de boot weghalen en gritstralen en in een zinkprimer zetten en dan met een epoxylaag coaten. Bij droogvallen zal deze beschermende laag zeker worden beschadigd en corrosie zal dan toeslaan. Dan heb ik gewoon mijn oude €Xr terug zonder veel verbetering. Dat is in principe voldoende, maar niet interessant. Dit zal ik doen als ik er echt niet meer uitkom, maar ik vind het even boeiend als het kijken naar opdrogen van verf.

De eerste verbetering zou zijn de aangegoten ballast met een soortelijke massa van 7,6 te vervangen door een loodballast van 11,3. Het ballast gewicht komt dan lager en dit komt de stabiliteit van de boot ten goede. De ballast wordt dan ook minder volumineus, hetgeen de drag (nat oppervlak) zal verminderen.
Als ik dat doe, moet ik de hele kiel vervangen door een andere met loodballast. Een dergelijke kiel kan ik niet waarschijnlijk gewoon kopen in een 'kielen winkel'. Ik zal een dergelijke kiel gewoon zelf moeten maken op basis van de maten van de oude kiel. Er zal een verbetering zijn in de oprichtende eigenschappen en iets in de weerstand, maar verder niets.

Maak ik de nieuwe kiel van RVS, dan bereik ik een verbetering van de corrosie bestendigheid ten opzichte van de oude kielen. YB maakt duidelijk dat dit niet zal betekenen dat ik dan maar met kale, hoogglanzend gepolijste kielen kan gaan showen op het wad... en dat ze voor echte zoutwaterbestendigheid gecoat moeten worden. Dat is geen verandering ten opzichte van het coaten van de ijzeren kielen die er nu onder zitten en is dan ook geen extra werk. Dat had ik dan toch moeten doen.

Als ik toch ga vervangen kan ik ook verder tweaken in het profiel van de kiel. Een hydrodynamisch geprofileerde kiel zal minder drag hebben dan gewoon een 'platte plaat', de huidige 40mm dikke platte plaat kiel vervangen door een hol 40mm dik NACA profiel, levert een verbetering op van de hydrodynamiek (al zal dat niet spectaculair zijn bij de rompsnelheid van de Xr) en tevens een verbetering van de stijfheid van het kielvlak. Dat laatste heb ik vooral nodig voor het droogvallen om het gewicht van boot en bemanning te kunnen dragen. Verder levert het een gewichtsreductie op die ik zo laag mogelijk in de kiel zou kunnen compenseren, zodat de stabiliteit weer iets verbeterd.
Geef ik de beide kielen een 'toe in' of toe spoor, dan kan ik het verlijeren van mijn 'drijvende caravan' ook nog compenseren omdat de boot dan iets 'opkruipt' op basis van de iets grotere kracht, uitgeoefend op de lij kiel omdat deze verder onder water steekt en dit een verbetering van de aspect ratio met zich meebrengt. Het effect van toe spoor is sterk afhankelijk van de snelheid van de boot en zou zoveel extra drag kunnen opleveren dat alle andere maatregelen ter verbetering teniet worden gedaan. Daar komt bij dat het positieve effect mogelijk alleen optreed boven de rompsnelheid. Ik ga hiervan geen gebruik maken vanwege de onvoorspelbaarheid van het effect.

Voor de stijfheid van de kielen is een holle kiel met minimaal 3mm wanddikte voldoende. De stijfheid van de kiel 'zit' voornamelijk in de weerstand van de wand tegen verbuiging. Plaats ik de wanden op 40mm van elkaar, dan kan de kiel net zo slecht buigen als een massieve plaat (overigens geldt dit niet voor knikken, de kracht waarbij de kiel knikt is voor een holle kiel lager dan voor een massieve kiel).
De ruimte tussen de koppen van de verzonken kielbouten is maximaal 50mm. De dikte van het profiel kan worden vergroot tot 50mm. Dat maakt de kiel nog 'knik bestendiger' bij droogvallen. Dit verhoogd weliswaar de drag (en het nat oppervlak) van de kiel, maar ook de machtsarmen voor het overdragen van de krachten op de kielflens en is de overweging waard.
Lodewijk Stegman wijst erop dat de verbetering bij de lage snelheid van de €Xr niet noemenswaard is. Dat is dan ook niet het eerste target. Er zal op dit gebied zeker een grote discrepantie zijn tussen 'effort and outcome'. Ieder weldenkend mens zou er niet aan beginnen, maar ik ben gewoon niet weldenkend en het zou kunnen zijn dat ik mens ben, maar daar zal ik dan ook niet over opscheppen!

Een asymmetrisch profiel kan het effect van toe spoor nadoen. Het mooie is dat ik dan een bijna vlakke plaat heb, die ik vlak langs de 4 boutkoppen van de laterale kielbouten kan plaatsen en dat ik afhankelijk van de koorde van het bolle kielvlak een breedte kan nemen die plaatselijk van de 90mm overblijvende flensbreedte het gunstigst gebruik maakt en meer dan 50mm profieldikte toestaat. De montage van de nieuwe kiel is dan gelijk aan die van de oude kielen en de overdracht van de krachten naar de romp is dan ook gelijk.

IlCigno maakt me wel blij met de opmerking dat de trailing edge niet 'messcherp' hoeft te zijn, dat scheelt een hoop profiel slijpen met een haakse slijper! Bovendien een 'resonerende bibberboot' lijkt me helemaal niets. Ik heb er overigens bij mijn dikke (45mm) houten roer met scherpe trailing edge geen last van (waarschijnlijk omdat de €Xr daarvoor niet snel genoeg vaart). Zou ik daar door de nieuwe kielen wel last van krijgen, kan ik de trailing edge van het roer makkelijk stomp maken!

Go West: de €Xr is ook gemaakt om droog te vallen op zijn kimkielen en dit is voor mij de reden niet in de eerste plaats op snelheid te optimaliseren, maar de krachten op de kielen bij droogvallen in de overwegingen voorrang te geven. In plaats van snel het wantij te passeren met 'speedy kielen' ga ik er liever droogvallen en even lunchen met 'Sambal goreng bouncis'.

Als een geprofileerde kiel zijn laminaire flow kwijtraakt en in stall geraakt, is er dan verlies van alle kielfunctie? Bij een vliegtuig is er verlies van lift van de vleugels, maar water is 'dikker' dan lucht... Bij overstag gaan wil je graag dat de kiel dit niet door de kielfunctie tegenwerkt, daarmee lijkt het 'stallen van de kiel' juist op dat tijdstip gewenst. Ik denk hierbij aan de koersstabiele langkielers, die echter veel minder wendbaar zijn.

Nachtvlinder en FMJ: Het profiel kan ik nog wel 10mm verbreden, zeker als ik van een asymmetrisch profiel gebruik maak. Het is maar de vraag of ik ooit zo snel zal varen dat ik de extra's van de geprofileerde kielen ooit zal 'verzilveren'. De flens geheel in het profiel opnemen, gaat veel drag opleveren en lijkt niet interessant, ook niet in vaar-eigenschappen of mechanische sterkte.
Over mechanische sterkte lees ik heel verschillende dingen, de één vindt de €Xr overgedimensioneerd, de ander waarschuwt voor schade aan de romp en kielverbinding. Ik denk dat indien ik zoveel mogelijk bij de oorspronkelijke constructie blijf, de krachten ook niet veel zullen verschillen. Als dit ten koste van de snelheid gaat... So be it!
Dank voor jullie bijdragen, groeten van Peper.

Dan zou ik er stroken hout op lijmen. Die kun je op voorhand de juiste vorm geven.

Peper. Volgens mij zie jij epoxie als een soort verfje. Als je de verschillende online handleidingen zou lezen over het herprofileren van een kiel met epoxie dan lees je dat je daar dus geen primer onder moet doen. Het beste is de kiel nat in de epoxie te zetten en dan nat te schuren.

Als jij de onderkant van je kiel in een laagje verdikte epoxie zet kun je gewoon droogvallen.

Ik kan genieten van een aparte en creatieve kijk, maar veel dingen worden met een reden op een bepaalde manier gedaan.

Er worden overigens wel eens rvs kielen gemaakt. Bijv om er dan tanks in te integreren.

Ik zie epoxie meer als lijm, de 2 componenten lijm.
Als er geen primer onder hoeft, des te makkelijker!

Dat er RVS kielen bestaan wist ik, ik ben echt niet zo revolutionair hoor, gewoon een beetje maf!

zeekraal schreef : Om de stijfheid voldoende te houden moet ik die stroken dan verticaal oplijmen op een plaat, anders kan de kiel makkelijk knikken bij het droogvallen... Ik denk dat ik dan liever overga op een holle kiel (blijft er tenminste genoeg RVS voor je over )

Vraag me af hoe je gaat testen of de aanpassing een verbetering is. Of een verslechtering.