Onderwerp: Boegspriet

Een afbeelding van het schema van Seldén:
Als ik het goed zie/inschat....
In de eerste kolom staan de krachten en de hoek waarin die optreden. Een kNm is dacht ik 100 kg. 2e kolom is het gewicht van het schip en de 3e kolom zijn vier verschillende diameter sprieten met de USL: unsupported length (lengte voor de steun op de boeg tot het zeiloog) en de DBS: distance between support, dus de lengte tussen de steunen.
Bij een bootje van 6,7 ton zou de kracht max 4000 kilo mogen bedragen.
Ga er maar aan staan
In het verhaal van Seldén zie ik geen waterstag genoemd maar die doet ook niet alles bij een zijwaartse belasting.

Die eerste kolom (RM30) is het richtend moment van de boot bij 30 graden helling. Hoe stijver een romp/kielcombinatie, hoe hoger dit getal. Het is een maat hoeveel tegenkracht de romp aan een tuig kan bieden en is de belangrijkste maat waarop mastprofiel en tuig gedimensioneerd worden.

Tweede kolom is een alternatieve manier om "jouw regel" te selecteren, indien RM30 niet beschikbaar is.

Ah, duidelijk!
Is dat getal ook zo om te rekenen naar een kracht op de spriet?

Dat is best lastig. In bijgaande sheet heb ik de formules (vuistregels geen exacte berekeningen) uit "Principles Of Yacht Design" uitgewerkt die o.a. het voorstag dimensioneren.

Er worden 2 scenarios doorgerekend (een met RM30 door dubbelgereefd grootzeil en één met enkel een fok) waarbij de worst-case uitkomst van deze scearios gebruikt wordt tbv dimensionering. Bij dat laatste scenario bereikt het tuig haar maximale belasting door alleen een (gestaagd!) voorzeil te voeren.

Ik denk dat een code0 (vliegend) iets anders werkt, omdat je al een voostag hébt. Ook zou je je af kunnen vragen of een code0 je boot tot 30 gr helling zou moeten kunnen brengen: dan kom je op een knappe spriet uit (zeg ik gevoelsmatig).

Ik denk dat die Seldén tabel het beste is wat je hebt...

Nou... Je kunt wel nóg een indicatie krijgen.
De kracht op een vlak in de wind oefent een kracht uit van 0,5*Cw*1,3*A*v^2. En volgens de vuistregel van Betz is Cw bij een vermogen opnemend vlak loodrecht op de wind ongeveer 0,7.
Dat levert 0,46*A*v^2. Bij mijn bootje bijvoorbeeld: 0,46*64*10^2 = 2,9 kN of, om in holtere's termen te spreken 290 kg bij 10 m/s wind = 20 knts = bft 5.
De gennaker (in mijn geval) hangt aan drie punten, dus per punt pakweg 100 kg als de gennaker loodrecht op de wind gevoerd zou worden. Dit is natuurlijk alleen al om die reden een groffe indicatie, maar beter dan niks en wellicht ook beter dan het tabelletje van Seldén.
Voor iedereen nou gaat mauwen: deze indicatie komt ieg heel aardig overeen met wat ik met mijn sprietje ervaren heb. Heb het getest op 170 kg (in alle richtingen) en bij bft 4 met de gennaker er op, zowel half als ruim, gaf het sprietje en boegbeslag geen krimp. Volgens verwachting.
Die doorsteekspriet is natuurlijk geheel te vergelijken met mijn sprietje, want die kracht op het geleidingsbuisje is niet anders dan die op mijn kokertje, vooropgesteld dat die goed aan mijn scheepje vast zit (wat wel zo is. Ik ben gelukkig nog niet helemaal gek).

Slimme benadering!

Maar een code0 voer je toch met enorme voorlijkspanning? Beauty heeft er zelfs zijn mastbeslag voor aangepast... Uitkomst zal nog wel een factor overheen moeten denk ik!

Jep, voorspanning is iets geheel anders, maar makkelijk te meten met zo'n stagspanningmeter. Kun je ook makkelijk zelf maken van plankje of kokertje met twee uitsteeksels en een veerunster.

holtere schreef : Ja.

In de catalogus van Selden staan ook altijd de wanddikten vermeld. Met simpele mechanica formules kun je het traagheidsmoment van de boegspriet uitrekenen en kun je bepalen wat het maximaal buigende moment van dat profiel is. Als je daar dan de ongesteunde lengte mee verrekend heb je de kracht op het einde van je spriet.

TS wil op basis van RM30 de spriet dimensioneren...

steef ton schreef : Helaas gaan dit soort berekeningen voor zeilen vrijwel nooit op, en zeker Code0's zijn een uitzondering waar het krachtenspel heel anders is dan te berekenen is met standaard formules.

Nachtvlinder schreef : De tabel van Selden is geabseerd op RM30, dus kan dat toch juist prima met wat ik voorstel?

Erikdejong schreef :
Moet je dan niet ook weten wat voor aluminiumlegering Seldén dan precies gebruikt? Het traagheidsmoment zegt toch alleen iets hoeveel massa van een materiaal zich op welke plaats bevind?

Erikdejong schreef :
Ja, je bedoelt met voorspanningen en zo, en hoeken die lijnen maken met doek en spriet, etc?
Maar de kracht die zo'n vlak uitoefent is toch prima te benaderen zo? En voor zeilen zonder zo'n grote voorspanning toch en prima benadering? Het doek kan toch geen (extra) kracht uit het niets tevoorschijn toveren? Iemand had het over de dwarskracht (dus niet de voorspanning van de code0) die is zo prima benaderbaar, denk ik?

Stel het waait over dek 10 knopen, neemt toe tot 12 kn en de bolling schuift te ver naar achteren daardoor. Omdat je met je code0 geen hoogte wilt verliezen zet je het voorlijk extra door. Kneiterhard zelfs...

steef ton schreef : Inderdaad is bij een Code0 de voorspanning erg belangrijk om mee te nemen, die is soms nog wel groter dan de kracht die op het zeildoek staat.

Kracht op het membraam zelf is vrijwel niet uit te rekenen zonder het gebruik van CFD, je kunt bij benadering wat getallen optrommelen als je coefficienten van lift en drag weet. Met die waarden kun je een totaal kracht en richting berekenen en die ontbinden in componenten om dan de kracht op het zeil zelf te weten. Deze methode moet je eigenlijk integreren over het hele oppervlak van het zeil om uit te kunnen rekenen wat voor belasting en in welke richting er op de hoeken van het zeil staat. Een simpel oppervlak maal cw maal massa maal snelheid is helaas iets te simplistisch. Voor een spi voor de wind zou dat nog enigzins kunnen werken, voor enig ander zeil op enig andere koers zit je er zomaar factor twee of drie naast. Voor een Code0 die goed gevaren word nog veel meer.

steef ton schreef : Eigenlijk wel, maar die range met beschikbare legeringen en toelaatbare spanningen is niet zo heel erg groot. Je kunt er dus een redelijke benadering van maken.

helmsman 38 schreef : inderdaad.

Leuke discussie
Wat ik er nu een beetje van oppik is dat het zeil eigenlijk misschien niet eens zo heel belangrijk is. Een andere benadering:
We hebben een 40 er lier op het dak staan daarmee kunnen we (ik doe even een gok) 600-800 kilo op het voorlijk krijgen. Daarnaast hebben we 45 er lieren voor de schoot. Die leveren zeker nog wel meer.
Voor de spriet betekent dat: (ik rond af) 750 kg naar boven en 750 naar opzij!
De kracht naar boven op de spriet is nul want we hebben een waterstag. Blijft dat het mogelijk is dat er krachten van 750 kg naar opzij gaan optreden zonder dat we de berekening van van de zeildruk van Steef daarin meenemen. Als je dit plaatje nu voor je neemt zie je ineens dat de krachtlijnen van de spriet samen een enorme druk naar achteren vormen. Het uiteinde van je spriet is gelijk aan je mastvoet als het ware. Ze komen bij de Seldén spriet en soortgelijken samen op het punt waar de achterkant van de spriet aan het dek vastzit!

@ Erikdejong: Dank! Zo'n vermoeden had ik al wel. Voor Carbon geldt tot op zekere hoogte hetzelfde en je kunt het vergelijken met wat Seldén gedaan heeft. Maar dan moet je toch ook weer een indicatie hebben van de kracht die de wind op het zeil levert.
Ik bedacht me wel, dat niet alleen de hoeken die de lijnen maken met boot en zeil een duit in het zakje doen, maar ook de verplaatsing van de boot en dus het zeil. Dus die benadering is inderdaad een groffe en wellicht een té groffe voor bijvoorbeeld een code0, zoals je natuurlijk terecht opmerkt. Maar dan denk ik ik: nog altijd beter dan niks en voor mijn gennaker-sprietje (dus wellicht niet zo zinvol voor TS holtere) redelijk bruikbaar en bovendien gezien de testjes ook redelijk kloppend.

holtere schreef :
Ook leuke (zij het eveneens zeer) groffe benadering. Die spanning op de schoot staat bijvoorbeeld niet naar opzij, maar grotendeels naar achteren. Dus een spanning van bijvoorbeeld 7,5 kN levert bij een hoek van de lijn van bijvoorbeeld 30 graden met het zeil: sin(30) * 7,5 = 3,25 kN "opzij" op.
Die compressiekrachten op de spriet zijn inderdaad vergelijkbaar (hoewel veel kleiner, denk ik) met compressiekrachten op de mast, als je tenminste een zeil met voorspanning voert (code0). Bij een gennaker natuurlijk weer veel minder (ruim winds = niet).
Die kracht naar boven is er natuurlijk wel, maar wordt idd opgevangen door de waterstag, dus dat aanhechtingspunt moet je beschouwen als een wantputting (en moet dus ook net zo sterk zijn...).

Erikdejong schreef :
Ja, dat de kracht wordt veroorzaakt door aerodynamische krachten op een bollend zeil dat aangesneden wordt door de wind is natuurlijk helemaal waar en duidelijk. Maar je kunt niet meer vermogen leveren en dus ook niet meer kracht in bepaalde situaties (P = F*v) dan de wind door het doorstromend oppervlak van het zeil heeft. Volgens Betz haal je bij een stilstaand oppervlak zelfs nooit meer dan 70% daarvan. Een factor 2 (of meer) dan dat is dus echt onmogelijk.
Ik schat dat de voorspanning wel een factor 2 tot 4 groter kan zijn dan de kracht veroorzaakt door de wind.

Misschien ook een optie om een matrix in de buis te lijmen, vierkant of kruis wellicht?

Moet natuurlijk ook maar net passen en zal lastig zijn een goede hechting te realiseren maar lijkt me dat de stijfheid zal verbeteren.

Jep. Heb mijn sprietje bijvoorbeeld ter plekke uitgevuld met microballoons en chopped strands. Maar je moet wel uitkijken dat je een eventueel knikpunt niet gewoon verplaatst. Ik heb daarom behalve genoemde maatregel ook de wanddikte laten verlopen naar de tip toe.

We refereren wel telkens naar het sprietje van Steef. Voor de duidelijkheid:
Voer je die met een code zero of een gennaker (ik dacht zelf alleen de laatste)?

Ik heb die hele berekeningen niet gedaan natuurlijk want daar begrijp ik niets van.
Ik heb uitgebreid alle in de markt beschikbare configuraties en adviezen bestudeerd, mijn iets eigenwijze lengte van 110cm bepaald en een héél sterke draaibare A-frame spriet gemaakt. Door de A-frame vorm met naspanbare waterstag ontstond een buitengewoon sterke constructie die waarschijnlijk op veel grotere boot ook prima zou functioneren. Het geheel weegt toch maar 2300 gram.