Onderwerp: Project Snow Leopard: Ontwerp

ReinierZeilt schreef :
Ik heb even naar de link van Sjoerd gekeken. Als dat schuivende roer zo een aantal jaren heeft gefunctioneerd, dan werkt het eigenlijk nog best soepel, vind ik. Het schuift zonder hikje en bijgeluiden vlot naar beneden. Met die inspectieplaat eraf lijkt het interieur van de kast waar het in schuift, waarvan ik aannemen dat er water in komt, ook aardig schoon.
We lijkt het erop dat het maar ongeveer een halve meter uitschuift, wat ik voor zo'n relatief grote boot wel tamelijk weinig vind. Ik ga er vanuit dat het een boot met een zwaard of een kiel-midzwaard is. Als we ervan uit gaan dat het in opgetrokken stand gelijk zit of iets boven het vlak of de kiel van de boot, dan steekt het uitgeschoven stand dus maar 50 cm. onder het vlak uit.

Nog even een stapje terug naar het zwaard. Heb net mijn (gebroken)zwaard eruit gehaald, en dat is in grote lijnen een gelijke construktie. Maar kwam nu weer even een kinderziekte tegen in mijn ontwerp.
De voorkant van mijn kast was dicht, en daar hoopte zicht slik/zand op, waardoor het zwaard niet meer volledig naar boven kon. Mijn oplossing, daar met de gatenzaag een paar flinke gaten naar beneden, zodat binnenin geen ophoping kan ontstaan.
Nou zal jij waarschijnlijk wat minder buikschuiven dan wat ik doe, maar toch.

Wadloper schreef : Opzich maakt de referentie van het vlak weinig uit. Je streeft naar een optimale lengte-breedte verhouding van het roer, en daarna is het een kwestie van gewenst oppervlak. Meestal is dat zo rond de 1% van het aan de windse zeiloppervlak, snelle boten iets minder, langzame boten iets meer. Als ze met het oppervlak dus goed uit de voeten kunnen dan hoeft een roer niet heel diep te zijn.

rooiedirk schreef : Dank voor de tip.

Laatse poging en dan hou ik op; spiegel als kastdeuren open? Kun je helemaal flush bouwen.

Erikdejong schreef : Ik vroeg me trouwens al eerder af hoe het zit met de opening achter de kiel als die verticaal staat. Ik kan niet beoordelen wat dat met de zeileigenschappen doet maar kan me wel een constructie voorstellen in de vorm van een klep aan de achterkant van de kiel die automatisch het gat afsluit als de kiel zakt.

Als ik wat getallen bij elkaar sprokkel (oppervlak roerblad 3,4 m², hoogte roerblad 3,7 m) kom ik op de gemiddelde lengte van de koorde van het roerblad van 0,92 m.
In combinatie met een voorziene kruissnelheid van 9,5 kts (4,9 m/s) en een kinematische viscositeit van zeewater bij 10 °C van 1,354e-6 m²/s geeft dat een Reynoldsgetal van 3,3e6. Eens?

Wie zwijgt stemt toe zal ik maar denken. In welk geval ik je de conclusie van een Australisch onderzoek naar foils met platte vlakken niet wil onthouden.




Bron: apps.dtic.mil/sti/citations/ADA189047

Jotm, ik zie wederom in de conclusie dat dit geldt voor dunne profielen (4%) dat betekend niet voldoende dikte om het sterk genoeg te maken en niet voldoende volume om er voldoende lood diep genoeg in kwijt te kunnen. Het is me dan ook ietwat onduidelijk welk punt je probeert te maken? Ik ben ook wel eens een paar uurtjes niet online, het kan dus meer dan 2 uur duren voor ik ergens op kan reageren

Dan kijk je bij de wat dikkere profielen (8%) en de wat hogere Re-waarden in de Italiaans-Zweedse studie. Hetzelfde beeld.

boarderbas schreef : Aardige gedachte, heb ik ook mee gespeeld, maar dat is ook weer een naad extra welke waterdicht moet worden en dat zou betekenen dat de deuren open moeten om het roer op te kunnen klappen. Ook neemt het opklappen dan 90cm tot een meter van de 'dubbele bodem' in beslag in tegenstelling tot de ~40cm die het nu is. De rib kan er dan niet meer bovenop tenzij we de rib buiten zetten iedere keer als het roer op met klappen. Ik vind het mooie roersystemen en als ik Bagheera weer zou bouwen zou ik het waarschijnlijk toepassen, maar op deze boot zijn er te veel concessies om dat werkend te krijgen. Ik neem in dat geval liever genoegen met een extra dikke roerkoning en een niet 100% optimaal roer oppervlak. Dat heeft ook nog als extra voordeel dat we sturen kunnen in water van slechts 130cm diep.

zeekraal schreef : Dat blijkt in de praktijk maar matigjes te werken en ze schijnen nogal last te hebben van vastlopen als er wat aangroei en dergelijke op zit. Combineer dat in ons geval nog met vastvriezen en het lijkt op vragen om problemen. De schroef word wel intrekbaar, dus dat helpt de zeileigenschappen wel enorm. Hoeveel effect het zou hebben kan ik moeilijk inschatten.

boarderbas schreef : Ik lees net deze nog. Het kwadrant is maar 5cm dik en komt direct bovenop de tapse box te liggen (niet meer als een liever arm) de rest van het stuursysteem (hydrauliek en dergeijke) ligt tussen de spanten onder de vloer.

Erikdejong schreef : M'n laatste vraag ging over je roer trouwens, of ga je daar ook lood in stoppen?

JotM schreef : Daar komt slechts een heel klein beetje lood in, net voldoende om het roer licht zinkend te maken. Een hol roer van aluminium of staal drijft namelijk (bijna) altijd. Om het opklap mehanisme te ontlasten en om het roer makkelijker te kunnen plaatsen wil ik het licht zinkend hebben.

Ik heb een tijd zitten studeren op die parallel-sided profielen. Voor het roer zou dit eventueel gebruikt kunnen worden, echter gaat daar best een hoop uitzoekwerk inzitten tegen een minimaal voordeel, if any.

Jotm, heb jij voorbeelden kunnen vinden van boten waar deze theorie in de praktijk getest is? De enige praktijk resultaten die ik heb kunnen vinden is op een 420 en een optimist. De resultaten daarvan zijn niet echt kopieerbaar op de boot waar we het hier over hebben. Zelfs op de high-end oceaan gaande raceboten heb ik geen praktijk voorbeelden kunnen vinden van dergelijke profielen.

Nee, ik ken geen voorbeelden.
Het bij Chalmers uitgevoerde onderzoek is ook nog niet zo oud en gezien de zin "The loss, and surprisingly the gain, in performance relative to 4-digit NACA sections are also investigated." in de samenvatting was de opzet van de studie beperken van het verwachte nadeel en zeker geen mogelijk voordeel.
Ik heb zelf een beetje zitten schetsen en zou vanwege het opklapmechanisme ook daar het snelst voordeel zien. Maar dan voornamelijk vanwege de ruimte die het biedt om je mechanisme in kwijt te kunnen.

De eerste studie waar je naar linkte gaat al terug tot 1988. Dus ik had inmiddels wat praktijk tests verwacht, ik heb ze alleen nog niet kunnen vinden.

Alleen de kop hoeft vlak te zijn, de rest komt niet bij een ander mechanisme in de buurt als we het over het roer hebben.

De kielkast is praktisch niet uitvoerbaar als ik die te dun maak, dan kun je er niet meer in klimmen voor het aflassen, ook niet voor inspecties van de spectra haallijnen die aan de kielkop komen of voor het aanhaken van het hijsoog als de kiel eruit moet. De kielkast is maar 35cm dik, dus dat is al best een crime om daar in te klimmen.

Ik denk dat ik het voor het roer ook bij standaard profielen ga houden, daaar ben ik mee bekend en ik weet dat het werkt.

Snap ik. En lijkt me eigenlijk ook de verstandige keuze, als je geen ondersteuning van een club als die bij Chalmers hebt om eenzelfde exercitie als voor de dinghies gedaan is te uit te voeren.

De Chalmers-studie is gepubliceerd op 3 september 2020, dus dat is nog vrij vers. De Australische studie is van 1988, maar het zou me niet verbazen als die in de wereld van de windtunnels, waarvoor 'ie is geschreven, is blijven hangen tot nu toe.

Voor wat betreft het vergelijken van vormen heb ik wat zitten spelen met een Excel-blad waarin het 4-digit NACA profiel en het "Chalmers parallel sided" profiel geparametriseerd zijn opgezet. (Volgens Abbott&Doenhoff resp. Saporito et al.)
Gele cellen zijn invoervelden, in commentaren staan de waarden om bij t=11% het parallel sided profiel bijna exact te laten samenvallen met het 4-digit NACA profiel. Zie bijlage, als je toch nog zelf wilt spelen.
(de grafische vergelijking staat rondom cel K245; niet echt een opgepoetst spreadsheet, maar je komt er wel uit denk ik)

Ik heb ook bemerkt dat de 3- resp 4-degree rational Bézier curves, waarmee de leading resp trailing edge van het PS-profiel zijn gedefinieerd, exact zijn te modelleren mbv de spline functies in AutoCAD, inclusief aanpassen van het gewicht van een CV. Weet jij of dat in AutoCAD LT ook kan? Er lijkt een vergelijkbaar "modificatie-commando" in LT te zitten, maar ik kom er niet helemaal uit en ik heb geen LT voorhanden.

Voor wat betreft de koppeling tussen de gaffel met ring aan het onderste deel van het roerblad en de kop van het roerblad: bedoel je dat tweezijdig? In een soort kast in de verdikking ter hoogte van de rotatie-as?

Edit:

PS Plaatjes






De positie van de CV's is zoals beschreven in Saporito et al. Het "gewicht" van P1 in de leading edge (LE) is ook volgens de beschrijving in dat artikel en wordt aangestuurd door de gewenste straal van de LE (cel D1).

JotM schreef : Het maken van een ontwerp voor een boot als deze (doe ik bijna helemaal alleen) is al 3500 manuur werk. Je moet echt keuzes gaan maken waar je veel tijd aan gaat besteden en waar je weinig tijd aan gaat besteden, voor je het weet ben je 10.000 uur verder en tegen die tijd is er wel weer wat nieuws uitgevonden. Zo ook tijdens de bouw, je kunt het even vlug, vlug doen met goedkope(re) materialen, maar dan heb je over het algemeen een stuk meer onderhoud, je kunt het goed doen en je kunt het perfect doen. Perfectie is wellicht leuk, maar die laatste 5% kost bijna netzoveel tijd, energie en geld als de eerste 40% van de bouw. Het is makkelijk om jezelf te verliezen in details die uiteindelijk weinig tot geen effect hebben op het eind product.

Een van de lastigste dingen van dit ontwerp vind ik het uitrekenen/inschatten van het brandstofverbruik. We willen de boot geschikt hebben om comfortabel in te kunnen vriezen en twee jaar in de poolstreken te kunnen verblijven zonder opnieuw te hoeven bevoorraden. Brandstof word verbruikt om te verplaatsen als er geen wind of te veel ijs ligt, om stroom op te wekken als de alternatieve bronnen (wind, zon en schroef re-generatie) niet voldoende opwekken, maar vooral om te verwarmen.

Brandstofverbruik voor de energie balans en voortstuwing is allemaal niet zo spannend, maar de verwarming is nog best gecompliceerd. Over de jaren heb ik zo gedetaileerd mogelijk bij gehouden hoeveel energie bestaande boten nodig hebben om te verwarmen. Dit heb ik gedaan door het volume van de betreffende boot te kijken, het temperatuursverschil tussen binnen en buiten bij te houden en naar isolatie en raam-oppervlak te kijken. Dit heeft een beetje inzicht gegeven in het aantal Watt dat je nodig hebt per kubieke meter per graad temperatuursverschil met binnen. Voor een AWB boat ( ) hebben we het over 5 tot 7 Watt per kuub per graad, over een redelijk goed geisoleerde aluminium boot hebben we het over 2,5 W per graad per kuub. Voor een goed geisoleerde boot zitten we op 1.5 W per graad per kuub.

Snow Leopard heeft een totaal te verwarmen volume van rond de 300 kuub. De koudste temperatuur waar we de boot geschikt voor willen hebben is -60C en we willen het comfortabel hebben, dus we hebben het over een Delta T van 80 graden. 80 graden maal 300 kuub maal 1.5 Watt per graad per kuub geeft een benodigd kachel vermogen van 36kW en een bijbehorend brandstof verbruik van 4.5 liter per uur. Vernigvuldig dat met 24 en 730 dagen (2 jaar), beetje reserve erbij en je zit op 80.000 liter.... Zoveel kunnen we niet kwijt en willen we niet kwijt en de berekening is ook te simplistisch. Verder door rekenen dus.

Die -60 is de ontwerp temperatuur waarbij de boot nog volledig moet kunnen functioneren, dat wil zeggen dat alle systemen nog werken als we die omstandigheden treffen, maar het word natuurlijk niet iedere dag zo koud. Zelfs in de noordelijke zomer als je in het ijs ligt in gevroren kan de temperatuur de 5 of zelfs 10 graden boven nul behalen. In plaats van uitgaan van die -60 voor het brandstof verbruik, moeten we dus eigenlijk uitgaan van de gemiddelde temperatuur die we verwachten tijdens een overwintering. Ik ben dus de langetermijn statistieken in gegaan om te zoeken wat voor gemiddelde temperaturen we kunnen verwachten als we zouden overwinteren op bijvoorbeeld 85 graden noord.Na lang rekenen en middellen uit diverse modellen en statistieken van weersstations kwam ik op de volgende laagste gemiddelde temperaturen uit:
Jan: -33
Feb: -34
Mrt: -32
Apr: -24
Mei: -11
Jun: -1
Jul: 1
Aug: 0
Sep: -8
Oct: -19
Nov: -27
Dec: -29
Dat geeft natuurlijk alweer een heel ander beeld en komt neer op een gemiddelde temperatuur van -18 over het gehele jaar. Dat brengt het initiele berekende brandstof verbruik al terug van 80.000 liter naar 36.000 liter. Nog steeds te veel...

Voor de comfortabele temperatuur ben ik uitgegaan van 20 graden, maar eigenlijk hoeft dat alleen maar voor de ruimtes waar je uithangt gedurende de dag. Slaap vertrekken hoeven wat mij betreft niet meer als een graad of 15 te zijn en de opslagruimte in het voorschip, het lab in het achterschip en de machine kamers hoeven eigenlijk alleen maar net boven nul gehouden te worden dus daarvoor ga ik dan maar uit van 5 graden.

De volgende stap in de verfijning die ik gedaan heb is dus het uitwerken van de volumes van de diverse vertrekken aanboord en welke temperatuursverschillen we graag willen hebben tov de gemiddelde buiten temperatuur van -18.

Het dekhuis is verreweg het grootste vertrek met 66 kuub te verwarmen ruimte, maar die willen we ook het warmste hebben. De machinekamers en andere vertrkken die alleen maar vorstvrij hoeven te worden gehouden (5 graden dus) hebben een gezamelijk volume van 83 kuub, en voor die 83 kuub kan de delta T dus al 15 graden naar beneden worden bijgesteld. Slaap vertrekken hebben een totaal volume van 117 kuub en daar kan de delta T 5 graden naar beneden. Dat brengt het brandstof verbruik terug naar 27.000 liter.

Dit is allemaal gebaseerd op een specifieke warmte van 1.5 watt per graad per kuub voor een goed geisoleerde boot. Maar we hebben de mogelijkheid om de boot nog veel beter te isoleren als wat gebruikelijk is. Daarover meer in een volgende post want ik heb oa ideen voor de ramen en andere gebruikelijke koude plekken. Voor de uiteindelijke berekeningen ga ik dus uit van een specifieke warmte van 1 watt per graad per kuub en verwacht ik dus een brandstof verbruik van 21.000 liter voor de verwarming.

Je wilt natuurlijk een extra marge hebben hier en ik ga uit van 10% extra verbruik voor dit soort dingen. Enkele zaken die ik niet heb meegenomen, maar welke wel de boot van warmte zullen voorzien:
- De mensen die aanboord verblijven: Een persoon straal ongeveer 90 Watt aan warmte uit, 8 personen aanboord brengen dus de gemiddelde temperatuur in de hele boot omhoog met ruim 2 graden. Dit neem ik mee als 'marge' en trek ik niet af van het te verwachten gebruik.
- De generator moet ons van stroom voorzien als het buiten donker is of als de energie vraag hoog is vanwege wetenschappelijk uitrusting die aan moet staan. De generator verspilt onegveer 70% van zijn vermogen aan warmte, dus daar komen heel wat kilowatt uurtjes vrij. Op zulke dagen hoeven de machinekamers dus niet verwarmt te worden, en de warmteopslag tank word van heet water voorzien door het koelwater door een warmtewisselaar te laten lopen. Dat is zeg maar een boiler zoals die standaard op boten gebruikt word, maar dan van 1500 liter. Die tank komt in het verwarmings circuit te zitten, dus als de generator gelopen heeft dan kunnen we nog een tijd lang daarna het warme water gebruiken om de boot mee te verwarmen. De 1500 liter tank kan ongeveer 70 kWh aan warmte opslaan en kan de boot dus verwarmen voor een uurtje of 4. Niet erg substantieel, maar zou het verwarmingsverbruik met ongeveer 10% naar beneden brengen. Ik neem dit ook niet mee in mijn verwarmingsberekeningen. Het leuke van die tank is echter wel dat als het buiten een graad of 10 is (komt nog wel het meeste voor in onze manier van varen) dan kan die tank de hele boot verwarmen voor anderhalve dag. Dus een uurtje generator geeft dan feitelijk anderhalve dag 'gratis' warmte die in zee gedumpt zou worden als we het niet zouden opslaan.

Het totale brandstof verbruik voor zo'n 2 jarige over-winter expeditie is dus verwarming + voorstuwing + electiciteitsvoorziening in de winter danwel tijdens piek-belastingen als de wetenschappelijke uitrusting met hoge vermogens aan het werk is.
Voor het motoren ben ik uit gegaan van 1000 mijl afstand en de generator zo'n 300 uur per jaar op half vermogen. Totale benodigde brandstof capaciteit voor zo'n monster project word dan 30.000 liter. Klinkt als aburd veel, maar de 'concurentie' stookt dat er in een halve dag doorheen.

Voor 'normaal' gebruik gaan we uit van een autonomiteit van 5 maanden en natuurlijk aanzienlijk hogere buiten temperaturen. Dat zijn echter ook expedities waar meer motor-mijlen afgelegd worden en waar de generator (diesel-elektrische aandrijving) dus meer uren moet draaien. Dat normale gebruik is dan beperkt tot maximaal 6000 liter over een seizoen. Idealiter slaan we dat op in tanks die op het breedste gedeelte van de boot in de zijkant zitten. Op die manier kunnen we de brandstof als 'water'ballast gebruiken om de boot rechterop te laten varen. Dit maakt een aanzienlijk verschil in gemiddelde dag-afstand, maar ook in comfort tijdens het zeilen of als je tijdens een storm in een haven ligt. De 'standaard' configuratie wil ik dus hebben als 6000 liter aan iedere kant welke heen en weer gepompt kan worden. Helaas laat de layout van de boot niet toe dat we de volledige 6000 liter tegen de buitekant aan kwijt kunnen, dus daar moet een kleine concessie gedaan worden. De overige 18000 liter moet weggestopt worden in andere plekken die niet echt bruikbaar zijn voor andere zaken.

De layout voor de brandstof tanks ziet er dan zo uit:



Zoals je kunt zien komen de 4 tanks voor 'normaal' gebruik niet tegen de buitenhuid aan. Dit is vanwege de kans op lekkage tijdens lekstoten. Voor grotere schepen is het al verplicht om de brandstof tanks los van de romp te hebben, maar ik zie dat ooit ook nog wel eens verplicht worden voor kleinere schepen die naar Antarctica of het noordppol gebied willen. Daar zijn we dan alvast op voorbereid. Helaas lukt het niet om dat te doen met de overige 18.000 liter, daarvan is de buitenhuid van de romp ook tevens een deel van de buitenhuid van de tank. De 4 tanks die wel afegscheiden zijn, die zitten 25cm vrij van de buitenhuid. Dat zou te veel plek innemen en de bouw van de boot heel erg lastig maken als we dat met de andere tanks ook zouden doen.

Ik probeer je een vrij analoog antwoord te geven Erik, als je dat niet uitkomt dan hoor ik het wel.

"Voor de comfortabele temperatuur ben ik uitgegaan van 20 graden, maar eigenlijk hoeft dat alleen maar voor de ruimtes waar je uithangt gedurende de dag. Slaap vertrekken hoeven wat mij betreft niet meer als een graad of 15 te zijn en de opslagruimte in het voorschip, het lab in het achterschip en de machine kamers hoeven eigenlijk alleen maar net boven nul gehouden te worden dus daarvoor ga ik dan maar uit van 5 graden."

Hier zou ik langer bij stil staan, werktijden, beweging, stilstand. Compartimderen. Een ruimte waar je samen komt, om te eten en te rusten moet comfortabel zijn, maar je hoeft niet in een t-shirt rond te lopen. Een slaapruimte mag nog koeler zijn als je voldoende donsbed hebt. Als je actief bent is een verwarmde ruimte minder van belang, juist die warme rust- en eet ruimte moet je moraal op peil houden. Zo kan je nog meer op locaties temperatuur instellingen noteren. En isoleren, isoleren. Besparen op verbranding en verbruik, daar is winst te halen.

En dan nog wat: management van risico en planning. Je gaat uit van maximale waarden, gemiddelde temperaturen uit het verleden, bezetting, duur van expeditie. Maar is de praktijk niet net als in een all inclusive resort? De eerste dagen is de tafel vol met keuze aan gerechten, de laatste dagen is er veel minder. Dat is een winstmodel, maar ook een besparingsmodel. Ga je uit van max en max, dan kom je in grote getallen. Soms moet je in max en mid denken. Zorg dat je een kern heb die altijd comfortabel is, gedurende de max van de max. En schakel af, waar het kan als de duur over de mid is.

Erikdejong schreef :
Helder! Dank voor de uitleg.

Is het verantwoord/toegestaan om diesel met slechts de huid binnen te houden? Olietankers moeten dubbelwandig uitgevoerd worden.

boarderbas schreef : De officiele regel is dat als een tank minder als 600.000 liter is dat het mag.

Dat het mág zal dan wel het geval zijn. Komt me wat vreemd over dat je dat op een schip wat aan dergelijke extremen blootgesteld word het wíl. Maar je kan vast de grote dieselvlek van de foto's af croppen als je een winter vast ligt

boarderbas schreef :
Een tank met een wanddikte van 25mm aluminium = dikte romp. De kans om te moeten photoshoppen lijkt mij wel nihil.