Successfully reported this slideshow.
We use your LinkedIn profile and activity data to personalize ads and to show you more relevant ads. You can change your ad preferences anytime.

Slfknwvp

aero- and hydrodynamics of sailing

  • Login to see the comments

  • Be the first to like this

Slfknwvp

  1. 1. Onderwerpen Aerodynamica Hydrodynamica Kielboten versus zwaardboten plat & rondbodem jachten boottrim trim snelheidstraining stroom & golven
  2. 2. Golven Windsnelheid Groote van de Kracht Rompweerstand Telltales Plaats bolling Stand zeil Bolling Twist Stroming Spleet werking vleugelkiel gewichtstrim Water versus lucht trim Polair diagrams Wervels Aspect ratio Spinaker
  3. 3. Spinaker
  4. 4. Krachten & Snelheid bovenaanzicht Krachten, Koppels, Vectoren, Ontbinden WIND
  5. 5. Krachten & Snelheid bovenaanzicht F_fok Krachten, Koppels, Vectoren, Ontbinden kracht: - richting - Grootte - Aangrijpingspunt WIND
  6. 6. Krachten & Snelheid bovenaanzicht F_fok F_gz F_lateraalopp Krachten, Koppels, Vectoren, Ontbinden kracht: - richting - Grootte - Aangrijpingspunt WIND
  7. 7. Krachten & Snelheid bovenaanzicht F_fok F_gz F_lateraalopp V_opzij Krachten, Koppels, Vectoren, Ontbinden kracht: - richting - Grootte - Aangrijpingspunt WIND
  8. 8. Krachten & Snelheid bovenaanzicht F_fok F_gz Krachten, Koppels, Vectoren, Ontbinden kracht: - richting - Grootte - Aangrijpingspunt V_opzij WIND
  9. 9. Krachten & Snelheid bovenaanzicht F_fok F_gz Krachten, Koppels, Vectoren, Ontbinden kracht: - richting - Grootte - Aangrijpingspunt V_voorwaarts V_opzij WIND
  10. 10. Krachten & Snelheid bovenaanzicht F_fok F_gz Krachten, Koppels, Vectoren, Ontbinden kracht: - richting - Grootte - Aangrijpingspunt V_voorwaarts V_opzij WIND
  11. 11. Krachten & Snelheid bovenaanzicht F_fok F_gz F_lateraalopp Krachten, Koppels, Vectoren, Ontbinden kracht: - richting - Grootte - Aangrijpingspunt V_voorwaarts V_opzij WIND
  12. 12. krachten zij- en achter aanzicht Dynamische & Statische evenwichten
  13. 13. krachten zij- en achter aanzicht Dynamische & Statische evenwichten zeilpunt drukpunt lateraalpunt zwaartepunt
  14. 14. Terminologie F zeil WIND
  15. 15. Terminologie Weerstand (Drag) Lift F zeil WIND
  16. 16. Terminologie Weerstand (Drag) F zijwaards F voorwaards Lift F zeil WIND
  17. 17. Krachten uit evenwicht & roerwerking F_fok F_gz F_lateraalopp V_voorwaarts V_opzij weinig roeruitslag = veel sturen & weinig remmen WIND
  18. 18. Sturend en remmend effect roer 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 1 2 3 4 5 6 7 0 90 0 n
  19. 19. Sturend en remmend effect roer 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 1 2 3 4 5 6 7 0 totaalkracht ( ) n 90 0 n
  20. 20. Sturend en remmend effect roer 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 1 2 3 4 5 6 7 0 totaalkracht ( ) n remkracht ( ) n 90 0 n
  21. 21. Sturend en remmend effect roer 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 1 2 3 4 5 6 7 0 totaalkracht ( ) n remkracht ( ) n stuurkracht ( ) n 90 0 n
  22. 22. Schijnbare wind V boot
  23. 23. Schijnbare wind V boot
  24. 24. Een Vlaag V boot
  25. 25. V boot
  26. 26. 3D ontbinden in vectoren
  27. 27. 3D krachten en vectoren
  28. 28. 3D krachten en vectoren
  29. 29. 3D krachten en vectoren
  30. 30. 3D krachten en vectoren
  31. 31. Oploevend koppel als het jacht helt Sturen met gewicht
  32. 32. Vraag Hoe groot (in kg) zijn de krachten in het zeil?
  33. 33. Grootte van de krachten 150 kg met een gemiddelde hefboom van 1.75 m 75 kg met een gemiddelde hefboom van 3.50 m
  34. 34. Krachtenstelling Het streven is naar maximale aerodynamische krachten en minimale hydrodynamische krachten? Op zeeniveau staat er 1kg druk op iedere cm 2 . Voor 75 kg bij een oppervlak van 10 m 2 (=100.000 cm 2 ) is dus slecht een drukverschil van 75/100.000 = .00075 of 0.075% nodig (Bij vliegtuigen ligt dit in de orde van 5%)
  35. 35. Aerodynamische variabelen <ul><li>Wind </li></ul><ul><ul><li>snelheid </li></ul></ul><ul><ul><li>stabiliteit </li></ul></ul><ul><ul><li>wind profiel </li></ul></ul><ul><li>Variabelen </li></ul><ul><ul><li>Oppervlak </li></ul></ul><ul><ul><li>Hoek van inval </li></ul></ul><ul><ul><li>Diepte bolling </li></ul></ul><ul><ul><li>Plaats Bolling </li></ul></ul><ul><ul><li>Aspect ratio </li></ul></ul><ul><li>Stroming </li></ul><ul><ul><li>Laminair & turbulent </li></ul></ul><ul><ul><li>volgend & overtrekkend </li></ul></ul><ul><ul><li>empirisch </li></ul></ul><ul><ul><li>lift & drag </li></ul></ul><ul><ul><li>Bernouille </li></ul></ul><ul><ul><li>Circulatie stroming & upwash </li></ul></ul><ul><ul><li>3D stroming </li></ul></ul><ul><ul><li>Wervels </li></ul></ul>
  36. 36. Laminaire & Turbulente stroming afstand tot oppervlak snelheid stroming
  37. 37. Laminaire stroming afstand tot oppervlak snelheid stroming Geen vertikale component!
  38. 38. Turbulente stroming afstand tot oppervlak snelheid stroming Grote vertikale component
  39. 39. Loslaten van de lij stroming WIND
  40. 40. Loslaten van de lij stroming WIND WIND
  41. 41. Loslaten van de lij stroming WIND WIND WIND
  42. 42. Maximale kracht bij verschillende windsnelheden F max V Wind laminair Turbulent Overtrokken 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
  43. 43. Bol oppervlak bij verschillende invalshoeken WIND totaal kracht hoek van inval 10 o 0 o 20 o 30 o 40 o 50 o 60 o 70 o 80 o 90 o 0 o 10 o 20 o 30 o 40 o 50 o 60 o 70 o 80 o 90 o
  44. 44. Lift en Weerstand WIND LIFT WEERSTAND
  45. 45. LIFT DRAG o
  46. 46. LIFT DRAG o 5
  47. 47. LIFT DRAG o 5 10
  48. 48. LIFT DRAG o 5 10 15
  49. 49. LIFT DRAG 90 o 5 10 15 19,3 20
  50. 50. LIFT DRAG o 5 10 15 19,3 20 25
  51. 51. LIFT DRAG o 5 10 15 19,3 20 25 30
  52. 52. LIFT DRAG o 5 10 15 19,3 20 25 30 40
  53. 53. LIFT DRAG o 5 10 15 19,3 20 25 30 40 50
  54. 54. LIFT DRAG o 5 10 15 19,3 20 25 30 40 50 60
  55. 55. LIFT DRAG o 5 10 15 19,3 20 25 30 40 50 60 70
  56. 56. LIFT DRAG o 5 10 15 19,3 20 25 30 40 50 60 70 80
  57. 57. LIFT DRAG o 5 10 15 19,3 20 25 30 40 50 60 70 80 90
  58. 58. Lift versus Weerstand AR > 4:1 LIFT DRAG o 5 10 15 19,3 20 25 30 40 50 60 70 80 90
  59. 59. DRAG Opgave!!! LIFT o 5 10 15 19,3 20 25 30 40 50 60 70 80 90
  60. 60. DRAG Opgave!!! LIFT o 5 10 15 19,3 20 25 30 40 50 60 70 80 90
  61. 61. DRAG Opgave!!! Raakpunt !!! LIFT o 5 10 15 19,3 20 25 30 40 50 60 70 80 90
  62. 62. LIFT DRAG Opgave!!! Raakpunt !!! o 5 10 15 19,3 20 25 30 40 50 60 70 80 90
  63. 63. LIFT DRAG Opgave!!! Raakpunt !!! o 5 10 15 19,3 20 25 30 40 50 60 70 80 90
  64. 64. DRAG Opgave!!! LIFT ? o 5 10 15 19,3 20 25 30 40 50 60 70 80 90
  65. 65. loef & Lij stroming WIND Zeil verzorgt de middelpunt zoekende kracht van de luchtdeeltjes
  66. 66. Loef en Lij krachten WIND
  67. 67. Start wervel WIND WIND
  68. 68. WIND Kutta Condition
  69. 69. WIND Kutta Condition
  70. 70. WIND Kutta Condition
  71. 71. Circulatie stroming WIND
  72. 72. Stroming bij loeflijk WIND
  73. 73. Gesuperponeerde circulatiestroming
  74. 74. Upwash
  75. 75. Gecombineerd tuig WIND Circulatie stroming optellen bij de wind!
  76. 76. Gecombineerd tuig WIND Effect: Meer upwash CSF: Afmeting spleet Circulatie stroming optellen bij de wind!
  77. 78. 9.1 +4.9 o 9.5 +10.6 o 10.8 +10.2 o 11.0 +5.7 o 8.4 +2.4 o 5.7 +16.2 o 13.7 +4.0 o 11.8 +1.5 o 8.8 -4.7 o 9.6 -13.3 o 11.4 -10.0 o 11.3 - 4.5 o 9.5 -4.5 o 9.8 - 6.4 o 10.2 - 6.2 o 10.6 - 4.9 o 10 Knots
  78. 79. Tell Tales WIND
  79. 80. Windprofiel Hoogte Windsnelheid Turbulent = vlagerig Stabiel = geen verticale component
  80. 81. Twist
  81. 82. Twist Werkelijke windverschillen op verschillende hoogte veroorzaken verschillende invalshoeken schijnbare wind Top sectie heeft een grotere voorwaarts gerichte component
  82. 83. Twist Werkelijke windverschillen op verschillende hoogte veroorzaken verschillende invalshoeken schijnbare wind Gebruik tell tales en streamers om de trim te beoordelen Top sectie heeft een grotere voorwaarts gerichte component Wat is overigens het effect van de genua op de “schijnbare” wind bij het grootzeil bij een 3/4 tuig?
  83. 84. Twist Juist aan de wind varen Trim fok Trim grootzeil Spleetwerking
  84. 85. Tip wervels Vraag: Wat is hier aan te doen?
  85. 86. Stuwdruk gewelfde plaat 1/10 Windsnelheid 5 m/s 10 m/s 15 m/s 20 m/s 25 m/s Windkracht 3 5 7 9 10 Stuwkracht / m2 2.35 kg 9.45 kg 21.26 kg 37.8 kg 59.1 kg 0.03 pk 0.13 pk 0.28 pk 0.50 pk 0.79 pk
  86. 87. Reynolds Rho*V*L/Mu
  87. 88. Reynolds II
  88. 89. verschillende bollingen bij verschillende invalshoeken 0 o 10 o 20 o 30 o 40 o 50 o 60 o 70 o 80 o 90 o totaal kracht hoek van inval
  89. 90. 21 o 37 o 61 o 68 o WIND
  90. 91. LIFT DRAG
  91. 92. Pompen LIFT DRAG o 5 10 15 19,3 20 25 30 40 50 60 70 80 90
  92. 93. verschillende bollingen F max V Wind 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
  93. 94. Trim aspecten Diepte Bolling Plaats bolling Invalshoek Wanneer is welke vorm het gunstigst?
  94. 95. LIFT DRAG 0 5 10 15 19,3 20 25 30 40 50 60 70 80 90
  95. 96. Aspect Ratio = Lengte mast / Opp Zweefvliegtuig: 30:1 - 40:1 Jacht: 6:1 2:1 6:1 15:1 2
  96. 97. Aspect Ratio LIFT DRAG o 5 10 15 19,3 20 25 30 40 50 60 70 80 90 LIFT DRAG o 5 10 15 38 20 25 30 40 50 60 70 80 90 35 2:1 >4:1 Welk zeil heeft standaard een laag aspect ratio?
  97. 98. Effectief zeiloppervlak Oorzaak: - Toenemende windsnelheid van beneden naar boven - grotere voorwaartse kracht component boven - kwadratische afhankelijkheid rendement zeil van de windsnelheid
  98. 99. <ul><ul><li>windsnelheid </li></ul></ul><ul><ul><li>windstabiliteit </li></ul></ul><ul><ul><li>wind profiel </li></ul></ul><ul><ul><li>Oppervlak </li></ul></ul><ul><ul><li>Hoek van inval </li></ul></ul><ul><ul><li>Diepte bolling </li></ul></ul><ul><ul><li>Plaats Bolling </li></ul></ul><ul><ul><li>Aspect ratio </li></ul></ul><ul><ul><li>Laminair & turbulent </li></ul></ul><ul><ul><li>volgend & overtrekkend </li></ul></ul><ul><ul><li>empirisch </li></ul></ul><ul><ul><li>lift & drag </li></ul></ul><ul><ul><li>Bernouille </li></ul></ul><ul><ul><li>Circulatie stroming & upwash </li></ul></ul><ul><ul><li>3D stroming </li></ul></ul><ul><ul><li>Wervels </li></ul></ul>3D stroming Is dit gunstig of ongunstig, en waarom?
  99. 100. Spinaker Stroming door spinaker geeft beste resultaat Ook in de Spinaker kunnen tell tales de moeite waard zijn
  100. 101. Karman Wervels Vaak oorzaak van rollen Asymetrisch trimmen of gat in het midden van de spi
  101. 102. Hydrodynamische variabelen <ul><li>Grensvlak verschijnselen </li></ul><ul><li>Oppervlak </li></ul><ul><li>Hoek van Inval </li></ul><ul><li>NACA Profiel </li></ul><ul><li>Aspect ratio </li></ul><ul><li>Snelheid </li></ul><ul><li>Lift & Drag </li></ul><ul><li>Type stroming </li></ul><ul><li>3D stroming & eindplaat effect </li></ul><ul><li>Wervels </li></ul>
  102. 103. Grensvlak Verschijnselen <ul><li>Water = 1 kg / liter, lucht = 1 g / liter </li></ul><ul><li>Water is vrijwel niet samendrukbaar, lucht wel </li></ul><ul><li>Aerodynamica is alleen lucht, Hydro dynamica is op een grensvlak van water en lucht: oppervlakte golven spelen een belangrijke rol </li></ul>
  103. 104. Rompsnelheid versus stuwkracht F stuw V romp Water verplaatsing Planeren
  104. 105. Golfpatronen
  105. 106. Golfpatronen
  106. 107. Golfpatronen
  107. 108. Click here to type page title laminaire Stroming Turbulente Stroming loslatende stroming
  108. 109. Rompsnelheid versus stuwkracht F stuw V romp vorm wrijving drift lucht opwaartse druk
  109. 111. NACA profielen NACA 0018 NACA 0015 NACA 0012 NACA 0009
  110. 112. Click here to type page title 0018 0015 0009 0012 Hoek van aanstromen LIFT
  111. 113. NACA profielen LIFT DRAG o 5 10 15 19,3 20 25 30 40 50 60 70 80 90
  112. 114. NACA profielen LIFT DRAG 0009 0012 0015 0018
  113. 115. NACA profielen Karman Wervels
  114. 116. eindplaat effect (kiel & zwaard) - - - - - - - + + + + + + + + - - - - - - - + + + + + + + + Oorzaken: - over- en onderdruk - helling van de boot
  115. 117. Tip wervels Vraag: Wat is hier aan te doen?
  116. 118. eindplaat effect (vliegtuigvleugel)
  117. 119. eindplaat effect (kiel & zwaard)
  118. 120. eindplaat effect (kiel & zwaard) - - - - - - - + + + + + - - - - - - - + + + + + + + + Speelt dit nu ook met zeilen ???
  119. 121. Eindplaat effect o graden 15 graden 30 graden
  120. 122. Stelling De australia heeft niet door haar vleugelkiel de America's Cup gewonnen
  121. 123. Golf - Kiel interaktie
  122. 124. Golf - Kiel interaktie
  123. 125. Plat- en Rondbodems
  124. 126. Typen Trim Romp trim statische mast trim dynamische mast trim zwaard trim roer trim grootzeil trim fok trim Spinaker trim gewichts trim
  125. 127. Trim variabelen Grootzeil Zeilvorm invalshoek plaats bolling diepte bolling twist Trim mogelijkheden valspanning schootspanning neerhouder traffeler onderlijk spanning flattening reef cunningham Mastbuiging
  126. 128. Trim variabelen Fok Zeilvorm invalshoek plaats bolling diepte bolling twist Trim mogelijkheden valspanning schootspanning barber holer positie lijoog
  127. 129. Trim variabelen Spinaker Zeilvorm invalshoek vertikaal invalshoek horizontaal plaats invallen schoothoeken t.o.v. elkaar Trim mogelijkheden valspanning schootspanning stand spi-boom horizontaal stand spi-boom vertikaal
  128. 130. Trim variabelen Spleetwerking Zeilvorm Trim fok/genua Trim Grootzeil Trim Mast Afmeting spleet Trim mogelijkheden
  129. 131. Onderwater oppervlakken Wat voor gewichtstrim en wanneer?
  130. 132. Effect van niet vlakke gewichtstrim Gunstig of ongunstig of met andere woorden, waar komt de wind vandaan ?
  131. 133. Rondbodems, Nat oppervlak
  132. 134. Type vaar- & voertuigen Surfplank Midzwaard boot Kielboot Kieljacht Catamaran 18 foot skiff IJs zeiler Zweefvliegtuig 15 10 10 10 10 10 3-4 0.5 25 20 20 15 15 10 3-4 0.5 40 30 30 25 25 20 7 1 verlijer hoek Hoek met schijnbare wind Totaal rendement
  133. 135. Snelheidstraining Meten is weten Twee boten tegen elkaar Wie schrijft die blijft Verander een (1) ding tegelijkertijd Ga uit van een basis instelling Let op het belang andere aspecten (bewegen bemanning, sturen door de stuurman, etc.), de teams moeten dus zeer gelijkwaardig zijn
  134. 136. Type vaar- & voertuigen Surfplank Midzwaard boot Kielboot Kieljacht Catamaran 18 foot skiff IJs zeiler Zweefvliegtuig Zeil levert opwaardse kracht Gemakkelijk planee door rompvorm en gewicht Maximale snelheid beperkt door bootlengte idem kielboot + zeer hoog rendement aan de wind Specifiek planee door geringe hoogte eigen golf Planneert op alle koersen, kan sneller dan de wind Haalt snelheden >> windsnelheid Vleugel profiel niet voor 2 kanten geschikt Specifieke Aero- en Hydro dynamische eigenschappen
  135. 137. Vlinder Diagram Maximale snelheid bij heersende condities
  136. 138. Vlinder Diagram II met spinaker
  137. 139. Vlinder Diagram III met spinaker Diagram bij verschillende windsterkten
  138. 140. Velocity made good (VMG) richting VMG Aan de wind richting VMG voor de wind 45-50 graden 150-170 graden
  139. 141. VMG in een 10 graden windshift richting VMG aan de wind richting VMG voor de wind 43 graden 55-60 graden 10 graden windshift 145 graden
  140. 142. VMG in een 20 graden windshift richting VMG aan de wind richting VMG voor de wind 41 graden 65 graden 20 graden windshift 135 graden
  141. 143. Golven snelheid = 2.32 X golflengte
  142. 144. Branding Invloed: tot op de helft van de golflengte diep
  143. 145. Golven, maximale hoogte Golfhoogte: maximaal 10% van golflengte
  144. 146. Golven WIND Aan de wind Voor de wind en sneller dan de golven Voor de wind en langzamer dan de golven Golftop Golftop Golftop Golftop Halve wind
  145. 147. Golven WIND Aan de wind Voor de wind en sneller dan de golven Voor de wind en langzamer dan de golven Golftop Golftop Golftop Golftop Halve wind
  146. 148. 40 O aan de wind geeft geprojecteerde golflengte van 12 * 1/cos (40) = 15.7 m 24 o 2m 15.7 m Golfsnelheid = 2.32 X golflengte = 2.32 X 12 = 8 knoop VMG = cos (40 O ) X 6 knoop = 4.6 knoop Snelheid t.o.v. golfpatroon = golfsnelheid + VMG = 12,6 knoop = 22,7 Km/u= 6.3 m/s Bij een golflengte van 12 meter wordt dus ieder 2 seconde een golf genomen De golfkarakteristieken 26 o 2m 12 m
  147. 149. 2m 15.7 m over de golf: in 1 seconde 12 * sin (52) = 9.5 m/s extra snelheid door het dal: in 1 seconde 12 * sin (52) = 9.5 m/s minder snelheid het gedrag van de boot
  148. 150. V boot 11 O V +top V wind V boot V +dal V wind 23 O het effect in de top van de mast
  149. 151. V boot 6 O V +top V wind V boot V +dal V wind 8 O het effect halverwege de mast
  150. 152. Verdere Effecten Nog niet meegenomen zijn: - Het vertragen en versnellen van de boot door het golf op en golf af varen - Het vertragen en versnellen van de boot door de bewegingsrichting van de waterdeeltjes in een golf - Het opzij zetten van de boeg doordat de golf onder een hoek van 40 O invalt - Het veranderen van de zeiltrim door dynamische spanningen op de stagen

×