Ontwerp v a n een s t u u r v i . j v e r . ( I n t e r n r a p p o r t no.15.) L a b o r a t o r i u m v o o r Scheepsbouwkunde. d o o r I r . J . G e r r i t s m a 2 j a n u a r i 1958
Ontwerp v a n een s t u u r v i j v e r . ( I n t e r n r a p p o r t no.15.) I . I n l e i d i n g . Teneinde een i n z i c h t t e v e r k r i j g e n i n de e i s e n w a a r a a n de s t u u r v i j v e r moet v o l d o e n , w o r d t e e r s t be-s p r o k e n , w e l k e m e t i n g e n met b e h u l p van de be-s t u u r v i j v e r u i t g e v o e r d kunnen w o r d e n en d a a r n a , op w e l k e w i j z e deze m e t i n g e n i n p r i n c i p e t e v e r w e z e n l i j k e n z i j n . We gaan d a a r b i j u i t v a n een d r a a d l o o s b e s t u u r d m o d e l , met e i g e n v o o r t s t u w i n g . Het r a d i o g r a f i s c h k o n -t a k -t v a n de w a l n a a r h e -t model b e p e r k -t z i c h -t o -t h e -t geven v a n een o p d r a c h t b e t r e f f e n d e : a ) de r o e r h o e k ; b ) h e t a a n t a l o m w e n t e l i n g e n v a n de p r o p e l l e r en dus de s n e l h e i d van h e t m o d e l . De e n e r g i e b r o n n o d i g om h e t model v o o r t t e s t u w e n en de r e g i s t r a t i e - a p p a r a t u u r bestemd om een g e d e e l t e v a n de m e t i n g e n v a s t t e l e g g e n , b e v i n d e n z i c h i n h e t m o d e l .
Alléén h e t v a s t l e g g e n v a n de baan en h e t meten v a n de s n e l h e i d van h e t model z u l l e n v a n a f de w a l g e s c h i e -den. De v o l g e n d e g r o o t h e d e n d i e n e n b i j een s t u u r p r o e f i n v l a k w a t e r gemeten t e w o r d e n :
a ) de baan van h e t z w a a r t e p u n t van h e t model; b ) de s n e l h e i d v a n h e t m o d e l ; c ) de g i e r h o e k t . o . v , de baan; d ) de r o e r h o e k ; e ) h e t r o e r k o p p e l ; f ) de h e l l i n g s h o e k van h e t m o d e l . B i j een s t u u r p r o e f i n g o l v e n moeten d a a r n a a s t s c h e e p s b e w e g i n g e n gemeten w o r d e n z o a l s : g ) de s l i n g e r h o e k ; h ) de stamphoek; j ) een l i n e a i r e v e r s n e l l i n g i n h e t v o o r s c h i p . 2
2 I n d i t g e v a l i s h e t n o d i g om i n h e t model een a u t o -m a t i s c h e p i l o o t t e p l a a t s e n , o-mdat, i n v e r b a n d -met de s c h a a l f a k t o r v o o r de t i j d , h e t m e n s e l i j k r e a k t i e v e r m o -gen t e k o r t z a l s c h i e t e n b i j h e t b e s t u r e n v a n h e t model. De m e e t i n s t r u m e n t e n , n o d i g om de bovengenoemde me-t i n g e n u i me-t me-t e v o e r e n worden h i e r o n d e r b e s p r o k e n . M e t i n g v a n de baan en de s n e l h e i d . Met b e h u l p v a n r a d a r a p p a r a t u u r z a l h e t m o g e l i j k zijn om de b a a n v a n h e t model v a s t t e l e g g e n . Het o n t v a n g e n d e g e d e e l t e v a n de a p p a r a t u u r i s d a a r -t o e g e p l a a -t s -t i n een o b s e r v a -t i e - h u i s j e , i n h e -t midden v a n één d e r l a n g e z i j d e n v a n de s t u u r v i j v e r . V a n u i t d i t o b s e r v a t i e h u i s j e k a n t e v e n s h e t model d r a a d l o o s b e -s t u u r d w o r d e n . Het r a d a r b e e l d k a n men f o t o g r a f i s c h v a s t l e g g e n i n k o m b i n a t i e met een t i j d s c h a a l , z o d a t baan en s n e l h e i d v a n h e t model u i t de r e g i s t r a t i e t e b e p a l e n z i j n .
Een a n d e r e methode i s h e t v o l g e n v a n h e t model met d r i e t h e o d o l i e t e n , w a a r v a n de h o e k s t a n d e n d.m.v. p o t e n -t i o m e -t e r g e v e r s c e n -t r a a l op een -t i j d b a s i s g e r e g i s -t r e e r d w o r d e n . De d r i e t h e o d o l i e t e n z i j n o v e r de o m t r e k v a n de
s t u u r v i j v e r v e r d e e l d en w o r d e n e l k d o o r één waarnemer b e d i e n d .
Het n a d e e l v a n deze methode i s : h e t n i e t a u t o m a t i sche k a r a k t e r v a n de m e t i n g , w a a r d o o r d r i e e x t r a w a a r -nemers n o d i g z i j n . Door z i j n eenvoud i s d i t s y s t e e m e c h t e r g e s c h i k t om i n de b e g i n p e r i o d e v a n h e t w e r k e n met de s t u u r v i j v e r t e g e b r u i k e n .
M e t i n g v a n de g i e r h o e k .
Het meten v a n de g i e r h o e k i s w a a r s c h i j n l i j k z e e r m o e i l i j k .
Eén methode zou z i j n : h e t p l a a t s e n v a n twee r e f l e k -t o r e n op h e -t m o d e l , z o d a -t deze op h e -t r a d a r s c h e r m -t e
5
-o n d e r s c h e i d e n z i j n . De h-oek t u s s e n de v e r b i n d i n g s l i j n van de r e f l e k t o r e n en de r a a k l i j n aan de baan v a n h e t model g e e f t dan de g i e r h o e k .
Het i s n i e t bekend o f deze methode b r u i k b a a r i s i . v . m . de a f m e t i n g e n v a n h e t m o d e l , de a f m e t i n g e n v a n de baan en de k w a l i t e i t v a n h e t b e e l d op h e t r a d a r -scherm.
Een andere methode i s h e t r e g i s t r e r e n v a n de k o e r s h o e k m.b.v. een k o e r s t o l , op een t i j d b a s i s . A l s de p l a a t s v a n h e t model op de baan en de k o e r s h o e k op d e z e l f d e t i j d s t i p p e n bekend z i j n , dan v o l g t op een-v o u d i g e w i j z e de g i e r h o e k . De m o e i l i j k h e i d l i g t h i e r i n de s y n c h r o n i s a t i e v a n de k o e r s h o e k m e t i n g en de p l a a t s b e p a l i n g v a n h e t model op z i j n baan. V i a de r a d i o k a n e v e n t u e e l een t i j d s i g n a a l w o r d e n g e g e v e n , d a t o v e r a l de t i j d r e g i s t r a t i e l e i d t . De r e s t v a n de m e t i n g e n w o r d t a u t o m a t i s c h aan b o o r d v a n h e t model u i t g e v o e r d . Omdat h e t meevoeren v a n m e e t v e r g t e r k e r s i n h e t model b e z w a a r l i j k i s i n v e r b a n d met r u i m t e en g e w i c h t z a l g e b r u i k gemaakt worden v a n de SPIM r e c o r d e r
(SOCIETY CR FABRICATIONc'ifisTR.ftEMfsi»»^ w e l k o s p e c l a a l o n t w o r p e n
i s om deze b e z w a r e n t e o n d e r v a n g e n : de d i v e r s e opne-mers k u n n e n n l . d i r e c t , dus z o n d e r m e e t v e r s t e r k e r s t e g e b r u i k e n , op de r e c o r d e r a a n g e s l o t e n w o r d e n .
Het meten v a n de r o e r h o e k en h e t r o e r k o p p e l , ge-b r u i k makend v a n p o t e n t i o m e t e r opnemers, i s op deze w i j z e z e e r e e n v o u d i g . De h e l l i n g s h o e k , d i e o p t r e e d t a l s g e v o l g v a n h e t s t u r e n i n v l a k w a t e r , k a n men meten met een e e n v o u d i g e s l i n g e r , v o o r z i e n v a n een p o t e n t i o -m e t e r h o e k -m e t e r .
B i j p r o e v e n i n g o l v e n moeten stamphoek en s l i n g e r -hoek met b e h u l p v a n een g;yroscoop gemeten w o r d e n i n v e r b a n d met de h o g e r e f r e k w e n t i e v a n de t e meten g r o o t h e d e n , t e r w i j l v e r s n e l l i n g e n met SFIM v e r s n e l
-^ 4 _ l i n g s m e t e r s t e meten z i j n . De r e e d s genoemde SFIM r e c o r d e r h e e f t 6 r e g i s t r a -t i e k a n a l e n en een a f z o n d e r l i j k e ingebouwde -t i j d b a s i s ; de s c h r i j f b r e e d t e v a n 50 mm k a n d o o r e l k d e r r e g i s t r a t i e s t e n v o l l e b e n u t w o r d e n , z o d a t v o l d o e n d e a f l e e s -n a u w k e u r i g h e i d aa-nwezig i s . De v o e d i n g v a n de r e c o r d e r m o t o r , de r e f e r e n t i e -s p a n n i n g v o o r de meetopnemer-s e.d. worden d o o r a c c u ' -s g e l e v e r d .
De v o o r t s t u w i n g v a n h e t model g e s c h i e d t d.m.v.een 2A- V. g e l i j k s t r o o m m o t o r v a n + 75 w a t t , w e l k e eveneens met a c c u ' s gevoed w o r d t .
Met b e h u l p van een z^ender aan de w a l en een o n t -v a n g e r i n h e t model kan men h e t t o e r e n t a l -v a n deze motor r e g e l e n . Evenzo k a n men een b e p a a l d e r o e r h o e k d o o r m i d d e l van servo-mechanismen en een s t u u r m a c h i n e i n s t e l l e n . I I . De minimum m o d e l l e n R t e . De m i n i m a l e m o d e l l e n g t e w o r d t b e p a a l d d o o r : a ) de g e w i c h t s r e s e r v e , n o d i g om de m e e t i n s t r u m e n t e n e.d. t e k u n n e n v e r v o e r e n ; b ) h e t s c h a a l e f f e c t i n de w e r k i n g van h e t m o d e l r o e r . De m o d e l l e n g t e w o r d t b e p e r k t d o o r de a f m e t i n g e n v a n de f r e e s m a c h i n e v a n h e t L a b o r a t o r i u m v o o r Scheeps-bouwkunde . De n o r m a l e w e r k w i j z e v o l g e n d , k u n n e n op de f r e e s -machine m o d e l l e n t o t 3,25 m l e n g t e b e w e r k t w o r d e n . Door s p e c i a l e m a a t r e g e l e n t e nemen, k a n men deze l e n g -t e i e -t s o p v o e r e n ( -t o -t + 3,75 DI)» B i j een m o d e l l e n g t e v a n + 3,25 m z a l h e t s c h a a l -e f f -e c t g-e-en b i j z o n d -e r -e m o -e i l i j k h -e d -e n o p l -e v -e r -e n , aang-e- aange-z i e n h e t r o e r i n een b e h o o r l i j k t u r b u l e n t e s t r o m i n g , d i e t e r p l a a t s e v a n h e t a c h t e r s c h i p aanwezig i s , w e r k t . Het g e w i c h t aan i n s t r u m e n t e n en a c c u ' s w o r d t a l s
5 -v o l g t g e s c h a t : accu's 30 k g v o o r t s t u w i n g s m o t o r 5 k g s t u u r m a c h i n e 5 k g servo-mechanismen 5 k g o n t v a n g i n r i c h t i n g 3 k g d i v e r s e opnemers 4 k g g y r o s c o o p 2 k g k o e r s t o l 2 k g 6 - k a n a a l s r e c o r d e r 3 k g a u t o m a t i s c h e p i l o o t i n c l u s i e f e x t r a accu's 45 k g t o t a a l 100 k g
Een model met h o o f d a f m e t i n g e n 3,2 x 0,4 x 0,2 m h e e f t b i j een blokcoëfficiënt v a n 0,55 een d e p l a c e m e n t van 155 k g , z o d a t h e t n e t t o m o d e l g e w i c h t 55 k g mag b e -d r a g e n .
D i t i s b i j een b a l s a - h o u t e n model z e e r goed t e v e r w e z e n l i j k e n , t e r w i j l een u i t v o e r i n g i n gewapend p l a s t i c een b e l a n g r i j k e r e d u c t i e v a n h e t l e g e g e w i c h t k a n o p l e v e r e n ( n a a r s c h a t t i n g + 30 k g ) .
Men k a n dus k o n k l u d e r e n , d a t een m o d e l l e n g t e v a n + 3,25 m aan de t e s t e l l e n e i s e n z a l v o l d o e n . I I I . H o o f d a f m e t i n g e n v a n de s t u u r v i j v e r . De w a t e r d i e p t e w o r d t b e p a a l d d o o r : a) de g r o o t s t e t o e t e p a s s e n g o l f l e n g t e ; b ) de l e n g t e v a n h e t model en de s n e l h e i d i n v l a k w a t e r . I n v e r b a n d met de m o d e l l e n g t e v a n 3,25 m i s a l s g r o o t s t e g o l f l e n g t e g e k o z e n : 5 ni. D i t i s r u i m I-J x de m o d e l l e n g t e . De o p p e r v l a k t e g o l v e n mogen d a a r b i j geen i n v l o e d v a n de bodem o n d e r v i n d e n . B i j een w a t e r d i e p t e = «= j X g o l f l e n g t e i s de b o d e m i n v l o e d r e e d s t e v e r w a a r -l o z e n k -l e i n . De w a t e r d i e p t e i s daarmee b e p a a -l d op 2,5 m. _ c _
6 -V o l g e n s Kempf i s b i j een v e r h o u d i n g ^ i r p ^ g ^ ^ ^ i T o d e l " = 10, v o o r a l l e p r a k t i s c h e g e v a l l e n de b o d e m i n v l o e d t e v e r w a a r l o z e n , z o d a t b i j een n o r m a l e d i e p g a n g v a n 0,20 m, een w a t e r d i e p t e v a n 2,5 m r u i m s c h o o t s v o l -doende i s . De t o l e r a n t i e v a n de b o d e m v l a k h e i d k a n p l u s o f min 5 cm b e d r a g e n . De b r e e d t e en l e n g t e v a n de s t u u r v i j v e r moeten h e t u i t v o e r e n v a n d r a a i c i r k e l p r o e v e n en s t a n d a a r d -s t u u r p r o e v e n m o g e l i j k maken. B i j h e t u i t v o e r e n v a n 2 t o t 3 v o l l e d i g e c y c l i v a n een s t a n d a a r d s t u u r p r o e f i s een l e n g t e v a n 100 m ( i n -c l u s i e f de l e n g t e v a n h e t s t r a n d ) v o l d o e n d e . De b r e e d t e i s g e s t e l d op ^•0 m, w a a r d o o r d r a a i c i r -k e l s met een d i a m e t e r v a n 10 x de m o d e l l e n g t e mogelij-k
z i j n ; d i t i s r u i m v o l d o e n d e .
B i j een b r e e d t e v a n 40 m i s h e t t e v e n s m o g e l i j k om een r e c h t l i j n i g e k o e r s t e v a r e n met de g o l v e n a c h -t e r l i j k e r o f v o o r l i j k e r dan dwars i n k o m e n d , w a a r b i j een v r i j e baan v a n 55 m t e r b e s c h i k k i n g s t a a t , h e t -geen eveneens v o l d o e n d e g e a c h t moet w o r d e n .
I V . I n r i c h t i n g v a n de s t u u r v i j v e r ( z i e p l a t t e g r o n d ) . a ) Y / a t e r v o o r z i e n i n g . De s t u u r v i j v e r w o r d t g e v u l d met p o l d e r w a t e r . D o o r -d a t -dus geen z u i v e r l e i -d i n g w a t e r t o e g e p a s t w o r -d t , i s een f i l t e r - i n s t a l l a t i e n o d i g om h e t w a t e r t e k u n n e n r e i n i g e n v a n o n g e r e c h t i g h e d e n . D i t f i l t e r k a n men a a n s l u i t e n op de p o m p i n s t a l l a t i e , d i e n o d i g i s om de v i j -v e r t e -v u l l e n , t e l e d i g e n en op een b e p a a l d p e i l t e houden. De k o n s t r u k t i e v a n de bak moet z o d a n i g z i j n , d a t de v a r i a t i e v a n h e t w a t e r p e i l k l e i n e r dan 1 cm i s ( r e g e n v a l u i t e r a a r d b u i t e n b e s c h o u w i n g g e l a t e n ) .
7
De k a p a c i t e i t v a n de p o m p i n s t a l l a t i e moet een c i r k u -l a t i e v a n de g e h e -l e w a t e r v o o r r a a d i n twee e t m a -l e n mo-g e l i j k maken; deze k a p a c i t e i t i s dus
1QQ X 40 X 2,3 * v o r ^ o 3/
^ 3^ 2 4 — ' m-^/uur.
b ) G o l f m a k e r .
De g o l v e n worden opgewekt aan één d e r k o r t e zijden v a n de s t u u r v i j v e r .
l i e t l i g t i n de b e d o e l i n g om alléén langkammige g o l v e n u i t t e zenden w a a r v a n de v o o r t p l a n t i n g s r i c h -t i n g s a m e n v a l -t me-t de l a n g s a s v a n de v i j v e r . Zowel r e g e l m a t i g e a l s o n r e g e l m a t i g e g o l v e n , w a a r v a n de p e -r i o d e v o l g e n s een b e p a a l d p-rog-ramma v a -r i e e -r t , moeten opgewekt kurmen w o r d e n .
De p e r i o d e v a n dé g o l v e n moet k u n n e n variëren t u s s e n 1 sec. en 1,8 sec. overeenkomend met een g o l f -l e n g t e van + 1,5 m en 5 m. De g o -l f h o o g t e i s maximaa-l 0,20 m.
Omdat de s t u u r v i j v e r n i e t o v e r d e k t i s , w o r d t een p n e u m a t i s c h e golfopwekkèr gekozen. B i j d i t s y s t e e m z i j n geen bewegende d e l e n aan h e t w a t e r o f de b u i t e n l u c h t b l o o t g e s t e l d , z o d a t h e t onderhóud t o t een m i n i -mum b e p e r k t k a n w o r d e n . De dom ( z i e t e k e n i n g ) k a n i n b e t o n u i t g e v o e r d w o r -den, z o d a t ook d i t d e e l v e r d e r z e e r w e i n i g o n d e r h o u d v r a a g t . De b e n o d i g d e v e n t i l a t o r e n en k l e p p e n - m e c h a n i s m e n z i j n o n d e r g e b r a c h t i n een k e l d e r , d i e a c h t e r de g o l f -maker g e l e g e n i s en d i e z i c h o v e r de g e h e l e b r e e d t e v a n de v i j v e r u i t s t r e k t . I n deze k e l d e r i s t e v e n s p l a a t s v o o r de r e e d s ge-noemde p o m p i n s t a l l a t i e en h e t f i l t e r . De g o l f m a k e r moet v a n u i t h e t o b s e r v a t i e h u i s j e i n en u i t t e s c h a k e l e n z i j n . Het o n t w e r p v a n de g o l f m a k e r en h e t d a a r b i j be-h o r e n d e o n t w e r p v a n de k e l d e r z i j n onderbe-handen. 8
8 -c ) I n h e t midden v a n één d e r l a n g e z i j d e n v a n de s t u u r v i j v e r i s een o b s e r v a t i e h u i s j e g e p l a a t s t . D i t o b s e r v a t i e h u i s j e i s b e d o e l d a l s : 1) c e n t r a l e p o s t v o o r h e t d i r i g e r e n van h e t model d.m.v. h e t d r a a d l o o s k o n t a k t ; p l a a t s v o o r r a d a r - en z e n d a p p a r a t u u r . Tevens z i j n h i e r i n o n d e r g e b r a c h t : 3 ) twee werkkamers; ^ ) een m o d e l l e n - o p s l a g p l a a t s met w e r k p l a a t s ; 5 ) b e r g p l a a t s v o o r j o l en f i e t s e n . d ) S t r a n d . Aan de k o r t e z i j d e v a n de s t u u r v i j v e r , t e g e n o v e r de g o l f m a k e r , i s h e t s t r a n d g e p r o j e c t e e r d d a t d i e n t om de g o l v e n u i t t e dempen. Het s t r a n d w o r d t i n b e t o n u i t g e v o e r d ; de d e t a i l s z i j n aangegeven op de p l a t t e g r o n d v a n de s t u u r v i j v e r . I n h e t midden v a n h e t s t r a n d i s een n e e r k l a p b a a r g e -d e e l t e a a n g e b r a c h t om h e t mo-del u i t een l a n c e e r k a n a a l , d a t i n h e t v e r l e n g d e v a n de l e n g t e - a s v a n de v i j v e r l i g t , op s n e l h e i d i n de v i j v e r t e kunnen b r e n g e n . D i t l a n c e e r k a n a a l h e e f t een n a t t e d o o r s n e d e v a n 1 X 1,5 m om de wand- en b o d e m i n v l o e d e n b i j een v a r e n d m o d e l , b i n n e n r e d e l i j k e g r e n z e n t e houden.' e ) D i v e r s e n . Rondom de s t u u r v i j v e r i s een b e t o n n e n p a d v a n 1,5 ni b r e e d t e n o d i g om h e t v e r v o e r v a n m o d e l l e n op een wagen n a a r e l k e gewenste p l a a t s aan de o m t r e k v a n de s t u u r v i j v e r , m o g e l i j k t e maken. V e r d e r z i j n i n d i t pad op r e g e l m a t i g e a f s t a n d e n b r o n z e n p o t t e n , met 1 " d r a a d , aan t e b r e n g e n om s t a l e n b o k k e n e.d. t e k u n n e n b e v e s t i g e n . Om de i n v l o e d v a n de w i n d op oe t e nemen p r o e v e n zo v e e l m o g e l i j k t e b e p e r -k e n , i s rondom de v i j v e r een b e p l a n t i n g n o d i g . I n v e r b a n d met h e t a f v a l l e n v a n b l a d e r e n d i e 9
9
-i n de v -i j v e r kunnen w a a -i e n en d a a r h e t w a t e r e r n s t -i g zouden v e r o n t r e i n i g e n w o r d t de V o o r k e u r gegeven aan naaldbomen.
