WEERSTAND, STABILITEIT EN SNEL-. HElD VAN ZE1LJACHTEN..
Prof. irJ. Gerritsma Rapportnr. 789-P Mel 1988
lie Lustrurn Scheepsbouwkundig gezelschap "William Froude".
Deift Uflivetsity of Technology Ship Hydromechanics Laborato Mekelweg 2
2628 CD Deift The Netherlands
-...sa.id ap iJ?A bLi I [daq ap Lia LiSpOLL4aWd_.Iati;uo a
i:.Jo iii.i U?A cu i iiq apuaop IcDt.Jo ua uad.AaM.uo .'ak5 iivlLiO ap ..AOOA
1:nP CA EJl.Ji. Ac:)OA tjaao..id tapow ap )Ia4Sah iao; p..ArJM ..A3 U2) i: lapow Lpa i:
.aw uauaw t ...iadxa tapow .iato a t:.a t
qnd a:ja issa 1:1 a uosp Aa(j .1.J?Jqab U3..AOA ..A\U UaA a i:ssns ip ap Suap[ 1 i
Up [ab hu
pt
uapa [.ia,\ E ...IA i.a Eu [M C Li31:uoAaL;aa i:ci uaE.iaep a4 ..ac:q aui :.j.aai. ua:l.iJa I
i:az UEA ABC)L(
ua4 ::jaoJapuo apOW i_Ps t4twi4sA9
huajaq uar q:Jec.iao uaa ..AOOA ::j9t? Si p t2LI[Ei.IS UEM LipJOM UatofriaC.j\ ::jao...Aapuo
jr t aap UEA ua4scJ::.I Sc U2WO ::jah.iOot suaa ai s 1"eo ap uaba; ua ::j
poob...-aatu_pa:ds U El 3jaq..1aA LIJ 9 LiA hL.l t Ut
Lit
:1
Tc:)AL1 1 Z
::.lacDz..apuc) :jLJ4daa [5 uaa ualJa Iqo aja:Lo.ib ap .JOOA ;apc}
( Li3U 1: ::j.adaqsöuebda cp
ioop .o C: i:pou p[aaq_AooA C iq
::jCi: l:aouJ t'iJ iAatiW..AO,\ Ut
E:a !IA ELta4O...ih [23A tJB2 ua4Lpa I a zap ..AOOA S 1
:1 3.ipLi ap I....èY ..IE?2W I.Ja1.J2:JO..Ad U5/\ LISIJL.ia t :. a a ::Iua
LIeA bu .i4aq.laAa 1: ;a:a.ici Li!:
p.AaassaJa:u -ah _iapu tw Lia:1.uJa [..iao; USA SJSSuat a ap U liZ Usawab [5
:CaL
Lij USASM :s till usbu i [s:j.siapuci..iat. u C i z
-o us: C iMaq :.aow ad/4o.o....id ua.isds s. ; in ::jsoz.iapuo[apouJ USA ua45u ..:j ;aq ap wo b_i : US .LjJ t zu i i_iab 15 U fTc: do ad..IsM;uci ap.iirio_:.iat.
E':j.saaiii us bu iist5 a p u r c z uau u t q ....SSM sab ..,isui p .iaa t LtS:j uap ..OM ia t q
:joo .iasw st1 us [ [SAab a i:a::jua Ut U5JOfr) UsdSLpS :DJaoAat': tn Lia/ao.ld i:pouJ
adA; ; ip uaw.oi;usds d ust ::jsa :_.ioo Sp at iapas..ic:
a;oL
Dt ;s :s_i_IS ;uawss dsp hi_it iab esu pua.i; a(
d..ASM:I.uc: :L t: LS [sb 5:1.40 si_is; ; T.5; iwoj. tun uei. 545w a;o..ih 'isa ::o; Li I
:i..jsaLj ;ap Lisa a bi.itAabuJ.iiJA ap dcl pao [AU! a:.ueLI [I)fljp us dUJOA iip LiSA - Ipusq ap...isa
ia;apah .iaaz ap uaqqaq U5;LIJSIT fQI USA T5A21
ca
uac:IA; s..ASpLPS
AOOA bLIS aq LisA
s::j t TSMnSL1 Li: i us 1 1 tLI)S.I5A a i P USA ST ?).S ...id..AS.0 ap us (5u t_,isb az Lis:qJe C a zap uai hu i:
u :1
US
WAOA Ut us [1 iq:s..isA abu i: _iapuc: ap UI i
ab ipUn::jMnoqSdsaLjs ap
ioo 'was [qo,ld uaah [sAsh ; ip
Lii: s..,ISA.ab
_;qs..ipdo ap _AOOA ::jaciz.IapLio [:):)ow LiSA ua;so::j
P U CI
_..ISeq:
C I i:ii
.155) c [qildab ;s u usawab i:a 45q .iato Li5J0M
lao z.Iapuo
::j 1 i
USA Lia;e; i:rsaI ap _.iseu;
1
::1.i.Isu;
_,iadxe apow USA 4pIoM ; ::j'ewah " s..ia;sw ..,IoCJAJSSM :;j in.iqab ::jesA
ap USW..IOA bu iapuo::. in ua us sdsq a; as i;s:1.sair.l ap wo p_iaoi'ah;in
;p..ioi' ::lSoz_,IapUo::lUs4d55 [5 US I:sAsbsbu :_apuoz; in Ut s;q:a s t..IsLis[:ie_ a IJusu c
wc'...uadal.IJS;t.IJsJ,\ p [aaq.AooA C tq
aw bu 1:111 150 -.A5/\ Ut uaa iqo au is
::j
e is aI ua;qs I Uli z usawsh s ;eq JSAI)
'bus aq LISA S I 4qJS.L:js.I5Mp ap USA a;;ooib ap us :ius;saai ap do ::jaoLl;+ tip ap us hu
ap U?A 50 [AU I ap :100 .ISJ
ID t5 [ausSdsaLpa 5
USA
jI 1 usa [[5 ;e3tLI pus;siaaM ap s: bu tMii45;.AO0A [ ISZ
IT t.q S.i5WW[
jr c [a::jEn.iqsh uadaLps..lo;ow ..iOOA sip uSASCDJd ap ;aw biJ I >j[ I [StD..ISA UI
nnp ui LZ ::jLiS;dss [5 LISS UI UBi4JS F [ L5Z LISA US [ [SpOW .5W uaAao.A,J
"SD ttJsL:DaWoJp/\qsdaaLps ...Iss.iaThoot...l
'Sws;tJ.Ja9 'P
2 eiljacht.en
tatie
van jachten (1).Eon boporkt syetemati sc:h onderzoek aar c:Io I nvl oed van do romp-
vorm op do woorstand I s ui
tevoerd
en oepub.I. :i c:eorcl door Fl erre doSal x eon medeworkor van hot. Davidson Laboratory (2)
Hi.
j
onderz ocht vi .i f breodto-di epoanq (van do romp) va....Iati
es endri
e var:Latios
van do pri smat:i sc::he cc:'ë+fi ci nt waarb .i aisinaedermodel do NY 32 eon ontwerp van Sparl.::man and Stephens3
-funqeerdo. Verder
is
or systernatisch onderxoel<verri
cht. op hotqohi ed van vi nk :1 e].en en rooren door do Sal x (3)
Hrreshoff
enK0ii
n (4) Droukel man en Keuni. nq ( 5), Gerr:i tsma en KOLIn1 flij
()
In dozeiaatste
publicatie
zijn
10 verschi. ilende kielon opbepaa]. do rompvorm boproefd Doze opscmmi nq
is
ni. et, compl cot maarqooft en:Lsz:Lns eon indruk van do omvanq van hot verric:hte sys-- tematische onderxoek
In 1.950 heQon in do ci ceptank von hot 1 abaratori urn voor Scheeps-
hydromechanida to Del-ft hot. onderxock van xci]. .i achton met model---' proeven van do " Zeevalk " eon voor die
ti
J ci zoerii
c:hto oceaanrarer
ontworpen door van do Stadt In do daaropvolende
.i aronis
eon aantal ontworpen yardzc
ant worper op model schaal beproo-fdwoarb
ii
eon zek:ero cystemaLieki
n do romp on k I ol ii. et ontbrakDaarnaast
is
eonvri
.i qroot aantal model proevon van ± ndi vi duel eontworpcn LU. tc]ovoer-d
In 19é.
is
eon werk'roep van Nederl andse ontworpers van xci 1 .:i och-ten en onder:ookers op hot obi ed van do scheopshydromechani ra
opoeri cht em do vorcchi 1 lendo aspocten var hot ontworpen van
xciii
arhLon ondor]. in'. to besprokon en I::enni s uit
to wi scol en. Oakin doze worl.::qroep kwacn do hohoofte aan systomatisch ondorzoe!.:: in hot bi
j
zonder met betrekk i. ncçtot
hot wecrsta.nd-cnei held vorhandnoarvor
onUI
tel
ndel 1 -1k 1 e,j dde di t.tot
hot p1 an em eon cer ic van systema--t.
ech qovari cerde rornpvormen van xci 1 .i a.chtcn to ondorzoeken op weerstand en stab:ili
tei
t,
Do sen o omvatto vanaties
van dosi. ankhe:i dcoraod L./V,
, do
1 ancissc:heepse 1± qq:i nq van hot. druk-
k I nqcpunt LC:;B, do pni smaLl echo cci-f i c:i. :nit C2., a]. smede van
ati
ccvan do 1 enqte/breedte verhoud inc' van do
constructi
e watcnl.i jnL1
/B,.,,- en do hrocdte/di. epcionq verhoudi nq van do romp /Tii totoal. z i. jn er twoe en twi. nt. I r..var i at :1. os boproefd dIe
all
ena-f cel ci. ci
xii
n van do "Stand-f act. L1.:" eon ridrni.ral
Ci.tpper uit
1970,, ontworpen door Franc Maas.Hot eerste doe], van hot endorz. aek c'mvatto noqen model 1 en i n--
c:luci of hot moedermodel, on do resu]. taton van do model proeven
xi
in
in sarnenwerk i nq met het MassachusettsInstitute
of'i(:j.
rioloqy te Boston qeanalyseerd,
Do hol anqstel
li
nq van hot. N.I.
T. kwam voort. ult
hun i nterrossevoor eon nicer rat:i onele bepal I nq van do handi cap voor wedetni
id-
.j achten hot xaqcnaamde Irvi. nq
Pratt
Ocean Hancl:i cap Proj oct.D resul taten van do eorste neqen model ion en hot qehruik van
c:leze qoqovens ten behoove van do Iepal inc von de end hol dspol ai re vanecn-iaeht--xi:Jn qepuhl.icierd. in 1Q.7.. en .1.927 (,7.,f].).
Dc overige dertien modeiproeven zijn voltooid en eana].yseerd in
I:)el ft en tensi ot.t.c qeplAbi i. c:eerd I r 1981 (9)
Er is cen zekere analoqie met de systematische mode].series die
bi j bet ontwerp vag mechani sc:h voortqest.LwJde schepen gebruikt
orderi met di en verstande dat zoal s reeds verd opgemerkt de dri F inek de hel 1 i nd en de op hat. onc:iar'atarsch i p erkende dNarskracht can hel ancri ike ro:L spel en bi j zei ii a:htian
Dc snel hei c: van can zei. 1 .j acht. hant. naast de ci enschappen van dat .i acht af van da v4i ndsterkte en de vindricht:i ng Om can
pres-tat :1. ahereken i rig te k unnen rnaken U voor bed ci i n de vor in var can
po]. r snelheidsdi. aqram moeten de ze:i. :I.::rachteii berek end z I in
prest.ati eberekeni nq is ctebaseerd op ecn stati ona....a evenji chts-toestand aarbi .j da voort stuwende en hell enda zei. lkrac:hten even i. cht makeri met de o ereenkomat I ce hydrodynami sche ueerstand en dwarsi.::racht. hi .j lid .1 i nq en dri ft van het ti acht
Dok moat bet stahi 11 tel t.smoment 'e1 i ik z I in aan bet, moment dat
door de darskrachten op hat. onder-at.ersch p en op de zai len
ordt veroorz aakt
Naast de hydroclynami scha egeveris die can model proaf met vale
combi nati cc van hal l:lnqshoek dr:i. ft. en stabi 11 t opl evert
moaten dtAs voor i edara mogel i ,jke i ndsterkte en 'i ndr icnti nq de zeilkrachten bekend zijnn
Davidson heeft voor dat doe]. ware groott.e proeven met het s-meter
jacht. "8imrack' uitqevocrd
aarbij uitsluitend aan de windsa
koersen ii n gavaren Proaven met een model van "91 rnracl< metovereenkomsti ge snel hei d stabi ]. I tei. t hell I nq en dri 'ft leverde
de voortstuwende en ha]. 1 eride z ci 1 krac::hten die genormal i seerd z i in
met het zeilopperviak (1)
Eenzel fde procedure is qavol gd bi i rJe experi menten met bet meri kaanse ti acht "Bay Baa" (10) en met bet. Nedar]. andse ,jacht Stand
fast"
(11)In heide qevallen zijn nu alla mogeliika koersen ten
opz i chte van de wind heschouwd. Dci de proeven hebben
ei aid tot
zei 1krac::ht.coff i ci Unten die qdhri)ikt warden voor hat berekenen van polaire snelheidsdiagrammen van Jachten (7)
Een iii tgebrei de sari. e model prcaven met. én zei ipi an is ua tievoerd Un de wi ndtunnc]. van het Inst I f Für Schi 'f+bau van de LJni
ver-'-ci tel t van Hamburg door Wagner en Boese (12) In varband met het.
oritwerp van 12 meter 'i achten beef t Herresho'ff in cia wi ndtunna1
van bet N I
T verqei likende proevan met een star' mocielgrootzei. 1 ui tqevaerd (13) Dok in Enqe]. and rnaakt men qebruik van cen wi nd--tunne:L om cia wer'k...ic van ,j acht.zei len te ondarzocken Voor canbeschri,j-ving van de daar aanweziqe faciliteiten wordt verwezan
riaar bet hod:: van Marchaj (14)
Tend ot.t.e z j n poq:i nqen ondernomen orn met numeri eke methoden de zai 1 krachtan ta bepa:I. en hi.j voorheel d door Nil gram K 1 16)
Voor practi sch gebruil':: ii iken de emj::i ri sc:h bepaal de zei. lkracht-coUf 'F :U ci ntan zoal a die van "Bay Baa' en "Standf act." bet macat gcsch i. k t
- Jacht.en die op zee varen ondervi ndan ui teraard i nvi oed van dc
tbt1
S lhEid Van Ze iii ach t ende stampbeweq:i.n veel
roter wordenq h?tceen zich uit in
-drast i sche snel. hei devermi nderi n'.. Het dynami. sch qedrap inon-reqel mat.i qe zeeqanq hanqt mede af van het 1 angsscheeps
macca-t.raac,hei dsmornent van een .j acht een concentrat Ic van macca in het
midden Van het jcht bi:ijkt voordeljq in verband met. de extra
weerstand die in zeeqanq ondervonden word, Byst.ematisc:he bereke-ni ncen van dle extra weeretand, met behuip van de methode Ger-r I tsma en Beukel man (17) toont j Ger-r)deGer-rdaad de vooGer-rdel en aan van een k [ci ne :lanqstraaqhei dsstraal en dat pri ncipe is teqenwoord:iq
kpnmer:end vobr wedstrijdjac:hten (18)
In verband met de vaa:: aanzleni:ijke asymmetrieche zeiikrachten en de hydrodynami sche r'ac:ti cc daarop is de koersstabi. 1 itei t van
cen zeiljacht van ciroot beianc. Dat hetreft niet al leen het
ctuurmoment dat. door roercieven u tqeoe+end kan worden maar OOk
het dynami. sch evenwi cht van het systeem .i acht + zei len Di .i de
ana]. yse van het dynami. sch evenwi c:ht is cen bepal I ng van de
kr.ach--ten op romp k I ci en roer oncier meer van bel anci Een redel like
schatti nc van die dwarskrachten is mociel I jk
in het bijzonder
voor de moderne platte rompvormen met
nezette k I el en roer
waarbi j Lt].t.qeqaan wordt van de draaqvlaktheori e [19]
Dc analyse van de dynatni sche s.ab iii tel t. i:1 j het varen van cen
rcc::ht.e haan is in pri nci pe anal oocj aan de methode die bi .i mecha-ni ccli voortgestuwde schepen wordt iabruikt, maar hi .i zeili achten is ds koppe]. I nq tussen c.i eren en hell en eer hel anqrl j k
Dc dwarsctabIi:i.teit speelt. een qrote rol bli het zei.len
Heiiin
ontst.aat door de dwarsscheepse zei. lkrac:ht en de corresponderende hydrodynami sche dwarskracht veroorzaa::t cen qcInduceerde
weer'-stand waarvan de qrootte mede bepa]. end Is voor de snel hi d van
het j acht. Fiovcnd:i. en heeft de dwarsschcepse hell i ncishoek I nvi oed
op de qrootte van de voortstuwende zei lkric:ht.
fenslotte is de dwarsscheepse stabi.1 I tel t l:i i qrot.e hoel<en van
bel anq voor de vCi ii qhei d. Dc vorm van moderne wedctr:i i di achten (cirote breedte/hol te verhoud I nq) heeft qel ci d tot een k [ci nere st.abi. ii. tel tsomvanq in verqel I ik I nq met rompvoi'-men die ti en of
meer i aren qe.i eden ciebruikel I jk waren Door Keuna nq is ecn
cys-temati sch onderzoel.:: uitqevocrd naar de samcnhanq tussen de
romp--vorm en de aanvanqcstabiiitc .it enerziids en anderzijds de
stabi-11 tei. tsomvanq [20:1 Die stahl ii tel tsomvanq i. c bel anQri ik voor het qedraq van boten en .iachten in brekende qoiven. Dnderzijel:: op di.t
qebied is qerapporteerd [21 22]
Dc dwarsscheepse stabii:iteit van ccii zeiljacht wordt heInvloed
door de voorwaartse sne]. held, omdat de rd at i. cf qr'ote opperv]. aktc verstori nci de drukverdel I nq over het onderwater qedeel te
heIn-vi. oed Dc proeven met rJe systemat I sche sen e hebbcn echter
sl echts ceo mat :1 cie I nv] oed van de snelhe:i. d aanqetoond, zaal s nader besproken zal worden Dc recul taten van de Del ftse sys--teinatische sen. e vorinen een hel anon i ike basic van het ii euwe INS
cysteem (I nternat I ona]. Measurement System) een handl cap systeem
voor wedctri j dzel ii achten dat rekenI nq houdt met d ...v1 oed van de hec!:cend.e. wI n.dct.erk t.e op de prestat I e.
-4-Het IMS systeem gebruikt de qeqevens van de Del +tsc sari a am de cerstand van hat J acht ta bepal en al s da vorm da aterverp:L
t-sinc
de stabiliteit en hat. rai:I.plan ciecieven riJn.Het is can
vaoru tcnci ten apr i chte van de, bestaande methode (hi J v de IOR)
'aarbiJ
onciaacht de indsnelheidda prestatia van hat Jacht. in
slechts én qetal
ordt Litcicdr-uktIn verhand met madame ontji.kkei i nien in de J achtbouw waarbi J bi i voorbeel d door toepassi nq van vaak cioa\,ancecrde composi at mat.eri. a]. en can rear ii. chto constructi e berei kt ordt
is hat
nodi ci dc bestaande Del Ftse sari a ui t. te brei:den aarbi .i met name
veal grotere 1 enqte/depi acemerit. en breedte/di. epqang verhoudi nqen van de ramp beschoud rul len ordei-
Dc Ui tbrei ding zal in totaai
7 verschi U ends rompvommen omvat tentaarvar er tee kortciel eden
OOk in golvan run beproefd,
In can recente publicatie [2:3]
i aangeqeven op wel ke wi Jre ook cia extra weerstand in gal van in de prestat i eberekeni nq (hat pal ai re sneihal dsdi acjram) opgenomen kari wardenI_i tcrat.uur 11] Davidson
Some experimental studies on the sa ii nq yacht
Society of Naval Architects and Marine Engineers 1936
[2] de Saix
F'8starnatic model ser:i.es in U
design of the sailing yacht
hull
Sec:ond HISWA Syrnposi urn Amsterdam 1971
[:3] de Saix
Yacht keels on experimental study1 USa 1" May 197
[4] Hermeshoff
HC and 3 F
KerwiriSailing yacht.. keels,
Third HISWA Symposium. Amsterdam 1973.
[] Seu::eimanW and 3A. Keuninq
The influence of fin kee:L ep back on the performance of
sailing yachtsq
I::o1At.h HISWA Symposi urn Amsterdam 1975,
Serritsma, 3. and 3P k:euning,
Ffirther experi ments wi tb k ee:J. ....hu:L 1 comh:i nations First Tampa Bay Sailing Yacht Symposium 1986 St F'et.ersburci. Florida
erwin,3E,
A velocity prediction program for ocean racing yachts
New Eng]. and Sailing Symposium, New Londan Connec:ticut 1976.
Garritsma,3, SMoeyes and ROnnink,
lest results of a systematic yacht hull ser-ies,
Fifth HIBWA Symposiumq Amsterdam 177
Gerritsma,J, Ronnink and A. Vcrsluis
Geometry, Resistance and Stability of the Deift Systematic
Yacht Hull Series,
Seventh.HLSNA SyrnposiLIm., Am5:Lerdarn 1961
J
-5-j achtn
[it:)] I.:::erinJE, DW Oppenheim1 Mays,
a procedure for sai ii no performance analysis based on. ffl. 1
scal. e 1 oo entries and toti nq tank data
M I T Report nr :74--17 1974.
cii.:i Gerritsma,3 SMoeyes, 3E Kerin,
Determination of Sail forces based on -full scale measure merits and model tcstsq
Fourth HISWA Symposium Amsterdam 1975 [12] Waqnerq E en F Boese
Windkanal kJntersuchunen eiper Seelyacht
Schi -ff und Hafen 1986
[13:1 I-IerresI::)-ff qHn C.
12 mo-Ler ycht mainsail variations cc:inparati ye :i. nd tunnel
test.s
M I T Report: nr 66-i 1 i966
[14] Marchajq
Sai.iin theory and practice. Londenq i.964.
[1.5] Miliram
The analytical desiQn of yachts saiisq
Society of Naval Architects and Marine Enineersq i968
[16] Milramq 3H
Sailforce coefficients for systematic riq variations, Soci ety of Naval Architects and Man ic Eniii neers
Techni cal & Research Report R-10, 1071
[1...7] Oernitsmaq3 en W. Seukelman,
Analysis of the resi stnce increase i ri 'naves of a f as carqo
ship,
Internati onal Shipbui .1 di nci Prooress 1972
SerritsmaJ en Moeyes;
Seakeepinq per+orcnanceq "Sail" April 1973,
c:lo:: Third HISWA Symposium, Amsterdam 1973
Gernitsma,3q
Course keepi nq qualities and motions in taves of a sail i nq
yacht.
F'roceedinq of the Third AIAA Syrnpci.Ltm on the
Aero/Hyiro---nauti cs of S ..iii nq Redoide Seach Calif orni a 1971,
:20] Kunj ncj 3 A.
On the stabi 1 ity of ai 1 inci yachts at 1 are ancil es of heel
Report 499 A 1980q DeIft Shiphydromechanics Laboratory. MotoraqS 9Shirnamoto, MFujino
Second :[nternationai. Conference on Stability of Ships and Ocean Vehi ci es, Tokyo 1982,
Kirkalan ,I-:: L 'T J Naqie, J O Salsich
Sai 1 i nc Yacht Capsi z i nc
Society of Naval Architects and Marine Enqineers 198:3, SernitsmaqJ and 3A Keuninq
Speed Loss in Waves
Tenth HI SWA Symp os i urn 1 988 Am .t:erd am
