De toekomst van het zeilschip

824825

TECHNISCHE HOGESCHOOL DELFT

LABORATORIUM VOOR SCHEEPSHVDROMECHAPIICA

DE TOEKOMST VAN H'ET ZEILSCHIP

Prof.ir. 3. Gerritsma

en

Ir. J.A. Keuning

Rappo.rtno. 540-P

1981

Pubi. Spectrum Jaarboek 1981

Delft University of Technology

Ship Hydromechanics Laboratory Mekelweg2

2628 CD DELFT

The Netherlands Phone 015 -786882

27 1982

ARCHIEF

86 perspoct jet

DETOEKOMSTVAN HET

ZE I LS CHIP Zeilen is in. Niot alloon broidt

hot aantal kteine zoilbootjes zich. ondonke do sornberheid over do economie, van jaar tot jaar ult. ook do bolangstelling voor de trotso schoeners on klippers van weloer stljgt tot ongokondo hoogton, getuigo do veto tienduizenden die do manifestatie 'Sail 80 bozochton. Maar or zijn. behalvo do fane van do Onodin Lino nog anderen die in doze jd von stijgendo brandstofprijzon on toenemende vervulling hot zeilechip met hernieuwde betangatelling bekijkon. Prof.ir. J.M. Gerritsma en Ir. J.A. Keunlng, ledon van de vakgroop scheepshydromochanica van do Tif Deift, boschrijven in dit artikol eon eantal ldeeën van modorno scheopsbouwors.

prof.ir. J.M. De stijgende brandstofprijzen en de noodzaak om het

Gorritema verbruik van fossiele brandstoffen te beperken, hebbon in ir. J.A. Keuning diverse kringen de belangstelling voor windvoortstuwing

van vrachtschepen doen herleven. met name in de zogonaamde ,ijko landen.

De prijs van scheepsdieselolie is in de periode van 1972

tot 1978 gestegen van Ca. $35 tot Ca. $114 per ton en stijyt flog steeds. De brandstofkosten zijn flu ongeveer

22% van do esploitotiekosten en dat was 10%. Eon

direct gevotg daarvan is dat in sommige gevalien do

koopvaardischopon Iangzamor zijn gaan varen en/of oungebouwd worden nasr voortstuwingsinstollaties met een otficikntoi brandstotverbruik. In deze omstandighe-den is het fliet verwonderlijk dat de belangstelling voor

wundvoOrtstuwing groeit.

Essentieel voor do economische haalbaarheid daarvan is dot do problomen welko in het begin van doze eeuw

geleid hobben tot hot vordwijnen van zeifende koopvaardijschepen. opgetost kunnen worden. Zeutvoortstiuwing 00k fl 1980 zljn or nog steeds grote eantallen zeilonde

vroeger en flu vrachtschepen in gebruik, bijvoorbeold in indonesië (Ca.

10.000). waer so nog een belangrijke deol van hot

goedorontransport tussen do oilanden vorzorgen, in India

(ca. 8000). hot Middon-Oosten. hot Caribisch gebied en

nog enkole andere gebieden. Zij variëron in grootto van enkole (onnon tot twee- a driohondord ion. Doze schepon beschikkorr vaak zeUs niet over eon hulpmotor. Op de tango routes echtor is hot zeitend vrachtschlp

verdwenen. Engeland bijvoorbeeld vorkocht in do poriode 1914.1920 zijn Iaatsto zeilendo vrachtschepen.

Er is eon aanta$ eigenschappen van het zeilend vrachtschip uil do 1 90 eeuw aan to wijzen dat zijn snolle a! tochi omstreeks de eeuwwissoling hoof I veroorzaakt.

iinkeIijkh&d van tn de oerste pleats is dot do sterke afhankelijkheid van

wind windsterkte on windnichiing. Men msakte enorme

omwegen orn do windstille passages aan do ovenaar - do

doldrums- to vermijden. Bovondien godroegen de 1 9o-eouwse schepon zich niot org efficient bij tegonwind.

Geon enkel normaal schip kan natuurlljk recht tegen do

wind in zeilen. Bij legenwind gaot mon don ook 'lavoren. d.w.z. een zig-zag-koors volgon. waarbij men voortdurend

aarr do wind zoilt, d.w.z. waarbij do wind voortdurorrd

schuin van voron inkomi. Eon modern zoiljacht kan seer

hoog ean do wind zeilen: hot komt nog vooruitonder eon hoek van slechts 35 met do windrichting. Do 1 9e-eeuwso zeilschopen haaldon slochts 60 a 65 (Sie tekening), zodat hun folio snoiheid togon do windrichting

in niot moor bodroeg dan ongeveer do halve

scheepssnol-houd.

Vormgeving van hot onderweterschip on do msteria? en van romp en vooral tuigage on zeilen bepalen in hogo mate de kwaluteiten van hot zeilschip. Cm hoog aan do

zeuten wind to kunnen seilen. moelon de zeilon en do tuigago

licht en bijzonder sterk zijn. Hot vroegore zoildoek was echte, zwaar. Do hanteorbaarheid van do zoilen maakto daarorn een vordeting van bet tolale zoiloppervlak over eon groot aantal kleinoro zoiten noodzakelijk, zodat bijvoorbeeld per mast zes afzondenlijko zeiten gobruikt wertlen. De oponungen tuCson die zeilen aan één mast zijn uut aérodynamisch oogpunt niot good.

£SV1

_{SPCT4UM }44''.4..e'z(}

_/jJ52/

Lab. v. Scheepsbouwkun

Technisclie HogschooI

Deift

Voorts was or eon voelkoppige bemanning nodig orn bet

gecompliceerde zeittuig te bedienen. Do loonkosten

gingen dorhalvo to zwaar drukken op do exploitatiekosto van eon zeulend vrachtschip. vooral in vergelijking met

mechonisch voortgestuwdo schopen.

Een andor nadeel van de uitgobreide tuigago was ook de belemmenung die deze gal voor bet laden en Iossen: Iaad en losgerei helen zich slecht combirueren met tuigago

voor windvoortstuwing on eon goode bereikbaarheid var

hot dek.

manoeuvreerbaar- Bovondion was do manoeuvreerbaarheid van hot oude heid zeilschip eon slecht punt. In veto drukke

scheepvaartrou-tes, zoats bilvoorbeold Hot Kanaal, getdt een

verkeersre-geling in verband met do groto drukte. Een zeilschip pa

daar niet good in. Ook bet aanlopen van havens gal veel problemen. eon van do eerste loepassingen van

stoommachines was dan cok op sleopboten welke de

zeilschepon assisteorden bij hot manoeuvreren in on ron de havens.

risico's Tenslotte bracht hot varen met hot zoitschip risico's mel sick het bodienon van de zeileri onder moeilijke

omstandighodort was soms govaarlijk, en do slechte eon

de windse eigenschapper maakton het moeiiijk oat vrij tu

blijvofl van de ago wal. Veto zeilschepen vergingen. zehfs

loon so uitsluitend nog in gebruik waren als schootsche-pen: in 1929 verging hot schootschip 'Kjöbenhavon' me 40 kadotten on in 1958 trot de 'Pamir' hetzolfde lot, waarbij 51 kadetten om hot leven kwam,

Nieuwo Voor een aantal van do genoemdo bezwaren zijn than, ontwlkkollngon ophossingen voorhanoen.

veiligheid - Om do voilighoid on do snelheid over eon reis to

verho2en kunnen do schepen 'gerouteerd' wordon. Met behutp van golf- en weersverwachtingon voor enkelo dagon kunnen optimate routes bopaald wordon voor wat betreft do windnichting. do windstenkte en do to verwachten golvon. Dit gebeurt momenteel reeds op

uitgebreido schaal voor do moderne vrachtschepen in

vorband met onder andero brandstofbosparing.

voorkomen van schode en hot bepalen van eon

nsuwkourige aonkomsttijd, In Nedontand gebourt dat in samenworking met hot KNMI.

- Do huidige kennis op hot gebied van do aëro- en

hydrodynamica maakte bet mogolijk zeilschepen to ontworpon welko aanzienlijk betere eigenschappen effectiviteit hebben dan hot zeilsehip uit de 190 eeuw. Do offectiviteil

van do zoilen en van hot ondorwaterschip kunoes's waarschijnhilk zoven opyovoond worden dat do sneiheid op alto koersen in vengetijking met hot vroegere zeslschip

betor wordi: in hot bijzonder geldt dit voor do aan do

windso eigenschappen. Do prestaties van eon modern zeiljacht sullen echter waarschijnlujk niet geCvenaard kunnen worden. Dot hangt ondor meen semen met do toetaatbaro diopgang van een vrochtschip. woike relatief

veel kleiner moot zijn dan die van eon jacht in verband

met do bereikbaarheid van do havens en hot I eit dat

vracht vorvoerd moot worden, wat do schepen

volumineuzer on zwaardor maakt.

mechanisatie en - Door mechanisatue en automatisening van do bediening outomatisoning van do seihon kan aanzienlijk bezuinigd wordon op do

hoeveelheid bemanning en kan waarschijnfijk ook do efficientie van de vooristuwing verhoogd worden.

doordat eon Continue aanpatsing aan de wisselende

omstandighodon mogohijk is. Bovoridien kan door

toepassing van modorne matorialen en techioken zowel do botrouwbaarheid ats do eflicientie van do zeilen en

tuigage aanzienlijk vorhoogd worden. In het bilzondor ken de tuigago aanzienhijk minder omvangrijk wotden,

wet minder problemen gee! t met bet laden en lossen.

Desondanks btijtt do luigago daar eon belemmering. Wundvoortstuwing is dan ook het meest waarschljnlijk op

schepen waarbij de beneikbaarheid van bet dek in

verband met het laden en lossen van do lading minder

belangrijk is, zoats tankschepen. graanschepen. ens. Dut leent Sich ook veel beter voor transport met schepen

waarvan do reistijd niot met groto nauwkeurighesd bekend is. Dii in tegenstelling tot bijvoorbeetd container

vervoer.

gebouwd kan worden. maakt hot mogelijk om ook san de

problemen betreffende do monoeuvreerbaorheid adequaat het hoof d to bieden. In de laatste decennia sun oen aantal concepten geformuleerd voor schepen geheol

of gedeeltelijk woortgestuwd door da wind.

gebruikma-kend van verschillendo adrodynamische technieken (zie

tekening).

Exporimenten In april 1978 woortag men het booreiland Rowan

Rowan l.ouisiana Louisiana van een dacron zeil van 600 m2 groolte. tijdens

eon ovortochi van Texas naar Mexico. Hot zetten en strijken nam niot moor dan 60 sec. De snelheid van de

sleep nam door dit hulpzeil met circa een Ia knoop toe: eon besparing van Ca. $2400 per dag.

Len uitgebreid technisch-economisch onderzoek naar do leverrsvatbaarheid van zeilvooristuwing op vrachtschepen

Nippon Kokan is in de praktijk uilgeoerd door de Japanse firma Nippon Japan Marine Kokan in 1979 met financidle sloun van de Japan Marine lachinery Develop- Machinery Development Association. Voorbereidendo

ment Association proeven zijn uitgevoerd met hot model van eon tanker (schaal 1:15) met eon lengle van 25 men een walorver-plaatsing van 77 ton. Dit model. de Daioh. is op zoo

beproefd met due maston. elk voorzien van een

verschil-lend type iou. Do zeilen werden ook beproeld in

windtunnets. Dc proeven waron een succes en een eerste

schip. do Shinailoku Maru. cen 1600 ton dw (dead weight) produkitanker is inmiddels uilgerust met

hulpseilvermogen. Er zijn twee macten op hot schip

geptaatst met elk lOOm2 zeiloppervlak. Elk van do beido

zeilen is samen to vouwen en beslaat daartoe uit een vast deel en twee bewegende panelon. Men kan de zeilon

gebruiken tot een windsnelheid van 40 knopen

(windkracht 8). Dc aanpassing van do stand van de zeilon

oan do windsterkte en windrichting geschiedt met een microcomputer. Do bediening van de zeilen geschiedt vanaf do brug en vergt geen extra bomanning. Hot motorvermogen wordt automatisch zodanig aangopast dat altijd eon constanle snelhoid gevaren wordl. Hot schip is september 1 980 opgoteverd. Nippon Kokan

bark

toothed (in kr,opasl veer dewed

ISO

dynaIctl

Enkolo moderno concepton on hurl snolhoid onder verschiliende

windnchtingen.

Hat Rotorochip. In 1925 word do

Buchau uitgoru$t mat twee zg.

Flottner-Rotors. Dit djn grote xciii.

caal staande cilinders welke. aango-dravon door eon motor. rond hun as draaion. Eon zó roterendo cilinder die

aangostroomd wordt door do wind

weki eon reactiok,acht op die

loodrecht stoat op do windrichting.

hot ag. Magnus-oNect. Do twoe rotors

zijn dun de zeilon. Do Buchou craft

do Atlantisehe Ocoaan over. mao, do gomiddoldo snolheid was goring en hot idee werd niot corder ontwikkold.

Hat Dynashill. In 1967 publiceorde Wilhelm Prblls uit Hamburg oen

uitvoerigo studio over do economi-scho mogeli1khodon van moderne zoilschepen. Zijn uirgongspunt was eon verdo,e technischo ontwikkeiing van hot vrachlzeiischip uit do 1 9e oouw gobruik mokend can modorno

tochnickon. In plaals van 5 of 6

zoiien per mast worden doze alzonderlljko delen tot eon oanoen-sluitend gohoel gemaakt, waardoor cart belangrijk baler rendomont word vorkregen. Do zeilen warden xis gordijnen longs de ran geschoven. mechanisch bediend canal do brug Hot ontworp vooroag voofls in Iwoo zwaarden logan het zijdolings ofdrijvon. éen vôór on eén achtar. Do oigenschapperi van eon dorgolijk schip zouden thooretisch aanzieniijk betor zijn dan die van eon 1 9e.oeuws

schip. Zo iou dit schip 48 san do

wind kunnen zeilon.

Hot Wlngsalt. Do vorbetering van do

vorm von hot toil zoals Pröils die voorstoldo heolt ook andoron aan hot denkon gezot. Hot Iangsscheopse iou

tools dat no lange tijd ontwikkeld is

uit hot oude Latijnso zeil. word on wordl gebruikt op zg. schoeners. Een

vorbetoido sortie van dat zoil, do

Princeton Sailwing. ontwikkeid door do Dynaship Corporation ('IS) iou

twoemaal zo efliciönt zijn als do zoilvorm van Prdils.

Men denkt aan een combinatio van zoilen volgons Prdils en do Princeton

j

Saitwing orn goode zeiieger.scna. pen towel bij ro.no wind a5 ao-, cr. wind to cerkri1gen

Hat windmolonschip Ree-e:.o ook hat idea geianceera em ,ec,r tegen do wind in teien mccc. 'e makon: hot ig.

w,ndIuibn-(windmill shpl Eon w.ndn'o en

levenl hier eiektrische errer2e On schip aandrrjft m b v eon nor-nC sch,oet. Do toepasbaarired van nzo windtu,bines op Schooen sca, Icr discussio vanwege hun gore afmelingOn.

Dc Engeise overheid slimueert no

onrwikkelrng van dt dee Het

voordeel is dater xi Ofltwi n.c.r * windturbines coo, energ.eoc'-e.

op hot land plaaiscir'au. zoca, ontwikkeien van eon cergei,i* c-vooral neerkoml op her rnrecre,.-c van reeds bostoande tecrin.ee.

Do groliok. In do gratek o-or or snoiheid van hot scicp racac

hot middeipunt( ulgezer als a-.r van do hock die hot vho moo.! re cIa wind Ton vergeijk.ng 5 ocr cc curve getekend van eon I g,..a

zei(schrp. dat crop ailo fronto.r tar atknmt dan de modeme conceo-ten

20

sneihed In knsprfl) bq togenend

a rid fl 0.1 SC

Do toekounst van hot zeilschip 2S7

to. 2O

...

288 perspectief

Do belangstolhng voor do histon.

zoilvaart as do Usable docannia sU

toogenonen Eon 9oeiend eanta

organIsatres en particulrerco CrOCI

oudo schepen voor do sloop to bohoeden en in originele stoat to restauret en. Do groobste -

vieska,-gotugdo Windjammers. vestal voo,naIige thceklippers - fungor

mikt op toepassing van hulpseilvorrnogen op veel grotere schepen, bijvoorboeld bulkcarrie,s van 10.000 tot 35.000 ton dw met een snelheid van ongeveer 15 knopen. Hot zoilop,pervlak van eon 35.000 tdw schip iou ongeveer 3600 m bedragon, verdeold over drie masten.

Economische studies die betrekkiog hadden op een

noorderlijke route in de Stifle Oceaan, zijn uitgevoerd en gaven eon brandstofbesporing van 0.3 ton olie per m2 zeilopperviak per jaar. Bij eon brandstotprijs van $100 per ton is bet huipsoilvermogen economisch nog niet haalbaar. bij een verdubbeling van dose brandstofprijs wordt het echter interessant.

Een tweede serieuze praktijkproef wordt in 1981 ook in Mitsui Engineering Japan gepland. door Mitsui En9ineoring Shipbuilding

Shipbuilding Co. Co. Het betrelt do ontwikkeling van zeilvooristuwing van

eon grote gesleepte bak, geschikt voor het vervoer van

grind tussen Japan en Taiwan (ca. 1260 zeemijl). Do hooldafmetingen van de bak sun: Iengte 87 m. breedle 31.50 men diepgang 6.70 m. Do waterverplaatsing is 14.400 ton en do sleepsnelhoid 6.5 km. De tuigage $ijkt op die van het Dynaship en bestaat uit 4 masten met ra's. Do masten zijn 52 m hoog. Hot totale zeiloppervlak

bedraagt 2500 m2. De bak wordS voorzien van eon

kiolzwaard van 80 m2 om hot sijdelings afdrijven to

beperken. Do zeilen worden mechanisch gezet en

gostroken, waarvoor eon hulpvermogen van 30 pk nodig is. Do proeftocht sal in augustus 1981 plaatsvinden. literatuur Proceedings of the symposium on commercial sail June

1979. London. The Royal Institution of Naval Architects. Gerritsma (J.), Zeilen; samenspel van wind en waler. In:

Natuuren techniek'. 48e jg. (1980), no.6. eankomende koopvaardij.ofljcieren

en cadeuen. Kteinere schoenoss en

kotter worden meestal geëaploiteerd ala cruise-en charteriachi voor

aspirant zoezeilers en kapitaalkrach. tiga vakanhiegangars.

Jaartijks worden Tall ship-races gehouden. waaraan maritieme

manifestatios in diverse aanloopha. vans over do hole weceld zijn verbon

-I'

1'?

'11'-

_I.

i)

den Tijdens Sail Amsterdam 80

verzamelden zich mae, dan 1000 schepen op hot U. waaronder een keur van traditionele vissersschepen. binnenvaortuigen. 5toepon en klassieko jachten.

Links: Hot in 1930 gebouwde oplei.

dingsvaartuig 'Amorigo Vespucci uit

Italid. Hot in mokka-bruino union en

van weelderig lolwerk vooriiene tOO

:

m tango driemast votschip. wordt met sijn in smettetoos unilorm uitgedoste 45D-koppige bemanning door Concurrerende iachten wet eons oneerbiedig als do gebaksdoos eangeduid.

Linksonder: Hoogtevrees is een onbekend govoal voor do matrozon die soms op 3Dm hooglo balance. rend aan do ro hot toil moeten

iv

bergen Nochtans s hot nslxict.'-i eat men angsuvatlg vaslhoud, aan do oude zeemanswiJsh,d _{En h5d} voor bet schip en iér, oor ,o,e-f Rechts: Do Duitse drewastba.5

Gorch Focti behoort lot d o,o....,.

ste van do Tall Ships In de Ca-ce -,an

1980 had zij achIe, her 'aije.,

de Oar Pomona. de Pool50 POe's.-mer links op de achte,g,O.Sd

A

it

'.'J -:1'-4

/it_7.

-'t't

;1:' \'.