V
1982
nr. 2
Deift Universitf of Technology
Ship Hydromechanics Laboratory
Library
Mekelweg 2
2628 CD Deift
Phone: ±31 (0)15 2786873
E-mail: p.w.deheertudelft.nl
7,
cblofon
inhoud
Als ii kopij hebt, of a am enige andere reden
tat de redaktie wilt richtezi, dan ktnt u dat
in scbriftelijke vorm doen via de postvakken van ons blad in de diverse Uithofgebouwen die door ooze lezers bezocht warden, te weten:
Trans I, LEE, KVS, MI, steeds bij de portier aldaar.
Wilt a interaktief kontakt met ceo van de re-daktieleden, dan volgen hier de respektieve-lijke adressen:
-Frans Alketnade Krijtstraat 12
-Peter Bouwknegt
Soestdijkseweg 405, Bilthoven 781045
-Hans van Brummelen
receptie LEE' 2294 -Vincent van Dijk
Willem Schuylenburglaan 94 716775 -Rutger Hofman Prins Hendriklaan 24 517748 -Simon Hottentot RaEstraat 15 515430 -Kees Huizing Prins endriklaan 103 515631
-Jan van der Meiden B].eyenburgstraat 3 715455
-Hans Muller
Warande 115, Zei'st 03404 51570
-Jos Oude Elferink
Boge La±enseweg 258, Hilverum 035 850945 -Ton de Rooy Herman Heijermansstraat 29 938001 -ICorrespondenten: -Pieter Mulder utrechtseweg 264, Amersfoort 033 19565 -Gerrit-Willem Prins Abel Tasmanstraat 30 937285
Dit exemplaar is gedrukt door Henk van Zoest.
Met dank aan Cora en Anneke voor het beschikbaar
stellen van de typemachines. De voorplaat is
Ont-worpen door Rutger Hofman.
I
pag.
colofon - 2
Vincent van Dijk: Mlaartje van Gastel:
wind als voortstuwingsbron van
vracht-schepen 4
Gerrit-Willem Prins:
universiteitspraad 6
Ad van Wijk, Tejo van der Weiden:
analysemethode PI 8 Kees Buizing: A-Es-lezing qeslaagd 10 onderwijsdagen 25 mel 1982 Paul Bergervoet: wiskunde 11 Hans Muller: natuurkunde 11
Peter Bouwknecht, Hans Muller:
natuurkunde, de enige waarheid?
interview met Gert de Hoer 12 Martijn van Calmthout:
lente rand Trans I 14
Mica Poppelier:
science fiction: wetenschappelijke fiktie?. .15
Hans Muller:
ken je een boelend toneelstuk schrijven
over de verantwaordelijkheid van
natuur-kundigen' 16
Emile Sch±a:
de natuurkundigen 16
Jos B. Oude Elférink:
kleingrut...17
Leo Moerman:
een positieve benadering van kernenergie.. . .18
Kees Huizing:
kollumvan kees...19
Kees Huizingdeverdwenen parels...20
MAANDBLAD VOOR DE StJBFAXULTEITEN WIS-, NATUUR-EN STERREKUNDE TE UTRECHT JAARGANG 13 NR. 2,ri 1982.
INLEVERDATtJM KOP.IJ VOLGEND Nt5N1ER: 17 MEl l982 REDAKTIE-ADRES: LABORATORItJM VOOR KERNFYSICA EN VASTE STOF, PRINCETONPLEIN 4, DE UITHOF, UTRECHT. OPI 1500.DEVAKIDIOOT
wind
als
voortstuwingsbron
van vrachtschepen.
-
_________i_ ---
-Een histories overzichtTot ongeveer honderd jaar geleden waren alle vrachtschepen op zee zeilschepen. Toen kwam het motorschip opdagen en men begori in te zien dat het zeilschip vee]. nadelen had. Om er enkele te noenen: de gexniddelde snelbeid van een zeilschip
is laag, er is een goede bemanning nodig, de duur van de reis is niet van tevoren bekend en de
ma-nouvreerbaarhejd in havens en druicke gebieden is
slecht. Set voordeel van het zeilschip:was dat de
voortstuwingsbron - de wind - gratis was en
over-a]. beschjjthaar; er hoeft niet zoals voor olie can
deel van het ladingsruim voor gereserveerd te worden. Dat was echter niet voldoende voor bet zeilschip om zich te kunnen handhaven.
In de laatste paar jaren is de belanqstelling
voor zeilschepen veer opgebloeid. Veel van de
pro-blemen van vroeger kunnen worden opge lost en door
de energieschaarste en hoge olieprijzen is het
aantrekkelijk am door de wind voorthewogen te war-den. Selangrijke vooruitgangen zijn de verbeterde
weersvoorspelling en counicatie tussen schip an
Wa].. Deze maken het routeren mogelijk. Hiermee
wordt bedoeld de gunstigste route vinden onder de heersende onistandigheden. Hierdoor wordt bet varen
sneller en veiliger. Bij de huidige motorschepen wordt bet routeren al toegepast.
Alle onderzoeken wijzen uit dat, wat de
vaartech-niese kant betreft, zeilen met vrachtschepen goad
mogelijk is. Ekonomies is het minder duidelijk.
Dat houdt in dat een reder die een zeilschip in de vaart brengt can zeker risiko loopt dat bet schip
niet reridabel zal zijn. Ejer zijn de reders zeer
huiverig voor, met name omdat de buowkosten van
schip giganties haag zijn.
Internationaaj. wordt er redelijk wat onderzoek
aan 'windschepen' gedaan. Men denkt niet alleen aan zeilschepen. Er is ook veel belangetelling
voor hat windturbineschip. Dat is een boot met
daarop ean molen die bijvoorbeeld elektriciteit
opwekt en daarmee de motor aandrijft. Set aantrek-ke].ijke hiervan is dat zo'n schip recht tegen de wind ken invaren. Ook lijkt het mogelijk acm schip door hele grate vliegers te laten voorttrekken.
Dc hoogte van de vliegers wordt dan aangepast aan can gunstige luchtstroming. Dc meeste plannen staan nag in de kinderachoenen
In Janan is men al verder. Daar heeft men in
sep-tember 1981 een zeilend vrachtschio in de vaart genamen, de 60 meter lange Shin Aitoku Maru. Dit schit, heeft twee metalen, rechthoeiuge zeilen van
elk 100 vierkante meter. 00k zit er acm gewone mo-tor in. Met schia heeft een konstente
dienstenel-heid die door ae combinatie zei]. en motor wordt bereikt. Voorzover bekendgenaakt zija de ervaringen
met de Shin Aitoku Maru goad. Voora]. roent men de zeewaardige eigenschappen (dwz. hoe het zicli houdt
in storm). Deze zijn aanzianljjk beter dan bij een
motorschip.
De aanpak van het ônderzoek
Fundamenteel onderzoek aan zeilschepen is bijzonder moeilijk. Er zijn belagrijke va.riabelan waarvan lang
niet alles bekend is, zoals wind en golven. Men
ver-mijdt daarom doorgaans de verklarende stap. Een
uit-zondering hierop is de lift-weerstend-tjieorje (sic f
i-guur).
Lift-weerstand-diagram
- Als je een - bij voorkeur gilnstig gevormd lichasm in.
stromende luoht of water plaatst ontstaat afbuiging van
de stroming. Hierdoor ontstaat aan de ene kant overdruJc,
aan de andere kant onderdruk.
Dit resulteert in een
kracht op hat lichaam die onthondem kan worden in cankracht in de richting van de luchtstroom - de weerstand
-en in can kracht loodrecht daarop - de lift. Eij ceo goad gevormd zeil of kid
kan de lift aanzienlijk
gro-tar zijn dam de weerstand (dit ken can faktor drie scha-len). Hierop berust het feit dat een zeilschip scum
tegen de wind in ken zeilen, en het windturbineschip
zelfs recht tegen de wind in.
Verder houdt men zich wemnig bezig met het ontstaan
van de krachten, men werkt er alleen mee. Uitgaande van
can stabie].e situatie moat er everiwicht zijn tussen alle krachen en tussen alle momenten. Os ta wetart te komen hoe groat de krachten zijn scheidt men het
bovei-I
MNSTR0MENDE
waterschip met de zeilen van bet onderwaterschip. Mn
liet bovenwaterschip meet men de voortstuwende krachten
ten gevolge van de wind onder allerlei kwisatig
aan-ebrachte onstandigheden. Dit gebeurt in een windtun-nel. Daar regelt men o.a. de windsnélheid, de
invals-hoek van de wind, de zeilstand en de helling. Aan bet onderwaterschip meet men op een dergelijke manier de
remmende krachten. Hier warden de vaarsnelhejd, de
hel-ling en de drift ingesteld.
Dc drift is de hoek tussen de vaarrichting en de lengte-as van het schip. Als dekrachten als f,inctie van al deze variabelen bekend zijn
ken onder allerlei omstandighéden uitgerekend warden wat er gaat gebeuren. Dc invloed van de golven wordt vaak weggelaten, emdat deze zeer ingewikkeld is.
Een onderzoek naar de zeileigenschappen van twee vrachtschepen
In de vakgroep Scheepshydrodynamica, aan de T. .
-Deift, waar ik mijn half klein onderzoek heb gedaan,
wordt voornamelijk onderzoek gedaan aan onderwatersche-pen. Dit gebeurt door modellen van anderhaif tot
twee-enhalve meter te slepen in een sleeptank, can bad van
150 meter lang. Ondat de modellen zo klein zijn treden omschalingseffekten op. Met behuip van haxidigheidjes
warden deze so klein mogelijk gehouden. Bijvootheeld zorgt men ervoor dat turbulente straming optreedt zoals
bij bet grate schip, in plaats van laminaire stroming die te verwachten is bij het model. De resterende
ef-fekten zijn een funktie van bet Reynoldsgetal, en
kuri-nen als zedanig verrekend warden.
In mijn ouderzoek beb ik twee modellen gesleept.
Set ene was een model van een vissersschip, de Ljmuiden
44, die in werkelijkheid 23 meter lang is. Set andere was een Victory-schip van 130 meter. bor ze te slepen
heb ik de remmende krachten en de daardoor optredende momenten gevonden ala funktie van de snelheid, de
hel-ling en de drift.
Ondat deze funkties voor niet-scheepsbouwkundigen wei-nig betekenen heb ik vervolgens een simulatieproef
ge-daan. 1k heb denkbeeldig twee zeilen op elk schip ge-zet en ben er op de .computer mee gaan varen. 1k heb dit gedaan naar voorbeeld van de Shin Aitoki Maru, dus met dergelijke rechthoekige zeilen en een konstante vaarsnelheid. De zeilgegevens komen nit bet projekt Dynaschiff, dat is het eerste moderne onderzoek near zeilende vrachtschepen (1967). 1k heb onder andere
allerlei onstandigheden (windsnelheid en -richting,
lading, vaarsnellieid, oppervlak bovenwaterschip)
uit-gerekend wat er zou gaan gebeuren (drift, helling, aan-dccl van de zeilen in de stuwkracht) . Dc méest
interes-sante grootheid is natuu.rlijk de bezuiniging op het
e-nergieverbruik. Deze is helaas niet uit te rekenen, zij hangt bijvoorbeeld af van type motor, al dam niet verstelbare schroef en soortelijke massa van water. Een grootheid die wel te berekenen is en die er veel op lijkt is de relatieve afname van de kracht die de motor moet leveren on de gewenste snelheid te berei-ken, met ala ref erentie een schip zonder zeilen.
Dc helling heb ik beperkt tot 10°. Als hij groter
dreigde te warden is er in bet prograa gereefd, dat
wil zeggen bet zeiloppervlak is verkleind. Nieuw in
mijo onderzoek was dat ik de optimale zeilstand heb
ge-definjeerd. 1k heb daarvoor die stand van de zeilen genomen, waarbij de kracht ten gevolge van de zeilen in de richting van de lengte-as van bet schip ceo maximum heeft (met wet toevoegingen voor bijzondere gevallen). Sierdoor kori door het programme de meest gunstige stand van de zejlem berekend warden. Dit t000t aan dat het acm board van een schip niet door de bemanning gedaan hoeft te warden. Dat is belangrijk, ondat tijd van de
-bemanning duur is.
Opva].lend in de resultaten.was dat de drift klein kleef. Voor het visserasohip was de maxjma].e drift 3°,
vopr de Victory 6°. Scm kleine drift betekent 'een goed
ZilSchjp.
Omdat de huidige vrachtschepen nietontwor-pen sun om te zeilen was dit verrassend. Waarscbi.jnlijk ligt de oorzaak grotendeels in de konstante
vaarsoel-heid, die vaak hoger is den wanneer zonder motot geva-ran wordt. De besparing voor de Victory op de door de
motor te leveren stuwkracht is hieronder in grafiek ge-zet. Deze besparing is fiat gelijk aan de bezuiniging
in energiegebruik die op ceo reis gemaakt ken warden, wel is bet ceo belangrijke indikatie ervoor. Dc eerste reden voor dit verschil is het onderscheid tussen kracht
en energieverbruik, de tweede
ligt in het feit dat dit
momentopnames sun. Indien tijdens ceo reis veel wind
100 80 60 2' a U, 2 40 20 inuLshock 'sen de wind:
DF VAKIDIOOT5
900 450 180° 5 10 whdsnethejd (rrVs)Besparing ala funktie van windsnelheid
bij een snelheid van 12 knc'op (5,5 m/s)
uit een gunstige richting kant, is de bezuiniging heel groot, weinig wind levert weinig besparing op.
Bijde gekozen windsnelheid van 12 knoop ligt de besparing tussen de 1 en 25 % bij sen windsterkte van 4,5 meter per sekonde (B3), en tussen 20 en 100 %bij
10 meter per sekonde CBS) .
Dit is seer groat.
Dcinvloed van de sneiheid op de besparing is aanzielijk
(behalve natuurlijk in die gevallen waarin de motor
i3berhaupt niet nodig is, omdat de zeilen alleen
vol-doende stuwkracht leveren). ,Verhogimg of verlaging van
de sneiheid met 2 knoop betekent voor de Victory een verlaging resp. verhoging van de besparing van 35 %.
Hierin lint de voornaamste oorzaak van bet feit dat de besparinqen bij bet vissersachip minder groat zijn. Relatief ligt de windsnelheid dear hager, namelijk oak op 12 knOop. Dc besparing is dear bij ceo windsterkte van 4,5 meter per sekonde 0 tot 7 %, bij 10 meter per sekonde 5 tot 30 %.
Uit dit onderzoek blijkt eens te meer dat uit veer-technies oogpunt zeilen op ceo schip zeer aantrekkelijk
