Vaarproeven in de Sleeptank

^

p i

HHHHIiliil^^^HHiHIIHH^

HËT^PIMIRAAT

liT deze nieuwe 7übnelT^Het

apparaat' vertellen

weten-schappers over hun, ervaringen

met een apparaat. Hoe klein

of groot, duur of goedkoop,

simpel of complex - apparaten

vorrhen vaak een onmisbare

schakel In het

wetenschappelij-ke bedrijf.

In Delft spelen

inge-nieurs met bootjes in

een grote bak met water.

Het Laboratorium voor

Scheepshydromechanica

herbergt twee sleeptanks

waarin onderzoekers

het gedrag van schepen

op schaal bestuderen.

Ondanks de inzet van

geavanceerde

compu-ters blijft onderzoek in

de sleeptank onmisbaar.

M

et een lichte schok k o m t de w a g e n in b e w e g i n g . Enkele t e l -len later rolt het p l a t f o r m m e t een g a n g e t j e van drie meter per seconde over een 145 m e t e r lange bak m e t w a t e r . M i d d e n onder de rijdende stella-ge, die vol staat m e t m e e t a p p a r a t u u r , h a n g t een scheepsmodel in het w a t e r . Het op schaal g e b o u w d e Surface Effect

Ship d o o r k l i e f t de golven die f r o n t a a l o p

h e t b o o t j e a f r o l l e n . 23 m e e t k a n a l e n p o m p e n gegevens over b e w e g i n g e n van en krachten op het m o d e l een c o m p u t e r in. Veertig seconden later r e m t de hele stellage a b r u p t af en k o m t hij een aantal meter voor de g o l f g e n e r a t o r t o t stil-stand. Pas een half uur later is het w a t e r in de sleeptank w e e r v o l k o m e n rustig.

Vaarproeven

in de

sleeptank

Het is dan t i j d v o o r de volgende run met de sleepwagen van het Laboratorium v o o r Scheepshydromechanica bij de Technische Universiteit Delft.

Ir Joost M o u l i j n , die de zojuist beschre-ven run m e t de sleepwagen maakte, schreef v o o r zijn , p r o m o t i e o n d e r z o e k een c o m p u t e r p r o g r a m m a dat variabelen

Onder de sleepwagen hangt een model in het water van de 145 meter lange sleeptank.

Ir Joost Moulijn test tijdens deze run het gedrag van een Surface Effect Ship.

NSTELLING L a b o r a t o r i u m v o o r S c h e e p s h y d r o m e c h a n i c a s u b f a c u l t e i t W e r k t u i g b o u w k u n d e e n M a r i t i e m e T e c h n i e k T e c h n i s c h e U n i v e r s i t e i t D e l f t I N GEBRUIK S i n d s 1 9 5 4 AFMETINGEN 1 4 2 , 0 0 m x 4 , 2 2 m x 2 , 5 0 m ( l e n g t e x b r e e d t e x d i e p t e ) 1 . 4 9 8 . 1 0 0 l i t e r SNELHEID SLEEPWAGEN T o t m a x i m a a l 7 m / s GOLFLENGTE 0 , 3 0 - 6 , 0 0 m

EXPLOITATIEKOSTEN PER DAG

ƒ 7 5 0 0 , - / 1 5 0 . 0 0 0 B f r .

A A N T A L MENSEN W E R K Z A A M BIJ DE SECTIE SCHEEPSHYDROMECHANICA

18

voorspelt van het gedrag van een

Sur-face Effect Ship. Zo'n b o o t lijkt nog het

meest op een kruising van een catama-ran met een hovercraft. Tussen t w e e r o m p e n bevindt zich een luchtkussen dat aan de voor- en achterzijde d o o r t w e e schorten w o r d t afgeschermd. Het luchtkussen h e f t het schip tijdens het varen uit het w a t e r . M o u l i j n c o n t r o l e e r t zijn p r o g r a m m a door t e meten aan een model in de sleeptank van het Laborato-rium voor Scheepshydromechanica. Het l a b o r a t o r i u m m a a k t deel u i t van de s u b f a c u l t e i t W e r k t u i g b o u w k u n d e en M a r i t i e m e Techniek. In d i t lab draait ei-genlijk alles o m t w e e sleeptanks - gigan-tische bakken m e t w a t e r - die hier staan opgesteld. De g r o o t s t e is 145 m e t e r lang, ruim vier meter breed en t w e e ë n -halve meter diep; g o e d voor anderhalf miljoen liter w a t e r . Aan een k a n t van de bak staat een apparaat dat golven op-w e k t . De h o o g t e van de golven en de snelheid w a a r m e e ze elkaar o p v o l g e n , is naar wens in t e stellen. Over de bak r i j d t een sleepwagen: een p l a t f o r m op vier w i e l e n . Het p l a t f o r m is v o l g e b o u w d m e t m e e t a p p a r a t u u r , kabels, camera's en computers. Het t e testen model h a n g t m i d d e n onder de sleepwagen in het water.

B o e m e r a n g

Scheepshydromechanici vergaren kennis over het krachtenspel tussen schip en w a t e r . De t o e g e n o m e n kennis van wiskunde en de o n t w i k k e l i n g van c o m p u -ters zorgen v o o r steeds betere voorspel-lingsmodellen voor het g e d r a g van con-structies op zee. Ir Hans Ooms, als elek-trotechnicus reeds 28 jaar w e r k z a a m bij de sleeptanks, legt uit w a a r o m hier nog steeds wetenschappers een b o o t j e d o o r een lange bak m e t w a t e r t r e k k e n ; "Een c o m p u t e r p r o g r a m m a k a n vele, maar niet alle scenario's v o o r s p e l l e n . " Een v o o r b e e l d daarvan is het 'worst-case'-scenario, w a a r i n een schip o f een plat-f o r m een g o l plat-f m o e t weerstaan die maar eens in de h o n d e r d jaar o p t r e e d t . "De statistiek voor het voorspellen van deze

H E T

Modelbouwer Kees van de Bergh maakte

ruim tien jaar

!ang de model-len. Met het raster op de bui-tenkant van het model kan een onderzoeker de golfhoogte op de boeg aflezen. De haken voor en achter aan de boot moeten, als de boot in het water ligt, ter hoogte van het wateropper-vlak liggen.

golven is erg moeilijk. In de sleeptank k u n n e n w e zo'n situatie op schaal na-b o o t s e n . "

Onvoorspelbare situaties zijn niet de enige reden o m de sleeptank t e gebruiken. De laatste jaren kent de o n t w i k k e -ling van nieuwe o n t w e r p e n een sterke groei. " M e t computers en bestaande kennis k u n n e n w e het gedrag van nieu-w e schepen vrij n a u nieu-w k e u r i g berekenen. Toch zul je zo'n c o m p u t e r m o d e l m o e t e n c o n t r o l e r e n . Dat kan m e t e x p e r i m e n t e n in de sleeptank. De meetresultaten ge-bruik je weer o m het p r o g r a m m a t e ver-f i j n e n . W e proberen v o o r t d u r e n d ons w e r k o v e r b o d i g t e maken, maar n i e u w e kennis maakt ons w e r k telkens w e e r n o o d z a k e l i j k " , aldus Ooms.

Een g o e d voorbeeld w a a r b i j de bereke-n i bereke-n g e bereke-n vabereke-n eebereke-n c o m p u t e r p r o g r a m m a het laten a f w e t e n , is de Stena HSS. Deze 124 meter lange catamaran kan met een snelheid van 40 k n o p e n (bijna 75 kilo-meter per uur) 1500 passagiers comfor-tabel vervoeren; zelfs door vier meter hoge g o l v e n . In september vorig jaar sloeg een g o l f precies tussen de t w e e r o m p e n t e g e n de o n d e r k a n t van het schip, t e r w i j l het m e t de neus juist naar beneden d o o k . De kans op z o ' n situatie is klein, de ravage - een over meters

De sleepwagen - in feite een platform op vier wielen - rijdt over rails op de zijkanten van de sleeptank. weggeslagen boeg-w a n d - boeg-was g r o o t . Soms vinden in de sleeptank o o k bij-z o n d e r e p r o j e c t e n plaats. Ooms vertelt gretig: "Een student van de Rijksuniversi-teit Groningen stel-de een w i s k u n d i g e beschrijving van het g e d r a g van een boemerang o p . Om de o p t r e d e n d e

krachten t e beschrijven, is hij hier k o m e n meten. W e hingen de b o e m e r a n g aan een as onder de sleepwagen en sleepten het d i n g draaiend d o o r de t a n k . O m d a t de dichtheid van w a t e r zo'n 800 keer groter is dan die van lucht, zijn de o p t r e -dende krachten o o k 800 keer groter. Dat levert een h o g e m e e t n a u w k e u r i g h e i d o p . "

Contactlens

Een run met de sleepwagen levert - af-hankelijk van de snelheid van de w a g e n - gedurende 10 t o t 20 seconden meet-gegevens op. Na een run m o e t het w a t e r eerst volledig t o t rust k o m e n v o o r d a t de volgende run kan a a n v a n g e n . Als alles meezit, m a a k t een o n d e r z o e k e r zo'n t w i n t i g runs per d a g . Bij het uitblijven van m e e t f o u t e n of s t o r i n g e n levert dat h o o g u i t 400 seconden aan meetgege-vens o p . Voor een m o d e l m e t maar der-t i g m e der-t i n g e n kan de klus binnen der-t w e e dagen w o r d e n geklaard. Projecten, zoals d a t van Joost M o u l i j n , d u r e n echter t w e e o f drie m a a n d e n .

Ruud Onnink, e x p e r i m e n t a t o r van het lab, h o e f t nauwelijks t o e t e lichten, dat gezien de k o r t e m e e t d u u r van een r u n , het zaak is o m alert en n a u w k e u r i g t e blijven. O n n i n k z o r g t v o o r het experi-mentele deel van h e t o n d e r z o e k in de sleeptank. Hij stelt de hele meetopstel-ling op de w a g e n op. Dat vereist niet alleen kennis van elektronica en c o m p u -ters, maar o o k b e t r o k k e n h e i d bij het doel van het e x p e r i m e n t en het u i t w e r

-ken van de meetgegevens.

Toch gaat het wel eens f o u t . Op de b o d e m van de Maasgeul bij Rotterdam liggen drempels. Door de geringe water-diepte verandert bij z o ' n drempel het gedrag van een schip. Dat h e e f t O n n i n k in de sleeptank ook o n d e r v o n d e n : "In de kleine sleeptank hadden w e een dorpel a a n g e l e g d o m het g e d r a g van een n i e u w t y p e t a n k e r t e bestuderen. Bij een run g i n g de sleepwagen echter te hard. Bij de dorpel a a n g e k o m e n , z o o g het model zich vast en g i n g verticaal t e n o n d e r . "

Niet alleen een model is eens kopje o n d e r g e g a a n . Onnink g r i j n z e n d : "In de t w i n t i g jaar dat ik hier w e r k , heb ik één keer m e e g e m a a k t dat een student uit-gleed en in de sleeptank viel. Toen hij b o v e n k w a m , hield hij k r a m p a c h t i g een hand voor zijn o o g . W e vreesden voor w a t d a a r a c h t e r s c h u i l g i n g , maar de pechvogel was zijn contactlens verlo-r e n . " De lens is nooit meeverlo-r boven w a t e verlo-r g e k o m e n .

A n k e r

Een schip m a a k t onder invloed van w i n d en zeegang verschillende b e w e g i n g e n . Bij d o m p e n , verzetten en schrikken ver-schuift het schip respectievelijk in verti-cale r i c h t i n g , zijwaarts en in de lengte-r i c h t i n g . Daalengte-rnaast maken schepen ook draaiende b e w e g i n g e n o m de lengteas, de dwarsscheepse as en de verticale as (slingeren, stampen en gieren). In de i a r p n 7 P \ / p n t i n i<; \ / P P I n n d p r 7 n p l < ' \ / p r r i r h t

naar h e t vergroten van de stabiliteit van schepen. Meer d e m p i n g betekent m i n -der slingeren, een b e w e g i n g die voor b e m a n n i n g en passagiers vervelend en voor de scheepslading zeer o n g e w e n s t is.

D e m p i n g is de nog minst bekende factor w a t b e t r e f t de schaalwetten. Het is niet v r e e m d dat zich daardoor nogal eens o n g e w o n e situaties v o o r d o e n . Ooms vertelt in geuren en kleuren: "In de sleeptank onderzochten w i j de d e m p i n g van een model van de Smalagt - een oliebestrijdingsvaartuig - van Rijkswa-terstaat. Aangezien de omschaling van d e m p i n g nogal tricky is, w i l d e n w e dit o o k o p het schip zelf m e t e n . Op de b o d e m van het Haringvliet legden w e een h o o p o u d ijzer. Daaraan hingen w e

De sleepwagen staat volge-bouwd met meetapparatuur die experimen-tator Hans On-nink opstelt. In het water hangt een Surface Effect Ship, een kruising van een catamaran met een hovercraft.

Onderhoud

Anderhalve miljoen liter water regelmatig verversen zou een tijdrovende en kost-bare aangelegenheid zijn. Op de lange duur treedt echter in het voornamelijk stil-staande water van de sleeptank algen-groei op. Met een aantal trucjes weet de afdeling Scheeps-hydromechanica dit binnen de perken te houden. Tweemaal per jaar wordt chloor aan het water toege-voegd. De ramen van het laboratorium zijn afgeplakt met een speciale folie die de UV-straling uit het daglicht filtert. Boven de sleeptanks han-gen tl-buizen die een minimale hoeveel-heid UV-licht afge-ven.

het schip met een kabel vast. M e t een kraan t r o k k e n w e het schip scheef. Door de kabel snel t e laten vieren, k o n d e n w e de d e m p i n g m e t e n . Een kabel w a a r m e e w e het ijzer op zijn plaats hielden, brak echter. W e speurden het ijzer op m e t een d u i k v a a r t u i g en o n d e r n a m e n n o g een p o g i n g . De kabel brak o p n i e u w ; de schipper had er g e n o e g van - einde oe-f e n i n g . Toen w e een w e e k later voor een andere m e t i n g w e e r op het Haringvliet rondvoeren, t r o f f e n w i j daar t o t onze verbazing de Smalagt aan. Via de m o b i -l o f o o n h o o r d e n w e van de kapitein d a t hij het ijzer zocht. Een o n g e l u k k o m t zel-den alleen. Na d o o r v r a g e n bleek dat hij tijdens het zoeken eveneens het anker was k w i j t g e r a a k t . "

R o n d v a a r t

V o o r een leek lijkt er op het eerste ge-zicht niet zoveel t e g e b e u r e n in de sleep-t a n k . Toch is de bak w a sleep-t e r voor sleep-t a c h sleep-t i g procent van de w e r k t i j d in gebruik. Het scala aan o n d e r z o e k e n is zeer breed. V o o r een deel geven derden opdracht t o t onderzoek. Scheepsbouwers w i l l e n b i j v o o r b e e l d w e t e n w e l k e m o t o r e n n o d i g zijn voor hun schip, hoe veilig een o n t w e r p voor een v e e r b o o t is, o f hoe stormbestendig een b o o r p l a t f o r m . De rest van de t i j d w o r d t ingevuld met o n -derwijs en wetenschappelijk onderzoek, d a t vaak in het verlengde van de projec-t e n van de exprojec-terne opdrachprojec-tgevers ligprojec-t. Practica v i n d e n meestal in de kleine sleeptank plaats.

Elk project vraagt o m een n i e u w m o d e l , d a t met de h a n d w o r d t g e b o u w d . Kees van de Bergh m a a k t e r u i m t i e n jaar lang de m o d e l l e n . Van de Bergh b e g i n t elk m o d e l m e t het op elkaar plakken van een aantal dikke platen h o u t . De b u i t e n -r o m p m o d e l l e e -r t hij met een speciale frees. M e t een t e k e n a r m die aan de frees zit, t r e k t hij lijnen o p een lijnenplan na. De frees v o l g t d i e b e w e g i n g e n en schraapt het model links en rechts t e g e -lijk af. Tenslotte w o r d t de b u i t e n k a n t geschuurd en gelakt.

Aangezien h o u t na v e r l o o p van t i j d

ver-v o r m t , m a a k t de modelmaker, wanneer dat n o d i g is, u i t g a a n d e van het h o u t e n model een polyesteruitvoering. Een po-lyestermodel is star en bovendien lichter. De meeste m o d e l l e n meten ongeveer t w e e t o t drie meter in lengte. M e t loden b l o k k e n w o r d t de b o o t op het - naar schaal - juiste g e w i c h t gebracht.

Op de b u i t e n k a n t w o r d t soms een raster g e t e k e n d w a a r m e e de onderzoeker de g o l f h o o g t e o p de b o e g afleest. Van de Bergh wijst naar z w a r t e pukkels op de r o m p van een m o d e l : " D o o r die aan t e brengen k u n n e n w e e e n v o u d i g de weer-stand van een model v e r g r o t e n , zonder het model i n g r i j p e n d t e v e r b o u w e n . " Kennis over de w e e r s t a n d in w a t e r is o n -misbaar. Van de Bergh vertelt: "Een Zuid-Hollandse havenstad nam een cata-maran voor r o n d v a a r t e n in gebruik. De b o o t haalde echter maar de helft van de berekende snelheid. Bij de aanloop naar de t o p s n e l h e i d k o n d e n de m o t o r e n een piek in de w e e r s t a n d niet o v e r w i n n e n . "

Dertig jaar geleden legden onderzoe-kers de gegevens n o g vast op ponskaar-t e n . Een c o m p u ponskaar-t e r v e r w e r k ponskaar-t e 's nachponskaar-ts alle data. De v o l g e n d e ochtend kon de onderzoeker pas vaststellen of hij een dag voor niets had g e w e r k t of niet. Ir Johan Journee, wetenschappelijk me-dewerker, l o o p t hier al 35 jaar r o n d . "Sinds 1949 rekenen w e aan scheepsbe-w e g i n g e n ; sinds b e g i n jaren zeventig d o e n w e d a t m e t een computer. De meeste essentiële kennis over scheepshy-dromechanica is o o k in die t i j d opge-daan. Nu verfijnen w e onze kennis en re-kenen w e aan n i e u w e concepten. Daar-voor hebben w e telkens de sleeptanks n o d i g " , v e r m e l d t Journee nadrukkelijk. Wie r o n d l o o p t bij de sleeptanks van het Laboratorium voor Scheepshydromecha-nica krijgt sterk de i n d r u k dat n o g een d i n g n o d i g is. Zonder u i t z o n d e r i n g zijn hier alle b e t r o k k e n e n in gezonde zin gek op hun w e r k : e x p e r i m e n t e r e n in de sleeptank.