Zeilprestaties van de Standfast 40

(1)

januari 1913

LABORATORIUM VOOR

SCHEEPSBOUWKUNDE

TECHNISCHE HOGESCHOOL DELFT

ZEILPRESTATIES VAN DE STANDFAST 40

door

Ir. G. Moeyes

Rapport

No,

368

(2)

- 1

-1. Uitgevoerde metingen

De Standfast 40 _{is ontworpen door Jachtwerf Maas te Breskens, voortbouwend} _{op de goede}

ervaringen met het type "Admiral". Laatstgenoemd schip is ontwikkeld uit één van de drie systematisch gevarieerde scheepsvormen van _{een 10m WL-IOR-racer die eerder} in het Laboratorium voor Scheepsbouwkunde onderzocht zijn. _{De prestatiemetingen aan} de Standfast _{40 zijn uitgevoerd op de in het Laboratorium} _{voor Scheepsbouwkunde}

gebruikelijke wijze. De metingen zijn uitgewerkt _{voor twee verschillende varianten.}

Type A heeft een groot zeilplan en is speciaal ontworpen _{voor de licht-weergebieden}

van Noord-Amerika. Type 2, heeft dezelfde rompvorm _{maar heeft minder zeil in verband}

met de windsterkte die aan de kusten _{van Noord-West Europa meer overheersend is.}

De resultaten zijn gegeven in de volgende tabellen en figuren.

Tabellen

: Belangrijkste gegevens van schip _{en model}

II : Weerstand rechtop en zonder drift

III : Vergelijking van de weerstand

per ton waterverplaatsing van de romp

IV : Prestaties bij standaard windsnelheden

V : Zeiloppervlak bij systematisch gevarieerde

masthoogte

VI :

Snelheid-voor-de-wind bij variabele masthoogte

VII : Gezeilde tijd op een standaardbaan.

Figuren

: Vorm testwaterlijn

en kromme van spantoppervlakken : Snelheid-voor-de-wind

: _{Snelheid-in-de-wind}

Vergelijking dimensieloze _{snelheid-in-de-wind}

: _{Snelheid-in-de-wind bij systematisch}

gevarieerde masthoogte en stabiliteit

(type A)

: _{Snelheid-in-de-wind bij systematisch}

gevarieerde masthoogte en stabiliteit

(type B)

: Aangrijpingspunt dwarskracht bij _drifthoek.

Ten behoeve van de ontwerper is van 16 alternatieve _ontwerpen

₍₄

zeilplannen en

4 _{posities van het}

gewichtszwaartepunt in hoogte) _{de gezeilde tijd} _{en de met de} TOP gekorrigeerde tijd op de standaardbaan bepaald.

(3)

-2

De standaardprestatiemetingen zijn uitgebreid met een meting van grootte en aan-grijpingspunt van de dwarskracht ten gevolge van een drifthoek bij een

hellings-hoek nul. Deze proeven worden uitgevoerd bij een snelheid overeenkomend met een Froudegetal Fn=0.30.

Voor de Standfast )40 is dit 2.91 m/s of 5.7 kn.

De metingen zijn vergeleken met de uitkomsten _{van een eenvoudige theoretische} berekening, gegeven door Gerritsma in "Symposium _{onderzoek aan zeiljachten",}

(Laboratorium voor Scheepsbouwkunde, rapport no. 350) en "Course keeping qualities

and motions in waves of a sailing yacht" (Laboratorium _{voor Scheepsbouwkunde,}

rapport no. 200). De resultaten _{van experiment en berekening zijn voor de} dwars-kracht in kg per graad drifthoek, _{voor een snelheid van lm/s, als yolgt}

experiment (roer in middenstand) _F/3=10.6 _kg/graad berekening (

F/13=10.6 It berekening (effektieve invalshoek van roer en

kiel zijn gelijk)

_F/=12..

tl

N.B. De gelijke effektieve invalshoek _{van kiel en roer wordt verkregen als de} geometrische roerhoek _{ongeveer de halve drifthoek bedraagt.}

N.B. Voor andere snelheden dan 1 m/s moeten de gegeven getallen met het kwadraat van de snelheid vermenigvuldigd worden.

Het aangrijpingspunt van de _{dwarskracht is voor de genoemde gevallen}

gegeven in figuur 7.

(4)

-3-2. Konklusies

De weerstand in kg per ton waterverplaatsing van de romp is gunstig. De waarde

komt ongeveer overeen met de zwaarste modellen (II en III) uit de IOR-racer serie. (N.B.: de lengte-deplacement verhouding van de Standfast 40 ligt tussen die van model II en III van de IOR-serie).

In het hoge snelheidsgebied vertoont de weerstandskromme van de Standfast

40

een sterk oplopende tendens, misschien tengevolge _{van de kombinatie van een achterlijke} ligging van het drukkingspunt (-3.5%) met _{een tamelijk lage prismatische coefficient}

(0.55).

Als het schip voorzien wordt van veel zeil (type A), _{wat door de grote}

waterver-plaatsing mogelijk is, is de snelheid-voor-de-wind _{zeer hoog.}

Dat zelfde is het geval voor de snelheid-in-de-wind bij _{lagere windsnelheden} (be-neden ong. )4m/s). Type B ondervindt slechts voordeel van zijn kleinere zeilplan ten opzichte van tyre A bij windsnelheden boyen 8.5 m/s.

Door een vergroting van de stabiliteit is type A niet zó te verbeteren dat de

prestatie aan-de-wind absoluut beter is dan die van de 'Om WL-IOR racer model I. _De kleine waterlijnlengte van de Standfast

40

is hier waarschijnlijk schuldig aan.

De gegevens en resultaten _{van de 16 alternatieve ontwerpen zijn gegeven in de}

volgende tabellen

VIII : Gegevens van 16 alternatieve ontwerren

IX :

Tiidkorrektief9Itoren (TCF) van 16 alternatieve ontwerren X : Snelheid-in-de-wind en snelheid-voor-de-wind

van 16 alternatieve ontwerren XI : Gezeilde tijd in uur/min/sec

van 16 _{alternatieve ontwerpen op de}

standaard-baan

XII : Gekorrigeerde tijd in uur/min/sec

van 16 _{alternatieve ontwerpen op de}

standaardbaan.

Uit tabel X blijkt _{duidelijk dat de absoluut}

laagste tijden behaald worden met veel zeil, gekopreld aan een grote stabiliteit. Na omrekening

van de gezeilde tijd met de tijdkorrektiefaktor _{blijkt een groat zeilplan}

echter zo zwaar belast te worden in de meting dat, _{behalve bij licht}

weer, een lager zeilplan voordelen _biedt.

Uit tabel XI kan

gekonkludeerd worden dat de gekorrigeerde tijd bij een windsnel-heid van

6 á 7

_{m/s bina indifferent}

(5)

Tabel I : Standfast 40Belangrijkste gegevens van schip en model

symbool _omschrijving

eenheid type P,(1 type B(2:

, model 3

-L0

lengte over alles _m

12.20 _1.877

LTWL lengte op testwaterlijn m _9.60 _7.477

BMAX maximum breedte m 4.0o _0.615

BTWL maximum breedte op testwaterlijn m 3.28 _0.505

TH diepgang romp m 0.82 _0.126 T diepgang totaal _m 2.10 _0.323 AH A

deplacement romp in zoet water deplacement totaal in zoet water

1000kg 1000kg

8.583

9.213 _33.548kg

LCBH ligging drukkingspunt in lengte tov midden TWL m _-0.335

LTWL/AH1/3 lengte-deplacement verhouding 4.69

BTWL/TH

LCBH/LTWL

breedte-diepgang verhouding relatieve ligging drukkingspunt

4.00

CPH S

prismatische coefficient _{van de romp} totaal nat oppervlak

m2

0.55 31.47

ZGs BR

ligging gewichtszwaartepunt _{tov TWL} ballastverhouding

m

- 0.30 I _{hoogte voordriehoek} m 17.00 15.40 J _{basis voordriehoek} m _5.30 _5.20

Pe effektieve lengte voorlijk grootzeil m 15.18 13.78 E _{lengte onderlijk grootzeil}

m _4.30 _3.80

SAeb effektief zeiloppervlak aan-de-wind m2 _77.7 _60.2

SAed effektief zeiloppervlak voor-de-wind m2 _178.6 _155.9

zCEe effektief zeilpunt boyen TWL m 7.30 6.77 b _kielhoogte

m

1.31

--C.

gemiddelde koorde kiel

_m

1.94

ARg geometrische aspektverhouding kiel 0.68 A _{pijlhoek kiel}

graden 35.0

(6)

Tabel I : (vervolg)

: Type A is het oorspronkelijke ontwerp

: Type B is in rompvorm gelijk aan type A, maar heeft een kleiner zeilplan

: Modelschaal

1:6.5

(7)

Tabel II : Standfast 40; Weerstand rechtop en zonder drift (1) : _Fn

-4LIWL

-6-Vs m/sec. Vs kn RT s kg F (1) n R / A Ts H kg/ton

1.275

2.48

10.0

0.131

1.13

1.530

2.98

14.9

0.158

1.67

1.785

3.47 _20.9

0.184 _2.37

2.040

3.97

28.2

0.210 _3.19

2.295

4.47

36.9 _0.237

4.17

2.550

4.96

48.3

0.263

5.46

2.677

5.21

54.9

0.276

6.20

2.805

5.46

62.5

0.289 _7.08

2.932

5.70

70.8

0.302

8.00

3.059

5.95

80.8

0.315 _9.19

3.187

6.20

90.9

0.328 _10.37

3.314

6.45

104.6 _0.342

_11.90

3.442 6.7o

123.2 _0.355

_14.06

3.569

6.94

150.1

0.368 _17.23

3.697

7.19

185.9

0.381 _21.30

3.824

7.44

231.4 _0.394

_26.61

3.952

7.69

285.1

0.407 _32.83

4.079

7.94

352.0

0.420

41.01

4.207

8.19 _433.3

_0.434

_50.65

4.334

8.143

528.6

0.447 _61.30

4.462

8.68 _638.9

_0.460

_73.83

4.589

8.93

771.7

0.473 _88.34

(8)

Tabel III : Standfast 40

Vergelijking van de weerstand per ton waterverplaatsing van de romp.

Fn RTs/AH kg/ton ( )

(2)

(3)

(4)

0.15

1.53

1.78

1.72

1.49

0.20

2.91

3.36

3.12

2.68

0.25

4.75 _5.55

_5.12

_4.52

0.30

7.86

8.96

8.29 _7.25

0.35

13.26

14.68

13.76

12.19

0.40 _29.30

_28.77

_29.04

_27.56

: model 128 _{(Standfast )40)} : LTWL = 9.60 m : _{model 110 (10m WL-IOR-racer I)} : LTWL =10.00 m : model 109 (10m WL-I0R-racerII) : LTWL =10.00 m

: model 111 (10m WL-IOR-racer III) : _{LTWL =10.00 m.}

N.B. : De weerstandmetingen van de 10E-racers, uitgevoerd in

sleeptank I, zijn ter-wille van de vergelijking met de in sleeptank II uitgevoerde _{metingen aan de} Standfast

40

_{gekorrigeerd voor het verschil in}

(9)

-8

Tabel IV : Standfast 40

Prestaties bij standaard windsnelheden

Vd snelheid-vour-de-wind in m/sec.

= snelheid-in-de-wind in m/sec.

mg

vs = scheepssnelheid in m/sec bij zeilen

= hellingshoek in graden, aan-de-wind O = drifthoek in graden, aan-de-wind

= versnelling van de zwaartekracht,

_9.81

_m/sec2 TWL = effektieve lengte testwaterlijn.

wind-snelheid grootheid

2)

(3

_

3.5

0.212

0.194

0.252

8.3

3.7

0.206

0.186

0.246

6.9

2.7

0.202

0.192

0.252

6.8

3.6

0.202

0.190

0.278

6.8

3.0 vd//g1,5WL

vmg//gLTWL vs//gLTWL (3 1.0

0.371

0.268

0.329

19.6

5.3

0.364

0.266

0.326

16.4

3.4

0.364

0.276

0.337

15.6

4.6

0.364

0.272

0.334

15.3

5.0

v /VgL d - T WL vmg/VgLTWL ys//gLTWL $

10.0

,

0.835

0.282

0.348

27.9

7.3

0.428

0.285

0.346

24.4

6.8

i

-0.300

0.359

24.0

6.8

_

0.297

0.350

23.0

7.2

vd/i/1-_,TWL v //gL mg TWL

vs/4LTWL

(1) : Standfast 40 (type A) LTwL =

9.60

m

(2)

: Standfast

40

(type 3) : LTWL =

9.60 m

(3)

: 10m WL-IOR racer I : LTWL =

10.00 m

(4)

: 10m WL-TOP racer II : LTWL = 10.00 m.

(10)

-9

Tabel V : Standfast

40

Zeiloppervlak bij systematisch gevarieerde masthoogte.

I effektJef zeiloppervlak hoogte effektief

zeil-punt boyen testwaterlijn

aan-de-wind voor-de-wind 2 9 m m m m type A : J =

5.30 E = 4.30

15.30

63.5

160.14

6.74

16.15

67.2

169.5

7.02

17.00 _70.9

178.6

7.30

17.85

74.6

187.7

7.58

13.70

78.3

196.8

7.87

type 3 : J =

5.20 E = 3.80

13.86

53.9

140.0

6.25

14.63

57.1

148.0

6.51

15.40

60.2 _155.9

_6.77

16.17

63.4

163.8

1

7.03

16.94

66.5

171.8

7.28

(11)

10

-Tabel VI : Standfa3t 40

Snelheid-voor-de-wind bi variabele masthoogte.

I _{snelheid-voor-de-wind in m/sec.}

v=3.5

m/sec. tw y_tw

=7.0

m/sec. v_tw=10.0 m/sec. type A :

J = 5.30

E = 4.30

I

15.30

2.02 _3.55

_4.17

16.15

2.04 _3.57

_4.20

17.00

2.06

3.60

4.23

17.85 _2.08

_3.62

_4.25

13.70

2.10

3.64

4.28

type E :

J = 5.20

E = 3.80

13.86

1.96

3.49

4.10

14.63

1.98 _3.51

_4.13

15.40

2.00 _3.54

_4.16

16.17

2.02

3.56

4.18

16.94

2.04 _3.58

1

4.20

(12)

Tabel VII : Standfast 40

Gezeilde tijd op een standaardbaan. (1)

(1) : De baan is 10 mil lang en wordt heen en terug gevaren. De windrichting is

evenwijdig aan de baan.

N.B. : De gezeilde tijden van de IOR-racers zijn berekend aan de hand van

weer-standskrommen die gekorrigeerd zijn voor de afmetingen _{van sleeptank II} zie cok de opmerking onder tabel III).

naam

LTWL gezeilde tijd in uur/min/sec,

m v

=3.5

tw vtw=7.0 vtw=10.0 Standfast 40;type A 9.60 5/13/59 3/24/28 3/06/02 Standfast 40;type B 9.60 5/25/23 3/27/03 3/05/58 10m WL-IOR racer I 10.00 5/18/24 3/18/48 2/54/47 10m WL-IOR racer II 10.00 5/20/10 3/21/27 2/57/28

(13)

12

-Tabel VIII : Standfast

40;

Gegevens van 16 alternatieve ontwerpen.

Alle vier zeilplannen zijn gekoppeld aan rompen met gewichtszwaartepunten van

0.25, 0.30, 0.35,

en

0.40

m onder de testwaterlijn.

(1) :

Pe is de efektieve lengte van het voorlijk, verkregen door het topplankje

in aanmerking te nemen. grootheid zeilplan 1 2 3 4 I (m)

15.40

16.00

16.50

17.00

J (m)

_5.20

5.30

P (m)

13.40 _13.95

_14.50

_14.80

Pe(m) (1)

13.78

14.33

14.88

15.18

E (m)

3.80 _3.95

4.05

4.20

SA (m2)

eb,

2

SAedun

)

60.2

155.9

64.3

165.7

67.3

171.8

70.2

177.8

ZCE(m)

6.77

6.97

7.15

7.30

(14)

13

-Tabel IX : Standfast 40

Tijdkorrektiefaktoren (TCF) van 16 alternatieve ontwerpen.

G onder testwaterlijn zeilplan 1 ,, ₃ 0.25 0.8086 0.8149 0.8194 0.8230 0.30 0.8095 0.8158 0.8203 0.8239 0.35 0.8104 0.8176 0.8212 0.8256 0.40 0.8122 0.8185 0.8230 0.8274

(15)

Tabel X : Standfast 40 ; Snelheid-in-de-wind en snelheid-voor-de-wind van 16 alternatieve ontwerpen. grootheid G onder testwaterlijn m zeilplan 2 3 I 4

vtw=3.5

m/s

vmg

0.25

1.798

1.831

1.854

1.876

vmg

0.30

1.803

1.835

1.857

1.878

vmg

0.35

1.810

1.840

1.861

1.881

vmg

0.4o

1.818

1.847

1.866

1.885

vd -

2.002

2.026

2.041

2.055

v

=7.0

m/s tw v

0.25

2.566 _2.578

_2.584

_2.588

mg vmg 0.30

2.577

2.589

2.594

2.599

vmg

0.35

2.588

2.599

2.605

2.610

vmg

o.4o

2.599

2.610

2.615

2.620

vd -

3.537

3.564

3.580

3.596

tw=10.0 m/s vmg

0.25

2.750

2.738

2.727

2.716

vmg

0.30

2.764

2.754

2.744

2.733

vmg

0.35

2.777

2.768

2.759

2.749

vmg

0.40

2.790

2.781

2.772

2.764

vd - 4.155 4.186 4.204 4.222

(16)

15

-Tabel XI : Standfast 40

Gezeilde tijd in uur/min/sec van 16 alternatieve ontwerpen op de standaardbaan (1).

(1) : De standaardbaan is 10 mijl lang

en wordt heen en terug, voor- en in-de-wind gevaren.

N.B. : Bij iedere windsnelheid zijn de

laagste waarden onderstreept. G onder testwaterlijn m zeilplan 3

vtw=3.5

m/s

0.25 5/25/5'

5/20

5/17/43

5/14/44

0.30 5/25/2

5/20/34

5/17/27

5/14/34

0.35 5/24/43

5/20/06

_5/17/06

_5/14/18

0.40 _5/23/58

_5/19/55

5/16/39

_5/13/57

v=7.0 m/s

0.25 3/27/34

3/26/20

3/25/60

3/25/06

0.30 3/27/03

3/25/50

3/25/13

3/24/36

0.35 3/26/32

3/25/22

3/24/43

3/24/06

0.40 3/26/02

3/24/52

3/24/15

_3/23/39

vtw=10.0 m/s

0.25 3/6/32

3/06/28

3/6/37

3/6/45

0.30 3/5/58

3/05/56

3/5/55

3/6/03

0.35 3/5/26

_3/05/15

_3/5/18

_3/5/24

0.40 3/4/55

_3/04/50

_3/4/46

_3/4/47

,

(17)

16

-Tabel XII : Standfast

40

Gekorrigeerde tijd in uur/min/sec. van 16 _{alternatieve ontwerpen}

op de standaardbaan.

N.B. : Bij iedere windsnelheid zijn de

laagste waarden onderstreept. G onder testwaterlijn m Zeilplan 1 2 3

vtw=3.5

m/sec.

0.25 4/23/28

_4/21/32

_4/20/20

_4/19/02

0.30 4/23/23

4/21/31

4/20/24

4/19/10

0.35 4/23/09

4/21/43

4/20/24

_4/19/29

0.40 _4/23/o8

_4/21/51

_4/2o/36

_4/19/46

v

=7.0

m/sec tw

0.25 _2/47/50

_2/48/08

_2/48/31

_2/48/48

0.30 2/47/36

2/47/55

_2/48/2o

_2/48/38

0.35 2/

I

47/22

_2/47/54

_2/48/07

_2/48/30

0.40 _2/47/20

_2/47/41

_2/48/06

2/48/30

y =10.0 m/sec tw

0.25 _2/30/50

_2/31/57

2/32'55

2/33/42

0.30 _2/30/32

_2/31/41

2/32/30

_2/33/17

0.35 _2/30/17

_2/31/28

_2/32/10

2/33/04

0.40 _2/30/11

_2/31/17

2/32/04

2/32/53

(18)

100

50 o

APP

ligging drukkingspunt romp in

Lengte

ligging waterlijnzwaartepunt

in

Lengte

Fig. 1: Vorm testwdterlijn en kromme van spantoppervlakken

10 FPP

T WL .NW

Plr

/

,v

/

,-,

----/

/

CSA

--z

_

'--,---\

N

\

NN

N

TWL

4 r

\

_\

\

_\

CSA

\

_\

\

N

.N..

/

B

LJ

A

Standfast 40

, model II

1W

\

- - - TOR

1

3

4

5

6

7

8

9

(19)

10

9

5

4

3 Fig.2: Snelheid-voor-de-wind

4 m/sec

5 / /

/

//

,/

/

//

/

,

/

7

. Standfast 40 (type A) I II s . " (type Es) --10m wl - IOR-racer model A 3

2

V

m/sec

vtw

7

6

8

(20)

12

11

10 m/sec

9 vtw

7

6

5

4

3

2

1 4i =30° Standfast 4o (type (type 10m w - IOR-racer 1 1 J._ 1 I i A) 13) model I A I / / =20° o I /

/

I

lì

I

/

0=10° 6

/

Y

..-1

2 vmg

m is e c

(21)

vmg

LTW12 0.3 0.2 O. 0.

Fig.4:

Vergelijking dimensieloze

snelheid-in-de -wind.

-100 m sec

0

vtw= 7 0 m /s ec

0

co

₀

0 v= 3.S m sec

GC6 CS) (its Q5

0

g,

°

_O

A

5 10 15

LT WL

rn 0. O.

(22)

v=3.5 m/sec

18.70 17.85 17.00 15.30 -0.492

vtw = 7.0 m/sec

18.70 17.85 17.00 16.15 15.30 -0.492 -0.300 -0.300 -0. 08

Fig.5a : Snetheid- in-de-wind

bij

variabele masthoogte

en

stabiliteit

,

type A.

Erg

FramMell

ME

1

1 I

o

,..

c

0. N

!

LI \ N I I ,1 -,

I

-0.396 -0.204

zGs

-0.396 -0.204

Gs

rn

(23)

vtw.10.0 m/sec

18.7o 17.85 17.00 16.15

Gs

rn

Fig. 5b:Snetheid- in-de-wind

bij

variabele masthoogte

en stabiliteit , type A.

lk

1110

111W

11911C01

\\X

1

rill'

1

-0.108 -0.204 -0.300 -0.396

(24)

"

-

vtw.3.5 m/sec

16.94

v= 7.O

m/sec

16.17 15.40 114.63 13.86 0.492 16.9)4 16.17 15.40 1)4.63 13.86 o.492 0.300

rn

-0. 08

F g.6 a : Snelheid- in-de-wind

bij

variabele masthoogte

en

stabiliteit

,

type B.

\>,

'\- 82-'\bo %

o

,

:

N. MI1 ,r)

ENE A

V

m

17 pv

-o.396 -0.204 -0.396 -0.204

Gs

rn

0.300 -0.108

(25)

vtw .10.0 m/sec

16.94

16.17 -0.300

-0.396

zGs

-0.1o8

-0.204

rfl

Fig. 613: Snelheid- in- de-wind

bij

variabele masthoogte

en stabiliteit

,

type B.

,

_,

1_, 1

,

cP

₀

co

7mAilk

INK'

(26)

100 o

APP

1

o BEREKEND (roer in middenstand )

+ GEMETEN

( I,

A BEREKEND (effektieve invalshoek roer en kiel gelijk

)