024825
TECHNISCHE H:OGESCHOOL DELFT
AFDELING DER MARITIEME TECHNIEKLABORATOHIUM VOOR SCHEEPSHYDROMECHANICA
7-Experimenteren met traditie.
Ir.G. Moeyes
Rapport 410-P
Waterkampioen Nr.14 - Juli 1974
Delft University of Technology ShipHydromechanics Laboratory Mekelweg 2
2628 CD DELFT TheiNetherlands Phone 015 -786882
Teen enie eetlwcn geleden in onze lage
iancicn de platborcinschcnen
deeindfa-se .an hun ov ikkeling als
beroeps-vaai tuiingincn. hail men van
model-proeven flog noot çhoord. laai siaan
dat men kon dromen van de uitgcbreide
schaal waarop tegenwoordig in goed
uitgeruste sieeptanks met geavanceerde
instrumenten modelproevcn worden
uitgevoerd.
Tech werd door wcrfbaienenschippers
veelvuldig
geexpeiiinenteerd.
ledercchip wed gcbou'vd met een hcpaald
dod, dat omscliicvcn on worden door
cen te vervoerer. soort cn hoevedheid
lading of het vi.scn met ecn gegeven
type netten en doar cen vaargebicd met
gewenste
vaar-of
zeegangseigen-schappen.
Jedere schipper had o zijn doëi voor
ogen als hij na ainpele overwegingen
Wgieggf9,ipIi'(N
lit'
.5Q meter Ion,'e
VoIIe'nI,ome,,sehol. enrworpe'i
qlo,,r J. K. Gipon
en gehi)uwd door Kooijman en De Vrie.s.naar cen bouwer stapte met de opdracht
voor cen nieuw schip. Zc!den werd dit
cen kopie van CCIi reeds bestaandexem-plaar. Allijd trachtten schipper en
boo-wer door veranderingen en
aanpassin-gen jets beters te maken dan het
be-st aa ide.Jeder nicuw schip werd zo ecn experi-nient. cen prod op waic grootte. Omdat
de wijzigingen meestal klein waren.
was de kans op cen 'olkomen
inisluk-king niet groot. Minder geslaagde
uit-voermgen werden niet herhaakl, zodat
in ccii tientallen jaren lange
ontwikkc-ling schecpstvpcii ontstonden waarvan
vcrwacht inag worden dat ze zo goed
riiogelijkiangepast waren ann lokale
omstamlighedcn en het tnaximaal
be-reikhare vcrtegenwourdigden met de
tntr tcschikharebeuwmet hodene-n
rnatcrialen.
N. /1/
- )I /!?
P'2o3L
-:
1D7'
Hi
-.
v.p' ,1
Het is ecn interessante vraag of met de
technische kennis en
wctenschappetij-ke onderzockmogehjkheden. die nu
voorhanden zijn. de ontwikkeiing naar
de vorm van onze traditionele rond- en
platbodenischepen met hun
zijz.waar-den verkinard kan worzijz.waar-den en of aisnog
vcrbetcringen
aangehraeht kunnenworden. Voor de beantwoording van
deze vraag bouwde de bekende platbo-demwerf van Kooijman en Dc Vries te Dcii aan de Linge cen schaalniodel van
cen van haar produkten. de 8,50 meter
Vollenhovense bol nant het ontwerp
van J. K. Gipon. Het Laboratorium voor
Scheepshouwkunde van de TH Deift
stelde zijn kennis. sleeptank en appara-tuur ter beschikking en twee studenten, waaronder een hottereigenaar, offerden enige maanden van hun tijd.
Uit deze enthousiaste samenwerking
vloeide ecn onderzock voor' waarvan
de resuiraten ncergelegd zijn
ineenuit-gebreid rapport..Zcilprestaties van een
Vollenhovense bol: eigcnschappen van zeezwaardcn', door 1.11. Brozius, prof.
it. J. Gerritsnia, I'4. de Groot en ii. G.
Mocyes. Niet atle antwoorden op de
eerder gesteide vragcn kur.nen na dit
ondcrzoek gegeven worden. De meeste
praktische' gevolgtrekkingen uit het
onderzoek willen we de lezcrs van de
\Vaterkampioen echier niet onthouden.
Zijzwaarden
Kenmerkend voor de traditionele
Ne-derlandse schepen is de voile en platte
vorm. de gerine diepgang en het
ge-bruik van zijzwaarden orn de drift tc
beperken. Waai de waIcrdiepte het toe-tin. 1;ozen onzc vroegere bouwers voor
het smalle, diepstekende zwaard. Zo
ook bij de beproelde Vollenhovense
bol. Uit (IC slecptaiikproeven bleek dat juist dit smalle zwaard nan cen klein nat
opperviak cen grote
dwarskrachtpro-duktie paart. En line groter deze dwars-kracht des te kiciner is ile drifthoek.
Behalve het oorst)ronkelije zwaard is
ook eer. anderhalf keer zo breed zwaard
gesleept. maar bij cen geiijke
invals-hock (y.ie figuur I) was de dwarskracht (lift) per cenheid van opperviakte klei-ncr dan van xliii smallcre broeder.
Ver-rassend was dcxc iipelusjc niet. Dc
vleugcls van (nict stipersone)
vliegtui-g.n maak-t---mcn irnnicr ook1anen
sinai.
Z 0 OKI. 1975
,
F
Moderne scherpe jachten worden am
dczelfde redcn met korte. diepstekende
kielen en roeren uilgerusl. Verrasscnd is echter dat ambachtelijke werfbazcn en schippers na ccii lange ervaring tot
cen zo bijzondcr effectieve vorin
kwà-men, in (cite zelfs nog effectiever dan .genocndë kieleii enroeren.
Dc ronde zwaarden van boeicr en tjalk zijn nag niet ondcr,.ochi. evenmin als de tussenvormen zoals die op de grundels gebruiki worden. 1-1cc is voor de
sleep-tankmensen evcnwcl duidelijk dat in
deze gevallen de hydrodynamische
kwahteiten opgcoflcrd
zijn nun dcnoodzaak am op ond iep waterte kunnen varen.
Belangrijk voor ledere zwaardvorm is de afwerking, 'ooral ann de voorrand.
Maar al te vaak ziet men slccht gcvormd
en onzorgvuidig aangebracht
zwaard-besiag, dat cen vrocgtijdig losscheuren van de stroming vcroorzaakt. Vooral als bet schip na ecn wending of in ruwc ZCC
langzaam vaart, kan dit voor de
zeilci-gcnschappen en de handelbnarhcid lu-nest zijn. Een goed gcvormd zwaard zou
er in doorsnede uit macten zicn als in
(iguur 1. Dc voorrand is paruboflsch en glad afgewerkt, de achtcrrand isschcrp. of, wat praktischer en zeker even goed is, recht afgekapt. Een algeronde ach-terkani is minder goed.
Loefbtjter
roer
Aan de wind varend maci hei schip cen
dwarskracht leveren om evenwichi Ic
maken met de zijwaartsc component
van de 7.eilkracht. Zoals vermeld ncemt het zwaard hiervan het grootstedcel.60
F,uur 2. Beproefde zwaarden en
toe!-bijier
-a80%, voor zijn rekcning. Dc rest docn
het roer en, in zeer geringe male, de
romp; Dit scheepsdeel is, ondanks zijn grate lateraul appervlak,door zijn ronde
vorm nauwclijks geschikt om dnige
(lwurskracht te leveren. Uit de proeven
blcck dat een, wcliswaar kleine, maar
goed gevormdc en geplaniste locfbijter
(zic figuur 2) hierin cen bclangrijke
verbciering kan brengen. Dc
dwars-krachtproduktie van de romp verdub-belde terwiji het aangrijpingspunt naar
voren vcrschoof. Het aanbouwcn van
ccn Ioefbijter is dus een belangrijk mid-del om de loef- en lijgicrigheid cc
beIn-vlocden en oin evcntueel een iets te
klein uitgevallen zwaard te compense-ren. Een ander probaat middel icr ver-hoging van de dwarskrachtproduktic en
ter beinvloeding van de locf- en lijgic-righeid is hct vissend maken van het
roer. Dc Zecuwse vissers hebben niet
voor niets ccn meer gecompliccerde
rocrophanging geaccepteerd.
Trimmen
Door vorm en afmetingen van zwaard, romp en roer, dat wil zeggen door
ant-wcrp en bouw, is de verdeling van de dwarskracht over (lczc ondcrdcicn in grove lijncn bcpaald. Dcze is echtcr
vaak in beslissende mate IC beinvlocdcn
door de trim en dc wijze van zeilcn.
Bepalend daarbij is dat de verdeling
zodanig moct zijn dat hij behoud van de
1
Figuur 1. Doorsnede east ecu asvn,,neitisch zitaard
totale dwarskracht de weerstand zo laag
mogclijk wordt. Deze bestuat behalve -uit wrijvingsweerstand en
goliweer-stand uit een dccl dat juist verhand
houdi met diezelfde
dwarskrachtpro-duktic en dat geinduccerdc weerstand genocmd wordt. Als cen prof let lift Ic-yen bctckent dii dat aan ôén zijde ecn onderdruk en aan de andere zijde ccii
overdruk bestaat. Aan de tip 'ar. het
profici kan omsirorning plaatsvinden
van de hogedrukzijde naar de
lagedruk-zijdc. Dii betekent cr1ergieverlies dat
ventaalbaar is in cen extra weerstand. de gcinduceerde weerstand.
Zwaard, roer en zeus de romp zijn als een proud tc beschouwcn. zij het dal he!
zwaard aanzicnliik sknker is dan de
romp. Bij hct slanke zwaard is het ge-bied dat door de ornstrorning bij de tip beInvloed wordt relatici klein. zodac het zwaard cen relaticf kicinc einduccerd.
weersiand gceft. Dc romp is eigenlijk
mecriipdanprofiel.zodathiercenkleifl
drukvcrschil aan stuurboord en
bak-hOord. dus cen klcine dwarskracht a!
cen relatief bijzondcr grote
omstro-ming, dusecn grote
gemnduceerdeweer-stand gecfi. Het ror zal het midden
houden tussen zwaard en romp. Thcorctisch en experintenteel is
vaste-stcld dat de geinduceerde weerstand evenredig is met het kwadraat van de in"alshoek. Een iwec kecr zo irote in-vaishoek (drifthoek) zou dus een ier
Figiwr 5. Krachtcns pet op ecu win de wind iarc,id juchi (bocnaanziChI)
.\
-..,--., .7
=FD
=FL
hoek
3
hoek 1 + hoek 2
bet zwaard 7odanig vergroot dat dii
eigenlijk rnecr dwarskracht oplcvcrt
dan op grand van de drifthock
(invals-hoek) en schccpssnelheid verwacht
mag worden.
De werking van hel zwaard is dan vcr-stcrkt en wcl op ecn iodanigc wijzc dat
k
...
--:!,
:
L fI
Zn %cerd tic: .ccliao!,iindel ivili de
\'nt-ltiihovciis
hol UI Iit't L(i!,OrotO,'iIliIIvoor S cite 1cboiik tuide tu,i
,iische I-Iogesclioolin Deif:geskept.
de dwarskracht-weerStafld verhouding van de combinatic groicrwordt. In hci bovcnaanzicht van hct krachienspel op ccn aan de wind varen schip. zie [iguur 5, is Ic ieii dat cen hogere
dwarskracht-weerstand verhouding (Y/R = F/F1)
de hock I, en daarmce de hock 3 tussen
koers en schijnbarc wind, verkicint.
Hocwcl het
'knijpendc'schip dus
schijnhaar hoger aan de wind vaarl komt de jets mimer en sncllcr varende
mec-ligger door zijn hogcrc dwarskracht-weerstand verhouding uiteindelijk
ho-ger uit.
Verder onderzock
In het voorgaandc zijn cnige interpreta-tics van dc onderxoekrcsultaiefl gege-yen die zeker nict dc gehele inhoud van het genoemdc rapport vcrtegcnwoordi-gen. Daarin is veel cijfer- en
grafieken-matcriaal gegeven. vooral over de
dwarskracht- en weerstandseigen-schappen van (IC onderzochtczwaarden en over (IC zcilprcstatiS aan de wind en voor de wind van (IC\'ollenhovcnsc bol. Dc mcci geIntcressccrden vrdI verwe-zen na.irlicl rapport.
Het ondeiioek is beperki gcwecst cn
schijnbare wind
drift h oek
koers
daarom gceft het rapport evenmin een
volledige bcschrijving van afle hdro-dynamische facetten van een
platbo-dcm. Dc metingcn aan zwaarden zou-den tot verschillcndc vormcn uitgcbreid
kunnen worden, ierwijl het enkcle
on-derzochtc model van de bol een
eenzij-dig beeld van de platbodemfarnilie
ecf I.
De genoerndc interactieverschijnselefl
zijn nog slechts beperkt
gekwaniifi-ceerd en ondeizochi. Elk experimentis
alicen in vlak water uitgevoerd. Bij de
uitwerking van de metingen zijnboven-dien voor de herekening van zeill:rach-ten gegevens van scherpe jachzeill:rach-ten bruikt omdat dezc voor platbodenis
ge-heel ontbreken.
\'oor al deze vraagtekens zijn de hou-wers en onderzockers gelukkig geens-zinc aansprakelijk. Zij trachten met de
bcperkte ,uiddcicn. qua tijd cn
finan-ciën. hel maximale te doen. Op het
moment van schrijven van dii artikel
staat het model van cen SOIl in.
gerced. svaarmcc ecn tweede
romp-vorin cii ceo derd
ZWhtrd'OrT n h iieigcnschapjin zu'.kn vric en.
ir. G. Movcs
keer zo hoge geinduceerde weerstand
geven. Als we. aan de wind varend,
zouden besluitcn het zwaard optehalen en de vercistedwarskracht maardoorde oiidiepc mmp Ic laten levercn, zou hier-voor ceri Leer rote drifthock nodig zijn
en volgens voornoemde kwadratische
wet zou dii cen enorme
wccrstandsver-hogiiig beiekencn. I-let is veci beterde
drifthoek van de romptebeperkenende dwarskrachtproduktie grotcndcels door
het daartoe aangewczen en daarvoor zeer geschikte zwaard te laten
vet-zorgen.
Dii kunnen we bereiken door het
zwaard een 'invaishoek vooraf' mee te geven. Als de zwaardklarnp 'toegesne-den' wordt ontstaat een hock tussen hetviak van het zwaard en de hartlijn van het schip. die het 'toespoor' gcnoemd
wordt. Als de invalshoek (drifihoek)
van de romp nog nul is, heel t, dankzij
het toespoor. het zwaard al een
invals-hoek en levert al dwarskracht.
Deopti-male grootte van het toespoor zal
uiter-aard afhangcn van de windkracht. Uit de proeven bleek dat, afhankelijk van
het scheepstypc. een goed gemiddelde tussen twee en zes graden zal liggen.
Dc hehoefte ann dwarskracht zal het
grootst zijn aan de wind. Op ruimer
wordende koersen is dczc minder en de
goede platbodemzeilcr zal dan zijn
zwaard wat ophalen. De behoefte ann toespoor zal dan ook minder zijn. zodat
het 'toesnijden' van de zwaardklamp eigenliik maar beperkt hoeft Ic zijn tot
het voorste gedeelte. dat wil zeggen het
stuk waartegen bet zwaard in geheel
gestoken toestand rust. Als we het heel
mooi willen doen. zoals onder andere
Hugo van Kuyk op zijn tjalk Eben
Haë-drif thoek geen drifthoek over snetheid over snetheid oversnetheid
- >
ondersnetheid 300 200 I 1001T
I s,nat zward nwLhoh 6' ,oIF,e.d 48 ho eLog 0' watersnetheid scheepssnetheid watorsnetheid scheepssnetheid 0 20 30 40 50 60 pijthoek - gradenFiguur 3. Door her zwaard geleverde
dwarskracht bij varkthele pijihoek (=
hock tussen as van het zwaard en de
veriikaal)
zer vóór ons. kunnen we hct toesnijden
lalen verlopen van maximaal vóór tot
nul achier.
Het effect van ophalen van het zwaard
zien we in figuur 3, waar de gemeten
dwarskracht vcrticaal wecrgegeven is
bij verschillende pijlhoekcn, dii zijn dc
hoeken die het zwaard met de verticaal rnaakt.
Ecn andere mogelijkheid tot beperking van de drifihoek van de romp die door iederc zeiler benut moet worden, is het roer. Hoewel het roer als
dwarskracht-leverancier relatief minder effectief is
dan het zwaard is het altijd nog stukken beter dan de romp. Gebleken is dat het voor een maximale
dwarskracht-Figuur 4. Dc isn'tocd
van snetheid e'n
drift-hock op de
onis,ro-?nuig van de romp
wcerstandverhouding van de
combina-tie
goedisalsingcmiddeldeornstandig-heden. bijvoorbceld in windkracht vier met cen knik in tie school, de helinstok circa viji graden naar loel staat. Bij een
goed gebouwd schip mi dit inogelijk
zijn bij cen eveneens optimale stand van
de zeilen. Als dit bij ons schip niet
mogelijk is. mod de halans beinvioed
worden door het zwaard te verpiaatsen of, zoals reeds eerder gezegd. een
loef-bijtcr nan te brengen. Een
randyoor-waarde is natuurlijk dat we het roer in alle windsterk ten en opalle koersen nog moeten kunnen hanteren, op de kleinere schepen heist zonder de huip van een takeltje of cen extra man. Ais u ook op uw grotere schipgraagrneteigenkracht
van hand of rug stuurt. mod u echter
nooit zo trimmen dat er hclemaal geen
druk
meerophelroerstaat.Hydrodyna-misch is dit volledig uit den boze.
Viiart houden
Behalve door het ontwerp en het trim-men, is nog op een derde vijze invloed op de dwarskrachtproduktie uit te oefc-nen. nan1elijk door de manier van
zei-ten. Door overlevering en ervaring is
het bij velen bekend dat het bij een
platbodein beter is 'de gang cnn te hou-den', 'het schipte taten lopcn'danomte
'knijpen'. Door de proeven kon
ver-kiaard worden waarom dit zo is. Dc werking van romp, zwaard en roer gczarnenhijk is niet gelijk ann de som van de werkingen van romp, zwaard en roer afzondertijk. Dc stroming rond de romp heeft invloed op het stomingspa-troon rond het zwaard en onigekeerd.
Hetzelfde is het geval voor omp en
roer.
Deze onderlinge beInvloeding noemt
men interactie. Dc interaclie van zwaard en roer wordt verwaarloosbaar
klein geachi, omdat deze onderdelen yen van elkaar gepinatsi zijn. Van de
beide resterende interaclies.
romp-zwaard en romp-roer is vooral de eersce bijzonder gevoelig voor de drifthoek en de snelhcid van de romp.
De uitwerking van dnifihoek en snel-heid op de stroming rond het schip is ruwweg gelilustreerd in figuur 4. Een drifthoek geeft ter plaatse van het
iij-zwaard een ondersnetheid, de
scheeps-snelheid op zich geeft. Zonk U O de motor varend zuit kunnen constateren, naast het schipeen oversnelheid. Ms we ann de wind 'knijpen' isdescheepssnel-heid lang en de drifthoek groot en juist deze cornbinatic heeft ecu bijzondcr
na-delige invloed op de werking van het
zwaard. Dc stroming hij hct zwaard
wordi dan verlraagd. Als u het schip daarentcgen laat 'topen'. mat de
drift-hockklemncr worden en wordt
