 |
| CFD simulering av strömningsfält runt köl med bulb |
Inläggen varierar från.. ..Cant help you, but I like the idea..,
till mera handfasta råd (ett standardinlägg i många trådar).. Have you contacted the designer?...
Det hade inte Mad for Sail gjort men han hade information om orginalkölen, som var av bly och mycket djupare.
Sen kom den krasse teknikern: ...Det finns tre sätt att lösa problemet: 1) gör en CFD analys, 2) Modellförsök, 3) Fullskaleförsök på den egna båten...
I slutet på första sidan (av nio) kommer ett inlägg från Mikko Brummer i Finland..
..I could run a basic CFD comparison for you if you send me the IGES-files, just for the sake of general interest...
(Jag känner inte Mikko, men skulle gärna vilja - nu börjar tråden bli intressant).
Det visar sig att Mad for Sail faktiskt har dom geometrifiler Mikko efterfrågar.
Bara Mikkos bild (längst upp) av strömningsfältet runt det krängande skrovet med köl och bulb är värt ett trådbesök.
Sen dyker Joakim upp, också han från Finland, med ett långt inlägg. Det beskriver försök med tre kölvarianter på en 30 fots C/R utfört i början på 90-talet. Här är en översättning från engelskan:
..
Är syftet att öka prestanda speciellt i lätt väder? I så fall är bulben bara en extra broms och nån skillnad i förhållande till vingkölen blir det knappast. Den våta ytan blir lite mindre (försumbart jämfört med båtens ca 25 m2) och bulben kommer att få ganska stort släpmotstånd. Med samma djupgående kommer vingkölen att vara lite effektivare på kryss, men båda är sämre än en normal fenköl. Troligen blir bulbköl lite snabbare på undanvind men lika eller lite sämre på kryss.
Är en ökning av djupgåendet uteslutet? Om inte - ta bort vingarna öka djupgåendet, kanske tom en liten bulb längst ner skulle bli ett mycket bättre alternativ. Ännu bättre är att byta till en helt ny köl med bättre sidoförhållande (dvs djupare och smalare kölblad). Jag har en ungefär lika stor båt med 2.0 m djupgående, den projicerade kölarean är en rektangel 1,5 m x 1,0 m, väger 1800 kg (storlek som en som en Expressköl alltså men 1 ton tyngre).
En jämförande undersökning av tre kölar monterade på 30' C/R båtar gjordes i Finland i början på 90-talet (undersökningen presenterades i tidskriften VENE nr10/1991). Dom tre kölarna vägde lika mycket, med tyngdpunkterna på samma djup (1360 kg, 0.45 m under skrovet). Fenkölen med arean 2,37 m2 var djupast och stack 1,9 m. Bulbkölen med arean 2,7 m2 stack 1,4 m. Vingkölen med total arean 3,9 m2 (kölblad+vingar) stack bara 1,15 m och hade ganska stora vingar. I övrigt var båtarna lika och hade lika segel
Oturligt nog blåste det bara mellan 1 - 5 m/s vid dom jämförande seglingarna. (Det här förstår jag inte - om man lägger ner så himla mycket jobb på att få fram olika kölar, varför kan man inte ta den tid det behövs för att vänta in bra väder???).
Slutsatsen blev att vingkölen var sämst, ca 15% långsammare än fenkölen både på kryss och läns. Bulbkölen var något långsammare på kryss och lika snabb på läns som fenkölsbåten. De bättre kryssegenskaperna förklarades med att fenkölen kunde seglas högre i vind. VPP beräkningar tror jag skulle gett ca 5% högre kryssprestanda för fenkölen. ...
(Okursiverat inom parentes är mina kommentarer.)
Så långt Joakim.
Är en ökning av djupgåendet uteslutet? Om inte - ta bort vingarna öka djupgåendet, kanske tom en liten bulb längst ner skulle bli ett mycket bättre alternativ. Ännu bättre är att byta till en helt ny köl med bättre sidoförhållande (dvs djupare och smalare kölblad). Jag har en ungefär lika stor båt med 2.0 m djupgående, den projicerade kölarean är en rektangel 1,5 m x 1,0 m, väger 1800 kg (storlek som en som en Expressköl alltså men 1 ton tyngre).
En jämförande undersökning av tre kölar monterade på 30' C/R båtar gjordes i Finland i början på 90-talet (undersökningen presenterades i tidskriften VENE nr10/1991). Dom tre kölarna vägde lika mycket, med tyngdpunkterna på samma djup (1360 kg, 0.45 m under skrovet). Fenkölen med arean 2,37 m2 var djupast och stack 1,9 m. Bulbkölen med arean 2,7 m2 stack 1,4 m. Vingkölen med total arean 3,9 m2 (kölblad+vingar) stack bara 1,15 m och hade ganska stora vingar. I övrigt var båtarna lika och hade lika segel
Oturligt nog blåste det bara mellan 1 - 5 m/s vid dom jämförande seglingarna. (Det här förstår jag inte - om man lägger ner så himla mycket jobb på att få fram olika kölar, varför kan man inte ta den tid det behövs för att vänta in bra väder???).
Slutsatsen blev att vingkölen var sämst, ca 15% långsammare än fenkölen både på kryss och läns. Bulbkölen var något långsammare på kryss och lika snabb på läns som fenkölsbåten. De bättre kryssegenskaperna förklarades med att fenkölen kunde seglas högre i vind. VPP beräkningar tror jag skulle gett ca 5% högre kryssprestanda för fenkölen. ...
(Okursiverat inom parentes är mina kommentarer.)
Så långt Joakim.
Nu dyker Yipster, med tillägget designer upp (i slutet på sid 2). Han föreslår en halfbulbwing. Nån slags hängande bulb med vingar. Men ger själv upp iden några inlägg senare, när han fångas av Mikkos inlägg. Mad for Sails IGESfil dög inte, i början av sid 3 har han fått till en ny (solid)fil som duger. Och Mikko börjar köra CFD simuleringar.
Strömningfälten är suggestiva, speciellt såhär i vintertid med snöoväder och iskallt utanför fönstret.
Mikkos CFD beräkning tar inte hänsyn till vågbildningen runt skrovet, men strömningen runt köl fångas upp ordentligt. Undervattenskroppen blir sned när båten lutar. Skulle båten bogseras när den lutar, skulle den gå snett genom vattnet, faktiskt lite åt "lovart". Men kryssar man måste det vara avdrift för att få sidkraft på kölen. Skrovet kommer därför att röra sig snett nedåt i bilden nedan. Beräkningen tar fram krafter på skrov, köl och bulb.
Mikkos beräkningar anger att avdriften blir 7,4 grader vid segling i 6 m/s och farten är 6,7 knop. Avdriften bestäms av segelkrafterna, krafter på seglet motverkas av krafter på skrov, köl och roder. Joakim tycker avdriften är för stor. Och Mikko håller med om detta. Tabellen visar alla beräknade krafter:
Faktisk en ganska bluddrig bild. Den syns bättre i tråden (inlägg 35, sid 3) - klicka i parentesen.
I inlägg på BLUR har jag hävdat att snedanströmning mot skrovet är av ondo, dvs det bromsar mycket. Bl.a. JIMMY har då hävdat att sidkraften på skrovet är något man ska utnyttja. Mikkos fortsatta analyser hjälper oss att besvara den frågan - iallafall delvis.
Lite mer engelska, nu från Mikkos inlägg om detta (inlägg 43 på sid 3 - krafterna är angivna i kilopond, multiplicera med 10 så blir det Newton):
...I dropped the fin away to see what it does to the hull & bulb... ... In the original run with the keel fin:
- Hull drag= 55,5 kgf lift= 108,0 kgf
- Bulb drag= 9,8 kgf lift= 24,9 kgf
Without the keel fin:
- Hull drag= 48,9 kgf lift= 59,2 kgf
- Bulb drag= 9,1 kgf lift= 0,8 kgf
Clearly there is some serious interaction there....
 |
| Båt med bulb utan kölfena? I CFD världen är allt möjligt! |
- Hull drag= 55,5 kgf lift= 108,0 kgf
- Bulb drag= 9,8 kgf lift= 24,9 kgf
Without the keel fin:
- Hull drag= 48,9 kgf lift= 59,2 kgf
- Bulb drag= 9,1 kgf lift= 0,8 kgf
Clearly there is some serious interaction there....
Min kommentar: Med köl+fena+bulb blir bromskraften på skrovet 555N och sidkraften 1080N. Tar man bort fenan minskar bromskraften från 555 till 489N och sidkraften ungefär halveras (skrovet tvingas fortfarande att gå snett genom vattnet). Dvs den ökade sidkraften på skrovet när man sätter på fenan är i princip "gratis". På samma sätt med bulben. Bromskrafterna är ganska lika och sidkraften liten när bulben snedanströmmas (det är ju det som är finessen med en bulb, den tål stora snedanströmningar utan att skapa stor extra bromskraft). Med fena får också bulben en sidkraft. Det kanske inte är helt tydligt, men jag är benägen att ge åtminstone lite rätt till mina belackare när det gäller sidkraft på skrovet. Nu får man hålla i minnet att bulben i princip är lika lång som underkant köl, med en lång frihängande del blir det kanske annorlunda. Det jag saknar för att inverkan av snedanströmning ska bli fullständig är en utvärdering av skrovmotståndet då båten går rakt fram. Hur mycket har skrovmotståndet ökat pga snedanströmningen? Innebär ett fylligare förskepp med mindre snedanströmning mindre skrovmotstånd?
Sen kommer Joakim tillbaka. Han tycker han har ett mycket bättre förslag.
Mikkos kommentar om Joakims köl:
... I would suspect such a flat bottomed keel would not be ideal in a seaway?...
Men Mad for Sail ger sig inte. I inlägg #122 på sid 9 lämnar han ett förslag, som han vill ha synpunkter på (men responsen uteblir den här gången)
:
På något sätt tycker jag att vi nu har hamnat i samma frågeställning som de tre Chalmersundersökningarna i förra inlägget (här).
Det är alltid kul att läsa om kölar och deras egenskaper. Jag har en känsla av att teori och verklighet inte alltid går hand i hand både av produktionsskäl och av hanterbarhet. Vad gäller det senare tänker jag både på t ex djupgående (som är opraktiskt i skärgården) och att en effektiv, smal och djup, korda ofta är så kritisk i hanteringen att den blir jobbig att ha under en familjebåt.
SvaraRaderaDu skrev något om din egen köl under Piano och att den inte var teoretiskt perfekt men att den fungerade bra ändå. Har du några andra tankar om den idag?
@Erik, Jag tror det var du som i nån blogg skrev att segelbåtar är en serie kompromisser från början till slut. Det var Arild Heldal från Norge (seglar Hansson 31 Frökna) som fick mig att välja orginalkölen, med ritningar från Gösta Edwardsson fick vi fram profilen, bulben var given från pluggen. Jag ville ha en lättseglad båt, kanske inte med perfekt edge, med ett brett register på kryssen framför allt skulle båten kunna seglas optimalt i så många förhållanden som möjligt. Att kunna segla extremt högt på kryssen är ett otäckt vapen. Men sanningen att säga, ännu har vi inte seglat båten särskilt mycket båt mot båt och då kunnat prova båtfart. Innan jag hittar på något nytt, så ska Piano spelas i alla tonarter. Sen kan jag återkomma.
SvaraRaderaHej Anders,
SvaraRaderaJag vill bara förtydliga hur jag tänker angående skrov och avdrift. Det brukar vara allmänt känt och accepterat att en båt går fortare om den är lite lovgirig, detta för att rodret då tar en liten del av "lasten" och när köl och roder jobbar tillsammans så blir Lift/Drag-förhållandet bättre än om rodret bara "släpas med" utan att bidra med lyft. Samma sak gäller för skrovet, om det går med bara lite avdrift genom vattnet så bidrar det med lite lyft, dvs L/D för skrovet blir oändligt mycket högre jämfört med om skrovet går genom vattnet utan avdrift och bara bidrar med motstånd. Visserligen har skrovet inte en optimal profil för att skapa lyft men det är mycket yta som kan hjälpa till, och då kan kölen göras mindre, med mindre motstånd, alltså bättre L/D totalt. Svårigheten är att hitta optimalt L/D för skrov, köl och roder tillsammans. Om båten sedan har 3 eller 6 graders avdrift är helt irrelevant eftersom avdrift i sig inte har någon betydelse för optimalt VMG. Sålänge L/D ökar så kommer VMG att öka.
//JIMMY :)
@JIMMY, Kanske finns några erfarenheter från båtar med roterbara kölar (så att man kan välja hur stor del av sidkraften som ska bäras av köl resp skrov). Carter 33 tex? Hur mycket skulle man vrida kölen när man slog? Hur är JK tänket i VOR och andra canting keel båtar? Där borde riktningen på sticksvärden vara optimerade mot undervattenskroppens "riktning" när båten lutar. Hur mycket av sidkraften tar då skrovet och hur mycket bär svärdet? Hur stor är anfallsvinkeln mot det långsmala skrovet resp mot svärdet? Så länge sidkraften nästan är gratis, dvs bromskraften stiger bara svagt jämfört med sidkraften när anfallsvinkeln ökar, så ska man naturligtvis utnyttja den.
SvaraRaderaJag vet inte vilken vinkel sticksvärden har i förhållande till centrumlinjen på Juans båtar. Men jag vet att han strävar efter att ha negativ avdrift, upp till ca en grad. Det kan låta helt fel att segla med negativ avdrift, att ta ut så mycket kraft ur centerborden att skrovet trycks mot lovart, då borde skrovet bli en hyfsad broms och inte bidra till optimalt L/D. Men eftersom V.O.70s bär med maxbredden nästan hela vägen bak så får de en ny långskeppslinje vid krängning och vinkelskillnaden är då upp till ca 5 grader, så även om båten har runt en grads negativ avdrift så skapar skrovet ändå lite positivt lyft.
SvaraRadera