Inverkan av profiltjocklek

Förra inlägget var det andra som handlade om nervinkling av bulben. I det första inlägget om samma sak räknade jag på Bosses Dynamic 35 köl. En direkt jämförelse mellan de två beräkningarna blir missvisande eftersom Bosse - som har fräst fram en 63-012 profil - har en tjockare kölprofil än den jag använde i andra undersökningen (Tack Silversurfer för alla bra påpekanden). Dessutom var planformerna olika, Bosses köl är 700 mm nedtill och 900 mm i överkant, i andra undersökningen hade jag en köl som var 800 mm hela vägen. Man ska ju inte jämföra äpplen och päron. Så här kommer en basic undersökning av kölprofilerna. Resultatdiagrammen ser ut precis som i "Theory of Wing Sections", bibeln med alla möjliga vingprofiler. Jag hade ju kunnat plocka data direkt ur boken, men det blir också en test på det CFD program jag använder. Inverkan av planformen hoppas jag kunna hinna med så småningom. I den frågan finns det intressanta diagram i "Principles of Yacht Design" att jämföra med.
I Silversurfers kommentar nämner han inverkan av kölens tvärsnitt framifrån. En tunn köl har i princip lägre motstånd än en tjockare (under förutsättning att strömningen har samma karaktär - det handlar om tryck och hastighetsfördelning).
I den här omgången har jag med 4 kölprofiler: dom gamla trotjänarna 0010 och 0012 med tjocklek 10 resp 12%. Dessutom Bosses kölprofil 63-012 - 12% - och Pianos GE 8,3% (ritad av Gösta Edvardsson - därav beteckningen GE). Dvs profiler med tre olika tjocklekar. Jämförelsen mellan 0012 och 63-012 ger svaret om Bosse ska fräsa om sin kölprofil. Jämförelsen mellan 0010 och 0012 ger svaret på frågan hur tjockleken inverkar. Att Pianos kölprofil är med får ni finna er i.

De tvådimensionella beräkningarna är gjorda för 0, 2 och 4 graders anfallsvinkel. Jag har satt ytfinheten till noll, dvs helt blank yta. Detta för att fånga upp eventuell laminär strömning. Strömningshastigheten är 3 m/s och kölkordan är 800 mm lång.

Först en bild som visar skillnaden mellan de fyra kölprofilerna.

NACA0010 och 0012 har båda sin maxbredd 30% från framkanten och är riktigt framtunga. 63-012 har maxbredd vid 35% och är mer toppig. GE profilen är utslätad och den relativt sett tunnaste profilen.

Resultaten för varje belastningsfall (totalt 3 anfallsvinklar och fyra profiler) visar kraft vinkelrätt mot strömningsriktningen, kallad Lift och bromskraften riktad mot strömningsriktningen, kallad Drag.

Det första diagrammet visar Lift/Drag:

Trendlinjer för NACA0012 (nederst) och GE 8,3% (i översta gruppen).

En bra köl levererar hög Lift i förhållande till Drag, dvs finns högst upp i diagrammet. Upp till 2 grader är NACA0010, 63-012 och GE 8,3% jämförbara. 63-012 tappar lite vid 4 graders anfallsvinkel. 0012 profilen är klart sämst.

Vid presentation av resultat från 2-dimensionella körningar (tänk dig en oändligt lång profil där strömningen är likadan i alla tvärsnitt) presenterar man Lift och Drag som koeffecienter CL och CD beräknade som Lift respektive Drag dividerat med arean gånger det dynamiska trycket.

Såhär blir resultatet för CD:

Trendlinjerna visar NACA0012, 63-012 och NACA0010. Ge 8,3% har smugit sig in nära NACA0010.

I CD diagrammet ligger en bra profil långt ner, bäst är följaktligen de två tunnaste profilerna NACA0010 och GE 8,3%. Beräkningen av 63-012 egenskaperna visar inte den karaktäristiska "Drag bucket", dvs påtagligt sänkta bromsverkan vid anfallsvinklar nära 0 grader. Det betyder förstås inte att "drag bucket" inte finns, det tyder bara på att parametrarna för övergången mellan laminär och turbulent strömning inte är korrekt inställda. Men det är ändå tydligt att 63-012 profilen är klart att föredra framför NACA0012.

Vad har jag lärt mig av detta? NACA fyrsifferserien är sämre än 63- profilerna. Jag ska ringa till Bosse och avråda honom från att fräsa om kölen. Men han kan minska tjockleken om han vågar med hänsyn till hållfastheten. För det andra att GE 8,3% profilen är OK men kölen är sannolikt inte riktigt så bra som den skulle kunna vara om jag valt tex 63-009. Ännu mer att räkna på.

Några av er protesterar säkert när de gäller ytfinheten - superblank yta har ju ingen. Det måste väl betyda att man inte alls kan lita på resultaten? Jag vill påstå att detta är ett dilemma för många som seglar hel- eller halvseriöst. Det finns specialprofiler som kräver absolut slät yta. Men en vanlig segelbåtsköl? Ska man polera eller inte? Jag kan bara säga att jag polerar ordentligt. Ingen epoxi, bara blank acetontvättad gelcoat med flera lager VC17 som jag polerar med 2000 eller 4000 polerduk. Bosse har tidigare slätsicklat VC17 (med en riktigt rundad kant) men ska prova nytt eftersom han inte tycker att den ytan blir fin nog. Gubbarna på kajen skakar på huvet när jag tar upp båten för polering innan kappsegling.