Nervinklad bulb och konstant maxdjup

Förra inlägget handade om inverkan av nervinklad bulb. Det gör det här inlägget också. Fortfarande handlar det om symmetriska bulbar, alltså inte bulbar där undersidan är betydligt planare än översidan. Platt undersida innebär att tyngdpunkten flyttas ner och att bulbens bakände hamnar närmare maxdjupet, faktorer som båda två innebär en effektivare köl. Men samtidigt finns ju alltid risken att strömningen runt kölens undersida störs och kraftverkan blir sämre. I sinom tid ska jag räkna på det också.
Det handlar fortfarande om en L-köl, dvs bulben spets ligger i kölfenans framkant. Jag använder samma bulb - den som Bosse Fransson har ritat och som han tidigare använt till sin modiferade RJ85:a - kallad RJS - men nu ska använda till Dynamic 35. Bulben var helt enkelt för tung för RJS. Det är en tillplattad bub med längden 1,6 m och vikt knappt 800 kg. Det finns lite fler bilder på den i förra inlägget (bläddra ner).

BF bulben, 1,6 m lång, med bäversvans. 38 cm bred och 25 cm hög.

Den här gången räknar jag på en kölfena med en riktig tjotjänarprofil: den fyrsiffriga NACA 0010. I hela min tidigare verksamhet när det gäller kölar har jag föredragit femsifferserierna 63 oh 64. Dom har lockat mig med sina "Drag bucket", dvs möjligheten att bromskraften sjunker påtagligt vid anströmning rakt framifrån. Detta gäller under förutsättningen att strömningen är laminär. Vid turbulent strömning är 63 och 64-profilerna sämre än fyrsiffer profilerna vid alla anfallsvinklar.
Mitt CFD kan särskilja på laminär och turbulent strömning och har hittills inte kommit fram till slutsatsen att det är helt eller delvis laminär strömning vid någon körning.

Kölarna har olika nervinkling och hela tiden samma maxdjup. Det betyder att kölfenans area minskar är nervinklingen ökar - det kanske hade varit bättre att använda begrepper "uppvinklad bulb". I den tidigare analysen var det hela tiden samma fena. Bosse har ju redan tillverkat sin fena och bulb, det enda som för hans del inte är bestämt är nervinklingen.

Kölfenan har 800 mm korda och djup 1600 mm, area 1,28 m2. Bakkanten är kapad till bredden 4 mm och fram och bakkant är parallella. Bosses köl har en trapetsformad planform med kordalängden 900 mm i överkant och 700 mm i underkanten. När bulben är monterad så täcks förstås fenan delvis av bulben. Kölbladets area är alltså justerad så att maxdjupet ska vara konstant 1,725 m. Vid tex 6 graders nervinkling kapades fenan 95 mm i överkanten. Alla beräkningar är gjorda för 4 grader avdrift.

Resultaten visar i princip samma resultat som tidigare, kölens prestanda uttryckt i både L/D och Lift ökar när bulben vinklas ner men den här gången når kölen sin nästan maximala prestanda uttryckt i L/D redan vid 3 grader. Drag är i det närmast konstant för alla vinklar. Sähär blev resultaten:

Lift/Drag som funktion av bulbens nervinkling. Punkterna vid 3 och 4 grader nervinkling är kontrollräknade gnom att jag lagt in 3,1 och 4,1 grader med extremt hög noggrannhet i beräkningarna (och därmed betydligt längre beräkningstider - det handlar om 4 - 5 timmar per punkt). Slutsatsen av kontrollräkningarna är att de övriga punkterna med stor sannolikhet är OK.

Kraft vinkelrätt mot avdriftsriktningen, det är den kraft man behöver för att motverka seglets sidkraft. Lift vid 2 grader är hög men i kombination med det också lite högre värdet på Drag så följer L/D trenden för de övriga resultaten.

Bromskraft rakt emot avdriftsriktningen. Tendensen är svagt sjunkande, men variationen i Drag är väldigt liten

Vid jämförelse med de tidigare resultaten framstår likheter men också några intressanta skillnader.
Lift följer samma trend, men ökningen är mindre, Förklaringen till detta är förstås att ökad vinkel  motverkas av minskad area på kölfenan. Den ökade nervinklingen innebär att virveln som lämnar kölen kommer närmare kölens maxdjup. Här ökar Lift ca 3% redan vid 3 grader nervinkling, den tidigare beräkningen gav knappt 4% vid 3 grader och ca 8% vid 5 grader. Ökningen i L/D från horisontell bulb till 3 grader är bara något mindre än tidigare.

Den stora skillnaden mot tidigare är minskat Drag. Trots att kölarean vid horisontel bulb här är något större - 1,28 m2 mot tidigare 1,24 m2 - så har Drag minskat 20% från ca 115 N till ca 92 N. Därmed stiger förstås L/D med lika mycket.

Den "optimala" nervinklingen enligt de här beräkningarna är ca 3 grader. 4 grader ska man undvika. I den tidigare undersökningen blev kölen bara bättre och bättre upp till 5 grader (eftersom maxdjupet tilläts öka).

Kölfenorna i de två undersökningarna skiljer i två avseenden. Planformen är olika och dom har olika kölprofil. Den stora skillnaden i resultatet beror huvudsakligen på egenskaperna hos de två kölprofilerna.

Det känns som att dom fyrsiffriga profilerna kommer till heders igen!

Efter det förra inlägget kom två kommentarer med frågor. Silversurfer kom just med frågan om hur nervinklingen verkar om man håller maxdjupet konstant Den frågan är redan besvarad.

Den andra frågan handlade om att den nerviklade bulben ger en lyftraft som - när båten kränger - lite grand motverkar kölens lift.
Det är en bra fråga. Rent intuitivt tycker man att den nervinklade kölen ska lyfta båten. Men faktum är att det är tvärtom. Kölen sugs ner då vattnet börjar strömma under kölen från lä till lovart. Strömningslinjerna går ungefär 45 grader i förhållande till bulbens längsriktning. En hög strömningshastighet ger - enligt Bernoullis princip - undertryck. Det handlar inte om stora krafter, ca 60 N vid 4 drader avdrift. Vid anströmning rakt framifrån och 3 graders nervinkling blir det faktiskt också en sugkraft neråt på ca 8 N, ungefär som en knapp liter vatten i kölsvinet alltså.

Men hur påverkas Drag vid anströmning rakt framifrån? Ingenting alls faktiskt. Vid horisontell bulb och vid 3 graders nervinkling blir Drag 45 N. Som att bära en halv spann vatten - från nåt som väger sådär ett ton. Intuitionen stämmer inte riktigt ibland!