"The classic design of the fillet is to start at the leading edge and increase the radius along the intersection backwards to the trailing edge, were the fairing radius should be of the order of the (largest) boundary layer thickness." Texten anger vidare att 5 cm kan var lagom radie vid skrov/köl infästningen för en 40-fotare (motsvarar gränsskiktstjockleken, mer om gränskikt kommer senare), om man har vingköl kan 1 cm radie vara lagom. Fillet ska gå ut i en tunn spets bakom kölen.
Jag slår i mina äldre kompendier inom det här området. Hittar ingenting om fillet i den kompendieversion från 80-talet som var föregångaren till PYD: Segelbåtskonstruktion. Tittar i Sven Ridders kompendium Yachtkonstrukton från 1984. Där står att bakkantfillet är bra. Man ska börja bakom kölens maxtjocklek och bygga på bakåt, typ Expressens bakkant. Står på sid 3.11 om nån till äventyrs har ett ex att bläddra i.
I slutet av samma stycke i PYD som jag citerat i inledningen på det här inlägget står:
"Other ideas for fillet design have been suggested recently, but they do not seem to work at an angle of attack, and are thereore of little use in yacht design".
Det är ju det fallet jag räknat på, dvs inverkan av fillet när man kryssar med avdrift 4 grader. Och kom fram till samma slutsats som anges i PYD.
PYD är en handledning man kan använda när man konstruerar båtar. Gör si, gör så. Gör inte si, gör inte så. Tyvärr innehåller boken inga bra fysikaliska förklaringar till varför si eller varför så.
Svenne Ridder diskuterar först att költjockleken mot skrovet ska begränsas så mycket som möjligt, han anger också en lämplig siffra på relativa tjockleken: 12% max. Nedtill kan kölen göras tjockare.
"Ett sätt att förbättra situationen vid kölens anslutning mot skrovet är att införa en utfyllnad (fillet) i kölanslutningens bakre del. Denna utfyllnad minskar de lokala positiva tryckgradienten och därmed också benägenhten för gränsskiktsavlösning i området".
Mellanspel ett om tryckgrdient:
Ökande strömningshastighet och därmed negativ tryckgradient dvs minskande tryck när man följer vatenströmningen bakåt är bra, det innebär möjligheten att laminär strömning kan upprätthålls, Minskande hastighet ger positiv tryckgradient och helt enkelt risk att vattnet inte orkar följa profilen, när strömningen släpper från profilen kallas det bakkantsavlösning.
Mellanspel två om gränsskiktstjocklek:
Gränsskikt att det tunna vattenlager som helt eller delvis följer med båten. Om du står i aktern på tex en större färja och tittar ner mot vattnet intill skrovet så ser du tydligt hur ett nästan en meter tjockt vattenskikt föjer med, gränsen mellan gränsskiktet och det stillastående vattnet utanför syns tydligt. Tittar du framåt ser du att gränsskikttjockleken är tunnare. Tjockleken ökar bakåt och speciellt efter att skrovbredden minskar. Längst bak blir strömningen helt ostrukturerad med många virvlar. Där har du gränsskiktsavlösning. Fenomenet kan uppträda bakom en dåligt utformad bulb eller i bakkaten på en lika dåligt utformad köl (trubbig bak) när anfallsvinkeln blir för stor.
De CFD beräkningar jag gjort och de försök man tex gör i en vattenränna med modeller tar fram de stationära strömningsegenkaperna, dvs strömningen har pågått ett tag och stabiliserats. Strömningen runt ett stort fartyg i normal drift utan för stora vågor har säkert också den karaktären. Men hur är det med en 10 m segelbåt? Som rör sig hej vilt i vågorna på kryssen. Hinner gränskiktet stabiliseras innan en våg plötsligt flyttar båten. Och strömningen får börja om från början. Det tar ca 3 sekunder att segla en båtlängd med en 10 meters båt i farten 6 knop. Ibland kan man säkert segla stabilt huvudsakligen rakt fram i minst 10 sekunder. Men ofta kommer man inte så långt innan båten rycker till igen. Hur känns det att hänga på railen i stökigt väder? När strömningen ska börja om från början, så börjar båten med gränsskiktstjockleken noll. Dessutom tillkommer det faktum att vattenrörelsen på en vågtopp innebär lite motström, i en vågdal har man lite medström. Så frågan är om det överhuvudtaget är relevant att diskutera gränsskiktstjocklek för en segelbåt. På platt vatten - ja. I gropig sjö - nej. Det är det här resonemanget som har lett mig till att ha så slät och blank botten som möjligt. När gränskiktstjockleken är noll så har ytfinheten beydelse. Detta leder oss också tillbaka till fillets. Fillets radien ska man - enligt PYD - välja i förhållande till gränsskiktets tjocklek. Vilken radie ska man välja om gränsskiktets tjocklek ständigt varierar?
Om jag ska försöka sammanfatta vad som hittills framkommit om fillets så blir det så här:
1. Min CFD beräkningar har inte kunnat verifiera att framkantsfillet förbättrar kölens effekyivitet när man kryssar med 4 graders avdrift.
2. Framkantfillet är inte bra (Sven Ridder 1984).
3. Bakkantfillet är bra eftersom det minskar risken för bakkantavlösning (Sven Ridder 1984)
3. Fillet som börjar framifrån med liten radie och med ökande radie bakåt är bra (PYD utan att ange varför det är bra).
4. Fillet är utrett och det är bra (Pelle Lindell i kommentar till inlägget Fillet (2), du får bläddra ner).
5. Framkantfillet (enl Vacanti) dämpar halsbandsvirveln (necklace vortex). Men jag hittar ingen kvantifiering av inverkan.
Utöver detta har jag hittat lite spridda kommentarer på nätet om minskad risk för stalling tex.
Hur ser moderna båtar ut? Båtar med nån slags prestandabåtstämpel på sig. Xp 33 tex kan ha en ganska lång anliggningsyta mellan köl och skrov. Kordalängden minskar neråt, övergången sker med radie i både fram och bakkanten.
 |
| Xp 33, bilden från BLUR |
Säkert är den här kölutformningen styrd mer av att infästningen ska hålla när man smäller på än att den är optimal ur strömningssynpunkt. Det kanske helt enkelt är så att fram- och bakkantfillet har så liten betydelse strömningsmässigt att man kan låta hållfasthetskravet ta över. Tom för en produktionsbåt med anspråk på att vara prestandabåt.
Slutsatsen hittills är att dom som (jag tror) vet säger att fillets - rätt utformade - är bra. Nu återstår att förklara varför! Dessutom tycker jag att beskrivningarna på hur fillets ska utformas är vaga. Det måste finnas bra illustrativa undersökningar på detta! Bara att leta vidare.
Inga kommentarer:
Skicka en kommentar