Unterwasserschiff regattatauglich präparieren

Tiga

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Hallo Leute,

bisher war ich immer der Meinung, daß man ein ideales Unterwasserschiff mit einem feinen Nassschliff (800er Schleifpapier) erreicht. Und so habe ich seit über 20 Jahren auch immer meine Surfboards und Jollen präpariert und jetzt natürlich auch den Rumpf meiner MM. Und genau so steht es ja auch überall nachzulesen.

Nun traf ich gestern einen erfahrenen 470er-Regattasegler, der mein ganzes Weltbild über den Haufen warf. Er erzählte mir daß diese Methode inzwischen überholt sei, nach den neuesten Erkenntnissen wäre eine glatte Oberfläche (Hochglanzpolitur) doch noch etwas besser.

Was stimmt denn nun? Was ist da euer Informationsstand?

Viele Grüße
Rainer
 
ne ne das mit der rauen oberfläche hat immernoch seine richtigkeit. nach dem AC hat ja auch jeder erzählt das ein glatter rumpf super wäre aber eviele bootsbauer wiedersprechen dem ziemlich heftig. der korsar europameister aus seeshaupt hat mir auch erzählt das er seinen korsar immer mit schleifpapier anrauht. der bootsbauer aus possenhofen hat mir mal erzählt das das beste beispiel aus der biologie kommt.

ein hai gleitet ja fast ohne wiederstand durchs wasser und forschungen über seine haut haben ergeben das seine haut auch rau ist um kaum wiederstand zu erzeugen.ich habe mal gehört das baracudas (auch sehr schnelle räuber)auch so eine rauhe haut besitzen um beim sprint auf beute kaum wiederstand zu haben.

das allerneuste was die biologen zu berichten haben ist ja (haben wir uns im biountericht angeschaut)das sie das geheimnis des lotusblattes gelöst haben.auf einem lotusblatt hat ja nichts kontak oder haftung und nicheinmal honig selbst der perlt ab wie wasser.unser biolehrer hat da ein super bild von der oberfläche eines lotusblattes.diese aufnahme ist mit einem ziemlich verücktem mikroskop gemacht und zeigt eine art stecknadelandschaft also lauter kleine spitzen.klar diese form ist auf keinen rumpf zu übertragen aber das zeigt ganz eindeutig was die biologie gegen reibung und haftung in der tasche hat.

ich denke mal das diese rauh teorie mit angerauhtem unterwasserschiff durchaus der richtige weg ist denn alle aktiven regattasegler die ich kenne schleifen . das fliegen hat sich der mensch auch vom vogel erlernt und das mit der rauhen oberfläche hat der mensch gegen wasserwiderstrand von den raubfischen gelernt .

[ 04. März 2004, 15:35: Beitrag editiert von: lenz ]
 

Gast_633

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hi lorenz und rainer, ich habe im herbst bei der WM in athen das siegerboot der behinderten WM im segeln mit poliert was das zeug haelt. heiko ist auch weltmeister geworden. ich habe natuerlich auch gefragt warum, denn andere schleifen. da haben die nur gemeint, solange wir vorne segeln, werden sie daran nichts anendern.
anderseit habe ich gelesen von unterwasserbeschichtungen die exakt der haihaut nachempgfunden wurde, extra fur regattazwecke. nur habe ich noch keine ergebnisse. ich selbst poliere inzwischen wieder. viele andere im regattefeld schleifen mit 1000er papier. also ich denke das ist glaubensfrage.

gruss andreas
 
mein biolehrer ist auch aktiver segler und deswegen hat mich das thema in bio auch so interissiert. wenn man mal gesehen hat wie sone öberfläch struktur aufgebaut ist und was für vorteile diese hat dann denke ich kommt jeder wieder zum schleifen zurück (meine meinung).ich werde meinen bio lehrer da nochmal fragen :D

beim AC gab es ja auch boote mit ultra glattem rumpf und boote die mir rauhaut gefahren sind.
also doch glaubensfrage????
alinghi dachte ich war sogar ein rauher rumpf,oder??

viele regatta segler im jollensport und sogar im catsport sind davon überzeugt rümpfe zu schleifen und die schleifer sind immer noch mehr also die leute mit glattem rumpf.

es wäre mal lustig darüber diagramme wegen strömung anzuschauen.
irgendwie ein spannendes thema!!!

ich versuch mal da was rauszufinden.

ich wäre mal gespannt was sebastian muck über die gewohnheiten bei internationalen regatten zu sagen hat

so schlecht kann unser schulsystem gar nich sein wenn man in bio über oberflächen bei z.b. segelschiffen spricht :D :D mir gefäälts...andere langweilts :D
 
Die Sache mit den geschliffenen Unterwasserschiffen ist keine Glaubensangelegenheit, sondern in vielen Tests überprüft worden. Die geringste Reibung haben Wassermoleküle nun einmal auf wasserbenetzter Oberfläche. Um nun die Rumpfoberfläche mit einer anhaftenden Wasserschicht zu benetzen, wird diese extrem fein angeschliffen, damit eine dünne Wasserschicht darauf anhaftet.
Wer sein Unterwasserschiff poliert hält es lediglich frei von Verunreinigungen, und kann es ggf. als Ersatzspiegel benutzen, Geschwindigkeitszuwachs wird er nicht erhalten.

Viele Grüße
Joachim
 
@ joachim
gibt es da diagramme? oder irgendwelche berichte
würde mich sehr interissieren

[ 04. März 2004, 18:38: Beitrag editiert von: lenz ]
 

haegar

User
Hi,
neulich, bei einer ähnlich gelagerten Diskussion, war die klare Aussage eines Strömungsmechanikers: "Schleifen ist schon ok, aber 600er Papier ist viel zu grob". Geht man mit 1000er Papier ran, ist der Unterschied zum Polieren aber nicht mehr wirklich groß.
Der Vergleich mit dem Hai hinkt meiner Meinung nach, weil dessen Haut nicht nur rau ist, sondern eine ganz spezielle Struktur ausweist. Die bekommt man aber nicht durch Schleifen hin, sondern man muss spezielle Folien nehmen und in der richtigen Orientierung aufkleben. Hat man Flugzeugen mit 'nem Supereffekt meines Wissens schon ausprobiert, ist nur bisher viel zu teuer, um großtechnisch eingesetzt zu werden.
 
Bionik-Seminar: HaifischhautErgebnisprotokoll von Alexander Floßdorf19. Mai 2003In diesem Seminar wurde die Struktur der Haifischhaut und die darausresultierenden Folgen und Anwendungen anhand der Texte ”Hydrodynamicsof the squamation in fast swimming sharks“ von W.-E. Reif und A. Din-kelacker, ”Wirbelbildung und Reynoldszahl“ von der Universit¨at Frankfurtund ”Riefenstrukturen bei Haischuppen - Widerstandsverminderung durchRiblets“ von W. Nachtigall diskutiert.Bei der Untersuchung von Bestimmungsmerkmalen bei Haien wurde einstromlinienf¨ormiges Riefenmuster auf deren Haut entdeckt. Die Gr¨oße derRiefen variiert ¨uber den Hai, ist bei Hochseehaien ausgepr¨agter als bei K¨usten-bewohnern und korreliert direkt mit ihrer Schwimmgeschwindigkeit. Hochsee-haie haben wahrscheinlich aufgrund des h¨oheren Selektionsdruckes als J¨agereine feinere Riefenstruktur als K¨ustenbewohner, bei denen die Schuppen-struktur evtl. auch zur Parasitenabwehr bestimmt ist. Lediglich vorne undan den Flossenenden ist die Beschuppung glatt. Bereits vor ca. 350 MillionenJahren existierten Vorfahren der Haie, so dass die f¨ur die Optimierung derBeschuppung vorhandene Zeit sehr lang war. Da Haie keine Schwimmblasehaben und Lamellenkiemen besitzen, m¨ussen sie durchgehend schwimmen;Um m¨oglichst wenig Energie zum Schwimmen aufwenden zu m¨ussen, sindzum einen ihre Brustflossen schr¨ag gestellt und zum anderen werden dieReibungsverluste durch die Riefenstruktur minimiert. Haie erreichen Maxi-malgeschwindigkeiten von zehn bis zwanzig Metern pro Sekunde.Die erste Theorie, die besagte, dass durch die Rillen in den Schuppen dielaminare Grenzschicht des umgebenden Wassers an der Haut gehalten wer-den solle, konnte nicht aufrecht erhalten werden, da die Riefen zu groß sindund ¨uber die Grenzschicht hinweg reichen. Nach einer neuen Theorie l¨oschensich entgegengesetzte Wirbel in den Riefen aus. Von der oberen schnellerenSchicht wird Wasser angesogen und nach hinten weggedr¨uckt.Bei der Reynoldszahl Re handelt es sich um eine dimensionslose Gr¨oße,die die Neigung zur Wirbelbildung in einer Fl¨ussigkeit angibt. Sie ist der1
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Page 2
Quotient aus Tr¨agheits- und Widerstandskraft und hat die FormRe = L · ρ · νηwobei ρ die Dichte und η die Viskosit¨at der Fl¨ussigkeit v die Str¨omungs-geschwindigkeit und L eine charakteristische L¨ange (z. B. Kugeldurchmes-ser) sind. Re ist somit abh¨angig von der Geometrie, dem Material und derGeschwindigkeit des St¨orungsk¨orpers. Geometrisch ¨ahnliche K¨orper k¨onnendirekt ¨uber ihre Reynoldszahlen miteinander verglichen werden. Durch dieVer¨anderung von η, ρ oder v k¨onnen somit kleiner Modelle mit dem gleichenStr¨omungsverhalten konstruiert werden. Z. B. werden beim Flugzeugbau we-sentlich kleinere Fl¨ugelmodelle in kalter Luft (h¨ohere Dichte) getestet. Haiehaben Reynoldszahlen zwischen 106und 107, die auch in der Technik, z. B.bei Flugzeugen, auftreten.In Experimenten wurden Zylinder mit dreieckigen Riefenstrukturen ver-schiedenen Riefen-Abstandes beklebt und ihre relative Schubspannung bzgl.des dimensionslosen Abstandes in einem ¨Olkanal mit einer Differentialwaageermittelt. Der dimensionslose Abstand ist eine Analogie zur Reynoldszahlund ergibt sich aus dem Riefenabstand s, der Schubspannungsgeschwindig-keit u =τ /ρ und der kinematischen Viskosit¨at ν = η/ρ zu s+= s · u/ν.Vorhandene Riefen verminderten die relative Schubspannung in einem be-stimmten Bereich in Abh¨angigkeit von s+um bis zu 10%. Die gr¨oßte Schub-spannungsabnahme wurde bei extrem d¨unnen Rippen gemessen. Allerdingsist eine dreieckige Rippenform f¨ur Anwendungen bei Flugzeugen g¨unstiger,da diese Oberfl¨achen besser f¨ur das Anbringen von Firmenlogos geeignet sindund auch Haarrisse in der Flugzeugwand bei flachem Rillenboden leicht ent-deckt werden k¨onnen; Wahrscheinlich ist sie auch stabiler.Bei der Anwendung bei Flugzeugen gilt die Regel, dass 1% weniger Wand-reibung 1% mehr Gewinn entspricht. Da allerdings das Anbringen einerk¨unstlichen Haifischhaut einige Tage dauert und 3,5 Tage Stillstand pro Jahr1% weniger Gewinn entsprechen, ist dieses Verfahren bisher noch nicht lukra-tiv. Weiterhin kommt es durch den Gebrauch zu Abnutzungserscheinungen,so dass die Haut regelm¨aßig erneuert werden muss. Eine direkte Einbettungder Riefenstruktur in die Flugzeugw¨ande ist somit ebenfalls sehr risikoreich,denn bei Besch¨adigungen oder Abnutzung kann diese nicht einfach erneuertwerden. Um eine kommerzielle Anwendung zu erm¨oglichen, muss entwederdie Forschung in diesem Bereich weiter forciert werden oder durch politischeMittel, wie z. B. einer Erh¨ohung des Kerosinpreises, die Gewinnspanne durchdas Anbringen einer Haifischhaut erh¨oht werden.Weiter Anwendungen der Haifischhaut gab es bisher bei Schwimmanz¨ugenund bei an Wettrennen teilnehmenden Yachten.
 

Yeti

User
Original erstellt von Eric:
Haiehaben Reynoldszahlen zwischen 106und 107, die auch in der Technik, z. B.bei Flugzeugen, auftreten.
Es muss natürlich heißen: Reynoldszahlen zwischen 10^6 (= 1 000 000) und 10^7 (= 10 000 000).

Übrigens ist die Reynoldszahl bei einem IOM-Rumpf etwa 2 * 10^5 ( = 200 000), also um mindestens eine Größenordnung kleiner. Ob das also alles so übertragbar ist... ;)

Gruß Yeti
 

Niels

User
Das mit dem Polieren im Jollenbereich habe ich auch schon vernommen.

Eventuell ist das Anschleifen mit 1000er gar nicht so dumm, weil man dann alle "größeren Brocken" abflacht, die auch wirklich dumme Dinge mit der Strömung anstellen können. Ob der Unterschied zum Polieren dann wirklich noch so groß ist?

Leider habe ich dazu nix im Bücherschrank, das ist entweder zu Rohrströmungen, die sowieso deutlich anders sind oder zu den turbulenten Strömungen, also nicht für den Modellbereich verwendbar. Ich könnte da nächste Woche mal sehen, was sich rauskriegen läßt.

Das Problem, daß wir die laminare Strömung erhalten müssen (die überholte 1.Theorie in Eric's Beitrag), besteht bei Modellbooten ja nicht. Im guten alten Marchaij steht, daß die Wirkung einer "Haifisch"-Haut auch darin besteht, daß die flexible Haut einen wirbel-dämpfenden Einfluß hat.

Die gleichen Regeln gelten auch für Delfine. Eigentlich interessanter, weil die dabei auch einen längeren Atem haben und konstant mit 2PS Antriebsleistung 30kn erreichen können. Es gab mal einen Fall, da wurde ein Hai im einem Becken mit mehreren Delfinen gehalten, völlig problemlos. Als eines der Delfin-Weibchen schwanger wurde, war der Hai aber doch eine Bedrohung und wurde nachts von den Delfinen einfach 8m aus dem Becken geworfen. Fand ich beeindruckend...

Schönen Gruß,
Niels

[ 05. März 2004, 09:53: Beitrag editiert von: Niels ]
 
Moin!
Ich finde die Diskussion auch sehr interessant, aber ob das bei den kleinen Booten wirklich was bringt?
Ich muss heute an meinem Piraten das Unterwasserschiff auch noch machen bin mir aber auch nicht sicher, ob ich schleifen oder polieren soll. Habe schon mit son paar Regattafreaks im Verein geschnackt, aber die einen meinten das, die anderen das, bin mir also auch nicht sicher.
Ich weiß auch nicht, ob das so nützlich ist, wenn man ein "megageiles" Unterwasserschiff hat, aber z.B. ein schei*e getrimmtes Rigg, also ich weiß ja nicht...
Hauke
 
moin,
denke auch, dass man sich lieber Gedanken um seinen Segelstil und Trimm machen sollte anstatt um das Unterwasserschiff. Ob's nun poliert oder gescliffen ist...der Unterschied ist nach meiner Meinung und auch nach der Meinung von North-Sails Germany nicht so groß. Man sollte lieber trainieren und sich somit verbessern, denn das macht das Schiff erst schnell ;) .
In diesem Sinne,
Kym.

[ 05. März 2004, 18:27: Beitrag editiert von: Kymsail ]
 

Mooney

Vereinsmitglied
@Kym,

bitte was ist ein Segelstiel :confused:

Besenstiel kenn ich ja... :rolleyes:

..oder ist das ein Freestylegeraet mit dem die Hexen in der Abendthermik um den Blocksberg kreisen koennen. :D ;)
 
(From Sailing World, June 1996)

Slip Sliding Away
A smooth bottom is a fast bottom. Is the bottom of your boat smooth enough?
By Paul Grimes
You can't be a sailor and not be a scientist. Every time you leave the dock, you become part aerodynamicist, part hydrodynamicist -- even part cosmologist (when you get that urge to bang the left corner!).

Sometimes it's enough just to know that something is fast, without knowing why. But with more complex questions, such as how to minimize "skin-friction drag" on underwater surfaces, you will be bombarded with different theories. Some people will tell you to wet sand, others will say to polish. Stars & Stripes had micro grooves in '87, but maybe you need Teflon in '96. When faced with such a variety of opinion, the only solution is to charge ahead, fearless of the complex science involved, and try to discover the truth. You'll be surprised to find that the subject isn't that complicated after all.

Basic Science
The No-Slip Condition--The term "skin friction" is misleading when used to describe drag on hull surfaces. When we think of friction, we normally think of two surfaces sliding against each other. This does not happen underwater.
Fluid dynamics textbooks usually begin discussions of this topic by explaining the no-slip condition. This stipulates that the fluid molecules against a moving surface do not slide (slip) over it. Instead, they are pressed against it and adhere to it. This occurs regardless of the type of surface (gelcoat, paint, plastic), how smooth the surface is, or whether water beads up on it. In fact, if you could figure out how not to adhere water to a hull, getting it to slide by, you would have discovered a major scientific breakthrough.

Boundary Layers--To visualize what happens as a result of the no-slip condition, imagine yourself in a scary situation: an overcrowded subway station. You are part of a crowd pressed up against a train which is now full and starting to move slowly. The people who are touching the train have no choice but to move along with it, and they push those pressed up against them as well. You are 6 feet back from the train, but you, too, are bumped and pulled along, though not as fast as the train and those against it. Somewhere behind you, farther out from the train, the effect ends, and the train's motion does not cause people to move.

What you just imagined (except for the panic) is what happens to the water molecules against the hull of a sailboat. The region of water pulled along with the hull is known as the boundary layer, and it can take one of two forms -- laminar or turbulent.

When the boundary layer is "laminar," it's thin and presents little drag. It's also fragile, so it quickly breaks up into a thicker "turbulent" boundary layer as it flows aft on the hull or foils. When turbulent, the boundary layer pulls more water with it, creating more drag. Therefore, the first goal of bottom preparation is to extend the laminar boundary layer as far aft as possible on your hull and appendages by creating practically perfect surfaces in the areas where it can exist.

The second goal is to minimize drag aft of the transition to turbulence, and this is a little easier to do. Most of the turbulent boundary layer consists of chaotic, swirling eddies, but there is a thin layer next to the hull known as the "laminar sub-layer." Any surface roughness small enough to be immersed in this layer is "hydrodynamically smooth." In other words, making it any smoother will have no benefit. This means that the hull does not have to be as smooth in the aft sections, where you know the boundary layer will be turbulent, as it does in the forward sections, where you hope to preserve laminar flow.

Let's take a look at two examples: a boat traveling at 2 knots and one moving at 12 knots. Laboratory experiments with flat plates indicate that the transition from laminar to turbulent flow in the boundary layer should occur in the first 6 feet at 2 knots, and within the first foot at 12 knots. Boats are not flat plates, however, and they don't sail in calm test tanks, so we need to search further for evidence of the true transition point. What the lab results do teach us is that the greatest opportunity for laminar flow is at low speeds. Note that this is also when most of the total drag of a hull is due to skin friction (as opposed to wave drag in heavy air). So the smoothness of the forward sections of your bottom and foils is most important when sailing in light air.

As for what is "hydrodynamically smooth" aft of the transition point, when sailing at 2 knots, it's any scratch smaller than 4 mils (thousandths of an inch). At 12 knots, the "admissible roughness" reduces to under 1 mil. A human hair is approximately 2 to 3 mils in diameter, and a bottom finished with 400-grit sandpaper should have a hydrodynamically smooth finish aft of the transition point for speeds up to 7 knots. So, for most keelboats, a bottom which is finished with 400-grit sandpaper in the aft sections is adequate. For planing dinghies, which sail faster, the aft sections of the bottom need to be smoother.

The Real World
Hulls in Waves--When sailing in real conditions, the shape of a hull or appendage works to enhance laminar flow. However, the condition of the water acts to destroy it.
Visualize water flowing past a sailboat hull. It is deflected outward by the forward part of the hull, and accelerates until it reaches the widest and deepest part of the hull. This acceleration creates a "positive pressure gradient" that stabilizes and prolongs the laminar boundary layer. The same effect exists on keels, and has led to foil sections and bulbs with their maximum thicknesses moved aft to delay the transition from laminar to turbulent.

The worthy opponent of these positive effects is the state of the water. Turbulence at the surface from waves, microorganisms, and contaminants can all be disruptive. Yacht designer David Pedrick, who has dealt with this question during several America's Cup efforts, feels that the imperfect sea state usually wins out. "We've used electronic sensors and microphones to test for laminar flow," he says. "You can get some, but not much."

The best chance for laminar flow is on the keel and rudder, both because of their convex shape and because they are immersed below much of the disturbance. Aerodynamicist and dinghy designer Frank Bethwaite questions "whether any surface is 'smooth enough' for a racing dinghy," when it comes to foils.

Smoothness vs. Fairness--So far, we have concentrated on the smoothness of surfaces, but not fairness. By fairness we mean whether the hull has highs and lows that deviate from its designed continuous curves.

On this subject, Karl Kirkman, a well-known hydrodynamicist with extensive tank-testing experience, found that hulls can be forgiving of gentle variations in shape as long as there are no sudden changes in curvature. "If there is a step or a dent in the hull," says Kirkman, "of course that has to come out. But hulls can be forgiving of a gradual waviness unless it is in a place where it could cause flow separation."

Pedrick agrees, but adds that, for keels and rudders, both smoothness and fairness are critical to performance.

Beading vs. Wetting--Any discussion of fast bottom surfaces eventually leads to the question of whether water should bead up on a hull or "wet" the hull so that it flows off in a sheet. "Beading has no relevance," says Kirkman. "It's a function of the surface tensions of the water and hull surfaces, and nobody has been able to explain to me how it has any relation to skin-friction drag underwater."

Even so, both Pedrick and Kirkman suggest that waxes are not a good idea because they seem to attract and/or react with contaminants in the water and can be hard to get as smooth as a finely wet-sanded surface.

What About Riblets?--Riblets were used on the bottom of the 12-Meter Stars & Stripes during the 1987 America's Cup. They are tiny v-shaped grooves that were applied to the hull on a vinyl tape (from the 3-M company). Soon after their televised debut, they were outlawed by the racing rules, which now prohibit "specially textured" surfaces that alter "the character of the flow of water inside the boundary layer."

Fine. But what if you are painstakingly wet sanding your new bottom paint to achieve a "hydrodynamically smooth" surface. You might wonder whether you could sand carefully in a fore-and-aft direction using 220-grit paper, and then "just launch the damn thing."

Fortunately for protest committees everywhere, this does not appear to be a smart approach. Early papers on riblets show that their effectiveness is sensitive to the geometry of the tiny grooves, and that rounded grooves are likely to increase drag.

They have also been shown to trip laminar boundary layers into turbulence sooner than smooth surfaces. As Kirkman points out, the optimum height of the riblets changes with speed, so any riblet choice is a compromise. So it seems likely that large scratches left in a surface from sanding with 220-grit sandpaper will increase drag rather than reduce it.

Bottom Finishes
By now we should agree on a few things. The foils should be mirror smooth. For keelboats and non-planing centerboarders, if you want to go fast in light air, the hull should be highly finished at least back to the midsection. Aft of that, a 400-grit finish is adequate for keelboats. Polish a high-performance dinghy from head to toe.
But what is the best finish? Should you use paint or gelcoat? And how do you maintain that finish? Here are some things to consider.

Magic Bottom Paints--We hear about paints that repel water, paints that bond water "because water sliding over water gives less drag," and paints with low-drag coefficients. When faced with such claims, remember that the chemistry of a paint can only reduce drag if it leads to a smoother finish -- either by allowing the paint to be sprayed on more smoothly, by creating a harder surface for finer wet sanding, or by preventing growth and contaminants from adhering. Any other claim runs into the no-slip condition. It may well happen that someone will figure out how to allow water to slide over surfaces, but until then, assume the no-slip condition is alive and well, and smoothness is what really counts.

As for advertised test results showing the drag reduction of a bottom paint, common sense says to be skeptical. For instance, a 10-percent drag reduction would lead to a huge speed advantage in a one-design fleet. If that happens, you'll know it.

Gelcoat--Sailors with production boats often worry if their gelcoat hulls are fair enough. Even if reflected light seems to "flutter" as you move your head to look at the hull, chances are that your surfaces are adequately fair. Your eye tends to be over-sensitive to this, and glossy surfaces show everything. Another boat with a duller, wet-sanded bottom may look perfectly fair; but if it were glossy, chances are that reflections would dance a bit on its surfaces, too. Unless you can actually feel roughness or unfairness, your efforts are better spent on your keel, centerboard and rudder.

Sometimes, excessive "orange peel" or "print through" is visible in the gelcoat. This means that, although the surface is often fair enough, it may not be smooth enough. If you decide to wet sand a gelcoat hull, it's best to have a boat shop refinish the underwater surfaces with another layer of gelcoat, or an epoxy barrier coat.

Don't sand gelcoat without good reason, however. Untouched gelcoat has a thin, resin-rich layer on the outside that helps to protect it from weathering. Removing this layer will not only cause quicker fading, it may expose porosity that is trapped in the gelcoat. This porosity is not much of a drag problem (tiny protrusions such as road dirt are much worse), but it will leave the gelcoat less effective as a water barrier to the laminate and core.

With gelcoat, the best way to maintain the finish is with soap and water. Many sailors put a layer of liquid soap on a hull before launching to keep the bottom clean while sailing out of a polluted harbor. While this is effective, the soap also adds to the pollution. As an alternative, some sailors polish the bottom. Do whatever it takes to keep the bottom free of contaminants. Remember, wax is not recommended.

If the bottom is finished in an epoxy primer, you can also wet sand it to maintain a clean, smooth finish. But a wet-sanded bottom will get dirty more quickly than a polished or shiny gelcoat surface. Here's how they do it in the America's Cup:

The Perfect Hull--Perhaps the best way to discover what the experts do is to check the hulls of America's Cup contenders. These boats are drysailed, and thus do not need antifouling protection or paints that can be left immersed for long periods. However, there are still lessons to be learned.

At least among the American syndicates, there seems to be little variation from what Pedrick describes: "We start by getting the hardest surface possible. Since Courageous in 1974, we have used Awlgrip on the boats because the catalytic urethane chemistry yields an ultra-hard surface. We wet sand this to a 600-grit finish, and finish it off by sanding in the streamline directions -- just to do the least amount of harm. Before launching, we put detergent on the hull to keep any oil or contaminants off."

In the end, it's not that complicated. Your appendages should be as smooth and fair as possible, and your hull should be just as flawless in the forward areas. Aft of where you expect transition on the hull (certainly by amidships), the surfaces need only be "hydrodynamically smooth." Finally, when faced with the myths, remember the no-slip condition.

Paul Grimes was a Collegiate All-American sailor at Brown University, an engineer for Tillotson-Pearson, and is currently owner of Fusion Composites in Middletown, R.I.

Copyright © 1996 by Cruising World Publications. All rights reserved.
 

Stephan Ludwig

Moderator
Teammitglied
och Eric.... wer liest das denn.... und wenn , wer versteht das denn ?? :D

Im übrigen hat Kym recht, wenn das Boot falsch getrimmt und der Skipper falsch gedopt ist, nützt das beste Unterwasserschiff nix ;)
 
Das ist geballte Information, Stephan !!

Schliesslich sind wir ja nicht zum Spass hier.

motz.gif
 
hab noch mehr

Schneller, höher, leichter…
Teil 3: Die Widerstände

Der Formwiderstand des Rumpfes ist die Kraft, die hauptsächlich gegen den Vortrieb arbeitet. Er steigt nicht linear, sondern exponentiell zur Bootsgeschwindigkeit an. Darum muss dem Widerstand umso mehr Beachtung geschenkt werden, je höher das Geschwindigkeitspotential des Bootes ist.

Am effektivsten wird der Rumpfwiderstand gesenkt, wenn das Boot konsequent so leicht wie möglich gehalten wird. Dadurch taucht es weniger tief ein. Auch der Ort, an dem die Ausrüstung gestaut wird, spielt eine große Rolle.
Krängung ist langsam
Die Krängung des Bootes hat viel Einfluß auf den Wasserwiderstand. Ab einem gewissen Winkel steigt dieser sprunghaft an. Das liegt nicht nur allein an der Form der Schale. Bei Krängung wandert der Segeldruckpunkt nach Lee und der Lateralschwerpunkt nach Luv. Dadurch entsteht ein Drehmoment. Diese Luvgierigkeit muß durch einen größeren Anstellwinkel des Ruders ausgeglichen werden, was den Widerstand erhöht.
Ein bischen Krängung ist bei vielen Bootskonstruktionen aber gar nicht verkehrt. Gerade bei Booten mit flachen Unterwasserlinien lohnt sich das. Der Widerstand kann spürbar gesenkt werden, weil die benetzte Fläche kleiner wird. Außerdem fallen bei wenig Wind die Segel „ins Profil“. Unter Wasser bewirkt eine leichte Krängung Ruderdruck. Weil sich Ruder und Kiel, ebenso wie Groß-und Vorsegel, gegegenseitig beeinflussen und ergänzen, erzeugt das leicht angestellte Ruder Auftrieb, ohne den Widerstand nennenswert zu erhöhen.
Glattes Unterwasserschiff ist schnell
An einer „von Haus aus“ ungünstigen Rumpfform kann der Eigner nicht viel verändern. Sein Einfluss erschöpft sich darin, dass er das Unterwasserschiff sauber und glatt hält. Die Fuge am Kielansatz ist zum Beispiel so eine kritische Stelle. Spachteln hilft nur kurzfristig, weil in diesem Bereich immense Kräfte wirken. Dazu kommt, dass der GFK-Rumpf, im Vergleich zum Eisenkiel, relativ elastisch ist. Eine starre Fuge wird immer wieder aufbrechen. Entweder muss man den Kielansatz mit Gewebe überziehen oder eine dauerelastische Dehnfuge einsetzen.
Beides sollte von einem erfahrenen Bootsbauer erledigt werden.
Wagt man sich selbst an diese Arbeiten, muß man mit der statischen und werkstofftechnologischen Seite der Materie vertraut sein.
Die Anhänge selbst lassen sich fast immer optimieren. Es gibt kaum einen Kiel oder ein Ruderblatt, bei dem das Profil exakt stimmt. Das liegt vorwiegend daran, dass Polyesterharz mit der Zeit schrumpft und so ein Bauteil nicht maßhaltig bleibt. Hier ein paar Stunden Arbeit zu investieren lohnt sich immer.
Anhänge „fliegen“ durchs Wasser
Man muß sich klar machen, dass die Anhänge durchs Wasser „fliegen“ und die seitliche Kraftkomponente des Riggs in Vortrieb umsetzen. Kiel und Ruder erzeugen also einen„Auftrieb“ nach Luv, der dem Auftrieb der Segel nach Lee entgegenwirkt. Das lässt sich physikalisch mit einem Flugzeugflügel vergleichen.
Wasser ist etwa tausendmal dichter als Luft, folglich erzeugt ein Kiel auch den mehrfachen Widerstand als der gleiche Körper, wenn er sich in der Luft bewegen würde. Wenn man sich das klar macht, wird deutlich, dass in diesem Bereich ein hohes Optimierungspotenzial steckt und eine wesentlich höhere Sorgfalt als beim Rigg angebracht ist. Jede Unebenheit an Kiel oder Ruder wirkt sich um ein vielfaches stärker aus als am Segel, wo die meisten Skipper jedes Fältchen mit Entsetzen registrieren. Um die Anhänge kümmert sich kaum jemand so richtig intensiv, obwohl dort eigentlich viel mehr rauszuholen ist.
Um negative und positive Aspekte einordnen und erkennen zu können, braucht man aber etwas strömungsphysikalischen Hintergrund.
Wirkungsgrad
von Auftriebsprofilen
Bei Auftriebsprofilen kann man von einem Wirkungsgrad reden. Wenn ein Ruder oder ein Kiel durchs Wasser bewegt wird, erzeugt dies einen Widerstand, der Bewegungsenergie „verbraucht“. Es ist dabei genau so logisch wie falsch, dass der Widerstand bei einem dünnen Profil grundsätzlich am geringsten ist. Das wäre nur dann so, wenn sich die Flosse mit einem Anstellwinkel von null Grad durchs Wasser bewegen würde.
Das ist aber unsinnig. Schließlich schleppen wir die Anhänge nicht nur so zum Spaß durchs Wasser. Wir erwarten davon eine konkrete Funktion. Und das ist, bei minimalem Widerstand, Auftrieb zu erzeugen. Dazu müssen diese Flossen in einem mehr oder weniger grossen Winkel angestellt werden. Dabei würde eine dünne Platte katastrophale Werte liefern.
Heutzutage gibt es viele Standardprofile, deren Werte bei definierten Bedingungen bekannt sind. Die wichtigsten Parameter sind dabei die Strömungsgeschwindigkeit und der Anstellwinkel. Damit kann der Konstrukteur zu jedem Profil Auftriebskraft und Widerstand, bei einer gegebenen Geschwindigkeit berechnen.
Wenn sich ein Körper durchs Wasser bewegt, wird dieses an seiner Vorderseite verdrängt. Der Körper gibt also Bewegungsenergie an das Wasser ab. Es entsteht eine nach hinten gerichtete, bremsende Kraft. Das ist die Energie, die wir in das Profil „investieren“. Dahinter fliesst das Wasser wieder zusammen und übt einen Druck auf den Körper aus. Es entsteht eine nach vorn gerichtete Kraft. Das ist der Anteil der Energie, den wir zurück erhalten. Durch entsprechende Form des Körpers kann dieser Anteil recht hoch sein.
Wenn der Wirkungsgrad 100 Prozent betragen würde, wäre die Energie des Wassers, die den Körper nach vorn schiebt, gleich hoch wie die Energie, die aufgewendet wird um das Wasser wegzuschieben. Da es aber keinen hundertprozentigen Wirkungsgrad geben kann, muss irgendwo was verloren gehen.
Jeder kleine Wirbel, den Kiel oder Ruder erzeugen, nimmt Energie mit. Diese wird dem Konto des Widerstands gutgeschrieben und kann nicht mehr zurückgewonnen werden.
Einen anderen Energieanteil zweigen wir bewusst aus der Bilanz ab. Das ist die Auftriebskraft, die wir der investierten Energie entnehmen um das Boot zu steuern. Deshalb ist es wichtig, äußerst sparsam mit Ruderbewegungen umzugehen und das Boot immer sauber getrimmt zu halten. Ein Anstellwinkel der Pinne bei Geradeausfahrt um etwa drei bis fünf Grad nach Luv gilt für die meisten Boote als ökonomisch.
Die Verluste durch direkte Oberflächenreibung sind vergleichsweise gering, weil mit zunehmender Geschwindigkeit der relative Anteil der Reibungsverluste am Gesamtwiderstand sinkt. Allerdings hat die Oberflächengüte einen direkten Einfluß auf die Beschaffenheit der Grenzschicht. An einer rauhen Fläche schlägt diese viel eher in den turbulenten Zustand um.(siehe blauer Kasten)
Der größte Energiefresser ist aber der induzierte Widerstand.(grüner Kasten) Dieser steigt mit dem Druckunterschied zwischen den beiden Seiten der Flosse. Noch ein Argument für sparsame Ruderbewegungen.
Was bringt das
für die Praxis?
Der Wirkungsgrad einer Flosse kann vom Skipper nicht gemessen werden. Da ist Gefühl und Erfahrung gefragt.
Ein optimal profiliertes Ruderblatt hält das Boot aber bei einem größeren Krängungswinkel noch zuverlässig auf Kurs, während ein schlechteres Profil mit gleicher Fläche schon lange „das Handtuch geworfen hat“. Je schlechter das Profil ist, umso früher reißt die Strömung ab und das Boot luvt in den Wind durch.
Wenn der relative Anteil der Auftriebskraft groß ist, muss zwangsläufig der Widerstand gering sein. Es wird ja nicht mehr Energie investiert.
Das bewirkt höhere Geschwindigkeit und leichtere Manövrierbarkeit. Das Ruder „bremst“ weniger bei gleicher Wirkung. Auch in „Grenzsituationen“, beispielsweise bei spitzen Spinnakerkursen und böigem Wind, bringt das Reserven. Ein„Sonnenschuß“kann etliche Plätze bei der Regatta kosten.
Optimierung
der Anhänge
Wie muss also ein gutes Ruderblatt oder ein guter Kiel aussehen?
Der Bereich vor dem Scheitelpunkt und die Nasenkante müssen absolut sauber gearbeitet sein. Dort kann auch bei einem Tropfenprofil eine laminare Strömung stattfinden. Jede noch so kleine Beule, eine unsauber verschliffene Spachtelkante, Bewuchs oder auch nur ein kleiner Kratzer lassen diese Strömung „stolpern“ und augenblicklich in den turbulenten Zustand umschlagen. Die Oberfläche muss so glatt wie möglich sein.
Der hintere Bereich des Profils ist nicht mehr so sensibel, weil sich die Grenzschicht dort ohnehin im turbulenten Zustand befindet. Das selbe gilt übrigens auch für den Rumpf.
Die Dicke einer Grenzschicht variiert und ist von verschiedenen Faktoren abhängig. Sie dürfte aber bei etwa zwei Millimetern Stärke beginnen und wird dann keilförmig dicker.
Bei einem behäbigen Langkieler muss natürlich wesentlich weniger Aufwand betrieben werden als bei einem Hochleistungsboot mit gestreckter Kielflosse. Je schmaler und länger eine Flosse ist, um so empfindlicher reagiert diese auch auf unsaubere Oberflächen weil der Anteil der laminar umströmten Fläche erheblich größer sein kann. Diesen Vorteil muss man nutzen.
Glatte Oberfläche
mindert die Verluste Seit fast ewigen Zeiten wird darüber diskutiert, wie eine reibungsarme Oberfläche aussehen soll. Nach dem 400-er Naßschliff und Graphitanstrichen in den siebziger Jahren, hat jetzt ein Paradigmenwechsel stattgefunden: Das Unterwasserschiff kann nie glatt genug sein. Versuche mit Microstrukturen(Haihaut)wurden verworfen, weil sie außerhalb des Labors nicht praktikabel sind.

Wer sein Ruderblatt am Liegeplatz aus dem Wasser nehmen und trocken lagern kann, sollte das auch tun. Dann kann er es mit einem DD-Lack beschichten, mit 1200-er Körnung glatt schleifen und mit einem Filzteller auf Hochglanz polieren. Diese Oberfläche ist dem besten Antifouliung-Anstrich überlegen.
Profil
optimieren
Weitreichende Veränderungen am Profil sollte man sich nur zutrauen, wenn man sich genau mit der Materie auskennt. Der Konstrukteur hat sich bei der Profilauswahl in aller Regel sehr viel Mühe gegeben. Man sollte daher seine eigenen Aktivitäten auf die Korrektur von Ungenauigkeiten und auf die Pflege einer einwandfrei glatten Oberfläche reduzieren. Damit ist bereits viel gewonnen.
Bei einer Reparatur oder der normalen Wartung dürfen keine Vertiefungen in das Profil geschliffen werden. Die Anwendung von Maschinen ist tabu. Der Schliff von Hand findet grundsätzlich nur mit einem Schleifbrett statt. Niemals einfach mal so eben eine Macke glattschleifen. Das geht immer schief. Eine gute Methode ist es, den unbeschädigten Bereich um die Reparaturstelle mit dünnem Paketband abzukleben. Innerhalb dieser Eingrenzung kann man dann schleifen und spachteln. Danach lauten die Grundregeln: 1.Das Schleifbrett ist länger als die Reparaturstelle.2.Es wird senkrecht zur Strömungsrichtung gehalten. 3.Die Schleifbewegung wird ausschliesslich in Strömungsrichtung ausgeführt. 4.Alles Andere führt zur Zerstörung des Profils.
Wenn die Spachtelmasse bis auf Paketbandstärke abgetragen ist, muß gefühlvoll mit feinem Wasserschleifpapier weiter gearbeitet werden. Schließlich soll die ursprüngliche Kontur wieder exakt hergestellt werden.
Viele Hersteller zerstören ihre Profile beim Auftrag des Epoxiprimers und des Antifoulings schon selbst. Dann wirds aufwendig. Die gesamte Flosse muss neu profiliert werden. Wer das in Eigenregie durchführt, braucht jede Menge Ausdauer, handwerkliches Geschick und ein Faible für hoch präzise Handarbeit. Sonst kann man sich den Aufwand sparen. Andererseits kann man dabei eine ganze Stange Geld sparen. Ein professioneller Bootsbauer braucht dazu nämlich fast so lange wie ein begabter Laie.
Allerdings muss man genau wissen, wie das Profil aussehen soll. Die meisten Konstrukteure verwenden die amerikanischen NACA-Profile. Die gängigsten Typen für Kiele und Ruder sind das NACA 0008 bis NACA 0015. Das sind parabolische Turbulenzprofile mit einem Dickenverhältnis von 1:8 bis 1:15. Der Hersteller kennt den verwendeten Typ. Er kennt auch die mathematische Formel, mit der man sich den Konturverlauf ausrechnen kann.
Diese Arbeit wird mit einem CAD-System erheblich vereinfacht. Damit erspart man sich eine Menge Rechnerei und kann die Konturen 1:1 ausdrucken und auf ein Sperrholz übertragen. Daraus werden Profillehren geschnitten. Bei einem durchgängigen Profil, das heißt, wenn Achter-und Nasenkante parallel verlaufen, ist der Aufwand noch überschaubar, weil die sphärische Krümmung nur in einer Ebene liegt. Eine elliptische Flosse zu„tunen“ist aber ein sehr zeitintensives Unternehmen. Man braucht dazu viele unterschiedliche Lehren. Zusätzlich verläuft die Krümmung in zwei Ebenen und muß interpoliert werden. Wer sich da nicht ganz sicher fühlt, sollte die Finger davon lassen. Es kann schnell das Gegenteil von dem erreicht werden, was man eigentlich wollte.
Die staubige Praxis sieht dann so aus, dass auf dem, von jeglichem zweifelhaften Anstrich befreiten Ruder oder Schwert, die sauber strakenden Halbschablonen positioniert werden. Ein gutes Mittel dafür ist Schmelzkleber. Die exakte Position zu finden ist aber nicht immer einfach, weil man die Mittellinie der beiden Profilhälften oft nicht mehr ganz exakt bestimmen kann. Dann muss man sich, je nach Situation, etwas einfallen lassen. Zur Not auch aufwändige Messvorrichtungen bauen.
Sitzen die Lehren exakt, wird der Raum zwischen Lehre und Oberfläche mit eingedicktem Epoxi ausgefüllt. Wenn man das Sperrholz vorher mit Paketband abgeklebt hat, kann man es nach dem aushärten wieder problemlos entfernen. Dadurch entstehen streifenförmige, exakte Profilverläufe an mehreren Stellen der Flosse. Je nach Länge sollten drei solcher Stege ausreichen. Jetzt kann man die Zwischenräume ebenfalls mit Epoxi aufspachteln und glatt abziehen. Dazu nimmt man am besten einen großen Flächenspachtel, wie man ihn auch auf dem Bau verwendet.
Bis hierher war das alles noch vergleichsweise angenehme Arbeit. Jetzt kommt aber das Schleifbrett zum Einsatz. Vor allem bei der Bearbeitung des Kieles, halb kniend halb stehend, auf alle Fälle gebückt, „kommt Freude auf“.
Meistens müssen mehrere Schichten aufgetragen und dazwischen geschliffen werden. Dabei muss die Kontur der „Profilstege“exakt erhalten bleiben. Das geht ganz gut, wenn man diese vorher mit Klebeband abdeckt und darauf achtet, dass dieses nicht mit abgeschliffen wird.
Dann hat man ein Paar hundertstel Millimeter sicherheit.
Spielfreies
Ruderblatt
Wenn eine Jolle zu gleiten beginnt, kann man das oft ziemlich deutlich hören. Das Ruder oder das Schwert fängt an zu brummen oder pfeifft sogar. Das ist wenig erfreulich. Wenn die Anhänge schwingen, geht ebenfalls Energie verloren. Das Boot zieht eine „Wirbelschleppe“hinter sich her.
Das Schwert kann man relativ einfach beruhigen, wenn man die Achterkante etwas asymmetrisch schleift. Damit entsteht ein einseitig gerichteter Druck, der die Schwingung verhindert. Das ist zwar nicht optimal, aber immer noch das kleinere Übel. Beim Ruder ergeben sich andere Möglichkeiten. Während das Schwert kaum spielfrei im Schwertkasten fixiert werden kann, lässt sich das Spiel in der Ruderanlage meistens komplett beseitigen. Auch das Spiel im Ruder eines Kielboots ist schädlich, weil da bei höherer Geschwindigkeit die Druck-und die Saugseite permanent wechseln. Das erzeugt ebenfalls eine bremsende Wirbelschleppe.
Allgemein gültige Tips um diesen Verschleiß zu beseitigen sind nicht möglich, weil jede Anlage etwas anders aussieht. Fest steht aber, dass Ruderbeschläge nicht lange halten, wenn die Welle oder die Bolzen nicht auf speziellem Lagermaterial laufen. Das sollte in regelmäßigen Abständen ausgetauscht werden. Pendelrollenlager sind sind für feste Ruder ideal, aber teuer. Auch lassen sie sich nicht überall nachrüsten. Teflonbuchsen sind billiger und können von jedem Schlosser mit einer einfachen Drehbank auf Maß gefertigt werden. Damit kann auch die Beschläge von einem angehängten Ruder spielfrei und leichtgängig machen. Das Material gibt es als Stangen oder als Platten.
Eine andere Möglichkeit ist, sich aus Epoxi selbst Lager zu gießen. Dazu wird das Harz mit Graphitstaub und Microballoons andickt. Mit dieser Masse füllt man den Raum zwischen dem ausgelaufenen Lager und der Ruderwelle aus. Damit diese hinterher aber sauber läuft, muss sie absolut rund, riefenfrei, und mit einem geeigneten Trennmittel versehen werden. Quarzmehl taugt als Füllmittel nichts. Das ist hart und abrasiv. Damit könnte die Welle verschleißen.
Maschine und
Antrieb
Hat das Boot eine Einbaumaschine, taugt ein fester Propeller nichts zum schnellen Segeln. Ein Faltpropeller erzeugt weniger Widerstand setzt aber die Motorleistung nicht so gut um. Eine fast optimale Lösung ist ein Propeller mit drehbaren Flügeln. Vor allem bei schwächeren Motoren ist das eine sehr gute Lösung. Diese mechanischen Wunderwerke kosten allerdings auch eine Stange Geld. Ob eine Wellenanlage oder ein Saildrive die strömungsgünstigere Variante ist, hängt von den jeweiligen Begebenheiten ab. Es gibt Saildrives die alles andere als strömungsgünstig sind. Manchmal kann hier nachträglich noch gespachtelt werden und dicke Sechkantschrauben durch solche mit einem Senkkopf ersetzt werden. mh

[ 06. März 2004, 10:27: Beitrag editiert von: Eric ]
 
:D
LAch weg! Eric, was hast Du denn genommen?? Ich kenne ja eine "Laberflash", wußte aber nicht dass es auch einen "Schreibflash" geben kann...
Ja, laßt uns doch Dickschiffe bauen!
Ich mein, Deine Modelle werden ja auch immer größer. Warum nicht gleich einen AC-Cupper im Maßstab 1:1 bauen :D :D

Dann ließen sich all die Theorien auch mal umsetzen...

Grins & Gruß an alle Theoretiker und Regalbauer,

Sven
 
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