IMOCA mit Foils und Canting keel

[swiftsoarer]

Hallo zusammen,
hallo Ingolf,
leider gibt es keine Formel nach der man das so einfach berechnen kann, also ich kenne keine.
Irgendwie sind die natürlich schon von den Originalen inspiriert, aber nur durch Fotos. Ich denke das sind sehr gut gehütete Geheimnisse.
Ich wollte diesmal runde Foils, weil die einfacher zu laminieren gehen.
Das einzige was mir zur Verfügung steht ist xflr5, damit kann man natürlich Tragflügel nachrechnen. Das Problem ist nur, dass das für mehr oder weniger Ebene Flügel gemacht ist. Sprich dreidimensionale Strömungen kann man damit nicht rechnen. Und ein Flügel mit 180° V-Form ist ein 3D Problem.

Ich habe hier mal grob eingezeichnet wie
die Kräfte wirken könnten, oder wie ich es mir denke ,

Eine sehr gute Quelle ist die HP von Tom Speer:

Tom Speer - Home -

Die Präsentation über A-Cat Boote ist sehr lesenswert.

Was ich allerdings als nächstes machen werde ist mir das Profil noch Mal genauer anzusehen. Eine Grenze ist die Kavitation.
Allerdings brauche ich dazu ein paar Geschwindigkeitsmesswerte.
Dann kann man das mit xfoil ganz gut abschätzen.
Aber jetzt erst Mal wieder aufs Wasser damit.
Schöne Grüße,
Johannes

 

[molalu]

ch habe hier mal grob eingezeichnet wie
die Kräfte wirken könnten, oder wie ich es mir denke ,

nicht unklug - könnte klappen. Ob der theoretische Ansatz richtig ist, wird der Einsatz auf dem Wasser zeigen. Ich könnte mir vorstellen, das die Profis das nicht anders machen - vermutlich läßt sich so ein Foil auch im Strömungskanal testen.

Aber jetzt erst Mal wieder aufs Wasser damit.

ich bin bereit und meine IOM schon lange.

Allerdings brauche ich dazu ein paar Geschwindigkeitsmesswerte.

Willst Du mit GPS messen, oder reicht Dir als Referenz eine mitsegelnde IOM?

 

[swiftsoarer]

Willst Du mit GPS messen

Ich werde da meinen GPS Logger vom Fliegen einbauen. Aber ne Referenz IOM ist immer gut .
Bis dann,
Johannes

 

[swiftsoarer]

Sodala,
die neue Foilverstellung ist auch fertigt:

Die beiden Cyan farbenen Teile werden mit einer M3 Schraube zusammengezogen und klemmen somit an dem Bogen.
Es liegt schon alles fertig im Drucker und wird sogleich eingebaut.
Ich liebe meinen 3D Drucker
Immer wenn ich nicht weiter weiß, mach ich nen 3D Druck
Schöne Grüße,
Johannes

 

[swiftsoarer]

Geilst, das funzt

 

[swiftsoarer]

Hallo zusammen,
hier Mal der aktuelle Stand mit neuen Segeln aus Zeichenfolie:

Die ersten Segel waren aus Spinaker D60 Nylon. Eigentlich gar nicht so schlecht,aber das Fathead Segel stand nicht so wie ich mir das vorgestellt habe.
Jetzt bräuchte ich nur mal ein bisschen Wind.

Ach ja, ich hatte ja Mal nach Literatur gefragt:

Das ist wie ich es mir vorgestellt habe. Sehr interessant und -für den Inhalt- kurzweilig zu lesen.

Schöne Grüße,
Johannes

 

[swiftsoarer]

Hallo zusammen,
gestern war es endlich soweit: Ich bin das erste Mal richtig gefoilt und nicht nur ein Mal. Ab guten 2bft Wind funktioniert das reproduzierbar. Sehr wichtig ist die Winkeleinstellung der Foils.
Zunächst hatte ich zu wenig Anstellwinkel, man merkt das daran, dass der Bug stark eingetaucht wird.
Also den Anstellwinkel vergrößert und das Boot kommt aufs Foil. Wenn man den Winkel zu groß macht wird das Boot bis zum Kiel aus dem Wasser gehoben und die Strömung reißt ab, sieht spektakulär aus, bringt nur nix.
Wenn alles passt merkt man auch schön das zusätzliche aufrichtende Moment durch das Foil.

Am besten hat's bis jetzt auf einem Halbwindkurs funktioniert.

Besonders gefällt mir auch das Handling. Die IMOCA segelt absolut gerade aus, keine Kurseffekte durch Krängung oder Kielabkanten.
Wenden gehen zackig ums Eck.
Der Kiel ist überhaupt ein sehr wichtiges Element, ich steuere den wie die Querruder beim Flieger.
Für leichte Bedingungen ( unter 2bft) werde ich noch ein leichteres Gewicht machen. Wenn man den Kiel nicht kannten kann, ist er zu schwer
Was leider überhaupt nicht funktioniert hat ist die Bilderfassung....sorry es gibt leider kein einziges Bild, aber das kommt noch.

Also es hat mir gestern riesen Spaß gemacht und eine große Freude bereitet, erstmals zu erleben, dass nicht alle Schlussfolgerungen falsch waren
Schöne Grüße,
Johannes

 

[swiftsoarer]

Hallo zusammen,
jetzt schreibe ich Mal wieder was. Also der Herbst bot noch zwei Leichtwindeinsätze.

Und der zweite war beim freien Training am Hollerner See mit Markus und Micha. Besonders der letztere war sehr erkenntnissreich.

1. Erkenntniss: Bei leichtem Wind um am Wind stören die Foils nur. Sie waren demontiert und ich konnte mit Markus IOM zumindest mitfahren, mit Foils keine Chance. Wie gesagt bei eher wenig wind.

2. Erkenntniss: Lipos sind bei Kälte schlecht....

3. Die IMOCA segelt ohne Steuerung Schnur gerade ....

4. Wathose im Auto ist eine gute Idee.

Ich habe danach für mich die Saison als beendet erklärt und einiges Hirnschmalz in einziehbare Foils Investiert. Aus 1. resultiert für mich, dass es Kurse und Bedingungen gibt wo die Dinger weg müssen. Die echten machen das auch.

Und weil Theorie gut ist und Praxis besser, wurde auch gleich ein Prototyp gedruckt:

Das ganze funktioniert erstaunlich gut. Beim unteren Bild sieht man auch schön die Neigungseinstellung. Den Rahmen wo das Foil gelagert ist werde ich noch aus besserem Material drucken lassen, aber soweit funzt das schon Mal.
In naher Zukunft kommt sowieso das ganze Deck wieder runter und einige Spanten raus, aber dazu später mehr.
Ach ja, und das 23er Foildesign entsteht auch schon:

Jetzt wünsche ich euch noch ne schöne Zeit und beste Grüße,
Johannes

 

[swiftsoarer]

Hallo zusammen,
jetzt wird's grob. Zusätzlich soll mein Schiff wie eine aktuelle IMOCA aussehen, also z.B. wie die Seaexplorer .
Zum Einbau der neuen Foilmechaniken muss das Deck wieder runter, egal es war eh nicht dicht. Zudem entferne ich einige Spanten, die nicht nötig sind und nur den Leckwsserabfluss behindern.
Zudem erhoffe ich mir dadurch auch eine Gewichtsreduktion.

Wie soll ich sagen: Ich hasse es Dinge zu entfernen, die ich selber laminiert / geklebt habe
Das neue Deck wurde in einer gefrästen einmal Form aus Styrodur laminiert:

Für das Deckshaus wurde ebenfalls eine Einmalform gedruckt.
Die neue Ruderanlage ist näher am Original und zu 100% gedruckt:

Das Servo ist ein wasserdichtes Savöx.
Die Destruktive Arbeit ist vorbei, als nächstes wird wieder eingebaut.
Schöne Grüße,
Johannes

 

[swiftsoarer]

Hallo zusammen,
Bissle was ist noch gegangen die Woche. Zuerst ein paar kleine Sünden wieder zulaminiert:

Warum Abteissgewebe drüber? 1. Man weiß ja nie was man da wieder ankleben will, 2. damit wird die Anzahl der abstehenden CFK Splitter erheblich minimiert und damit auch die Zahl derer die man sich wieder aus dem Finger ziehen darf....
Und die neue 3D gedruckte Ruderanlage darf auch schon Mal Probe sitzen:

Das läuft echt richtig fein und Spielfrei, aufs Wesentliche reduziert.
Schöne Grüße,
Johannes

 

[swiftsoarer]

Hallo zusammen,
als nächstes habe ich mich mit den Führungen für die Foils beschäftigt:

Die Kästen wurden mit Sikaflex eingeklebt. Das sieht zwar nicht ganz so schön aus wie geharzt, sollte aber besser abdichten.
Überhaupt schaut das nach dem Umbau nicht mehr so schön aus wie frisch gefräst, aber so ist das nun Mal wenn man im Bestand baut.
Die 180° Servos sitzen auch schon Mal Probe.
Da mich das Thema mit dem rollbaren Genacker nicht so ganz loslässt werde ich auch einen Bugspriet vorsehen, abnehmbar natürlich:

Schöne Grüße,
Johannes

 

[Shark_PS]

Hallo Johannes,

erst einmal danke für die Präsentation dies tollen Projektes. Gerade auch was den Gedankengang hinter einzelne Konstruktionen bzw. Auslegungen steht und die entsprechenden Bauausführungen. Mir persönlich steckt da etwas zu viel Technik / Steuerbarkeit drin (ich hab es da lieber einfach ohne aber großartige Einbußen in der Performance zu haben), verfolge aber gern was andere da für einen Aufwand treiben um Möglich-/ Machbarkeiten auszutesten ! Gerade dann wenn es später zum gewünschten Erfolg führt, den ja jeder für sich selbst definiert.

Beim lesen dieses Threads bzw. Posts von dir in anderen Threads sind mir Fragen von dir aufgefallen, zu denen ich gerne mal ein paar Worte als Schiffbauingenieur und Strömungsmechaniker loswerden möchte. Ich hoffe es hilft dir und andere beim Verständnis. Vielleicht sind die Fragen auch schon längst beantwortet.

1. Profildaten (Polaren) sind erst einmal unabhängig vom Medium / Fluid in dem Tragflächen später arbeiten, solange man sich im entsprechen vergleichbaren Reynoldszahl Bereich befindet und sich nicht im speziellen / kritischen Geschwindigkeitsbereichen des Mediums befindet. Bei gasen ist dieses der Punkt an dem Kompressibilität anfängt eine deutliche Rolle zu spielen und bei Flüssigkeiten wenn der Dampfdruck unterschritten wird und es anfängt zu kavitieren. Entsprechend wirkende Kräfte am Profil sind dann nur abhängig von der dichte des Fluids.
Je nachdem was für ein Verfahren man für die Bestimmung der Kennwerte benutzt (Potential, RANSE oder Messung) sind natürlich natürlich die entsprechenden Geltungsbereiche und Schwächen mit zu berücksichtigen.

2. Das Phänomen der Kavitation. Prinzipiell brauchen wir uns mit unseren Segelschiffsmodellen keine Gedanken bzgl. Kavitation machen, da wir nicht die entsprechenden Strömungsgeschwindigkeiten erreichen um den Druck in der Strömung über dem Profil in die Nähe des Dampfdrucks zu bekommen. Diese liegt, wenn sich das Profil nahe der Wasseroberfläche befindet und nur leicht bis moderat belastet ist (geringer Ca-Wert), etwa bei 100km/h. Das sieht man sehr schön daran, dass diese Geschwindigkeit für die schnellsten Segelfahrzeuge dort ihre Schallmauer haben. Darüber hinaus muss man mit entsprechend gestalteten superkavitierenden Profilen arbeiten um schneller zu werden. Mit normalen Profilen kommt man da nicht weiter. Das Profildesign für Überschallflug sieht ja auch deutlich anders aus.
Auf wir bei unseren Modellen achten müssen ist vielmehr die Ventilation des Foils wenn es dicht an der Wasseroberfläche ist bzw. durch sie raus ragt. Das Resultat ist das gleich wie bei Kavitation, mehr oder weniger abrupter Zusammenbruch der Auftriebs- / Querkrafterzeugung.

3. Querkraftentwicklung durch den Schiffsrumpf: Bei den modernen Rumpfkonstruktionen mit ihren kurzen und tiefen Kielen / Schwertern spielt der Rumpf nur noch eine untergeordnete bei der Querkrafterzeugung. Das übernimmt die Kielflosse bzw. die Daggerboards wenn man einen Kenting-Keel hat. Zum Vergleich kann man sich auch einen Segelflieger vorstellen (kommst ja aus der Modellfliegerei Johannes) und sich fragen, wie viel der Rumpf im Verhältnis zu den Tragflächen zum Gesamtauftrieb beiträgt. Gerade bei runden Rümpfen und den sehr geringen Anstellwinkeln ist das vernachlässigbar. Anders sieht es aus wenn man Quertreiben ohne Fahrt betrachtet. Da hilft jedes bisschen mehr an Lateralfläche. Aber in so einen Zustand will man ja eigentlich nicht mit einem Segelboot.

Beste Grüße,
Patrick

 

[swiftsoarer]

Hallo Patrick,
vielen Dank für deinen ausführlichen Beitrag. Das bestätigt so ziemlich alle meine Annahmen, die ich teils mangels besseren Wissens treffen musste.
Eine Frage beschäftigt mich zudem schon recht lange: Ich habe mehrmals einen ziemlichen Zuwachs an Geschwindigkeit bemerkt wenn ich den Kiel schwenke. Das war meistens bei Halbwindkursen. Gibt es eine wissenschaftliche Erklärung dafür?
Schöne Grüße,
Johannes

 

[Airpainter98]

Bin nicht Patrick und lange nicht so ausgebildet wie er, aber es erscheint mir einfach logisch.
Durch das Schwenken des Kiels erhöhst du das aufrichtende Moment, segelst aufrechter.
Ich sehe da drei Punkte:
Die Kante des Hecks wird nicht durchs Wasser gezogen und dein kaum gewölbtes Unterwasserschiff erzeugt weniger "Sog".
Der Kiel/Blei ist nicht mehr so weit unten. Der ganze Widerstand, der den Bug ins Wasser ziehen würde ist stark verringert, da der Hebel deutlich kleiner ist. Der Bug kann also "aufschwimmen" und knallt nicht mehr in die Welle.
Du vergrößerst die projizierte Segelfläche.

 

[Shark_PS]

Ahoi Johannes,

Gibt es eine wissenschaftliche Erklärung dafür?

Wenn die Beobachtung richtig ist, dann muss es eine wissenschaftliche / physikalische Erklärung geben !

Spontan fällt mir auch nicht mehr ein, als das, was Torsten schon geschrieben hat. Punkt 1+2 hätte ich erstmal gar nicht so auf dem Schirm gehabt. Mehr Stabilität (mehr Power zusätzlich zu der genannten besser in den Wind gestellten Segelfläche) würde ich als vierten Punkt auch noch so mit dazu schreiben.

Wo ich das grade so schreibe und mir die Gedanken durch den Kopf gehen, könnte man noch zwei weitere Punkte mit dazu nehmen:
4+1 = 5. Da für den genagten Segelzustand weniger Querkraft benötigt wird, fällt auch der dadurch verursachte Widerstandsanteil weg.

6. Je nachdem welche Krängung sich ergibt (Winkellage des Kiels zur Wasseroberfläche, Boot von hinten betrachtet) und welcher Anstömwinkel des Kiels ( von der Seite betrachtet), kann die Kielflosse auch einen Auftrieb wie ein Foil liefern und das Boot zusätzlich anheben, womit sich auch wieder weniger Widerstand ergibt.

Was von den genannten Punkten jetzt alles genau zutrifft, müsste man am Boot bei weiteren Fahrten dann mal genau beobachten. Mehr Stabilität und besser ausgerichtete Segelfläche sind da aus meiner Sicht aber die wesentlichen.

Gruß,
Patrick

 

[swiftsoarer]

Sehr cool,
vielen, vielen Dank ihr beiden. Das scheint mir alles recht plausibel und wird mit verschiedenen Anteilen zutreffen. Vielleicht kann ich das ja Mal auf Video festhalten. (Video alleine am See ist überhaupt eines der Haupt-Probleme bei der Sache )
Noch was zu 6.
Indem die Achse des Kiels zur Wasseroberfläche angestellt ist, wird der Effekt sogar noch gewollt unterstützt. Ich hätte nur nicht gedacht, dass es tatsächlich was bringt
Schöne Grüße und echt Danke noch Mal,
Johannes

 

[micha b]

Vielleicht kann ich das ja Mal auf Video festhalten. (Video alleine am See ist überhaupt eines der Haupt-Probleme bei der Sache )

Gib doch einfach Bescheid, dann bring ich die Kamera mit

 

[swiftsoarer]

Hallo zusammen,
nachdem da jetzt alles drinnen ist habe ich das Deck verklebt.

Die Verklebung erfolgte mit Sikaflex, bin recht glücklich damit. Das Gewicht wird echt ein heißer Ritt. Mit den ganzen Umbauten ist natürlich mittlerweile einiges unnötige Harz in dem Boot, das nicht mehr zu entfernen ist.
Schöne Grüße,
Johannes

 

[thermikgeil]

Ich freue mich zu sehen, dass die Baustelle langsam zu einem Boot wird, Johannes. Hoffentlich bekomme ich deine High-Tech Yacht mal persönlich zu Gesicht, wenn sie wieder seetauglich ist.

Oli

 

[swiftsoarer]

Hallo zusammen,
in den letzten Wochen war ich nicht untätig. Der Rumpf ist gespachtelt, gefillert und hat seine erste Schicht Basislack bekommen.

Schöne Grüße,
Johannes