IOM - Lage Lateraldruckpunkt zu Segeldruckpunkt

Hallo Jarek,

wenn Du eine Yacht hast, die mit Ruder in Mittelstellung sauber auf der Kreuz den Kurs beibehält, dann brauchst Du kein Ruder. Die Anströmung des Ruders ist bei 0 Grad, also keine Kraft aus dem Ruder.

Probiere das doch mal aus ;)

Grüße
Gerd
 

Jarek

User gesperrt
Dem zu Folge müsste das Ruder einen anderen Anstellwinkel zur Strömung, als die Kielflosse haben. Da die Kielflosse gegenüber der Bootslängsachse zentriert ist, müsste man also das Ruder um einen ganz bestimmten, wenn auch geringen Grad aus der Neutralposition auslenken. Und wie bekommt man es mit, wann das Ruder exakt parallel zur Strömung ausgerichtet und nicht zu wenig oder zu viel ausgelenkt wurde, wenn man mit der Funke am Ufer steht?

Um es zu verdeutlichen - nachfolgend ein Bildchen:

ruder.jpg

Wie es scheint, reder ihr vom Fall "1", dagegen ich vom Fall "2".

Jungs, ich möchte euch wirklich nicht auf den Geist gehen, aber solange in meinem Kopf noch nicht alle Unstimmigkeiten ausgeräumt sind, kommen immer wieder neue Fragen auf. Es tut mir Leid.
 

ger61

User
Hallo Gerd,
Ruder in Mittelstellung ist für mich absolut in der Verlängerung der Flossenachse, wenn ich sauber gebaut habe (wie Jarek Skizze 2). Ruder und Flosse werden also im gleichen Winkel angeströmt oder ist die Strömung hinter der Flosse so "umgelenkt", dass sie in einem Winkel Null zum Ruder kommt? Kann ich mir schlecht vorstellen. Um uns zu überzeugen, musst Du das unbedingt etwas tiefschürfender erklären.

GERE61hard
 
Hallo Jarek, hallo Gerhard,

ich hatte heute unterwegs nach Köln schon Eure Fragen gelesen. Antworten geht erst jetzt.

Die Überlegung von Jarek ist auf den ersten Blick richtig, wenn man die dynamischen Vorgänge außer acht läßt. Tatsächlich ist es aber so, wie Du Gerhard schon vermutest. Die Auftriebserzeugung an der Flosse bewirkt eine Veränderung des Strömungsverlaufs hinter der Kielflosse und zwar so, dass das Ruder bei Mittelstellung mit einem Winkel von ca. 0 Grad angeströmt wird.

Das ist natürlich nichts besonderes bei unseren Modellyachten, sondern immer so, wenn eine ebene Platte oder ein Profil mit einem bestimmten Winkel angeströmt wird. Es gibt diese Ablenkung immer. Man kann unter dem Stichwort "Stromlinien und Profil" im Internet dazu sicher Bilder und entsprechende Abhandlungen finden.

Der typische Anstellwinkel der Flosse für eine Monorumpfyacht liegt bei unseren Modellyachten bei ca. 3 -4 Grad und dazu gehört eine Ablenkung der Strömung um etwa genau diesen Betrag.

Im übrigen gilt das natürlich auch für "große Yachten" nur dort versucht man, die Schiffe so zu konstruieren, also kürzerer Abstand zwischen Lateral- und Segeldruckpunkt, dass es notwendig ist einen Anstellwinkel des Ruders zur Strömung zu haben. Dieser Winkel soll dann auch etwa 4 Grad betragen. Damit man gut Am Wind segeln kann, spürt man also immer einen gewissen Druck an der Pinne. Große Yacht sind also bewußt luvgierig eingestellt.

Ich finde dieses Thema natürlich gut, macht mir mal wieder Spaß etwas beizutragen. Also stellt möglichst konkrete Fragen.

Auf der DSV Seite gibt im übrigen zu dem Thema Abstand Lateral- zu Segeldruckpunkt in meinem uralt aber imer noch gültigen Beitrag zum Thema Yachtkonstruktion eine Grafik, die die Kräfte an Flosse und Segel darstellt. Kann man sich einiges ableiten.

Morgen und Sonntag gibts Praxis in Köln.
Grüße
Gerd
 
jarek, wenn dein ansatz richtig wäre, dann müßte man immer ruder legen, damit ein schiff geradeaussegelt. wenn das bei deinem schiff so ist, dann ist das nicht ideal. ds ruder bleibt natürlich mittschiffs...

es tut mir wirklich leid. ich kann das nicht besser erklären. bist du schonmal auf nem 1:1 boot regatta gesegelt? hast du ein modellboot mal vernünftig getrimmt gehabt? bei nem gut getrimmten boot legt man kein ruder, weil das bremst. und wann legt man kein ruder? wenn der druckpukt genau Mitte schwert liegt, dann ist das ding in der balance mit oder ohne ruder. dass das ruder dabei bei nem modellboot fixiertist macht ja nichts aus. bei ner jolle ist das nicht fixiert. wenn da druck entstünde, würde das boot vom kurs abweichen, weil sich ja das ruder bewegen würde. tut es aber bei gutem trimm nicht. daher liegt kein druck an und somit ist es auch egal ob das fixiert ist oder nicht. unsere maxi in holland kann ich auf der kreuz auch so eitrimmen, dass die ohne rudergänger sauber die kante abfährt. wenn ich auf der kreuz bin lege ich vielleicht 2 cm ruder alle paar minuten. man kann jetzt mal umrechnen, wieviel 2cm bewegung bei nem rad mit 1,2 m durchmesser ist, wenn das rad 2,5 umdrehungen für -45° bis +45° ruderlage braucht... ob sich as blatt überhaupt bewegt wage ich mal bezüglich spiel im bowdenzug zu verneinen. dabei ist das ne kiste mit 4,5 t, wo ich noch nicht mal gewichtstrimm machen kann.

wie gesagt, kann ich dir das anscheinend nicht erklären. zeigen kann ich es dir auch nicht, weil ich wohl etwas weit weg bin...
 

c.w.

User
Moin, da machst du es dir leider ein wenig zu einfach. Wenn dein Ruder an der Kreuz keinen Druck hat, dann ist das schlecht, denn dann erzeugt es überwiegend nur Widerstand. Kiel und Ruder erzeugen, ähnlich wie die Segel, auch eine nach Luv gerichtete Kraft. Der Winkel des Kiels zur Strömung ist ja auchnicht 0, sondern beträgt den Winkel der Abdrift. Wie beim Segel ändert sich die Wasserströmung durch den Kiel zum Ruder und wie das Großsegel enger geschotet wird als die Fock, sollte auch das Ruder einen erhöhten Winkel haben um optimal nach Luv zu wirken. Also leichter Ruderdruck und Winkel an der Kreuz ist besser (schneller).
Für einen Fahrtensegler, der keinen Stress mit der Steuerung haben möchte ist es natürlich bequem, keinen Ruderdruck zu haben, er verschenkt hier aber Energie.
Ich weiß nicht, welcher Winkel hier maximal noch hilfreich ist. Wahrscheinlich ähnlich wie beim Segel...
Gruß
Christian
 
hab ich auch oben irgendwo mal geschrieben, dass ich hier einfach die idealisierte variante verwende. natürlich will ich die kiste leicht luvgierig haben, um den kleinen lift zu produzieren. das aber hier einzurechnen, wo es doch um lateralfläche geht, verkompliziert die erklärung - die mir ja eh schon nicht gelungen ist - noch mehr.

scherzmodus an

beschimpf mich nicht als fahrtensegler ;). ich bin im prinzip reiner regattasegler (füher 24 ranglisten im jahr). die große in holland segel ich zwar auch im fahrtenmodus, habe aber noch nie von größeren schiffen abgelassen, sondern eher kurs geändert, um was 4 fuß längeres doch noch abzukochen.

scherzmodus aus
 

c.w.

User
...na dann bin ich ja beruhigt, dass du kein Fahrtensegler bist;)

Gruß
Christian
 

Jarek

User gesperrt
Tatsächlich ist es aber so, wie Du Gerhard schon vermutest. Die Auftriebserzeugung an der Flosse bewirkt eine Veränderung des Strömungsverlaufs hinter der Kielflosse und zwar so, dass das Ruder bei Mittelstellung mit einem Winkel von ca. 0 Grad angeströmt wird.

Das ist natürlich nichts besonderes bei unseren Modellyachten, sondern immer so, wenn eine ebene Platte oder ein Profil mit einem bestimmten Winkel angeströmt wird. Es gibt diese Ablenkung immer. Man kann unter dem Stichwort "Stromlinien und Profil" im Internet dazu sicher Bilder und entsprechende Abhandlungen finden.

Der typische Anstellwinkel der Flosse für eine Monorumpfyacht liegt bei unseren Modellyachten bei ca. 3 -4 Grad und dazu gehört eine Ablenkung der Strömung um etwa genau diesen Betrag.
Ähm, das ist alles sehr interessant. Bitte, seid mir nicht böse, aber mich plagen hierzu weitere Fragen...

Wenn eine von Kielflosse umgelenkte Strömung auf das Ruder, welches sich in Neutralposition befindet, unter dem Winkel von 0° trifft, dann müsste das nach meiner bescheidenen Verständnis nur unter bestimmten Bedingungen in einem ganz geringen Spielraum geschehen, wie z. B. in einem engen Geschwindigkeitsbereich. Denn eine solch umgelenkte Strömung wird nicht unendlich umgelenkt bleiben und vermutlich nach einer kurzen (z. B. abhängig von Bootgeschwindigkeit) Strecke wieder eine ursprüngliche Richtung annehmen. Das würde bedeuten, dass bereits geringe Änderung der Bedingungen (z. B. der Geschwindigkeit) gleich eine Ruderanströmmung unter einem anderen Winkel als 0° zu Folge hätte, oder?

Dann kommt noch ein von Marchaj als "negativer Auftrieb" genanntes Phänomen. Dieser wird bei Anstellwinkeln bis etwa 3° durch die Strömung verursacht, die von der Kielflosse entlang des Hinterkantenwinkels sogar in ursprungliche Richtung der Hauptströmmung umgelenkt wird. Das wiederum würde bedeuten, dass diese "negative" Strömung auf das in Neutralposition befindliche Ruder seitlich drückt. Dagegen bei größeren Anstelwinkeln haben wir doch ohnehin mit turbulentem Strömungsverlauf und seinen Folgen zu tun.

Das alles lässt die Strömung um das Ruder als sehr labiles Gebilde erscheinen und wenn das wirklich so ist, wird das Ruder meiste Zeit wohl unter Belastung arbeiten, denke ich. Oder übersehe ich da etwas?

Und dann noch eins: aus welchem Grund rechnet Marchaj in seinen Büchern die Ruderfläche der Lateralfläche an?

Meine Zweifel sind leider nicht ganz weg, obwohl ich "Gegenargumente" zu verstehen versuche.

Herzlichen Dank für eure Beiträge.
 

haegar

User
Hallo,
auch wenn ich im Endeffekt keine wirklich schlüssige Antwort geben kann ...

Es ist ein großer Unterschied, ob ich statisch oder dynamisch an die Sache herangehe. Was hier diskutiert wird (und auch nur werden kann) sind Plausibilitätserklärungen, die alle mehr oder weniger gut stimmen (meist weniger...). Beim Kiel-Ruder-Pärchen unter Wasser passiert was ähnliches, wie beim Zusammenspiel von Groß und Fock über Wasser. Dynamisch kann man die daher nicht trennen. Beide Anhänge werden gemeinsam umströmt und bilden ein gemeinsames System - und das wird dann sehr wohl von der Ruderfläche mit beeinflusst. Das Ruder arbeitet im Downwash des Kiels, der Kiel arbeitet im Upwash des Ruders. Jarek, insofern bringen es Deine Fragen auf den Punkt - wer dieses Systeme mit einer Plausibilitätsbetrachtung quantitativ erfassen kann, den möchte ich sehen. Das wird ohne CFD nicht gehen ...

Die Reichweite solcher Effekte sollte man übrigens nicht unterschätzen. Die sichere Leeposition geht genau auf den Upwash des Luvbootes zurück (nicht auf die "Abwinde" des Leebootes, wie man häufig liest). Der Effekt reicht in der Luft über mehre Bootslängen!
 

Jarek

User gesperrt
Dynamisch kann man die daher nicht trennen. Beide Anhänge werden gemeinsam umströmt und bilden ein gemeinsames System - und das wird dann sehr wohl von der Ruderfläche mit beeinflusst. Das Ruder arbeitet im Downwash des Kiels, der Kiel arbeitet im Upwash des Ruders.
Sehr schön auf den Punkt gebracht. So in etwa sagt mir das mein Bauchgefühl.

Erst nachdem ich in einem Buch ziemlich eindeutige Aussagen (ohne weitere Erklärung) darüber gelesen habe, kamen diverse Gedanken und auch Fragen auf. Meine E-Mail an den Author dieser Aussagen blieb (zumindest bist jetzt) unbeantwortet. Ich konnte meiner Neugier jedoch nicht widerstehen, suchte in weiteren Büchern und schließlich sah mich gezwungen, nach euren Meinungen zu fragen. Auch wenn ich euch damit auf die Nerven gehe, herzlichen Dank für eure Hilfestellung.
 
Hallo Jarek und Haegar,

etwas zu Euren Beiträgen:

"bestimmte Bedingungen"

Unter bestimmten Bedingungen ist richtig. Nur sind diese Bedingungen anhaltend, wenn die Yacht auf der Kreuz segelt. Unsere Modellyachten erreichen recht schnell Ihre Rumpfgeschwindigkeit und halten diese ziemlich konstant. Die Varianz der Geschwindigkeit ist also nicht sehr groß. Die Anströmungsverhältnisse am Kiel und am Ruder sind auf der Kreuz demnach weitgehend konstant.
Bezogen auf das ursprüngliche Thema Abstand Lateral - zu Segeldruckpunkt gilt natürlich auch, dass eine Festlegung nur für genau eine einzige Bedingung gilt. Den größten Einfluss hat dabei die Krängung, da sich mit unterschiedlicher Krängung am Schnellsten eine Verschiebung der Achsen der Resultierenden ergibt, bzw. ein Drehmoment entsteht.
Jeder Festlegung bezgl. des Abstandes von Lateral- und Segeldruckpunkt kann immer nur ein Kompromiss sein, dass ist ja auch der Grund warum man zu diesem Thema so wenig Empfehlungen in der Literatur findet.
Es nützt ja auch nichts, das alles zu berechnen, denn auch die Berechung ist wieder für ein ganz bestimmt Randbedigung. Ändert man nur die Profiltiefe oder die Verwindung im Segel ist schon wieder alles neu zu berechnen. Man wählt also einen Abstand zwischen den Druckpunkten der einen guten Kompromiss darstellt und zum persönlichen Segelstil paßt.

"negativer Auftrieb"
Jarek, da muss ich erstmal nachsehen, wie Du da meinen könntest.

"turbulenter Strömungsverlauf"
Die Strömungsform an der Kielflosse sollte turbulent sein, nicht zu verwechseln mit verwirbelter, abgelöster Strömung (Turbolenz). Bei den hier besprochenen Anstellwinkel haben wir keine Ablösung und demnach auch kein Wirbelgebiet. Die Distanz zwischen Kiel und Ruder ist bei unseren Yachten so groß, dass man davon ausgehen kann, dass das Ruder turbulenzfrei angeströmt wird.

"labiles Gebilde"
Die Strömung am Ruder ist kein labiles Gebilde, was sich praktisch daran zeigt, dass auf der Kreuz schon kleinste Ruderausschläge eine sehr gute Wirkung zeigen. Das Ruder arbeitet nicht unter Belastung solange es in 0 Grad Stellung steht. Man kann auch ohne Ruder ein sauber eingtrimmtes Schiff haben, was diese Feststellung bestätigt.

"Ruderfläche zur Lateralfläche bei Marchaj"
Man kann das eben machen oder auch nicht. Wenn man das macht, bekommt man andere Werte für den Abstand Lateral- zu Segeldruckpunkt. Es kann auch sein, dass an der Buchstelle davon ausgegangen wird, dass das Ruder einen Beitrag zur Querkraft leisten soll. Das ist, wie oben in verschiedenen Beiträgen schon erwähnt ja auch durchaus üblich. Bei Modellyachten eben nicht. Wir haben ohnehin viel zu große Flossen, die mehr Auftrieb erzeugen, als wir eigentlich benötigen (<- Thema für sich)

"System Fock / Groß"
Kiele und Ruder sind kein ähnliches System wie Fock und Groß. Die Anwesenheit des Ruders ca. 50 cm (7-8 mal Profiltiefe Kiel) hinter der Kileflosse beeinflußt den Kiel nicht, umgekehrt schon. Der Ausdruck Downwash ist schon richtig, kennt aber sicherlich nicht jeder der hier mitliest.

"Plausibilitätsbetrachtung"
Wenn eine plausible Erläuterung physikalische Bestätigung findet, finde ich das in Ordnung. Berechnungen mit einem CFD Programm, ich habe das viele Jahre beruflich gemacht, bringen nur was, wenn man die grundsätzlichen Zusammenhänge versteht.
Grundsätzliches verstehen der Zusammenhänge wiederum reicht vollkommen um eine schnelle RC-Yacht zu konstruieren.

Grüße an alle Mitleser
Gerd
GER 01
 

Jarek

User gesperrt
Unter bestimmten Bedingungen ist richtig. Nur sind diese Bedingungen anhaltend, wenn die Yacht auf der Kreuz segelt.
Auch bei stark differierenden Windgeschwindigkeiten?


Bezogen auf das ursprüngliche Thema Abstand Lateral - zu Segeldruckpunkt gilt natürlich auch, dass eine Festlegung nur für genau eine einzige Bedingung gilt. Den größten Einfluss hat dabei die Krängung, da sich mit unterschiedlicher Krängung am Schnellsten eine Verschiebung der Achsen der Resultierenden ergibt, bzw. ein Drehmoment entsteht. Jeder Festlegung bezgl. des Abstandes von Lateral- und Segeldruckpunkt kann immer nur ein Kompromiss sein, dass ist ja auch der Grund warum man zu diesem Thema so wenig Empfehlungen in der Literatur findet. Es nützt ja auch nichts, das alles zu berechnen, denn auch die Berechung ist wieder für ein ganz bestimmt Randbedigung. Ändert man nur die Profiltiefe oder die Verwindung im Segel ist schon wieder alles neu zu berechnen. Man wählt also einen Abstand zwischen den Druckpunkten der einen guten Kompromiss darstellt und zum persönlichen Segelstil paßt.
Das war und ist mir glasklar. Ich denke, für den Anfang, zur Bestimmung der Anhaltswerte reicht mir die vorher erwähnte und anscheinend erprobte Vorgehensweise von Claudio aus. Sie liefert Ergebnisse, die mit anderen im Einklang zu stehen scheinen. Die Feinheiten hoffe ich dann in der Praxis mit Trimmung der Komponenten zu erarbeiten.

Wie ich bereits anfangs geschrieben habe, ist mir ein Buch in die Hände geraten, welches Entfernung beider Druckpunkte in der Größenordnung von 8-9% der LWL empfehlt, und das bei der Annahme, dass Ruderfläche der Lateralfläche nicht angerechnet werden dürfe. Nach diesem Prinzip ergab sich aber eine Mastposition, die vieel zu weit vorne lag. Alle Alarmglocken haben sofort in meinem Kopf geleutet.


"negativer Auftrieb"
Jarek, da muss ich erstmal nachsehen, wie Du da meinen könntest.
Ähm, ich nicht. Das war Czeslaw Marchaj in seinem Buch "Aerodynamik und Hydrodynamik des Segelns".:D


"Ruderfläche zur Lateralfläche bei Marchaj"
Man kann das eben machen oder auch nicht. Wenn man das macht, bekommt man andere Werte für den Abstand Lateral- zu Segeldruckpunkt.
Das hängt, denke ich, vom Ansatz ab. Solange der Ansatz richtig ist, müssten auch die Ergebnisse weitgehend mit anderen vergleichbar sein. Siehe Methode von Claudio - hier wird Einfluss der Ruderfläche vermutlich im Verlauf der Diagrammkurven kompensiert, daher darf die Ruderfläche selbst der Lateralfläche angerechnet werden. Letztendlich ist das, grob gesagt, eine einfache Rechnung der Flächenmomente. Wie das bereits schon jemand oben geschrieben hat, ist jede Methode gut, solange sie zum richtigen Ergebnis führt. Um das Ergebnis zu beurteilen sollte man aber wissen, welche Größenordnung in etwa zu erwarten sei. Das wusste ich anfangs nicht.
 

ger61

User
Ich lese nach wie vor interessiert mit. Inzwischen ist es aber so wissenschaftlich geworden, dass ich nur noch mitlesen aber nicht mehr mitreden kann.
Nur zu dem einen Punkt, den Jarek aus einem Buch zitiert, wonach die Distanz Segel-zu Lateraldruckpunkt (gerechnet ohne Ruder) = 8-9% der LWL betragen soll, kann ich aus Praxiserfahrungen an mehreren Modellbooten (IOM, M und 10R) definitiv sagen, dass das falsch ist. Wie ich eingangs schrieb, liegt die (Praxis-)Wahrheit bei 6-7%, Ruder eingerechnet. Ohne Ruder liegt der Lateraldruckpunkt erheblich weiter vorn, d.h. die Prozentzahl müsste entsprechend kleiner sein. Ich lese aus meinen 1:1 Lateralplänen für diesen Fall ca. 3% heraus.

Weshalb die Halbierung der Prozentzahl? Das Ruder ist zwar relativ klein, liegt aber in größerem Abstand zu den übrigen Lateralpunkten von Unterwasserschiff, Flosse und Blei und hat deshalb eine recht großen Einfluß, wenn man es dazu rechnet und im umgekehrten Fall dann halt auch.

GER61hard
 

ger61

User
Danke, Christoph, für die Sucharbeit und die Info. Habe mir noch vor dem Frühstück die ersten 20 min. reingezogen. Hochinteressant!!!

GER61hard
 
Kann ich mich nur anschließen! Auch die übrigen Filme vom STG sind absolut interessant...

Grüße Ralph
 
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