Je leest:

De zeilvaart krijgt vleugels

De zeilvaart krijgt vleugels

Auteur: | 1 januari 1999

Het bouwen van een schip vraagt heel wat deskundigheid. In de zeventiende eeuw is scheepsbouw vooral een kwestie van traditie. Het vakmanschap gaat over van vader op zoon. Pas na 1800 legt men ontwerpen in tekeningen vast en rekent men alles door. Tegenwoordig neemt de computer een onmisbare plaats in.

Dubbele romp

Het was William Petty (1623 – 1687) die als eerste een schip met een dubbele romp aan de Royal Navy voorstelde. Beide rompen zijn verbonden met een dek. Twee revolutionaire ideeën in verband met de scheepsbouw houden hem bezig. Waarom betrekt men de wetenschap niet bij de bouw van schepen en test men nieuwe ontwerpen eerst niet in het klein? Volgens Petty is de kennis over de weerstand, die een schip in het water ondervindt, onmisbaar. Deze weerstand ontstaat door de wrijving van het water tegen de scheepswand en de interactie van het varend schip met de scheepsgolven. Hij gaat het gedrag van schepen op schaal bestuderen. In een lange bak met water test hij in het klein verschillende soorten rompen, zowel brede als smalle. Een gewichtje, dat aan een katrol naar beneden valt en dat met een touw aan de romp wordt verbonden, is nodig om zowel de wrijvingskracht te overwinnen als om scheepsgolven te vormen en te onderhouden. De smallere modellen gaan sneller door het water dan de bredere. Nog sneller door het water gaat een model dat de vorm heeft van een buis. Maar een dergelijke boot zou onmiddellijk kapseizen als je er een mast met een zeil zou opzetten. Vervolgens test hij een constructie uit die bestaat uit twee buisvormige rompen verbonden met een dek. Dat is wel stabiel. Zo zag de eerste catamaran eruit. De vraag is of dit vaartuig op ware grootte ook nog zo snel en stabiel is. In 1662 neemt Petty deel aan een zeilrace voor de kust van Dublin. Hij wint deze race met de ongelooflijke snelheid van 16 knopen. Nu weten we dat de Polynesiërs ook toen reeds met dubbelkano’s de zeeën bevoeren. Maar dat was in de zeventiende eeuw in Europa nog niet bekend. Pas toen men met moderne constructiemethoden en nieuwe ontwikkelde materialen een licht doch sterk geheel kon bouwen, brak de catamaran in de zeilsport door. Nu bestaan er reusachtige catamarans met plaats voor 1500 passagiers.

Een catamaran met vleugels

Tom Bakker, een Groningse zeiler, ondervond dat bij harde wind zijn zeilboot dieper in het water komt te liggen. Door die toegenomen wrijving neemt de snelheid van zijn boot af. Hij dacht dat wanneer een zeilboot zichzelf uit het water kan tillen, zodat hij niet langer in, maar op het water vaart, de boot ongekende snelheden kan bereiken. Hij stapt met dit idee en een eerste schets voor een nieuw soort catamaran naar de Technische Universiteit in Delft. Twee studenten, Marco Brinkman en Arno van Mourik, maken er hun afstudeeronderwerp van. Het prototype, de AeroSkimmer, wijkt af van de gewone catamaran en zeilboten (zie afbeelding). Bij een zeilboot staat de mast loodrecht op de romp. De skimmer heeft een schuin opgesteld surfzeil. De werking van dit zeil steunt op hetzelfde principe dat een vliegtuigvleugel optilt. Het zeil of een vliegtuigvleugel doet de lucht afbuigen. Hierdoor ontstaat aan de ene kant een onderdruk en aan de andere kant een overdruk. Door het verschil in druk ontstaat er een kracht op het zeil. Deze kracht is in twee componenten te ontbinden. Eén component zorgt voor de voortstuwing en de andere voor de lift. De rompen scheren daardoor over het water. Windkracht 3 is al voldoende om dit vaartuig over het water te laten ‘skimmen’. Het samengaan van lift en voortstuwing geeft de catamaran een ongekende snelheid van 70 kilometer per uur. De AeroSkimmer hangt in werkelijkheid aan een soort vlieger. Om te verhinderen dat de AeroSkimmer werkelijk zou opstijgen, zijn aan de roerbladen horizontale vinnetjes gemonteerd. Het zeildoek van de vleugel is van mylar en dacron. De voorzijde van de vleugel is en composietconstructie van glasvezel, koolstof en aramide. De drijvers zijn 4,8 meter lang en van epoxy, koolstof en aramide. De mast is 4,1 meter hoog en van koolstof en epoxy. Aramide is net zo sterk als staal alleen is het veel lichter. Ook koolstof is sterk maar duur. Net zoals enkele eeuwen terug Petty met een revolutionaire vaartuig een zeilrace wist te winnen, gebeurt dit nu ook met de AeroSkimmer, die de Weymouth Speedweek wint. Nu maar hopen dat de AeroSkimmer de volle wind in zijn vleugel krijgt.

De Aeroskimmer Bron:http:www.windjet.co.uk/water/images/aeroskimmer


Vaarproeven in een sleeptank

Je kunt zelf ook het gedrag van schepen op schaal bestuderen. Hiervoor heb je een lange plastic bak nodig. Je gebruikt houten balkjes waaraan je de vorm van een bootje geeft. De voortstuwing wordt geleverd door verschillende vallende gewichtjes. Elk gewichtje stelt een scheepsmotor met een bepaald vermogen voor. Ze zijn via een katrol door een touw met de romp verbonden. Je kunt heel was situaties nabootsen zoals hoe de grootte van de scheepslading de snelheid van een schip beïnvloedt, of gaan schepen met smalle en gladde rompen sneller dan die met een brede en ruwe. Hoe sterk remt een ruwe zee de snelheid van een varend schip af? Veel succes!


Dit artikel is eerder verschenen in nummer 1 uit de jaargang 1999 van het blad Archimedes.

Dit artikel is een publicatie van Archimedes.
© Archimedes, alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 01 januari 1999

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.