Je leest:

Innovatieve zeilbootjes met vleugelzeilen

Innovatieve zeilbootjes met vleugelzeilen

Auteur: | 11 februari 2013

Veertien studententeams streden met hun modelzeilbootjes om de eerste prijs van de zeilwedstrijd van onderzoeksinstituut Marin. De hoge vliegtuigzeilen en knappe stuurmanskunst brachten de Turbo Poliep de overwinning. De innovatieprijs ging naar een team dat erin slaagde om een zeil te maken dat zowel stijf als vervormbaar is.

Een groep modelzeilboten ging vrijwel gelijk op. Tot plots de wind draaide. De meeste boten sloegen om, raakten uit koers of lagen stil. Een van de grote uitzonderingen was de Turbo Poliep. Deze tweemaster voer ook tegen de wind in behendig door het water. Dat kwam onder meer door het slimme ontwerp van het studententeam van de TU Delft.

Zij rustten hun boot uit met twee vleugelzeilen. Dat zijn een soort vliegtuigvleugels die verticaal op de boot worden geplaatst. Deze innovatieve techniek keken de studenten af van deelnemers aan de America’s cup, waar de beste zeilers ter wereld strijden. “Bij zeilen draait alles om het genereren van lift – de voortstuwende kracht van de wind.

Dat doen vliegtuigen ook. Daarom is het slim om een vleugel als zeil te gebruiken”, zegt student werktuigbouwkunde Jorrit van Rhijn. Samen met vier andere studenten bouwde hij de Turbo Poliep.

Zo hoog mogelijk windveld

Voor de zesde keer werd de wedstrijd gehouden in het ondiepwaterbassin van onderzoeksinstituut Marin in Wageningen. Veertien studententeams, van de TU Delft en het Scheepvaart- en Transport College, gingen op 18 januari met elkaar de strijd aan. Ieder jaar zijn er andere eisen om het kopiëren van voorgaande jaren tegen te gaan. Dit keer moest de romp bijvoorbeeld gemaakt worden van balsa, een zachte en lichte houtsoort dat veel wordt gebruikt door modelbouwers.

Winnaar Turbo Poliep met 1,2 meter hoge vleugelzeilen
Marin

Winnaar Turbo Poliep viel niet alleen op door het soort zeilen, maar ook door de grootte. De vleugels van de boot waren met maar liefst 1,2 meter veel hoger dan die van de concurrenten. “Daardoor konden we optimaal gebruik maken van de wind, die werd gemaakt door grote ventilatoren. De wind verbreedt zich namelijk des te verder je van de bron zit."

“De vleugelzeilen dwongen ons sowieso om hoog te bouwen, vanwege de zogenaamde aspect ratio. Dat is de verhouding tussen de breedte en lengte van de vleugel. Bij een vleugel wil je het windveld zo hoog mogelijk houden, waardoor je het beste een langere en minder brede vleugel kan maken.”

Knappe stuurmanskunst

Dat kwam goed uit tijdens het meest kritieke punt van de race. Eerst hadden de bootjes wind mee. Daarna moesten ze een boei ronden en kregen schuine wind tegen. Veel concurrenten strandden daar, maar door de hoge vleugels behield de Turbo Poliep wel genoeg snelheid om de boei te ronden en daarna door te varen. “Dat was inderdaad te danken aan het ontwerp, maar ook aan de stuurmanskunst”, zegt jurylid en onderzoeker bij Marin Serge Toxopeus.

“De boot werd ongelooflijk knap en behendig bestuurd," aldus Toxopeus. Bij gewone zeilen zie je door de bolling duidelijk hoe de wind er op waait. Bij vleugelzeilen is dat niet zo, dat maakt ze extra lastig te besturen. Alleen met de kleppen aan de zijkant van de vleugel, net als bij een vliegtuig, konden de studenten nog wat bijstellen. De vleugel moest na de boei dus in een keer goed staan en dat lukte.” De mast, waar de vleugel aan vast zat, en de kleppen waren verbonden aan kleine servomotortjes. Die werden radiografisch bestuurd met een afstandsbediening.

Op de campus van de TU Delft oefenen studenten in de vrieskou met hun Turbo Poliep.
Turbo Poliep

De knappe stuurmanskunst was geen toeval. Het team oefende uitgebreid van te voren. Van Rhijn: “Een paar dagen voor de wedstrijd was de boot af en wilden we oefenen. Buiten was het ijskoud en stond een straffe wind. Het was even zoeken naar water dat niet bevroren was, maar op de campus van de TU Delft konden we gelukkig een paar uur oefenen. Het werkte ook goed dat twee personen de boot bestuurden. Een was verantwoordelijk voor de zeilen en lette op de snelheid. De ander bediende het roer en bepaalde de koers.”

De Argolite won de innovatieprijs
Marin/Argolite

Innovatief ontwerp

Niet alleen de Turbo Poliep viel in de prijzen. De Argolite, een boot van andere studenten van de TU Delft, won de innovatieprijs. Ook hun bootje had twee vleugelzeilen maar zij wisten knap genoeg een stuk van de vleugels vervormbaar te maken. De voorkant (neus) van het zeil maakten ze stijf, de achterkant (staart) flexibel.

“Die kon tot bijna 45 graden buigen, maar dat was niet de bedoeling. Bij een vleugelzeil moet de wind er in een vloeiende lijn gaan langsgaan. Hoeveel het zeil precies moet buigen is navigatiewerk en afhankelijk van de windsnelheid. Teveel buiging zorgt voor turbulente stroming”, zegt teamlid en student Lucht- en Ruimtevaarttechniek Jeremy van Mourik Broekman.

Het team wilde met de wendbare vleugelzeilen het beste van twee werelden: profiteren van de sterke lift van stijve vleugels en de wendbaarheid van zeilen. “Dat idee is niet nieuw”, weet Toxopeus. “Maar het is bijzonder moeilijk te maken. Argolite is het eerste team dat mee deed aan onze wedstrijd en het lukte om vervormbare vleugels te maken.” De studenten werden geinspireerd door de Omer wing sail dat hetzelfde principe toepast.

Vindingrijke zoektocht naar materiaal

De studenten kwamen op een opzienbarende manier aan materiaal voor hun zeil. “We hebben een week gezocht naar materiaal dat zowel stijf als flexibel genoeg was. We gingen winkels in en uit en voelden overal aan. Afdekfolie dat gebruikt wordt tijdens het schilderen bleek te dun, tentzeil te dik. In een winkel voelden we aan raamstickers. Het materiaal waar je zo’n sticker afhaalt, bleek precies goed te zijn.”

De vleugelzeilen van de Argolite zijn bij de neus stijf en bij de staart vervormbaar
Marin/Argolite

Het voorste deel van het zeil maakten de studenten extra stijf met latjes. Het achterste deel verstevigden ze alleen met dunne carbonlatjes waardoor het wendbaar werd. Ook bij het lakken van de boot waren de studenten zeer vindingrijk.

Om het balsahout extra stevig te maken werden de romp en het roer ingesmeerd met G4 betonlak. “Dat weegt weinig en maakt het materiaal knoeperhard. Het droogt het snelst in een vochtige, warme ruimte. Het boilerhok van mijn studentenhuis was daarom de ideale ruimte. Daar heb ik de onderdelen van de boot behandeld en laten drogen.”

Het vleugelzeil van de Argolite
Argolite

Beide studententeams maakten hun ontwerpen op de computer en gebruikten onder meer een lasersnijder. “Het is geweldig wat je daar allemaal mee kan maken. Wij gebruikten vier tandwielen om de mast en het zeil te besturen. Die dingen kostten rond de 25 euro per stuk, maar we konden ze zelf gratis met een lasersnijder maken”, zegt Van Mourik Broekman.

De boten van de trotse winnaars van de zeilwedstrijd gaan nu nog rond van de ene naar de andere studentenkamer. Tijdens de HISWA te water, van 3 tot en met 8 september, geven beide teams een demonstratie.

Een aflevering van ScienceFlash NewsUpdate over de Hydroptère, de snelste zeilboot ter wereld.

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 11 februari 2013
NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.