Vattensporter med båt

Bottenfinish

2008-10-16 16:15 #0 av: Oscar

De flesta verkar vara överens om att en bra bottenfinish är viktigt om man vill minimera motståndet och därmed öka prestandan på sin båt. Men när det kommer till vad som är en bra bottenfinish så råder det delade meningar. Frågar man inbitna kappseglare om vad som är den bästa bottenfinishen brukar…

De flesta verkar vara överens om att en bra bottenfinish är viktigt om man vill minimera motståndet och därmed öka prestandan på sin båt. Men när det kommer till vad som är en bra bottenfinish så råder det delade meningar. Frågar man inbitna kappseglare om vad som är den bästa bottenfinishen brukar man oftast få ett och samma svar, våtslipat, med varierande teori bakom anledningen till detta. Vilken kornstorlek det skall vara på papperet varierar också, men mest vanligt är någonstans mellan P400 till P1200. Ibland har jag fått svaret att polerat är snabbast. Vem har rätt, vad är snabbast?

Det handlar om friktionsmotstånd även om vattnet inte glider mot skrovet som de flesta verkar tro. Oavsett hur blankpolerad och slät finish skrovet än har så kommer vattnet allra närmast skrovet alltid att stå helt still i förhållande till skrovet. Vattenmolekylerna här är som fastlimmade mot skrovet som alltså drar med sig ett tunt lager vatten. Ett friktionsmotstånd uppstår sedan mellan detta tunna lager vatten och nästa lager vatten som glider utanför, detta andra lager påverkas i sin tur av nästa lager o.s.v. ända tills fartskillnaden har utjämnats mellan vattenlagren. Friktionen mellan dessa vattenlager är proportionell i förhållande till takten som vattenhastigheten ökar med avståndet från skrovet.Bottenfinish

Vattenlagren kallas gemensamt för gränsskikt och delas in i två olika tillstånd, laminärt eller turbulent. Ett laminärt gränsskikt innebär tunna vattenskikt som påverkar varandra endast genom molekylära bindningar som är ganska svaga, dvs. låg friktion mellan vattenlagren. Ett turbulent gränsskikt har starkare bindningar genom vattnets virvlande effekt. Friktionen blir högre då hastigheten på flödet ökar snabbare med avståndet från skrovet vilket är fallet i det turbulenta gränsskiktet. I fören på båten är det laminära gränsskiktet bara någon millimeter tjockt och växer sedan relativt sakta till ca 10mm medan det strömmar längre bak på skrovet. Därefter ändrar det karaktär och blir turbulent och då växer det snabbt i tjocklek och motståndet ännu snabbare. I aktern är gränsskiktet ofta över 10cm tjockt.

Detta innebär att om man strävar efter lågt motstånd så skall man se till att flödet över skrovet är laminärt så långt som möjligt. I praktiken är det inte möjligt att ha så lång laminär strömning över skrovet, detta beror på att skrovets linjer oftast inte är ritade primärt för detta och efter en viss sträcka längst skrovet, beroende på fart, så blir flödet ändå turbulent oavsett hur fin finish man än har. En tumregel är att första tredjedelen eller första hälften av skrovet behöver mest uppmärksamhet. Längre akterut klarar man sig med grövre finish utan att bli straffad i friktionsmotstånd då flödet ändå är turbulent här. Vill man veta mer exakt var man kan förvänta sig laminärt flöde så måste man räkna ut Reynoldstalet för de farter man är intresserad av vilket jag inte kommer gå in på här. Generellt kan man säga att man i tre knops fart kan förvänta sig laminärt flöde över de första tre metrarna på skrovet förutsatt att finishen är tillräckligt bra. I sex knops fart är denna sträcka halverad. Det kanske inte låter så mycket att sträva efter, några få meter laminär strömning hit eller dit, men faktum är att motståndet är högre även i början av det turbulenta flödet om finishen är dålig. En handmålad penslad yta har 50-100µm djupa spår vilket i sex knops fart ökar motståndet med 5-18% och detta är ju en hel del då friktionsmotståndet som lägst brukar vara en tredjedel av båtens totala motstånd!

För att nu ha en "tillräckligt bra" finish så måste ytan vara "hydrodynamisk slät". Vattenmolekylerna närmast skrovet står som bekant still, detta mycket tunna lager vatten, på engelska kallat "Viscous Sublayer", är normalt tunnare än en tiondels millimeter. Efter en rad experiment har man kunnat fastställa att effekten av en grov yta försvinner om denna är inbäddad i detta tunna vattenlager. Hur tunt detta vattenlager är beror på hastigheten. Desto fortare skrovet går genom vattnet desto tunnare blir det. Kravet på finish ökar där med i takt med farten. Sambandet är enkelt, dividera 194 med farten i knop. Resultatet är den maximalt tillåtna grovheten på skrovets yta i mikrometer (µm) räknat. Har man t.ex. en segelbåt som normalt aldrig seglar snabbare än sex knop så innebär detta att ytan inte får vara grövre än 32µm. Gör båten ibland tolv knop så får den max har en grovhet på 16µm. Detta kan sedan jämföras med våtslippapprets kornstorlek. Dock skall tilläggas att om man använder ett våtslippapper P400 med en korstorlek på ca 35µm så innebär ju inte det att ytan får 35µm djupa repor, men det ger ändå ett hum om hur fin ytan måste vara för att inte göra extra motstånd. Denna finish bör man alltså ha åtminstone fram till mitten av skrovet då detta som sagt minskar friktionen även i början av det turbulenta flödet. Efter mitten på skrovet sjunker kravet på finish gradvis till ungefär hälften längst bak i aktern.

Kölar och roder har oftast designats med speciella profiler för att få laminärt flöde så långt som möjligt, samtidigt skall de även skapa en lyftkraft när de träffar vattnet med en anfallsvinkel av varierande storlek och då blir kraven på finish mycket högre. Även enklare turbulenta profiler (typ NACA 0012) gör mer motstånd och får klart sämre verkningsgrad samt tidigare separation om ytan är allt annat än perfekt. Tester har visat att redan vid 10µm utstick så sjunker maxlyftet (CLmax) med ca 25% och motståndet vid CLmax ökar med över 30%. Detta kan vara av mycket stor betydelse, speciellt för roder som man ofta behöver så mycket kraft i som möjligt för att inte tappa kontrollen på sin båt, t.ex. på en hård slör. I praktiken innebär det att man genom att polera sitt roder jämfört med att ha det våtslipat kan öka styrförmågan med hela 25%. På kölen är det normalt inte lika viktigt med spegelblank finish, (förutsatt att den inte är har ett extremt höjd/bredd förhållande och/eller krävande laminärprofil som de flesta extrema racers har idag) då man normalt inte ligger nära maxlyft på en mer normal köl. Dock kan det fortfarande ge en fördel i starter och efter slag då man tillfälligt kan få höga anfallsvinklar. Har man för avsikt att kappsegla bör man definitivt ge sitt roder och sin köl lite extra kärlek!

Nedanstående tabell visar kornstorleken på olika sandpapper:

P2500 8.4µm
P2000 10.3µm
P1500 12.6µm
P1200 15.3µm
P1000 18.3µm
P800 21.8µm
P600 25.8µm
P400 35.0µm
P320 46.2µm
P280 52.2µm
P240 58.5µm
P220 68µm
P180 82µm
P150 100µm

 

Stort tack till Jimmy på [sem:st] [pung:kt] [es:] [e:]

 

Anmäl
2008-10-16 17:26 #1 av: Oscar

Det är just nu en bugg i systemet som gör att ingressen blir en upprepning av första delen av artikeln. Jag beklagar detta, det jobbas för fullt för att lösa problemet.

Anmäl
2008-10-17 00:22 #2 av: MangoSolutions

Det finns en regel som forskare inom området friktion brukar använda "ytorna ska hata varandra". Enl mitt sätt att se så innebär det vaxat! Lotrec som kanske är de som har kommit längst i Sverige vad gäller hävandet av friktion, har en produkt som heter Go Go Fast. Det är ett avancerat vax som innehåller ämnen som häver friktionen.
(En annan fråga är väl om detta är tillåtet i kappsegling? I den klassen jag seglar står det uttryckligen att skroven inte får behandlas med något som nedsätter friktionen. Lotrec menar på att de har godkänts av ... att det räknas som vax. Det var några år sedan vi använde det på en kappsegling i Italien och jag är övertygad om att det fungerade (placeboeffekten går inte att utesluta).

Förutom att det ska vara slätt och blankt krävs även att hela ytan är jämn dvs inga stora in eller utbuktningar. Detta är speciellt extremt viktigt på tunna profiler som t ex tunna centerbord och fenor= för höga farter (uttrycks i artikeln på ett annorlunda sätt).

Anmäl
2008-10-17 01:36 #3 av: Oscar

Eftersom din båttyp, jag antar att du menar F18, är såpass snabb blir reporna så små att de knappast gör någon skillnad. Så i ditt fall tror jag det är bäst att köra polerat/vaxat. På lite störrre och långsammare båtar tror jag nog att det kan göra skillnad.

Jag har sett ett intressant experiment där man slängde i massor av små plastkulor i gjutformen innan man gjöt skrovet. Det gjorde att det blev  små gropar i skrovet med en liten öppning ut mot vattnet. När båten sedan fick fart strömmade vattnet in i bakkant på hålet och gjorde en loop och sedan ut igen. En stor del av skrovets yta "bestod" alltså av vatten som cirkulerade åt rätt håll och gav därför mycket lägre friktion. Man slapp ju allt vatten man normalt släpar med sig på dessa små men många ytor. Ska se om jag kan hitta mer information om det.

Anmäl
2008-10-17 02:10 #4 av: MangoSolutions

Det där med små hål har jag också hört men jag antar att det är en förväxling till ett annat medium nämligen luft-golfboll. Det gäller inte för vatten skrov (är jag övertygad om), fast det kan ju vara intressant att se din info om det. Det finns även experiment där man har försökt kopiera hajhud för att få ner friktionen men jag ... vet inte, måste bli svårt rent produktionstekniskt.

Apropå vaxat eller slipat har jag en egen teori. Det viktigaste är att det är slätt och då är slipning det som blir effektivast. Att vaxa en ojämn yta är inte så stor vits.
Enl Lotrec påstod dom att man inte ska ta upp sin kölbåt samma dag för att göra rent botten utan helst någon/några dagar innan för att botten skulle hinna få ett mikroskopiskt lager slippriga alger.

Anmäl
2008-10-17 11:20 #5 av: Oscar

Teorin är densamma som hos golfbollen ja. Om det fungerar i vatten eller inte vågar jag inte uttala mig om, men man kan ju säga så mycket som att det säkert finns någon anledning till att inte alla båtar ser ut så i botten idag. Det är säkert inte så kul att skrapa botten inne i de där små håligheterna heller Skrattande

Men det är intressant med den här typen av experiment. Tänkte skriva lite mer om bottenbehandlingar så småningom, där bland annat "hajskinn" (syntetiska kopior) också testas, men inte så mycket i friktionssyfte utan snarare beväxningssyfte.

Anmäl
2008-10-17 13:29 #6 av: MangoSolutions

Ja praktiskt är det inte! Dessutom sätter kappseglingsreglerna stopp för experimentslustan se Del 4 regel 53 "... eller ha särskilt strukturerade ytor som skulle kunna förbättra karaktären på vattenströmningen inom gränsskiktet".

 

Anmäl
2008-10-18 13:50 #7 av: Oscar

#6 Nä det är sant förstås. Tror det experimentet jag pratade om gjordes på en motorbåt.

Anmäl

Det finns en till kommentar till den här diskussionen. Den är bara synlig för medlemmar på iFokus. För att läsa kommentaren, logga in eller registrera dig på iFokus.