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  1. #1
    Ausgeschiedener Nutzer Gast

    Standard Fragen rund um den Kiel

    Ich habe mal einige Fragen rund um das Thema Kiel.

    Ich habe nicht vor, mein Boot umzubauen, es sind lediglich Fragen, welche sich ua. aus dem Lesen neuerer Beiträge hier in diesem Forum, aber auch sonstwo ergaben.

    Entsprechend meinem Naturell und meiner minderen Bildung bevorzuge ich bei allen Betrachtungen einfache und leicht zu begreifende Anschauungen, ich bitte um meinem Niveau angepasste Antworten.


    a) Langkieler und ihre Wirkung auf die Geschwindigkeit unter Segel

    Immer wieder las ich, dass Langkieler eine grosse benetzte Fläche hätten und darum deren Schiffe langsamer seien (als z.B. Kurzkieler).
    Ich kann das weder anzweifeln noch bestätigen, mangels Erfahrung und mangels Kenntnissen.

    Was ich aber nirgends je las ist eine Quantifizierung dieses "langsamer", und genau das würde mich interessieren, um solche Feststellungen bzw. Differenzen einordnen zu können

    Sicherlich ist das nicht absolut zu beantworten, aber um ca. wieviel langsamer wäre ein Schiff mit Langkiel verglichen zum selben Schiff mit einem (hinsichtlich Stabilität gleichwertigen) Kurzkiel? (Mir ist klar, dass es aufgrund unterschiedlicher Rümpfe solche Variantionen gar nicht gibt, dennoch möchte ich solch einen ungefähren Wert in Erfahrung bringen).

    0.1kn? 0.5kn? 1kn? mehr?


    b) Die Wirkung von unterschiedlich tiefgehenden Kielen

    Rein rechnerisch und statisch wäre das ja einfach zu rechnen mit dem Drehmoment, wobei ja vermutlich nicht einfach der gesamte Tiefgang zur Berechnung herangezogen werden kann, sondern nur die Distanz Kielsohle zum Masseschwerpunkt (?).

    Wenn wir nun der Einfachheit halber den Masseschwerpunkt = Wasserlinie setzen, würde das heissen, dass ein Kiel welcher anstatt 1.50 auf 1.80 TG läuft, also 20% tiefer geht, maximal 20% mehr Kraft der Krängung entgegensetzt - dies aber nur, wenn man das Kielgewicht zu 100% in einer Kielbombe und zu 0.00 im Kielträger hat.
    Wenn es aber ein Kiel mit kaum oder keiner Kielbombe ist, dann hat doch die Verlängerung des Kiels bedeutend weniger Wirkung, sowieso bei gleichem Gesamtgewicht.

    Das würde also heissen, dass eine Verlängerung des Kiels bedeutend weniger Wirkung hat als die Verlagerung des Kielgewichtes in eine Kielbombe.

    Stimmen meine Aussagen?



    c) Die Wirkung des Kiels gegen Abdrift und gegen Krängung

    Kürzlich las ich einen Internet-Artikel über die Wirkung des Kiels unter Fahrt - leider weiss ich nicht mehr wo.

    Es wurde postuliert, dass die Wirkung des Kiels nicht nur auf statischer Hebelwirkung beruht, sondern auch darauf, dass die Umströmung des Kiels eine Kraft erzeugt, welche der Krängung ebenfalls entgegenwirkt (und der Abdrift, aber die interessiert mich gerade weniger).

    Klang alls schön, und ich begann mich schon zu fragen, welches Profil und damit Wirkung denn mein Kiel hat, bloss fiel mir im nachhinein auf: wie soll denn das gehen, der Kiel hat ja ein symmetrisches Profil: wie soll dieser Kiel dann je nach Stb/bb-Bug den Abtrieb auf der richtigen Seite erzeugen?
    (Smart-Kiele gibt es ja noch nicht ......)

    War das Seemansgarm und wenn nicht, wie funktioniert das nun wirklich?
    Die Wirkung eines Flügelkiels (also von dessen Flügel) ist hingegen einfacher zu verstehen, die "Unterdruckseite" ist immer oben (oder sollte es sein) - es geht also um "normale flügellose Kiele".


    Diese Fragen sind kein Witz, sie sind ernst gemeint - sollten die Antworten so einfach und klar sein, dass jeder Depp draufkommt, dann bitte mir diese Antworten dennoch geben .....


    Danke, Henri

  2. #2
    Ausgeschiedener Nutzer Gast

    Standard

    Zitat Zitat von oHenri Beitrag anzeigen



    c) Die Wirkung des Kiels gegen Abdrift und gegen Krängung

    Kürzlich las ich einen Internet-Artikel über die Wirkung des Kiels unter Fahrt - leider weiss ich nicht mehr wo.

    Es wurde postuliert, dass die Wirkung des Kiels nicht nur auf statischer Hebelwirkung beruht, sondern auch darauf, dass die Umströmung des Kiels eine Kraft erzeugt, welche der Krängung ebenfalls entgegenwirkt (und der Abdrift, aber die interessiert mich gerade weniger).

    Klang alls schön, und ich begann mich schon zu fragen, welches Profil und damit Wirkung denn mein Kiel hat, bloss fiel mir im nachhinein auf: wie soll denn das gehen, der Kiel hat ja ein symmetrisches Profil: wie soll dieser Kiel dann je nach Stb/bb-Bug den Abtrieb auf der richtigen Seite erzeugen?
    (Smart-Kiele gibt es ja noch nicht ......)




    Danke, Henri
    Kiel als Flosse, nicht als Masse.
    Dein Symmetrischer Kiel wird auf Am-Wind nicht mit 0 Grad angeströmt.
    Dein Schiff hat , wie jedes, einen Driftwinkel. Meist so um die 5Grad.
    Du ziehst als deine Kielflosse , ein Profil, mit 5 Grad durchs Wasser , sie generiert Auftrieb, ungefähr quer zur Fahrtrichtung.
    Soweit der Idealzustand ohne Krängung.
    Legst Du dein Profil nun aber noch schräg, also durch Krängung , ist der Vektor des Auftriebs ebenfalls schräg.
    Dieser Vektor , den man sich beim nicht gekrängten Schiff als Auf dem Profil stehenden Pfeil parallel zur Wasseroberfläche denken kann, steht nun mehr oder minder diagonal.
    Der Auftrieb wirkt als nicht mehr nur der Abdrift entgegen. Ist das Profil schräg, erhöht dieser Auftrieb die Krängung des Schiffes noch.

    http://home.arcor.de/edkahle/Diplom_gif/9a.GIF


    pogo

  3. #3
    Registriert seit
    05.07.2010
    Beiträge
    1.582

    Standard

    Zu a: Die Frage kann man tatsächlich kaum beantworten, zumal Bootsgröße, Bedingungen usw. alle Einfluß haben. Dann kommt hinzu, dass meistens Langkieler eine andere Spantform haben als Kurzkieler. Wenn man jetzt ein Boot mit sehr konservativem V-Spant hätte und es einmal mit einem durchschnittlichen Kurzkiel in Trapezform und einmal mit einem gut konstruierten Langkiel mit beschnittenem Vorfuß und nicht zu wenig Tiefgang bauen würde, dann wäre der Unterschied auf vielen Kursen vermutlich unter 5%. Auf Vorwindkursen ohne Krängung weniger (bei genug Wind überwiegt der Formwiderstand sowieso und die Reibung der zusätzlichen Fläche macht nicht so viel aus). Auf Kursen am Wind evtl. ein bisschen mehr, vor allem hoch am Wind. Aber das zu quantifizieren, ist wirklich schwierig. Wenn der Kurzkiel einigermaßen modern (Ballastbombe) wäre, wird die Differenz natürlich etwas größer.

    Dazu evtl. interessant: Der bekannte Konstrukteur Bob Perry (der viele sehr erfolgreiche und auch teils sehr gut segelnde Langkieler gezeichnet hat), hat mal zum Besten gegeben, dass er eigentlich keine Langkieler mehr konstruieren möchte. Warum - so sinngemäß - solle er so etwas zeichnen, wenn er jetzt etwas besseres zeichnen könne?

    Zu b: Ganz grob hast Du Recht mit Deiner Schlußfolgerung. Hier nur ein paar Korrekturen: Der Hebelarm des Kiels (wenn man ihn für das aufrichtende Moment theoretisch rechnen wollte) wäre der waagerechte Abstand Auftriebsschwerpunkt Boot zu Schwerpunkt Kiel. Da der Kiel aber ja ohnehin nur einen Teil der Bootsmasse ausmacht und der Auftriebsschwerpunkt bei Krängung wandert, ist die Sache nicht ganz so trivial. Der Abstand zur Rumpfunterseite ist eigentlich nur für die strömungstechnische Seite interessant (die "Streckung" des Kiels), nicht aber für die Berechnung des aufrichtenden Moments.

    Zu c: Dein Kiel erzeugt einerseits ein aufrichtendes Moment (damit das Boot nicht umkippt) und erzeugt andererseits - durch die leicht seitliche Anströmung (Abdrift) eine Kraft, die verhindert, dass sich das Boot ungehindert nach Lee bewegt (wo es die Segel ja hinziehen). Tatsächlich wirkt diese Kraft sogar für die Krängung, statt dagegen.

    Stell Dir das Boot komplett mit Segeln und Kiel in 3D vor. Sieh, wie es am Wind durch das Wasser segelt. Schau schräg von oben und von achtern darauf. Die Segel ziehen es schräg nach Lee (es krängt) und nach vorne, der Kiel versucht das Boot aufrecht und in der Spur zu halten. Tatsächlich bewegt sich das Boot ein bisschen schräg durch das Wasser. Versuch, es Dir vorzustellen (bei meinen Theorie-Schülern würde ich das ganze jetzt evtl. an einem Bootsmodell erklären...).

    Das Problem ist, das man das ganze eigentlich erst versteht, wenn man sich klarmacht, dass das wirklich dreidimensional ist und damit nicht über einfache Seitenansichten usw. dargestellt werden kann. Wenn Du das aber schaffst: Stell Dir bildlich vor, wie durch die Abdrift an der Unterkante vom Kiel das Wasser versucht, unter der Kielsohle hindurch zu strömen. Und wie leicht das passiert, denn der Kiel liegt ja schräg im Wasser. Dann kannst Du Dir vorstellen, wie der untere Teil des Kiels eigentlich kaum noch der Abdrift entgegenwirkt, weil sich da ja der Druck ausgleicht. Und wie sich ein bremsender Wirbel an der Unterkante des Kiels bildet (kennt man von Flugzeugbildern wenn an den Flügelspitzen Staub oder Regen so Wirbel bildet).

    Und warum geringe Abdrift so viel für die Geschwindigkeit ausmacht. Denn es ist natürlich ein Riesenunterschied für den Widerstand, ob das Boot einigermaßen gerade auf der Mittschiffslinie durch das Wasser fährt oder ob es schräg durch das Wasser bewegt wird.

    Und Du kannst Dir vorstellen, wie das Boot bei Krängung luvgierig wird, weil die Segel nicht mehr senkrecht über dem bremsenden Rumpf stehen, sondern weiter in Lee.

    Sorry für den vielen Text, ich mag das Thema...

    Holger

  4. #4
    Ausgeschiedener Nutzer Gast

    Standard

    Zitat Zitat von pogo Beitrag anzeigen
    Kiel als Flosse, nicht als Masse.
    Dein Symmetrischer Kiel wird auf Am-Wind nicht mit 0 Grad angeströmt.
    Dein Schiff hat , wie jedes, einen Driftwinkel. Meist so um die 5Grad.
    Du ziehst als deine Kielflosse , ein Profil, mit 5 Grad durchs Wasser , sie generiert Auftrieb, ungefähr quer zur Fahrtrichtung.
    Soweit der Idealzustand ohne Krängung.
    Legst Du dein Profil nun aber noch schräg, also durch Krängung , ist der Vektor des Auftriebs ebenfalls schräg.
    Dieser Vektor , den man sich beim nicht gekrängten Schiff als Auf dem Profil stehenden Pfeil parallel zur Wasseroberfläche denken kann, steht nun mehr oder minder diagonal.
    Der Auftrieb wirkt als nicht mehr nur der Abdrift entgegen. Ist das Profil schräg, erhöht dieser Auftrieb die Krängung des Schiffes noch.

    http://home.arcor.de/edkahle/Diplom_gif/9a.GIF


    pogo
    Danke für die Erläuterung, das habe ich nun verstanden.
    Der so generierte Auftrieb entsteht also nicht durch eine Profilierung, sondern schlicht durch den Anstellwinkel.

    Und beeinflusst dabei die Kränging negativ.



    Zitat Zitat von ronja-express Beitrag anzeigen
    ...
    Zu b: Ganz grob hast Du Recht mit Deiner Schlußfolgerung. Hier nur ein paar Korrekturen: Der Hebelarm des Kiels (wenn man ihn für das aufrichtende Moment theoretisch rechnen wollte) wäre der waagerechte Abstand Auftriebsschwerpunkt Boot zu Schwerpunkt Kiel. Da der Kiel aber ja ohnehin nur einen Teil der Bootsmasse ausmacht und der Auftriebsschwerpunkt bei Krängung wandert, ist die Sache nicht ganz so trivial. Der Abstand zur Rumpfunterseite ist eigentlich nur für die strömungstechnische Seite interessant (die "Streckung" des Kiels), nicht aber für die Berechnung des aufrichtenden Moments.
    ...
    Ja genau, das habe ich vergessen, das mit dem Winkel von 90Grad.
    Bei "Normalbetrieb" zwischen 0 bis 40Grad müsste man wohl noch den Sinus mit einrechnen.
    Dann ist das Delta absolut gesehen noch weniger.

    Zitat Zitat von ronja-express Beitrag anzeigen
    Zu c: Dein Kiel erzeugt einerseits ein aufrichtendes Moment (damit das Boot nicht umkippt) und erzeugt andererseits - durch die leicht seitliche Anströmung (Abdrift) eine Kraft, die verhindert, dass sich das Boot ungehindert nach Lee bewegt (wo es die Segel ja hinziehen). Tatsächlich wirkt diese Kraft sogar für die Krängung, statt dagegen.

    Stell Dir das Boot komplett mit Segeln und Kiel in 3D vor. Sieh, wie es am Wind durch das Wasser segelt. Schau schräg von oben und von achtern darauf. Die Segel ziehen es schräg nach Lee (es krängt) und nach vorne, der Kiel versucht das Boot aufrecht und in der Spur zu halten. Tatsächlich bewegt sich das Boot ein bisschen schräg durch das Wasser. Versuch, es Dir vorzustellen (bei meinen Theorie-Schülern würde ich das ganze jetzt evtl. an einem Bootsmodell erklären...).

    Das Problem ist, das man das ganze eigentlich erst versteht, wenn man sich klarmacht, dass das wirklich dreidimensional ist und damit nicht über einfache Seitenansichten usw. dargestellt werden kann. Wenn Du das aber schaffst: Stell Dir bildlich vor, wie durch die Abdrift an der Unterkante vom Kiel das Wasser versucht, unter der Kielsohle hindurch zu strömen. Und wie leicht das passiert, denn der Kiel liegt ja schräg im Wasser. Dann kannst Du Dir vorstellen, wie der untere Teil des Kiels eigentlich kaum noch der Abdrift entgegenwirkt, weil sich da ja der Druck ausgleicht. Und wie sich ein bremsender Wirbel an der Unterkante des Kiels bildet (kennt man von Flugzeugbildern wenn an den Flügelspitzen Staub oder Regen so Wirbel bildet).

    Und warum geringe Abdrift so viel für die Geschwindigkeit ausmacht. Denn es ist natürlich ein Riesenunterschied für den Widerstand, ob das Boot einigermaßen gerade auf der Mittschiffslinie durch das Wasser fährt oder ob es schräg durch das Wasser bewegt wird.

    Und Du kannst Dir vorstellen, wie das Boot bei Krängung luvgierig wird, weil die Segel nicht mehr senkrecht über dem bremsenden Rumpf stehen, sondern weiter in Lee.

    Sorry für den vielen Text, ich mag das Thema...

    Holger
    Ja ich habe überhaupt keine Schwierigkeiten, mir das 3D vorzustellen, und kann bestens folgen.
    Und mir gefällt das Tehma auch.

    Das mit der Luvgierigkeit durch den horizontalen Versatz von Mast und Kiel infolge Krängung ist interessant und neu für mich - ich habe die Luvgierigkeit immer allein auf die Rumpfform und die (statisch) unterschiedliche Lastverteilung zwischen Genua und Gross (bzw. Fläche vor/hinter dem Druckpunkt) zurückgeführt - dort habe ich sie auch schon dramatisch selbst erlebt, weil mir das Schiff aus dem Ruder gelaufen ist infolge zu kleinem Vorsegel.


    Herzlichen Dank Euch beiden für die Erklärungen.

    Habe leider keine Anschlussfragen.

    Oder höchstens die: warum macht man keine verstellbaren Kielprofile?
    Wenn man schon alle Arten von Hubkielen macht, warum nicht eine Art einseitig ausfahrbare Landeklappen am Kiel?
    Fällt mir grad ein: es gab ja mal einen Bericht in der Yacht, wo ein Schiff quasi waagrechte Tragflügel einseitig leeseitig unter der Wasserlinie ausfährt und diese bei Fahrt anstelle des Kiels durch Auftrieb wirken.
    Also könnte ein variabel profilierter Kiel doch auch erheblich wirken - zumindest bei genügend Fahrt?
    Geändert von Ausgeschiedener Nutzer (25.07.2014 um 00:34 Uhr)

  5. #5
    Registriert seit
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    2.932

    Standard

    Zitat Zitat von oHenri Beitrag anzeigen
    Oder höchstens die: warum macht man keine verstellbaren Kielprofile?
    kiel einer shipman, mit trimmklappe

  6. #6
    Ausgeschiedener Nutzer Gast

    Standard

    Gab es auch automatisch, Trailing Edge war dann aus Gummi.

    Die andere Automatik war das überbalancierte Schwert:

    http://www.maritime-identity.com/het-midzwaard/



    pogo
    Geändert von Ausgeschiedener Nutzer (26.07.2014 um 01:11 Uhr)

  7. #7
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    Die Trimmklappe bei der Shipman ist keine gute Konstruktion. Ich habe einen Freund der fährt so ein Teil, flucht drüber und hat sie festgelegt. Die Klappe ist dazu da um den Ruderdruck den die Shipman konstruktionsbedingt reichlich hat etwas abzumildern. Eine ordentliche Konstruktion braucht das nicht.
    Zum "Auftrieb" des Kielprofils. Durch die Abdrift bewegt sich das Boot senkrecht zur Fahrtrichtung. Der Kiel wird also von "schräg vorne" angeströmt. Dadurch kommt es zu einer Kraft am Kiel entgegen der Driftrichtung.

    Um abzuschätzen wie lahm die Langkieler sind kannst Du Dir mal die Yardstickzahlen von vergleichbaren Booten anschauen oder wahlweise auch ORC, falls es da vermessene Langkieler gibt. Island Packet und Halber Rassy sind da die Kandidaten die mit um die 35 Fuss auf Yardsickzahlen um die 110 kommen und das ist richtig grottig langsam. Ein schnelles Boot kommt da auf unter 90. d.h. ist 20% schneller. Bist Du 10h unterwegs ist der andere 2h früher da.
    Geändert von cat rig (26.07.2014 um 14:02 Uhr)

  8. #8
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    Zitat Zitat von oHenri Beitrag anzeigen
    Oder höchstens die: warum macht man keine verstellbaren Kielprofile?
    Gabs bei den 12ern aus den 80ern häufiger. Am Ende ist ein vernünftiger Kiel, der dem Lastenheft entspricht das beste.

    Unsere Karre z.B. hat eine langen und schmalen Kiel, der ist ohne Rumpf knapp 2m lang, aber keine 60cm breit. Das Profil ist wiederstandsoptimiert und für geringe Anstellwinkel, was den Auftrieb betrifft, designed. Mit so einem Kiel treibt man wie eine Jolle bei Wind im Hafen rum.

    Bergauf, mit dem richtigen Anstellwinkel und gutem Speed, liefert der aber genug Auftrieb um eine sehr gute Kreuzleistung zu ermöglichen, vorausgesetzt die Segel sind entsprechend leistungsfähig. Die lange Streckung sorgt für einen geringen Interferenzwiderstand (Rumpf-Kiel Verbindung) und einen vergl. geringeren induzierten Wiederstand (Druckausgleich am Kielende).

    Nachteil ist der große Tiefgang und wie oben beschrieben das Treibverhalten bei Seitenwind.

    Wer alle 10/15 Jahre sich einen neuen Satz Dacron Segel zulegt, Kreuzen eher vermeidet und solides Hafenverhalten sucht, der ist mit einem normal langen Kiel mit weniger Streckung deutlich besser bedient.

    Aber eine gute Kreuzleistung, das förmliche Hochsaugen nach Luv, ist schon was besonderes. Your milage may vary.

    Hans


    ISOBAR KIEL_klein.jpg

  9. #9
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    Das alles natürlich vorausgesetzt der Kiel bleibt dran. ;-)

  10. #10
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    cat rig, die Boote mit Trimmklappe waren nicht besonders luvgierig und wurden dann danach mit der Trimmklappe ausgestattet, sondern es war genau umgekehrt. Die Trimmklappe war Teil eines Systems, um den Kiel asymmetrisch zu machen und dadurch die Abdrift zu verringern. Das Problem war: Die Trimmklappe war einfach nur die Verlängerung des Profils. Dadurch ergab sich bei angestellter Trimmklappe auf der Unterdruckseite (die wichtige Seite) ein Knick im Profil.
    Das Problem wurde gelöst bei dem IACC-Cupper "America³", dessen Klappe so geformt war, dass die Trimmklappe im angestellten Zustand auf der Unterdruckseite ein durchgehendes Profil hatte. Sonst hatte der Kiel - auch bei Mittelstellung - ein unterbrochenes Profil.

    Henri, die Idee des veränderlichen Kiels ist schon sehr alt und in vielen verschiedenen Varianten ausprobiert worden. Letztlich haben diese Systeme meistens Probleme. Zum Beispiel funktionieren viele Ideen nur unter bestimmten Einsatzbedingungen. Bekanntes Beispiel: Canard-Ruder, ein anstellbares Ruderblatt unter dem Vorschiff (also unter der Bugwelle positioniert), das auch die Abdrift verringert. Funktioniert aber auch nur bei nicht zu viel Welle.

    Holger

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