Kavitation

[Herbert]

Hallo zusammen, in der vorletzten Woche hatte ich nun die Möglichkeit meine Proa "fatu hiva" für eine Woche mit meinem Sohn zusammen zu testen. Alle Änderungen des vergangenen Winters haben gut funktioniert bis auf die Ruder. Oberhalb von 9 kn begannen diese tiefe Töne von sich zu geben, die mit steigender Geschwindigkeit extrem laut wurden. Geschwindigkeiten bis 15kn haben wir per GPS gemessen, da waren die Geräusche so stark, dass wir den Dampf raus lassen mussten.
Bei den Geräuschen handelt es sich um Kavitation, die durch schlecht geformte Ruder begünstigt wird. Die Ruder bestehen aus einer 20 x 220mm Hartschaumplatte deren Vorderkante halb rund und die Hinterkante ca. 50mm lang beidseitig angeschrägt ist; dann ist das ganze in Kohlefaser eingewickelt. Die Eintauchtiefe beträgt ca. 600mm.
Da jetzt neue Ruder herzustellen sind, stellt sich die Frage nach der besten Ruderform, welches NACA - Profil oder welche andere Geometrie ist hier anzustreben.
Ich bin dankbar für alle Tipps... Herbert

[multihuller]

Hallo Herbert,

die erzielten Geschwindigkeiten hören sich ja sehr gut an. Kannst Du hier einmal ein Bild Deiner Proa reinstellen? Und vielleicht noch einige Details dazu?

Zu Deiner Frage. Schau doch mal in die Website von Tom Speer: http://www.tspeer.com und dort unter dem Titel "Hydrofoils" in "Sections for Proa Boards and Rudders". Da findest du jede Menge Infos aund auch einige Profile direkt zum Nachbau.

Ich werde bei meiner neuen Proa auch mal ein asymmetrisches Schwert nach einem seiner Profile einsetzen.

Grüsse
Othmar

[Herbert]

Hallo Othmar, danke für den link; das muss ich mir mal in aller Ruhe ansehen. Ein Bild von fatu hiva habe ich mit hochgeladen. Ich verwende weiterhin zwei Surfriggs von je 7,5m2 an Hilfsmasten. Die Maße sind: Länge 7,00m (LWL ca. 670m) plus je 0,25m für die Ruder; Breite 3,33m über alles. Das Gewicht schätze ich auf 80 - 100 kg, da man das komplette Boot gut zu zweit tragen kann. fatu hiva scheint nun, nach vielen Rückschlägen die wir einstecken mussten, Fahrten tauglich zu sein. Um hohe Geschwindigkeiten zu fahren, muss die Ruderblattgeometrie verbessert werden und die Pinne muss derart gestaltet werden, dass auch vom Ausleger aus gesteuert werden kann. Sinnvoll ist auch eine Untersetzung der Schoten und deren Bedienbarkeit über das komplette Sonnendeck.

Du planst den Bau einer neuen Proa? Kann man darüber mehr erfahren?
Viele Grüße Herbert

[multihuller]

Hallo Herbert,

ich würde gerne noch mehr zu der von Dir genutzten Ruderanlage wissen. Auf dem Foto sieht man nur irgendwelche Umlenkrollen am Bug. Dienen die zum Hochholen des Ruderblattes?

Ich plane nicht den Bau einer neuen Proa sondern bin mittendrin. Im nächsten Multihull Report will ich dann die Geschichte der "P8-EB" beginnen (EB wie Easy Built oder EinfachBau). Ist aber garnicht so einfach, einfach zu bauen

[Herbert]

Hallo Othmar, hier noch ein weiteres Foto der Ruder. Es lässt sich mit den Holern um 270° drehen und jeweils im Bootszentrum belegen. Mit Hilfe der Steuerleinen, die auf die Pinne in Mastnähe geführt sind kann das Ruder bequem vom Trampolin aus benutzt werden. Bei einem möglichen Neubau einer Proa würde ich den Bug mittig einschlitzen, damit das aufgeholte Ruder (im ersten Bild gut zu erkennen) im Deck des Buges verschwindet.
Viele Grüße Herbert

[manfred]

Hallo Herbert,

ich kann leider zu Deiner Frage nichts produktiv beitragen außer Dir meine Hochachtung für die 15kn auszusprechen und Dich zu motivieren, weiterzumachen.
Meinerseits allerdings die Frage, wie Du bei dem Boot die Luvbierigkeit vermeidest. Gekippt werden können die Surfmasten doch nicht, oder?

Gruß
Manfred

[Herbert]

Hallo Manfred,
da ich nicht in der Lage bin die Riggs nach vorne zu kippen, ergibt sich ein Segeldruckpunkt der hinter dem Lateralschwerpunkt liegt. Dieses führt zu permanentem Anluven dem ich mit Ruderkorektur begegne. Da das Ruder am Heck angebracht ist und daher auch sehr wirksam ist, macht das ganze auch bei hohen Geschwindigkeiten keine Steuerprobleme. Eine Veränderung der Luvproblematik ist bei meiner Segelkofiguration nur mit Vorsegeln (Rollfock an beiden Bugen) vorstellbar.
Ich werde an den neuen Rudern ein NACA0012 Profil einsetzen und hoffe damit für meinen Geschwindigkeitsbereich die Kavitation vergessen zu können. Die Alu - Ruderköpfe werde ich, da sie endlich funktionieren, aus optischen Gründen in Kohlefaser noch einmal neu bauen.
Viele Grüße Herbert

[pogo+]

Um Kavitation handelt es sich nicht, vielmehr hängt das Brummen mit dem wechselseitigem Abriss am Trailing Edge zusammen (Karmansche Wirbelschleppe).
Die Achterkante des Profils nimmt die Frequenz der wechselnden Druckseiten mit , es bewegt sich und brummt dabei.
Je schneller das Schiff, desto höher die Frequenz und damit auch der Ton welcher sich bis zum Kreischen steigern kann.

http://www.youtube.com/watch?v=SuZRi0q9MAg&NR=1


Abhilfe schafft eine Modifikation des Trailing Edge, ich zitiere mich dazu kurz selbst:


"Achtern hohl

Idealerweise müsste das Profil achtern unendlich auslaufen, das geht natürlich nicht. Läuft es jedoch möglichst Spitz aus, und hat eine sehr dünne Abrissfläche, so hilft ein kurz vor der Abrisskante leicht konkaves Profil, das die Grenzschicht sich tatsächlich an einem 90° Winkel vom Profil trennt , eben abreisst. Wären es wie bei einem konvexem Trailing End 95°, so würden die Bb und Stb Strömungen günstiger aufeinandertreffen und sich wie bei einer Karmanschen Wirbelschleppe aufschaukeln, was sich dann auf das Blattende überträgt und schliesslich zum Brummen führt. Soweit die Theorie bei 0° Anströmung.

Asymmetrie

Im allgemeinen brummen Ruderblätter, oder Kiele/Schwerter tatsächlich allermeist bei nahezu 0° , will heissen bei Höchstfahrt vor dem Wind und wenig Auftrieb am Profil.
Sobald es höher geht , das Profil also Auftrieb generiert, hat die Grenzschicht auf einer Seite eine höhere Geschwkt. Diese Differenz macht ein Aufschaukeln an der Achterkante dann auch unmöglich. Diesen Umstand nutzt man bei einigen Lösungen des asymmetrischem Anschleifens des Trailing Edge, eine Seite reisst mit höherer Geschwkt. ab.
Eine nur abgeschrägte (asymmetrische) Achterkante hingegen, gibt den hinter der Kante entstehenden Wirbeln durch die unterschiedliche Distanz eine ander Größe. Diese Differenz lässt beim Aufeinandertreffen kein gegenseitiges Aufschaukeln mehr zu.

Symmetrie

Wie scharf , od. besser unscharf ein symmetrisches Trailing Edge angeschliffen werden muss hängt vom Profil und der Geschwkt ab.
An meinem Ruder habe ich von 0, 5% mit unsauberer Kante über wirklich messerscharf , 0,3% sauber ,0.7% sauber bis 0,5% sauber alles probiert. Am schlimmsten war die unsaubere Kante, es ging dabei vom tiefem Brummen bei 12Kn bis zum infernalischem Kreischen ab 20Kn ( jeweils nur bei kaum vorhandener Auftriebswirkung). Eine saubere , d. h. scharfe Abrisskante von 0,5% hat sich für mein kurz vor der Achterkante leicht konkaves Profil als optimal erwiesen."

Hier mal ein Vid von Kavitation mit der man im Allgemeinen erst ab 45Kn konfrontiert wird:
http://www.youtube.com/watch?v=sX2_rjRC ... re=related

pogo

[Herbert]

Hallo Pogo,
vielen Dank für Deine Informationen zu meinem Problem. Wenn ich Dich richtig verstanden habe, schleife ich den hinteren Profilbereich leicht konkav aus und die Profilhinterkante soll ca. 0,5% stark sein, glatt und in 90° verlaufen. Ich tendiere zu einem NACA 0012 Profil, da es noch eine akzeptable Stärke mitbringt. Was hältst Du davon?
Gruß Herbert