Na bijna veertig jaar onderzoek aan zeiljachtrompen in de Delftse sleeptank, heeft botenexpert dr.ir. Lex Keuning zijn levenswerk vrijgegeven aan jachtbouwers en onderzoekers. De Delft Systematic Yacht Hull Series staat online.
lees artikel in Delta
Door een ongelukkige samenloop van omstandigheden kon Keuning zelf niet aanwezig zijn bij de presentatie van zijn ‘systematische serie’ op het Hiswasymposium – de jaarlijkse bijeenkomst van ontwerpers en bouwers en van jachten. TU-onderzoeker ing. Michiel Katgert nam de honneurs waar. Hij vertelde dat de volledige meetgegevens van zeventig rompvormen van de afgelopen 39 jaar, evenals de veertig publicaties die daarop gebaseerd zijn, nu publiekelijk toegankelijk zijn voor iedereen die de moeite neemt om een login aan te vragen (op dsyhs.tudelft.nl).
Met deze meetgegevens kun je volgens Katgert software maken die de prestaties van schepen al tijdens het ontwerp voorspellen (de zogenaamde velocity prediction programmes of VPP’s). Ook kun je aan de hand van de Delftse gegevens bijvoorbeeld numerieke benaderingen van de weerstand van een schip valideren. Katgert vroeg ontwerpers op het symposium om op het discussieforum van de website te laten weten hoe zij de gegevens gebruiken. “We willen jullie uitnodigen om mee te doen in ons onderzoek.” Dat klonk heel open-source en eigentijds, maar even later moest Katgert toegeven dat uitbreiding van de serie er niet meer inzit in Delft.
Rekenhulp
Jachtontwerper en oceaanzeiler Gerard Dijkstra maakte naam met de ‘Stad Amsterdam’ (bekend van de VPRO-serie Beagle), de mysterieuze driemaster ‘Maltese Falcon’ en het nieuwe moederschip van Greenpeace: de motorzeiler ‘Rainbow Warrior III’. Bij het doorrekenen van een ontwerp geeft Dijkstra de voorkeur aan ‘de Delftse serie’ of ‘Sysser’ (systematische serie). Tijdens de koffiepauze op het Hiswasymposium zegt hij: “Ik heb de serie vanaf het begin meegemaakt en de ontwikkeling gezien. Dat geeft vertrouwen.”
Keuning (62) maakte het begin van de serie mee als student. Dat was in 1973 toen hoogleraar scheepshydromechanica prof.ir. Jelle Gerritsma een begin wilde maken met vergelijkende metingen aan de rompen van zeiljachten. Hij deed dat samen met twee collega’s van het Massachusetts Institute of Technology met wie hij een passie voor zeilen en zeilboten deelde. Dat waren de hoogleraar scheepshydromechanica Nick Newman en professor hydromechanica Justin Kerwin.
De bedoeling was tweeledig: (1) een eenvoudige rekenhulp te maken waarmee jachtontwerpers de vaareigenschappen van hun concept konden bepalen en (2) een middel te ontwikkelen waarmee de handicaps van verschillende boten in een zeilrace vastgesteld konden worden.
“Voor zeiljachten is de snelheid die je kunt verwachten veel moeilijker uit te rekenen dan voor motorjachten”, vertelt Keuning (faculteit 3mE) in zijn kantoor naast de sleeptank. Zijn bejaarde hond heeft zich bij de deur genesteld. “Je hebt krachten boven en onder water die samen een ingewikkeld evenwicht vormen. Dat is lastig met de hand uit te rekenen. Men wilde een programma dat met opgave van lengte, breedte, diepte en waterverplaatsing de prestaties van een schip kon benaderen.”
Het moest een systematisch onderzoek worden. Dat betekent: variëren op basis van een standaardschip. Destijds werd daar de ‘Standfast 43’ van Frans Maas voor gekozen – een dertien meter lang zeiljacht – waarvan een 1:6.25 schaalmodel werd gemaakt. Keuning legt uit hoe dat variëren in zijn werk ging: “Uitgaand van het moederschip gingen we de breedte iets vergroten en verkleinen. Dat leverde drie modellen op die allemaal gesleept werden. Verschillen die je meet in de weerstand zijn dan het gevolg van het verschil in de breedte. Dat kun je ook doen met lengte, diepgang en waterverplaatsing. Dat klinkt eenvoudig, maar als je de breedte verandert, gaat ook de waterverplaatsing mee. Er zijn veel onderlinge afhankelijkheden.” De eerste systematische serie bestond uit negen modellen.
Sleeptank
De metingen vonden plaats in de ruime sleeptank van de TU: 142 meter lang, 4 meter breed en 2,5 meter diep. En omdat alle metingen op dezelfde manier en met dezelfde apparatuur zijn gedaan, zijn de resultaten niet alleen onderling vergelijkbaar, maar ook met die van latere modellen.
Bij sleeptests rijdt een vier ton zware aluminium wagen over rails aan weerszijden van de waterbak met een maximale snelheid van bijna 30 kilometer per uur. Eronder, badend in het licht, klieft een rompmodel door de golven. De zeilromp is scharnierend bevestigd – alleen de hoek ten opzichte van de voortbeweging (de drifthoek) is vastgelegd en de hoek ten opzichte van de verticaal (de helling). Hier belanden we in het domein van de scheepstermen zoals stampen, dompen en gieren (waarover meer in het kader met scheepsbewegingen).
De metingen voor iedere romp nemen zeker een week in beslag. Ga maar na: naast metingen rechtop met en zonder kiel en roer volgen metingen bij vier verschillende snelheden, vier verschillende hellingen (hoek ten opzichte van de verticaal) en vier verschillende drifthoeken (hoek ten opzichte van de bewegingsrichting). Dat zijn minimaal 64 metingen en na elke meting duurt het een kwartier voordat het water in de tank voldoende bedaard is voor een volgende proef.
Iedere proef levert waarden voor (onder meer) de weerstand (de trekkracht op het model in de richting van de verplaatsing), de zijwaartse krachten, de langsscheepse hoek van het schip (trim) en hoever de romp naar beneden zakt (inzinking). Op de vraag hoe vaak een proef herhaald wordt, antwoordt Katgert glimlachend met het maritieme adagium: “Thou shall never measure twice.” Absolute meetwaarden (en de marges daarin) zijn in dit vak namelijk minder van belang dan de onderlinge verschillen. Seriematige vergelijkingen – daar gaat het om. Overigens wordt de reproduceerbaarheid van metingen altijd wel geverifieerd. In het geval van de serie bijvoorbeeld zijn modellen na twintig jaar opnieuw gesleept, waarbij de verschillen binnen de één tot twee procent bleven.
Grootste meetserie ter wereld
Na die negen modellen wilde de Delftse groep verder, maar de Amerikanen haakten af: het geld was op. In Delft kon het onderzoek nog doorgaan zolang de onderzoekers het zelf interessant vonden, en jachtbouwers hun verrichtingen met belangstelling volgden. Zo volgde er in 1982 een nieuwe meetserie op basis van een ontwerp van Van der Stad & Partners; in 1993 een serie gebaseerd op een model van Sparkman & Stephens en in 2007 was een model van Judel & Vrolijk het voorlopig laatste moederschip. In totaal bevat de Delft Systematic Yacht Hull Series (DSYHS) zeventig systematisch gevarieerde en onderling vergelijkbare rompvormen en is daarmee wereldwijd de grootste systematische serie.
“Of het nou om een boot van 4 of 140 meter gaat, die serie geldt nog steeds”, zegt Dijkstra. Daarmee heeft de vakgroep scheepshydromechanica een botenbijbel geschreven die nog lang als standaard zal gelden voor jachtbouwers en wedstrijdzeilers.
De data uit Delft vormen de basis van prestatievoorspellingprogramma’s of VPPs die jachtontwerpers gebruiken tijdens het ontwerp. “Het mooie van de systematische serie is dat je niet hoeft te ontwerpen op een model dat gesleept is”, legt Dijkstra uit. “Je maakte je eigen ontwerp op basis van je ervaring en de wensen van de klant qua lengte, breedte en diepgang. Dat vormt het operationele profiel dat het jacht krijgt. Daarvan bereken je met WinDesign (één van die VPP programma’s, red) de prestaties en stel je het ontwerp bij totdat je iteratief tot het beste compromis komt dat aan de eisen van de klant voldoet. Als je de prestaties uitrekent op basis van de serie, weet je in elk geval dat je schip goed zeilt.”
De snelheden die WinDesign voor alle mogelijke windrichtingen geeft, neemt Dijkstra niet al te serieus. Door de opbouw van de atmosfeer en het golfpatroon van het water wijkt de werkelijke snelheid vaak af van de theoretische berekening. Met een match binnen de vijf procent mag je al blij zijn. Maar, nogmaals, het draait om onderlinge vergelijkingen.
Handicaps
Dat geldt ook voor het gebruik van de systematische serie voor het vaststellen van handicaps. Keuning is als onderzoeker lid van de Internationale Technische Commissie van het Offshore Racing Congress. In die competitieve wereld worden handicaps van verschillende schepen vastgesteld met VPP’s op basis van de Delftse systematische serie. “Daarmee corrigeren we voor de lengte of gewicht van het schip en kijken wie er het best gevaren heeft”, aldus Keuning.
Op de vraag of de serie nog uitbreid wordt, volgt als antwoord een zucht. En dan: “Daar is geen geld meer voor.” Keuning zou nog graag meer lichte planerende zeiljachten aan de serie toevoegen. Dijkstra komt soms langs om een extreem lang en slank model te slepen. “Vroeger was twaalf meter een flink jacht, nu is honderd meter normaal”, licht hij toe. Die gegevens worden dan wel aan de serie toegevoegd, maar bij wedstrijdboten houdt de opdrachtgever zijn kaarten liever tegen de borst. Anders dan voorheen moet de groep maar afwachten wat er aangeboden wordt voor de sleeptests.
En Keuning zelf? Die werkt aan een goede overdracht. De resterende twee jaar tot zijn pensioen wil hij gebruiken om zijn kennis en ervaring over zeilboten en snelle motorschepen zo goed mogelijk over te dragen aan zijn opvolger. En daarnaast gaat hij meer zeilen met onder anderen zijn tweelingbroer. Niet om de wereld. Maar naar Engeland en de Oostzee, dat is mooi genoeg.
Artikel ook opgenomen in SWZ-maritiem:
Samen met een stuk van Keuning zelf:
