Veelvoorkomende aero/hydrodynamische misverstanden

Hieronder staan een aantal veelvoorkomende misverstanden omtrent de aero en hydrodynamica van het zeilen, met de uitleg wat er verkeerd is en hoe het wel werkt.

Vleugelprofielen ontwikkelen een liftkracht doordat de lucht een langere weg moet afleggen langs de ene kant tov de andere kant van het profiel.

Het is (zeker voor zeilboten) heel makkelijk aan te tonen dat deze redenering niet klopt: zowel bij zeilen, kielen als roeren moet de stroming aan de lijzijde een even lange weg afleggen als de loefzijde. Bij zeilen is dat zo omdat ze geen dikte hebben; loef en lijzijde zijn dus per definitie even lang. Bij kielen en roeren is dat zo omdat ze symmetrisch zijn. Waren ze niet symmetrisch, dan zouden ze zich verschillend gedragen afhankelijk van over welke boeg je vaart. Het is overigens idd zo dat de stroming langs de "zuig"zijde (lijzijde) van een profiel sneller gaat dan langs de "druk"zijde (loefzijde) van een profiel. Dit heeft echter niks te maken met weglengteverschillen. Hoe een vleugelprofiel precies lift opwekt en hoe de stromingen zich gedragen is eigenlijk alleen wiskundig te beschrijven. Een goede versimpelde uitleg is: De stroming wordt afgebogen door het vleugelprofiel. Om dit voor elkaar te krijgen moet het vleugelprofiel een kracht uitoefenen op de stroming. Volgens newtons wet actie=reactie oefent de stroming een even grote kracht uit op het vleugelprofiel, maar dan in de tegengestelde richting. Dit is de liftkracht. Aan de loefzijde is dit een drukkracht (vandaar de benaming "drukzijde") en aan de lijzijde is dit een zuigkracht ("zuigzijde").

Boten kunnen niet harder dan hun rompsnelheid tenzij ze planeren

Het concept rompsnelheid is eigenlijk nogal een vereenvoudiging. Hoewel rond de rompsnelheid de golfmakende weerstand inderdaad sterk toeneemt is het beslist geen abrubte overgang op precies de rompsnelheid, maar een veel geleidelijker overgang. Afhankelijk van hoe sterk je voortstuwing is zal je misschien niet eens je rompsnelheid halen, of zal je er zelfs overheen kunnen (zonder te planeren). Door optimalisatie van de romp wordt het zelfs relatief eenvoudig om harder te gaan dan de rompsnelheid. Dit kan door rompen te maken die heel lang en smal zijn en licht van gewicht. Voorbeelden hiervan zijn catamarans, trimarans of roeiskiffs. Dit is een belangrijke reden dat catamarans veel sneller zijn dan monohulls van vergelijkbare lengte. (een andere is dat een catamaran geen extra ballast (kiel) nodig heeft voor stabiliteit en dus lichter kan zijn).

Een licht ruwe romp heeft minder weerstand dan een zeer gladde romp

Hierbij wordt vaak verwezen naar de putjes in een golfbal die zorgen voor een lagere weerstand. De putjes in een golfbal zorgen inderdaad voor een lagere weerstand doordat ze de stroming vlak over het oppervlak van de golfbal (grenslaag) turbulent maken ipv laminair. Daardoor blijft de stroming langer "plakken" aan het oppervlak en wordt dus het zog kleiner. Toch gaat deze vergelijking niet op om 2 belangrijke redenen:

• A: Een golfbal heeft een zeer slechte aerodynamische vorm. Daardoor levert het zog een zeer grote bijdrage aan de totale luchtweerstand in verhouding tot de wrijvingsweerstand. Boten hebben een veel gunstiger hydrodynamische vorm waardoor de verandering in het zog nauwelijks boeiend is, maar de verandering in wrijvingsweerstand wel. (turbulente stroming geeft meer wrijving dan laminaire stroming)
• B: Aero en hydrodynamische effecten schalen vaak heel slecht. Dat is hier ook het geval. Waar een vlakke golfbal zonder veel moeite laminaire een laminaire stroming zou hebben van voor tot achter (iig tot het zog) is dat voor een boot haast niet haalbaar. Op een schaalmodel lukt het nog wel, en heel misschien op een kleine zwaardboot die heel glad gepoetst is in heel rustig water is dit voor de meeste boten echter kansloos. Dat betekent dat de stroming toch wel turbulent is op het moment dat ie bij het zog aan komt (waar het om ging). De romp ruw maken zorgt er dus alleen maar voor dat de de stroming eerder turbulent wordt en er dus meer wrijving is, plus dat een ruw oppervlak gewoon meer wrijving heeft dan een glad oppervlak. Frank Bethwaite heeft dit uitgebreid getest in High Performance Sailing.

Overigens zijn er wel gevallen waarin het gunstig kan zijn om turbulente stroming te hebben. Zoals hierboven beschreven blijft turbulente stroming beter "plakken" aan het oppervlak dan laminaire stroming. Door de stroming langs een vleugelprofiel turbulent te maken zal het vleugelprofiel minder snel overtrokken raken (stall). Bij vliegtuigen worden wel turbulators op de voorkanten (leading edges) van de vleugels toegepast. Frank Bethwaite beschrijft in het eerder genoemde boek ook hoe hij dit toepaste bij de vleugelmast voor de tasar. Door de achterkant een haakse hoek te maken kon hij de stroming turbulent maken waardoor het zeil minder snel overtrokken raakte.

Turbulentie en turbulente stroming zijn hetzelfde

Vaak worden de begrippen turbulentie en turbulente stroming door elkaar gebruikt. Turbulente stroming is echter een specifiek begrip dat slaat op de stroming dicht op een oppervlak, ook wel de grenslaag genoemd. Om het voorbeeld van de golfbal er weer bij te halen: Bij een gladde golfbal blijft de stroming laminair. Hierdoor wordt het zog, dat bestaat uit wervels ofwel turbulentie, groter. Bij licht weer is de stroming (wind) in de grenslaag boven de aarde laminair. Vaar je in licht weer in de vuile wind van een andere boot, dan vaar je in zijn turbulentie. Dit heeft echter niks te maken met de stroming in de grenslaag boven de aarde en heeft andere effecten dan wanneer de stroming in de grenslaag turbulent zou worden.