Größe von Schwert und Ruder

[daggerboard]

Hallo zusammen,

ich bin beim surfen im Internet über das Programm Delftship gestolpert und mache damit gerade meine ersten Gehversuche beim konstruieren einer kleinen Jolle.

Mit dem Rumpf klappt das soweit auch ganz gut, nur zum Thema Schwertgröße bzw. Ruderblattgröße habe ich bisher leider keine Informationen gefunden. Es gibt aber doch bestimmt irgendeine Formel/Regel nach der man die Größe bzw. genaue Position des Schwertes festlegt.

Ich wär Saufroh wenn mir hier jemand weiterhelfen kann, denn sonst wäre mein zukünftiges Selbstbauprojekt doch gleich von Anfang an zum scheitern verurteilt. Ohne Schwert und Ruder segelt es sich einfach nicht so gut.

Grüße
Sven

[Bernd66]

Hallo,

ob es Formeln giebt weiss ich nicht. Das Schwert einer Jolle ist in der Regel aufholbar, damit kann man während der Fahrt die Fläche vergrößern oder verkleinern, der Situation entsprechend. Demzufolge gilt je größer je besser, verkleinern kann man ja immer, ein vernünftiges Mass sollte man natürlich nicht überschreiten, sonst wird der Schwertkasten zu sperrig. So um 1/20 bis 1/30 der Segelfläche ist denke ich ok.
Beim Ruder ist es ähnlich, je größer es ist, destso wendiger ist das Boot, wobei das Überschreiten einer bestimmten Fläche dann auch keine Verbesserung mehr bringt. Normalerweise erlaubt der Ruderbeschlag ein relativ einfaches Austauschen des Ruderblattes, hier kann man also experimentieren.
Insgesammt gesehen, kann man nicht so viel falsch machen, das man überhaupt nicht mehr segeln kann. Und ein Regattaboot soll es ja warscheinlich nicht werden.

Bernd

[Pusteblume]

Ich würde ja einfach mal schauen, wie denn so die Größen bei ähnlicen Booten sind.
Generell gilt: schmale und tiefe Profile an Schwert und Ruder wirken besser als breite und flache Profile gleicher Größe.
Und auch wichtig: Flächenschwerkunkte von Segel und des UW-Schiffes incl Schwert+Ruder müssen auf der gleichen Stelle der Bootslängsachse liegen, um eine eingebaute Luv- oder Leegierigkeit zu vermeiden.

[marcm]

Formeln gibt es nicht wirklich, es gibt aber Gleichungen aus denen du dir die Formeln erstellen kannst. Wie genau das geht weiß ich auch nicht, würde ich mal Jemanden fragen der sich mit Hydrodynamik auskennt.

Generell sollte das Schwert so angebracht sein das es mit dem Mittelpunkt der Wirkenden Fläche da sitzt, wo auch der Lateralpunkt der Segel liegt. Je nach dem wie das UW deiner Jolle aussieht, mußt du das Schwert entwerfen. Verhältniss Länge/ Breite spielt dabei eine Rolle.

Generell sollte das Schwert das Boot ausbalancieren, dh. du solltest das Boot ohne Ruder mit den Segeln steuern können, wirst du aber in der Praxis nicht hinbekommen.

Umso größer das Ruder ist desto schlechter wirst du das Boot steuern können. Hier zeichnet sich ein schmales langes Modell aus.

An deiner Stelle würd ich auch nicht lange versuchen zu rechnen, sondern bei nem anderen Boot welches deinem ähnelt abgucken.

[daggerboard]

Erstmal Vielen Dank für die schnellen Antworten!
Okay, eure Beiträge nun in meine Gedankenwelt verwurstelt bedeutet:

Grundsätzlich gilt, der Flächenschwerpunkt der Lateralfläche, also des kompletten Unterwasserschiffs inklusive Schwert und Ruder, sollte auf der Längsachse genau unterhalb des Aerodynamischen Schwerpunkts der Segel sein um Luv- und Leegierigkeiten zu vermeiden.
Am besten wird wohl sein ich sehe gleich mehrere Aufhängepunkte im Schwertkasten vor, um leicht noch die Position des Schwertes variieren zu können. Die Positionsfrage ist also dank eurer Hilfe schon einmal geklärt.

Die Größe des Schwertes werde ich mir wohl mal bei ähnlichen Entwürfen abschauen müssen.

Kennt vielleicht einer von euch gute Literatur zum Thema Konstruktion von Segelbooten?

[Superpapa]

Zitat von daggerboard

... der Flächenschwerpunkt der Lateralfläche, also des kompletten Unterwasserschiffs inklusive Schwert und Ruder...

Nee, ohne Ruder! Aber sonst hast Du Recht.
Gruß
Michael

[tboat]

Nee, hat er nicht (Recht).
Der geometrische Lateraldruckpunkt wird mit der gesamten projezierten Unterwasserfläche bestimmt.
Interessant für das Layout ist aber hydrodynamische Lateraldruckpunkt und der wandert leider je nach Krängung auch noch aus.

Um halbwegs ausgewogene Segeleigenschaften zu erreichen, wird i.a. mit einer sog. Druckpunktvorlage gearbeitet, also NICHT Segeldruckpunkt genau über Lateraldruckpunkt. Für Flossenboote werden i.a. Werte zwischen 3-9% der LWL genommen, also der Segeldruckpunkt um diesen Wert VOR dem Lateraldruckpunkt.

Gruß

[Superpapa]

Naja, ganz verstehen kann ich das nicht.
Punkt 1: Das Ruder darf bei der Festlegung des Lateraldruckpunktes nicht berücksichtigt werden - sonst wär ja permanenter Ruderdruck drauf.
Punkt 2: Ich kenne das so, dass immer eine kleine Luvgierigkeit da sein sollte. Dazu muss der Segelschwerpunkt hinter dem Lateralschwerpunkt sein. Bei Deiner Methode wäre die Kiste leegierig.
Klär mich bitte auf (aber nicht über das mit den Bienchen und den Blümchen)
Gruß
Michael

[tboat]

Auweia... jetzt müssen wir einen Kurs in Hydrodynamik machen ...

nur so viel:
Das Ruder trägt sehr wohl einen nicht unerheblichen Anteil zum Gesamtauftrieb bei. Gesamtauftrieb ist hier derjenige gemeint, der das Boot nach Luv "zieht", nicht das Schwimmvermögen. Permanenter Ruderdruck wird sehr wohl konstruktiv gewünscht - aber bitte im richtigen Maß. Ein Anstellwinkel von ca. 5° ist meist der Kompromiss zwischen wachsendem Widerstand und Auftrieb.

Noch mal zum Lateraldruckpunkt (DPL):
wir reden jetzt nur vom hydrodynamischen DPL, nicht vom geometrischen.
Sobal ein Boot am Wind segelt verschieben sich die Druckpunkte sowohl des Segels als auch des Rumpfes. Der DPL des Segels wandert nach Lee und nach Achtern, der DPL des Rumpfes wandert nach vorne - in welchem Maß hängt auch viel von der Rumpfform ab.
Das Schiff hat jetzt eine Tendenz anzuluven, was durch Ruderlegen (s.o.) ausgeglichen werden kann. Dieses Verhalten ist ja auch gewünscht, da z.B. das Wenden unterstützt wird oder ein Sicherheitsmoment ist (Sonnenschuß).

Es ist nahezu unmöglich eine Konstruktion zu finden, die bei allen Krängungen absolut neutral wäre. Die Kunst ist es nun, ein ausgewogenes Verhalten zwischen Luv-Tendenz und übermäßiger Ruderlage zu finden.
In der Praxis sind das eben die genannten Druckpunktverschiebung, die so in etwa das gewünschte Verhalten produzieren - wohlbemerkt BEI AUFRECHTER Schwimmlage - also bei der Konstruktion, beim Segeln kommt es dann zu den Verschiebungen, dann ist der Segeldruckpunkt hinter dem Lateraldruckpunkt - aber bitte nicht zu weit, sonst ist die Karre enorm Luvgierig.

So jetzt habe ich eh schon zuviel geschrieben, aber die Materie läßt sich nicht mit zwei Worten erklären.
tboat

[marcm]

Hhhhmmmmmmm....
Bei meinem Boot, catgetakelt, liegt das Schwert genau unter dem LDP des Großsegels, Schwert und Segelfläche stehen im Verhältnis 0,14/8

Ruderdruck habe ich überhaubt keinen, das Ruder ist absolut neutral.
(Wäre in dieser Klasse auch ein extremer Nachteil wenn das Boot in den Wind schießen würde statt umzukippen wenn ich runterfalle...)

Ich dachte immer es wäre ein Nachteil wenn man das Ruder in solche Berechnungen mit einbezieht, weil das Boot dann auf dem Ruder lastet, und das ist zumindest bei Jollen ja unerwünscht.

[YAGO]

vorsicht vorsicht... ;) man muss da aufpasssen dass man nicht zu sehr vereinfacht. Die Druckpunkte sind das eine, das wirkliche Boot und sein Verhalten sind etwas völlig anderes. Es geht nicht darum ein boot zu zeichnen bei dem die Druckpunkte übereinanderlägen weil dann das Boot ausbalanciert wäre...

Das Verhältnis von Segel- und Lateraldruckpunkt ist eine empirische und sehr abstrakte und vor allem statische Formel. Da wäre es dann auch egal ob das Ruder mitgerechnet würde wenn man dann diesen Prozentsatz entsprechend korrigiert. Viel verbreitet ist dass man die Ruderhacke ganz und das Ruder nur mit halber Fläche einbezieht.

Dabei liegt in Wirklichkeit selbstverständlich das Boot "auf dem Ruder" und das Ruder tritt als Lateralfläche in Erscheinung, aber nicht deshalb ist das Ruder auch hart sondern weil die gesamte, hydrodynamische Konstellation des Bootes in Fahrt luvgierig ist.

In allen Fällen handelt es bei diesen Berechnungen um rein theoretische Werte, nicht um die realen Ansatzpunkte der Kräfte.

Das wird bereits deutlich wenn man sieht dass nicht etwa die tatsächlichen Schnitte der Vorsegel (und eventuelle Überlappungen ) angenommen werden, sondern nur das theoretische volle vordere Dreieck aus Mast und Vorstag, gleichgültig welches Segel dran gefahren wird. Ebenfalls wird nicht berücksichtigt dass sich alles bei Krängen stark verschiebt, und dass auch gerade moderne Rumpfformen bei Krängung starke Luvgierigkeit erzeugen.

Es ist auch klar dass zum Beispiel ein flacher Rumpf mit einem gut profilierten Flossenkiel eine andere tatsächliche Wirkung hat als beispielsweise ein S-Spant mit Langkiel - auch wenn der theoretische Mittelpunkt der beiden Unterwasserflächen an exact der gleichen Stelle liegen würde.

Wieviel man also genau den Segeldruckpunkt vor den Lateraldruckpunk legt hängt von vielen verschiedenen Faktoren ab, und ist letztlich immer eine empirische Schätzung für bestimmte Boote mit bestimmten Riggs und Rumpfformen.

Bei modernenen Fahrtenyachten liegt das oft so um die 12 % der Länge in der der Wasserlinie.

Bei Jollen ist das alles noch dadurch erschwert (oder erleichter ;) ) dass alle Parameter veränderbar sind. Der Rumpf selbst ist flach und tritt weniger als Lateralfäche auf, die tatsächliche Lateralfäche wird praktisch nur aus Schwert und und Ruder gebildet und die können je nach Kurs und Windgeschwindigkeit perfekt abgestimmt werden, der (Fleisch-)Ballastanteil ist relativ hoch und beweglich so dass das Boot immer aufrechter gefahren werden kann, also die Rumpfform immer optimiert bleibt. Und da wird auch wieder klar dass das Ruder sehr wohl zum Lateralplan gehört, wenn man abfällt und progressiv das Schwert aufholt, besteht der Lateralplan immer mehr nur noch aus dem Ruder ...

Für America's Cup designs gibts da entsprechende Methoden und Tools um das zu optimieren ;) aber für unsereins ist der beste Rat dass man sich gute Boote mit ähnlichen Eigenschaften (Grösse, Rigg, Rumpfform...) anschaut und es genauso macht.

[marcm]

Kann ich bei einer Segeljolle nicht den Mittelpunkt des Schwertes als so zu sagen Drehpunkt annehmen, dann Die Fläche vor dem Schwert mal dessen CW Wert minus dem Produkt aus der Fläche hinter dem Schwert und dessen CW Wert? bei meinem Boot würde da dann eine negative Zahl rauskommen, mit der ich dann doch die Größe des Ruders bestimmen könnte, um eine Ausgeglichene Längslinie zu haben.

Ich weiß, ich hab mich ziemlich dumm ausgedrückt.
Ich glaub ich mach mal eine Skizze....

[marcm]

So mein ich, die Produkte der Flächen und des CW Wertes subtrahieren.

[tboat]

Was willst du denn mit dieser Rechnung erreichen?
Eine Momentenbetrachtung? Da mußt du aber Kräfte x Hebelarm ansetzen.
Fläche x Hebelarm = Raumvolumen ?? Wozu?
CW ist übrigens die Abkürzung für Widerstandsbeiwert oder hast du CWL gemeint?

Wenn es darum geht den Fächenschwerpunkt für das Unterwasserschiff zu finden kann man sehr gut die alte Pappe-Nadel-Schnur-Gewichts-Methode nehmen, führt zu ziemlich genauen Ergebnissen.

[marcm]

Dem CW Wert hatte ich noch aus der Kraftfahrzeugtechnik über, da berechnet man den Windwiderstand mit der entgegengestzten Fläche und dem CW Wert.
Den gibts also in der Schifssbautechnik nicht. Ich kenn mich in dem Gebiet nicht aus. Wenn ich mit Hebelarmen rechne muß ja ich zuerst den Flächenschwerpunkt berechnen, an dem die Kraft des Wasser von Lee gegen den Rumpf drückt.
Das muß doch auch wieder was mit Fläche und der Gestaltung zu tun haben oder?
Gibt es da eine einfache Definition oder sind das auch wieder mehrere Semester Inhalt?

[tboat]

Also so ganz verstehen tue ich ja nicht, was du berechnen oder beweisen willst. ????? Einfacher wäre du stellst eine konkrete Frage.

Der CW-Wert hat was mit umströmten Körpern zu tun, daher auch Widerstandsbeiwert und den gibt es im Flugzeugbau, Fahrzeugbau, Schiffsbau, Anlagenbau etc. ist also nicht irgendwie spezifisch sondern in jedem Medium, das Körper umströmen kann.

[cassa blanca]

Hallo daggerboard,

ich habe mich ausgiebig mit der Frage der Mastposition und der Position eines Seitenschwerts bei einem Segeldinghy beschäftigt und bin zu folgenden Ergebnissen gekommen:

Schwerpunkte ermittelte ich am Leichtesten mit ausgeschnittenen Pappdeckelschablonen, die ich mit einer Stecknadel ausbalancierte.

Am effektivsten war die Positionierung der o.g. Bauteile "mit der Taschenlampe", d.h. abschauen bei Anderen. Bei überschlägiger mathematischer Nachprüfung ergaben sich nur geringe Abweichungen.

Das Thema war komplex. Es war für mich nicht in sinnvoller Zeit durchzuarbeiten. Ich gab nach dem groben Überblick auf und entschied mich für's Abkupfern.

Zur Größe eines leeboards konsultierte ich Jim Michalak. Er legt die Fläche eines Leeboards in Prozent zur Segelfläche fest. Der Link ist auf der Seite von
www.flapdoodle.250free.com
Dort unter links den Jim Michalak, in dessen Index den Text leeboard unter "L" durchlesen. Leider fehlen mir die Computerkenntnisse, um das bequemer zugänglich zu machen.

Dir viel Erfolg bei der Lösung Deiner konstruktiven Herausforderung!

Gruß Gabi

[marcm]

So, mein Szenario ist Wahrgeworden.

Hab an mein Boot Hydrofoils montiert, Nach dem selbel Prinzip wie beim Trimaran, vorn links und rechts einer, 45 Grad zur Waage- oder senkrechten quer zur CWL.


Vorher lag das Boot ausgeglichen im Ruder, so dass ich es loslassen konnte, und auch gefühlvoll steuern konnte. Jetzt hab ich das Problem dass auf dem Ruder sehr viel Druck ist und es sau direkt steuert.

Hier mal nen Bild:

[marcm]

Da Schwert war vorher etwa mittig zwischen vorderen und hintern Foil.

Kann ich jetzt überhaupt noch irgendwas ändern um wieder weniger Last auf dem Ruder zu haben? Wird wohl nix zu machen sein.

[Simpelboot]

Hallo Sven,
auf den Bildern ist zu sehen wie Du die Lage des Schwertes und der Segelfläche feststellst. Das Schwert immer etwa auf halber Bootslänge einbauen, damit das Schiff auf dem "Teller" dreht. Die Lage des Mastes verstellbar ausführen, damit Du trimmen kannst, denn eine reine Berechnung ist für Laien kaum möglich.
Die Bestimmung der Schwerpunkte ist an der Segelfläche zu erkennen, sie ist so wie die Stecknadel-Schnurtechnik. Das Gleiche gilt für die seitliche Unterwasserfläche, mit Schwert und Ruder.
Gruß "simpel-boot