Zuinig door onderwatervleugel
Brandstofbesparing begint bij een efficiënt rompontwerp, daar zijn alle geleerden het wel over eens. Toch zijn er manieren om zelfs de meest optimale romp nog zuiniger te laten varen. De Hull Vane ontwikkeld door Van Oossanen is er daar één van. Met de introductie van de Blue Efficiency Shop wil de naval architect dit inmiddels effectief bewezen product eenvoudig beschikbaar maken voor waterverplaatsende motorboten van 10 tot 20 meter.
Tekst: Yvonne Zwaan
Foto’s: Van Oossanen Fluid Dynamics
Ga met een paar bevlogen experts in hydrodynamica om de tafel zitten en je raakt binnen de kortste keren verstrikt in een ingewikkelde uitleg over aanstroomrichting en weer-stand, met bijbehorende complexe tekeningen barstensvol interessant ogende lijnen en pijlen. Aan het enthousiasme van Niels Moerke, directeur van Van Oossanen en Bruno Bouckaert, verkoopdirecteur van Hull Vane, ligt het niet maar de vanzelfsprekendheid en het tempo waarmee de mannen over de voor hun vertrouwde materie praten, is voor ons moeilijk bij te benen.
EEN PRACHTIGE VINDING DIE IN DE BASIS SIMPEL IS
Aan geduld ontbreekt het ze gelukkig niet en ze nemen uitgebreid de tijd om samen met ons de kluwe aan technische begrippen en stromingstabellen te ontwarren. Langzaam maar zeker wordt ons duidelijk waarom deze twee heren zo enthousiast zijn: ze hebben een prachtige vinding in handen die in de basis zo simpel is, dat je je afvraagt waarom het niet eerder is bedacht.
STRIJKIJZER
De Hull Vane is een onderwatervleugel die de weerstand van de romp in het water verlaagt. De vleugel wordt onder het zwemplateau, dus achter de voortstuwingsinstallatie geïnstalleerd en wordt vervaardigd van aluminium of staal. De vleugel is zodanig vormgegeven dat hij liftkracht opwekt uit de opwaartse stroming die onder het onderwaterschip ontstaat zodra de boot vaart. “Je kunt de werking van de Hull Vane vergelijken met een vliegtuigvleugel”, legt Niels uit. “Aan de onderzijde van de vleugel ontstaat hoge druk, waardoor het achterschip iets wordt gelift. Aan de boven-zijde ontstaat juist lage druk, die de hekgolf als het ware naar beneden trekt. Door de drukverdeling en de invals-hoek op de vleugel ontstaat voortstuwende kracht. Bijko-mend effect is dat het schroefwater en de hekgolf worden afgevlakt. We noemen de Hull Vane dan ook wel eens gek-scherend het strijkijzer van het achterschip.” Met deze onderwatervleugel of spoiler kan zomaar 15 tot wel 30 procent brandstof worden bespaard.
Klinkt eenvoudig, maar zoals met zo veel ogenschijnlijk eenvoudige uitvindingen ging er heel wat denkwerk aan vooraf voordat het eerste exemplaar daadwerkelijk onder een boot kon worden gemonteerd. “Het heeft twaalf jaar in beslag genomen om het te ontwikkelen”, beaamt Niels. “Sinds vier jaar wordt de Hull Vane toegepast en tot nu toe zijn de resultaten zeer bevredigend.” Het was dr. ir. Pieter van Oossanen die op het idee kwam een onderwatervleugel te ontwikkelen. “In die tijd was hij betrokken bij de America’s Cup”, vertelt Niels. “Daar draait natuurlijk alles om het verkleinen van de weerstand en verhogen van de snelheid. Zijn oorspronkelijke idee was goed, maar helaas mocht het niet worden toegepast omdat het slechts met één beugel bevestigd mocht worden. Voor een optimale werking van de Hull Vane zijn twee bevestigingspunten noodzakelijk.”
GEVEEGDE KONT
Inmiddels heeft Van Oossanen voldoende kennis en ervaring met de Hull Vane om te weten aan welke voorwaarden moet worden voldaan om van de voordelen van de voorziening te kunnen profiteren. Zo is de vleugel alleen toepasbaar op schepen met een geveegde kont, ofwel een licht oplopend achterschip. Bovendien is de aanwezigheid van een zwemplateau een voorwaarde, omdat daaronder de Hull Vane bevestigd moet worden. Stalen waterverplaatsers met een knikspant, multiknikspant of rondspant onderwaterschip en een rechte spiegel met geïntegreerd zwemplateau zijn dus uitermate geschikt. Een eventueel trimvlak wordt bij installatie van de Hull Vane verwijderd.
HET GEWENSTE EFFECT IS BIJ HALFGLIJDERS EN PLANERENDE SCHEPEN VERWAARLOOSBAAR
Op de vraag waarom de vleugel niet geschikt is voor een halfglijder of planerend schip antwoordt Bruno dat de rompen een te vlak onderwaterschip hebben. “De opwaartse stroming die de Hull Vane omzet in voorwaartse kracht ontbreekt bij dit type schepen”, legt hij uit. “Uit de diverse CFD-berekeningen die we op basis van verschillende rompvormen hebben gemaakt, komt duidelijk naar voren dat het gewenste effect bij halfglijders en planerende schepen verwaarloosbaar is als deze aan de maximum snelheid varen.” CFD staat voor computational fluid dynamics en is een alternatief voor de bekende sleeptanktests. In plaats van een schaalmodel in een sleeptank aan allerlei tests te onderwerpen waarbij de aanstroming van het water en de weerstand van de romp worden berekend, gebeurt dat bij CFD met speciale software, die met rekenkracht het effect van de Hull Vane berekend. Omdat dit een tijdrovend en kostbaar proces is, heeft Van Oossanen een database gemaakt met meer dan 400 CFD runs op verschillende typen motorboten, zodat hiervoor zonder CFD-werk kan worden voorspeld wat het effect en de optimale vorm van de onderwatervleugel onder een bepaalde romp zullen zijn.
GEEN LAPMIDDEL
Bruno benadrukt dat de vleugel geen lapmiddel is voor een slecht ontworpen onderwaterschip. “Sterker nog, de Hull Vane is inmiddels geïnstalleerd op vier schepen waarvan we weten dat ze zijn voorzien van een geoptimaliseerd onderwaterschip, maar zelfs dan levert de Hull Vane extra rendement. Het is dus niet alleen een nuttige voorziening voor bestaande schepen, maar ook voor nieuwbouwprojecten.” Bovendien is volgens Bruno gebleken dat de Hull Vane niet alleen effectief is in diep zeewater, maar ook in ondiepe kanalen en rivieren. “In ondiep water wordt het effect versterkt door de zuiging die onder de romp ontstaat en op groot, diep water gebeurt dit dankzij de ‘pompende’ bewegingen van het schip door de golven”, vertelt hij.
VAL DI SPÈRE
Om te onderzoeken of de Hull Vane ook geschikt zou kunnen zijn voor kleinere waterverplaatsende motorboten – die vaak over het juiste onderwaterschip beschikken – wist Niels zijn ouders te overtuigen hun boot ter beschikking te stellen voor een proef. De nog geen 10 meter lange ‘Val di Spère’ werd uit het water gelicht en voorzien van een via CFD berekende optimale Hull Vane. Vervolgens ging de stalen motorboot weer te water en konden de tests beginnen. “Het verschil in verbruik tussen de Val di Spère zonder en met Hull Vane is verbluffend”, aldus Niels. Wij houden altijd een voorzichtige voorspelling aan van 10 procent rendementswinst, maar in het geval van de Val di Spère bleek dit meer dan 30 procent!” Bij een gemiddelde vaarsnelheid van 9,4 km/uur verbruikte de Val di Spère voor plaatsing van de onderwatervleugel 5,6 liter/uur. Na plaatsing van de Hull Vane bedraagt het verbruik nog slechts 3,6 liter/uur bij dezelfde gemiddelde snelheid. “Hoewel mijn moeder in het begin erg sceptisch was over het systeem en het maar niks vond dat er een vleugel aan haar boot werd gelast, is ze nu helemaal om”, lacht Niels.
DE VERTICALE VERSNELLING DIE HET STAMPEN VEROORZAAKT WORDT TOT WEL 15 PROCENT GEREDUCEERD
Behalve zuiniger in brandstofverbruik bleek de Hull Vane ook het geluid dat de schroef tijdens het varen maakt te reduceren en het hekgolfprofiel in positieve zin aan te passen. “De schroef wordt minder belast door een andere aanstroming van het water”, legt Niels uit. Hierdoor ontstaan minder snel geluid, trillingen en cavitatie en dat is niet alleen beter voor de schroef, maar ook comfortabeler. Bovendien worden de golven afgevlakt en dat is prettig voor andere watersporters en kwetsbare oevers.”
Een ander neveneffect van de Hull Vane is volgens Niels en Bruno de reductie van scheepsbewegingen. “Met name het stampen wordt verminderd”, vult Bruno aan. “De verticale versnelling die het stampen veroorzaakt wordt tot wel 15 procent gereduceerd.” Zo vervult de voorziening dus deels de functie van energiebesparingssyteem en roldempingsysteem – twee vliegen in één klap!
BLUE EFFICIENCY SHOP
De positieve resultaten uit de diverse tests met de Val di Spère hebben Van Oossanen doen besluiten hun vinding beschikbaar te maken voor motorboten van 10 tot 20 meter. De nu nog vrij kostbare voorziening, die voor ieder afzonderlijk schip wordt berekend en op maat wordt vervaardigd voor een optimale werking, moest daarvoor echter grotendeels worden gestandaardiseerd. “In dat proces zitten we nu”, vertelt Niels. “Aan de hand van onze inmiddels omvangrijke database met testresultaten kunnen wij uit de CFD heel goed een standaardproduct distilleren dat voor deze categorie motorboten een rendement van minimaal 10 procent oplevert. Voor de montage van de Hul Vane hebben we inmiddels een vaste partner aangesteld: Workumer Jachtbouw. Deze werf heeft alle faciliteiten, kennis en ervaring in huis om de Hull Vane op professionele wijze te plaatsen. Het idee is dat je de boot op maandag daar aflevert en op vrijdag weer voorzien van Hull Vane op- haalt. Dit noemen wij de Blue Efficiency Shop.”
HET ZAL TIJD NODIG HEBBEN, MAAR WIJ GELOVEN HEILIG IN DEZE VINDING
Natuurlijk gaat het in het geval van de gestandaardiseerde Hull Vane om een compromis, maar Niels verwacht hooguit 3 procent te laten liggen in vergelijking met het maatwerk dat tot op heden is toegepast. “De kostenbesparing is echter vele malen groter”, geeft hij aan. Over wat die kosten dan gaan worden kan hij helaas nog geen uitspraak doen. “Ik verwacht over enkele maanden meer te kunnen zeggen. Dan moet ook de module op HullVane.com klaar zijn waar je de gegevens van jouw boot kan invoeren en direct kunt zien of de Hull Vane geschikt is voor jouw boot en wat die kost.”
TOEKOMST
Niels verwacht dat de kosten voor veel booteigenaren niet zo snel terug te verdienen zullen zijn in de besparing van het brandstofverbruik. De reden om de stap dan toch te zetten zit hem meer in het milieubewustzijn en de eventuele toekomstige overstap naar alternatieve energiebronnen. “Wie nu investeert in een zuiniger verbruik heeft straks bijvoorbeeld voor elektrisch varen minder accucapaciteit nodig”, luidt zijn verklaring. “Het zal tijd nodig hebben, maar wij geloven heilig in deze vinding en zijn er van overtuigd dat de Hull Vane uiteindelijk de markt verovert.”
Bovenstaande artikel is gepubliceerd in de Motorboot van november 2018. Dit nummer heeft als thema: ‘De toekomst is nu’. Naast de Hull Vane wordt in dit nummer onder meer ingegaan op waterstof als mogelijk alternatieve brandstof en op het varen met foils.
