Ruder-Problem Teil III: Der Shape des Blatts passt nicht – 7 Kilo Spachtel verarbeitet

Eine Frage des Profils

Erdmann Braschos hat in Teil eins und zwei über die Probleme mit seinem klappernden Ruderblatt berichtet. Zum Schluss schreibt er über die neue Profilierung des Anhangs.

Swede Sail

Vom neu profilierten Ruderblatt werden Boot und Besatzung auch bei spitzen Spinnakerkursen profitieren © Swedesail

Wo der Experte am Bodensee eh dabei ist, wird das Profil des Ruderblatts überprüft. Vor einer Weile bekam ich von Prof. Sven Olof Ridder aus Sarasota/Florida die entsprechenden Hinweise. Als Spezialist für Strömungslehre an der KTH Stockholm hatte er in den siebziger Jahren mit einem bestimmten so genannten NACA Profil (näheres im Infoteil) zur Swede 55 beigetragen.

Vergleich des von Sven Olof Ridder 1975 für Swede 55 empfohlenen NACA-Profils mit dem HSVA-Profil (gestrichelte Linie) © Jörn Kröger/Swedesail

Vergleich des von Sven Olof Ridder 1975 für Swede 55 empfohlenen NACA-Profils mit dem HSVA-Profil (gestrichelte Linie) © Jörn Kröger/Swedesail

Abweichend vom ursprünglichen Reimers’schen langkieligen Entwurf erhielt der Bootstyp 1975 ein zeitgemäß modernes Unterwasserschiff mit einem geteilten Lateralplan – bestehend aus einer Kielflosse und dem freistehend skeglosen Ruder. Um welches Profil es sich handelt, wie man es am besten kontrolliert und gegebenenfalls auf das vorhandene Ruderblatt überträgt, hatte Ridder auf einem handgeschriebenen zweiseitigen Telefax erklärt.

Jörn Kröger von der TU HH-Harburg ist spezialisiert  auf „Computational Fluid Dynamics“ (CFD), die Computer simulierte Darstellung von Strömungsverhältnissen. Kröger sieht sich das empfohlene Profil an, berät hinsichtlich geeigneter Alternativen (Einzelheiten im Infoteil) und liefert eine digitale Vorlage, die für Schablonen mit Sehnenlängen bis 76 Zentimeter vergrößert werden kann.

Mit diesen beiden Schablonen, eine für oben, eine für unten, ging es los © Steiner Design

Mit diesen beiden Schablonen, eine für oben, eine für unten, ging es los © Steiner Design

Profil stimmt nicht

Der Schablonentest ergibt: Weder der Nasenradius vorn, noch die Flanken des Ruderblatts stimmen. Nun ist besonders die Vorderkante, wo das Profil angeströmt wird, für die Ruderwirkung und den geringstmöglichen Widerstand wichtig. Der sogenannte Nasenradius ist deutlich runder als vorgesehen. Er muss elliptischer sein.

Das hatte Steiner bereits bei der Übergabe des Ruders im Winter mit bloßem Auge gesehen. An den Seiten fehlt dem Ruderblatt im oberen Drittel jeweils ein Zentimeter Breite.

Der Schablonentest zeigt: Die Nasenrundung stimmt nicht und das Blatt ist zu schmal © Steiner Design

Der Schablonentest zeigt: Die Nasenrundung stimmt nicht und das Blatt ist zu schmal © Steiner Design

Der langjährige Steiner Kollege Kevin Bulpitt hat manche große Yacht gespachtelt und lackiert. Von den 24 m Wallys „Aori“ und „Magic Carpet“ bis zur J-Class „Velsheda“. Außerdem einige große Motoryachten, wo große Flächen im makellosen Finish einer Autokarosserie erscheinen müssen.

Steiner arbeitet seit Mitte der neunziger Jahre mit Albane Leclerc und Kevin Bulpitt zusammen, als er in Südfrankreich mit den Maxis der Grand Mistral Kasse für Pierre Fehlmann beschäftigt war.

Seitlich misst Kevin Bulpitt jeweils 11 mm mit der Schublehre, die fehlen © Steiner Design

Seitlich misst Kevin Bulpitt jeweils 11 mm mit der Schublehre, die fehlen © Steiner Design

Es werden Schablonen gebaut und auf die Form übertragen. Dann modelliert Bulpitt das fehlende Material mit etwa 7 Litern Epoxidspachtel in zehn Arbeitsgängen auf das Blatt. Hierzu wird das Blatt in drei Arbeitsgängen abwechselnd mit Epoxidspachtel beschichtet und geschliffen. Es folgen drei Lagen Epoxid und die abschließende Lackierung mit einer Lage Antifouling. Sie langt, um das Unterwasserschiff eine Ostsee-Segelsaison bewuchsfrei zu halten. Materialkosten 300 €, 30 Stunden Arbeit.

Nun muss es bloß noch ins Schiff gehoben werden. Hoffentlich ist der wiederholte Aus- und Einbau des Ruders damit Geschichte. Es war ein langer Weg. Ich hatte es eigentlich schon aufgegeben.

Kevin Bulpit von Oceanmarine aus Antibes hat schon einige richtig große Boot hübsch und glatt gemacht. Das sollte für das Swede 55-Ruder reichen © Steiner Design

Kevin Bulpit von Oceanmarine aus Antibes hat schon einige richtig große Boot hübsch und glatt gemacht. Das sollte für das Swede 55-Ruder reichen © Steiner Design

Insgesamt werden sieben Kilo Epoxidspachtel zur Korrektur des Ruderblatts verarbeitet © Steiner Design

Insgesamt werden sieben Kilo Epoxidspachtel zur Korrektur des Ruderblatts verarbeitet © Steiner Design

 

NACA-Profile

Beim sogenannten NACA-Profil handelt es sich um eine Sammlung verschiedener Profile der staatlichen US-amerikanischen Organisation „National Advisory Commitee for Aeronautics“. Wasser ist achthundert mal dichter als Luft. Deshalb ist das strömungstechnisch mehr oder minder ein und dieselbe Materie.

Das Fax von Sven Olof Ridder aus 2002 mit Tipps zur Profilierung des Swede 55 Ruders © Swedesail

Das Fax von Sven Olof Ridder aus 2002 mit Tipps zur Profilierung des Swede 55 Ruders © Swedesail

Ob es sich um ein NACA-Profil handelt, bringt man am besten beim Konstrukteur, der Werft oder der Klassenvereinigung des Bootes in Erfahrung.

Prof. Ridder hatte für das Swede 55 Ruderblatt das NACA-Profil 63(2)-015 vorgesehen. Diese Zahlenfolge enthält folgende Hinweise: 6 = Profilserie, 3 = minimaler Druck bei 30 Prozent der Profillänge, 2 = außergewöhnlich geringer Widerstand im Bereich von +/- 0.2 cL um den Auftriebsbeiwert des Designpunktes (low-drag Bereich), 0 = Auftriebsbeiwert cL (in Zehnteln) für Anstellwinkel von 0 Grad (hier 0, da keine Profilwölbung), 15 = maximale Dicke bei 15 Prozent der Profillänge.

Dipl.-Ing. Jörn Kröger von der TU HH-Harburg weist darauf hin, das es sich bei diesem Profil zwar um ein besonders widerstandsarmes, jedoch ein sogenanntes „Laminarprofil“ handelt. Als empfindliches Profil ist es bei variierenden Anstellwinkeln nicht ideal. Es eignet sich allenfalls für kleine Ruderausschläge.

Es erreicht bei Ruderwinkeln von etwa 15 Grad seinen maximalen Auftrieb. Bei größeren Winkeln steigt der Widerstand stark an und es besteht die Gefahr, dass die Strömung abreißt. Bereits mit normalem Ruderausschlag zwecks Abfallen und Ausgleich der üblichen Luvgierigkeit würde Kröger zufolge der für Laminarprofile charakteristische enge Bereich sehr geringen Widerstands verlassen werden.

In “Principles of Yacht Design”  unterscheiden Lars Larsson und Rolf Eliasson klar zwischen Kiel- und Ruderprofilen. Während für Kiele die 6er Profile generell anwendbar sind, wird diese Profilserie nur für Ruder leichter, schneller Boote empfohlen. Bei schweren Verdrängern sind NACA-Profile der 4er Serie besser.

Auch in ihrer Studie “Marine Rudders and Control Surfaces: Principles, Data, Design and Application” für den Großschiffbau empfehlen Anthony Molland and Stephen Turnock NACA-Profile der 4er Serie für Ruderblätter.

Kröger zufolge werden bei Ruderblättern im Schiffbau Profile bevorzugt, welche einen etwas größeren Widerstand in der Nullstellung als das von Ridder empfohlene hätten, aber besser mit großen Anstellwinkeln klar kommen. Als Beispiel für ein ideales Ruderblatt nach heutigen Erkenntnissen nennt Krüger das HSVA-MP73. Das Kürzel „HSVA“ steht für Hamburgische Schiffbau-Versuchsanstalt. Kröger zufolge bietet es einen cleveren Kompromiss zwischen moderatem Widerstand und guter Ruderwirkung bei großen Anstellwinkeln. Segler, die sich mit der Optimierung ihres Ruders beschäftigen, sollten hier anknüpfen.

Bezüglich des Nasenradius (der Vorderkante des Ruders) gilt die Faustformel: Je größer der Nasenradius, desto unempfindlicher ist das Profil bei großen Ruderwinkeländerungen gegenüber der nachteiligen Ablösung. Das empfohlene NACA-Profil hat einen schlanken Nasenradius.

Nach Auswahl des geeigneten Profils (eine Klärung, für die reichlich Zeit eingeplant werden sollte), wird das entsprechende Profil dann digitalisiert und auf Schablonen übertragen. Beim beschriebenen Ruder wurden von Ridder drei Ebenen empfohlen. Bei den Sondierungen ist man auf die Hilfe von Profis in der Branche angewiesen. Es ist interessant zu sehen, wer einem dabei hilft.

Dank an Juliane Hempel, Dipl.-Ing Jörn Kröger von der TU HH-Harburg, Prof. Sven Olof Ridder († 2012) und Peter Andrin Steiner.

 
 

 

 

 

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Erdmann Braschos

Sein Spezialgebiet umfasst Mega-Yachten, Klassiker, Daysailor und Schärenkreuzer. Mehr über Erdmann findest Du hier.
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Ein Kommentar „Ruder-Problem Teil III: Der Shape des Blatts passt nicht – 7 Kilo Spachtel verarbeitet“

  1. avatar andreas borrink sagt:

    Eine gute Maßnahme, habe ich bei meinem Ruder auch schon hinter mir. Die meisten Profile – besonders älteren Datums – sind nur vorn und hinten etwas angespitzte Bretter, an denen gern die Strömung abreisst oder gar nicht erst anliegt. Das bremst und verringert die Ruderwirkung. Ein gute Profil ist besser und zwar eher ein dickes als ein dünnes bei unseren vergleichsweise niedrigen Geschwindigkeiten. Die meisten alten Ruder sind viel zu dünn, weil Hein Bootsbauer immer dachte, je dünner, desto weniger brems…..

    Zu empfehlen ist allerdings, anstatt der 7 Liter (teuren) Epoxyspachtels mit einer geschätzten Dichte um 0,6 lieber Corecell oder PVC-Schaum zu nehmen (Dichte z.B. 0,08, reicht völlig). Einfach Platte auf beide Seiten aufkleben (ggf. mehrere dünne Lagen wegen der Rundung), dann shapen mit Hobel-Raspel-Papier und schließlich mit 2-3 Lagen Glasgewebe/Epoxy überlaminieren. Das ist wesentlich leichter, kostet weniger und dauert auch keine 30 Stunden.

    Bei meinem Kahn hat es sogar dazu geführt, dass das Ruder nun deutlich schwimmt, also am Heck Auftrieb statt Abtrieb erzeugt. Macht auch nicht langsamer!

    Super Beitrag, mehr davon! Like or Dislike: Daumen hoch 13 Daumen runter 0

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