Wat hebben de nieuwste IMOCA’s, Figaro3, America’s Cup AC75 en Moth gemeen? Het zijn allemaal zeilboten die in meer of mindere mate kunnen ‘vliegen’ over het water dankzij draagvleugels of foils.
Dit artikel is eerder gepubliceerd in Zeilen 11/2019
Tekst: Geert Folkertsma
Al eerder hebben we het op deze plek gehad over vleugelwerking. Het kwam aan de orde bij het zeil (Zeilen 1/2019), het tegengaan van verlijeren door vleugelwerking van de kiel (9/2019), bij het oprichtend moment van de kiel (7/2019) en de snelheidsbeperking van de rompsnelheid (4/2019). Helaas blijken veel zaken elkaar tegen te werken: de kracht in het zeil is maar deels naar voren gericht, waardoor de kiel zijwaartse krachten moet opvangen, maar dat gaat dan weer ten koste van het oprichtend moment. En oh ja, de boot zal nooit veel sneller gaan dan de rompsnelheid, tenzij de onderkant zo vlak en breed is dat hij enigszins kan planeren. Zie daar de reden waarom tegenwoordig in veel (snelle) klassen de boten worden uitgerust met foils.
Liftkracht
Foils onderscheiden zich van zwaarden en kielen doordat ze een significante liftkracht naar bóven opwekken. Door de foil aan lijzijde te steken geven ze daarmee een sterk oprichtend moment en wordt de boot in meer of mindere mate uit het water getild. Beide effecten vergroten de snelheid van het schip.
Ook als de boot er niet van gaat vliegen, zorgen de foils voor oprichtend moment.
Vleugels onder water
Foil is een afkorting van hydrofoil, letterlijk ‘watervleugel’. Een foil werkt dan ook net als een (vliegtuig)vleugel: door een invalshoek AOA (angle-of-attack) wordt het water naar beneden en de boot omhooggedrukt.
Traditioneel – voor zover je daar al over kunt spreken bij foils – wordt onderscheid gemaakt tussen foils voor stabiliteit (vaak Dynamic Stability System, DSS genoemd) en foils voor ‘vliegen’.
Stabiliteit gaat vooral over het oprichtend moment, zoals hiervoor genoemd, en wordt gebruikt in de Figaro3 en ook in de nieuwe Nautor’s ClubSwan 36. De America’s Cup- boten (catamarans AC45, AC72 en monohull AC75) vliegen boven het water, net
als de International Moth. In de IMOCA’s begon het bij DSS, maar de nieuwste varianten – zoals de onlangs onthulde Hugo Boss van Alex Thomson – worden bij voldoende snelheid ook al grotendeels uit het water getild.
Een draagvleugel werkt als een vleugel onder water.
Stabilisatie van het vliegen
Wanneer de boot echt uit het water getild wordt, moeten de hoogte en de stamphoek (pitch) van de boot geregeld worden. Vaak gaat dat vanzelf, doordat de foils bij het stijgen van de boot minder ver in het water steken en dus minder liftkracht opwekken: er stelt zich vanzelf een evenwicht in. De Figaro3 en IMOCA werken zo; je ziet dit ook in de illustraties van het oprichtend moment hieronder.
Bij T- of L-vormige foils, waarbij de gehele actieve vleugel altijd onder water zit, moet de hoek van de foil continu veranderd worden om de hoogte te reguleren. In de America’s Cup (AC50 van de vorige editie, AC75 van de huidige) is een crewlid doorlopend hiermee bezig; in de F50 class (spin-off van de AC50) wordt het door een computer geregeld.
In kleinere boten, zoals de Moth, wordt gebruikgemaakt van ‘voelers’ die automatisch de hoek van de vleugel vergroten, en daarmee de liftkracht, wanneer de boot dieper in het water komt te liggen, en vice versa.
De vlieghoogte wordt automatisch gestabiliseerd door een drijvende ‘voeler’ die de invalshoek van de vleugel beïnvloedt.
Omslagfoto: © Amory Ross/NYCC American Magic
Tekst: Geert Folkertsma
llustraties: © Geert Folkertsma
