Förhållandet skrovform/hastighet?

[mielo]

Är det någon som har koll på det här med skrovform och hastighet, Hasse Friedel eller Björn Thomasson kanske?

Min fundering gäller främst tävlings- och motionskajaker. När man läser om faktorer som påverkar hur "snabb" en kajak är så verkar det som om de viktigaste är dessa (förutom paddlarens kapacitet förstås vilket torde vara det allra viktigaste!):

-Vikten (kajak + paddlare)
-Bredden i vattenlinjen
-Skrovlängden
-Den våta ytan
-Volymfördelningen (den prismatiska koefficienten, PC)

Skrovlängden är inte mycket att fundera på eftersom tävlingsreglementet medger max 520 cm för en K1. Totalvikten är ju till största delen beroende på paddlarens egen vikt och reglerna begränsar kajakens minimumvikt till 8 kg i marathon och 12kg i raceklasserna.

Vad jag förstår så är den våta ytan beroende på undervattenskrovets form, ju rundare skrov desto mindre våt yta. Dessvärre så blir ju kajaken betydligt rankare ju rundare skrovet är. Det sägs också att den våta ytan betyder mest i låga farter och att ju högre farten är så betyder vågbildningsmotståndet desto mer. Min fråga är då; varför är rena tävlingskajaker så extremt rundbottnade (och oerhört ranka) ? I de farter som de paddlas så ska ju den våta ytan ha en mycket liten del i det totala motståndet. Fast det kanske är så enkelt att varje liten minskning av motståndet har betydelse?

När det gäller ett skrovs vågbildningsmotstånd så säger Björn Thomasson så här: "Betydelsen av PC är ungefär den, att kajaker med högt PC dvs. stor volym i stävarna tenderar att knuffa isär bog- och häckvåg och alltså får en högre teoretisk toppfart. Samtidigt kommer lågfartsegenskaperna att försämras. Följaktligen finns för varje relativ fart ett motsvarande lämpligt PC."

Nu tycker ju inte jag att en tävlingskajak har särskilt stor volym i förskeppet, snarare tvärtom! Om det vore bra med stor volym i förskeppet så borde väl inte en tävlingskajak vara så otroligt smal där? Eller har jag missförstått något?

Till sist, hur stor inverkan har kajakens största bredd i vattenlinjen på hastigheten? Och varför har bredden betydelse?

Förresten, en sak till! På vilket sätt påverkas farten av köllinjens språng? Det har ju kommit en hel del tävlingskajaker med ganska så "bananformat" skrov medan andra modeller är mer raka. Vad innebär respektive form för hastigheten?

 

[hassex]

Jajamensan

Vikten är som sagt viktig Att få till ett bra effekt/vikt förhållande är något man lägger ner stor möda på i alla branscher där det gäller att komma först över mållinjen.

Bredden i vattenlinjen påverkar vågbildningen. Egentligen inte så mycket själva bredden utan mer bredd/längd förhållandet. Ett slankare skrov ger mindre vågor. Drar man en kula(ett flöte) över vattnet ser man att den ger relativt stora vågor jämfört med en slankare farkost (en penna).

Kortare kajaker är oftast inte långsamma för att dom är kortare utan mer för att dom har ett lägre slankhetstal (korta och knubbiga). Jag har konstruerat några korta kajaker med högre slankhetstal och dom blir förvånansvärt raska men man måste jobba med stabiliteten för att dom inte skall bli för ranka

Längden i vattenlinjen, ett längre skrov ger alltså ett slankare, snabbare skrov. Men det gäller förstås att hitta en praktisk längd. Med ökad längd så ökar förstås även den våta ytan.

Våta ytan skall alltid minimeras även om den har mindre betydelse vid högre farter så spelar den fortfarande in. Och även om man i ett lopp har en hög medelhastighet så måste man alltid accelerera kajaken, (vid start och efter rundningar m.m.).

PC ger bara ett förhållande och säger ingenting om hur farkosten kommer att uppföra sig i sjön. En planka på högkant kan ha ett högt PC men behöver inte vara en bra sjö kajak för det. En slätvattensracer är en extrem lågvolyms kajak och inte direkt lämpad för vågor och vind.

PC säger bara var deplacementet är placerat inte hur stor volym kajaken har

Under ett långlopp kommer man att ha olika farter, långsammare vid motvind och snabbare Tex. vid medvind m.m. Farten brukar också avta mot slutet av loppet (för somliga) Man måste alltså optimera fartegenskaperna för ett slags praktisk medelfart

PC används mest av konstruktören för att kunna jämföra olika egna kajakkonstruktioner.

Ett banan format skrov har en mindre våt yta än ett skrov med rakare köllinje. Men ett ”banan”skrov ger sämre kursstabilitet och kajaken viftar även lättare med ”näsan” i sidled (yaw) och detta är inget som man strävar efter om man vill paddla fort. Paddlar man med vinge som ger ett större vridande moment vill man också ha ett kursstabilare skrov för att motverka vridet.

Ett skrov med rakare köllinje ger också oftast en mindre projicerad frontyta vilket ökar hastigheten.

Viktigt för farten är också ergonomin det gäller att kajaken är riktigt utformad så att den går att paddla på ett så effektivt sätt som möjligt. Även längdskepps trimet är viktigt. När man paddlar fort sänker sig aktern något vilket ger motstånd. Man måste alltså ha rätt trim för rätt fart. Enklast provar man det genom att paddla i en viss fart och låta någon på land (i båt) se om kajaken ligger i våg.

En kajak är en kompromiss mellan en mängd olika egenskaper. Även om jag jobbar relativt ”vetenskapligt” så blir det helt klart även en del intuition. Men data beräkningar och analyser ger mig i alla fall värden på olika egenskaper och jag kan jämföra olika konstruktioner och göra utvärderingar.

Jo sa jag föresten att kajaken måste se snygg ut också, och gärna vara gratis

Hasse

 

[Björn T]

Tävlingskajaker är inte mitt gebit, med i stort beter de sig som andra långsmala farkoster med klen motor.

Jag håller med din lista över faktorer - om än inte riktigt i den ordningen. Däremot är det inte helt riktigt att säga att den våta ytan mest har betydelse i låg fart. Våta ytan, tillsammans med ytstrukturen (friktionskoefficienten) farten och vattnets viskositet påverkar friktionsmotståndet (även salthalten har betydelse, genom att flytkraften ökar med salthalten och därmed reducerar våta ytan). Friktionsmotståndet ökar ganska linjärt med farten och får alltså större betydelse ju fortare man paddlar. Ännu i 9 - 10 km/t står friktionen för hälften av totala motståndet.

En cirkelrund spantprofil ger matematiskt minst våt yta. Därför ligger tävlingskajaker mycket nära ren cirkelform - och blir mycket ranka.
Bredden har betydelse på två sätt: dels genom att större bredd ökar den våta ytan och dels genom att förhållandet längd/bredd avgör hur mycket över den teoretiska skrovfarten det går att pressa kajaken. Enkelt uttryckt: ett långt skrov med liten tvärsnittsarea ger liten bogvåg och kan förmås att klättra ganska långt upp på sin bogvåg innan uppförsbacken blir alltför tung.

Sedan är det riktigt att det är vågbildningsmotståndet som står för den särklassigt största delen av motståndet när farten ökar - men det minskar inte friktionens betydelse. Vågbildningsmotståndet som beror på längd (vattenlinje-), längd/bredd-förhållandet, volymfördelningen (PC) och farten börjar märkas vid ca 5 - 6 km/t och ökar mycket brant då skrovfarten är uppnådd (knappt 10 km/t).

"Nu tycker ju inte jag att en tävlingskajak har särskilt stor volym i förskeppet, snarare tvärtom!"
Även om det inte ser så ut har tävlingskajaken relativt stor volym i ändskeppen. Den har konvexa vattenlinjer i både för- och akterskepp och en relativt rak köllinje som ger djup i ändskeppen, vilket i förhållande till den lilla midskeppssektionen ger högt PC. Jämför med en eskimåkajak som är konkav i ändskeppen, har krum köllinje som ger litet djup och därmed (förhållandevis!) liten volym i ändskeppen - och har samlat merparten av volymen i en stor bulle på mitten.

"Förresten, en sak till! På vilket sätt påverkas farten av köllinjens språng? Det har ju kommit en del tävlingskajaker men ganska så "bananformat" skrov medan andra modeller är mer raka. Vad innebär respektive form för hastigheten?"
Här har man ändrat uppfattning de senaste åren. Förr behöll man köllinjen rak även för tunga paddlare, men för 6 - 7 år sedan kom någon på (eller bara antog) att det gick en aning snabbare om man placerade paddlaren lite djupare i vattnet och behöll djupgåendet i stävarna. Jag har inte kommit på någon bra motivering, eller sett någon bra teori som stöd för detta.

En hel del klokt och initierat, men också lite svårgenomträngligt, finns att läsa på t ex:
http://www.maths.adelaide.edu.au/Applied/ llazausk/hydro/hydro.htm
http://www.maths.adelaide.edu.au/Applied/ llazausk/hydro/kayak/jwsprint/jwsprint.htm
http://www.maths.adelaide.edu.au/Applied/ llazausk/hydro/kayak/racing/racing.htm
http://web.tiscali.it/no-redirect-tiscali/scpallanza/teoria/physics.html

Björn
[Ändrat av btd 2003-01-20 kl 23:23]

 

[kajaken_yahoo.com]

Gravad hund

Tack Björn för att du som vanligt lyckas förklara komplicerade förlopp på ett begripligt sätt. Skolvärlden gick nog miste om en stor pedagogisk begåvning, när du valde att göra annat!

Jag vill bara påpeka att det i diskussioner om kajakers fart ofta lägger sig en gravad hund (tack Raffe, för detta bidrag till svenskans utveckling). Att jämföra kajakers fart endast utifrån skrovets form är lite som att jämföra ett par tämligen likformade bilars fart utifrån hur strömlinjeformade de är - men glömma bort att den ena har 36 hästkrafters motor och den andra 300 hästkrafter!

Vid beräkning av olika kajakers förväntade totala motstånd, hamnar de ju nästan löjligt nära varandra vid farter under 4 knop (högre farter är förstås intressanta för tävlingspaddlare, men inte för oss andra). Med andra ord, de flesta vanliga havskajaker går nästan precis lika lätt/trögt i vattnet.
Motorerna däremot, de skiljer sig rejält. Det är paddlaren, och i viss mån paddeln, som är den allt överskuggande faktorn.

Det stämmer för övrigt med min egen observation: Jag och min kompis provar allt vi kommer över i kajakväg, vi försitter aldrig ett tillfälle att paddla en ny kajak. Vi har alltså paddlat tillsammans i de mest skiftande modeller. Ändå är det nästan alltid så, att skillnaderna mellan vår respektive normal-lunk är precis densamma. Han paddlar lite fortare än jag, det kvittar vilka kajaker vi sitter i.

Men varför uppfattar man då att vissa kajaker går "lätt" medan andra uppfattas gå "trögt"? Nyckelordet är nog "uppfattar". Jag är övertygad om att detta helt och hållet beror på min egen dagsform, val av paddel, skillnader i vindförhållanden osv - dvs allt möjligt utom just skrovet. För dagsformen, alltså kraften i armarna, varierar ju ganska rejält - fråga vilken idrottsfysiolog som helst. Den varierar till och med starkt under paddelturens gång.

En annan brist med fartberäkningarna baserade på skrovform är att de inte tar med alla verkliga faktorer. Det går inga vågor i provrännan, i alla fall inte inom de enklare beräkningsmodellerna. Där ute på på det Stora Blå har dom däremot skrynklat till ytan, så att skrovets form i vattnet hela tiden varierar, därtill högst oregelbundet och svårberäkneligt.

Sedan kan jag ju inte låta bli att släpa fram en gammal käpphäst: Har man bråttom, är kajaken ett uselt fordon.

paddla lugnt,
Jens

 

[mielo]

Tack för att ni tog er tid att förklara dessa komplicerade samband!

Och Jens, jag håller i stort sett med dig i ditt resonemang när det gäller havskajaker. Men när man som jag mest sysslar med motionslopp och träning för dessa så blir det lite annorlunda. I ett lopp på 20 km så betyder det rätt mycket om man i en kajak kan hålla en snitthastighet på 10,3 km/h och 10,7 i en annan! I dessa farter som ligger ganska nära en motionskajaks toppfart så tror jag att skrovformen betyder en hel del. Sedan så måste man ju ta in i beräkningen hur pass rank kajak man klarar av, jag själv t ex skulle inte paddla snabbare i en ren tävlingskajak eftersom jag mest skulle ägna mig åt att försöka hålla den på rätt köl..
[Ändrat av mielo 2003-01-21 kl 09:39]

 

[Björn T]

Gravad hund har inte bråttom...

Jens har naturligtvis rätt i att varje diskussion om fart får en betänkligt slagsida när fartblinda snabbpaddlare står för argumenterandet. Och precis som Jens påpekar är fart en relativ upplevelse – vi har inget inbyggt instrument att avgöra absolut fart, lika lite som vi kan definiera ljusmängd eller ljudstyrka.

Jag håller också med om att ”motorn” är betydligt viktigare än skrovformen för ekipagets prestanda. Likaså är vi helt överens om att datorsimulerade eller testade värden för friktionsmotstånd bara är förenklade matematiska modeller baserade på ett fåtal variabler och med mycket begränsat praktiskt värde (nyttiga på ritbordet för att validera förändingar i skrovet under konstruktionsprocessen). I praktiken är merparten av designprocessen intuitiv och erfarenhetsbaserad, för att få med alla dessa vaga, odefinierade, omätbara parametrar som till slut avgör hur kajaken beter sig ute i verkligheten, där ”Det Stora Blå understundom skrynklar till ytan” på ständigt nya spännande sätt.

Men nog är det mer än jag som sett kollegor köpa eller bygga en ny kajak och plötsligt bli påtagligt snabbare. Eller någon som tillfälligt lånar en klubbkajak och får jobba rejält för att hålla normal marschfart. Min erfarenhet här stämmer inte alls med Jens´. Jag tycker det är lätt att notera kajakers fartpotential även med hänsyn tagen till skillnader i paddelstyrka och teknik.

För den som paddlar ensam är kajakens fartpotential relativt oväsentlig. I en grupp är den desto viktigare, både för den som sliter med en trög kajak och för den som håller igen och väntar. För även om fartskillnaden bara är någon eller några procent, pågår turpaddling ofta under många timmar och skillnaderna hinner bli mycket märkbara.

Om fart har betydelse väljer man själv. Jag träffar många kajakbyggare som hävdar att fartegenskaperna är ointressanta - ambitionen är att komma ut i skärgården, att göra det tryggt och bekvämt, att ha rimlig aktionsradie, att vara trygg i förvissningen om att man paddlar Göteborg-Strömstad på precis lika många dagar som en elitpaddlare i en snabb kajak – någon timmes extra paddling varje dag bara, men vad gör det, paddla är kul.

Men andra är även intresserade av att få full valuta för instoppat arbete, både i form av en utvecklad paddelteknik och ett lättdrivet skrov - att känna att kraften inte slösas bort i ett ineffektivt paddelvevande eller på att dra upp en onödig häckvåg. Samma inställning som att det är roligt att laga god mat, även om det iofs räcker att den är nyttig och mättande. Det ger mer att söka gränsen för sin kapacitet än att glidlanda på minsta gemensamma nämnare.

Jens käpphäst: ”Har man bråttom, är kajaken ett uselt fordon” är ett sympatiskt ställningstagande för ett avspänt paddlande. Men vem pratar om bråttom? Det handlar om att kunna paddla ännu mer avspänt utan att farten eller aktionsradien sjunker och om att vid behov kunna lägga i en ny växel utan att bli fullständigt utmattad – och kanske någon enstaka gång undkomma en potentiellt farlig situation genom att dra på rejält en en liten stund.

Björn

 

[kajaken_yahoo.com]

Fort kan vara kul

OK, när nu detta med den låga takten är sagt, ska jag väl erkänna att även jag tycker att det kan vara kul när det går undan emellanåt... Och visst kan det vara en väsentlig del av paddelupplevelsen, särskilt för en del människor.

Jag vidhåller förstås min erfarenhet att kajakvalet spelar mycket liten roll i lunk-takt, men får ta mig en funderare varför Björn har en annan erfarenhet.

Min energi lägger jag dock mer på att förbättra min paddelteknik och (försöka) hålla min kropp i trim. Där gör jag den tredubbla vinsten av att må bättre, kunna klara starkare motvindar - och ibland öka farten något. Min egen lunk-takt har stigit några tiondels knop de senaste åren - utan att byta kajak.

Ni som paddlar förbi mig, får för övrigt gärna ha gjort upp elden och kylt ölet lagom till dess jag kommer fram...

Jens

 

[srpp]

Jösses, vilken trevlig tråd (helt oironisk!)!!
Tack för att dagens "jobbflykt" blev riktigt intressant.

Paddla lugnt, eller så fort ni vill! ;-)
Patric

 

[PeterOom]

Intressant diskussion - speciellt om man är lite intresserad av både paddling + matematik.

MEN ni missar en väsentlig detalj: Hur djupt det är där man paddlar. Alla paddlare vet att ju grundare det är desto större häckvåg.
Anledningen till detta är (något i stil med att) häckvågen sätter vatten i rörelse till ungefär en kajaklängds djup; dvs lång kajak = stor häckvåg på grunda vatten = långsamt.

Således: skall man paddla grunt + snabbt, så bygg en kort kajak.... Eller?

/Peter

PS. kolla
http://medlem.spray.se/oom
under "januari2003" för bilder från en mycket spännande vintertur och fina rollbilder under "december 2002"
samt en liten rollfilm under "Filmer"

 

[mielo]

"MEN ni missar en väsentlig detalj: Hur djupt det är där man paddlar. Alla paddlare vet att ju grundare det är desto större häckvåg.
Anledningen till detta är (något i stil med att) häckvågen sätter vatten i rörelse till ungefär en kajaklängds djup; dvs lång kajak = stor häckvåg på grunda vatten = långsamt."

Jovisst känner man att det går trögare när det blir grunt, fast det ska nog till ett djup på max 1-1,5 m för att jag ska känna någon skillnad... Jag kanske ska köra några test i sommar eftersom jag har en logg på kajaken. Jag såg förresten att den nya OS- kanotstadion i Aten får ett djup på 3,5 m. Jag antar att de hade gjort den djupare ifall det hade påverkat tiderna positivt? Fast i och för sig, världsrekord verkar ju inte vara något som det talas så mycket om i kanotsporten.

 

[hassex]

Jens: Finner det lite märkligt att du tycker att alla kajaker är lika snabba. En snabbare kajak är bara optimerad för att kunna paddlas i ett högre tempo. Men det krävs alltid mer energi för att öka farten, men i en kajak optimerad för högre fart är ökningen generellt mindre men det är alltid fråga om en ökning. Hur som helst får man jobba mer

Det är också stor skillnad på att kunna paddla i ett 10 % högre tempo. Paddlar man bara en eftermiddag är det bara fråga om minuter men för en veckotur är det fråga om timmar.

Men jag håller helt med att det är fråga om mycket psykologi i bedömningar av olika kajakers egenskaper.

Själv har jag haft stor nytta av fartberäknings program. Framförallt så lär man sig hur ett lättdrivet skrov bör se ut.

Och självklart måste man ta hänsyn till vågor och vind när man designar en kajak. Personligen lägger jag alltid ner mycket jobb på stabilitetsberäkningar när det gäller havskajaker.

Men visst är det kul med snabba kajaker.

Peter: Visst är det skillnad på att paddla på djupt vatten. Under kajaken får man en nedåtriktad reaktions ”flöde” Grunt vatten gör att man komprimerar vattnet under kajaken och det går trögare

En som har en del intressanta idéer om tryckskillnader runt ett skrov är den Amerikanske konstruktören Phil Bolger. Han låter köllinjen ha samma kurvatur som friborden så att vattnet skall ha samma hastighet på alla sidor av skrovet friborden är också helt raka av samma orsak. Om det fungerar vet jag inte men trots det egenartade utseendet så har hans konstruktioner många nöjda användare.

http://www.cullisonsmallcraft.com/Past Projects.htm


Hans Friedel
http://www.friedeldesign.se

 

[mielo]

Komprimera vatten?

"Grunt vatten gör att man komprimerar vattnet under kajaken och det går trögare"

Hasse! Jag är absolut ingen fysiker, men kan man verkligen komprimera vatten?