Sign In

Remember Me

Zeiltechnieken

Werking van zeil en romp

De vrije stroming van wind wordt door een zeil vertraagd en afgebogen. Daardoor ontstaat er een drukverschil tussen de aan-de-windse kant van het zeil en de van de wind afgekeerde zijde.

Als een zeilschip met de windrichting mee vaart, heeft het baat bij een bol gesneden zeil, dat in staat is de aanstromende wind effectief te vertragen, zodat de in de wind aanwezige stromingsenergie goed benut wordt.

Als een zeilschip een andere koers vaart, met name wanneer het schuin tegen de wind in voortgang wil boeken, is een strakker zeil effectiever. De wind valt dan schuin in het zeil in (zie illustratie). Eventuele bolling van het zeil aan de achterzijde zou remmend werken, doordat het een obstakel vormt voor de wegstromende lucht.

De kracht van wind op het zeil kan samengesteld gedacht worden uit een voorwaartse kracht en een kracht die de boot zijwaarts wegdrukt.

De schuin voorwaarts gerichte zeilkracht kan samengesteld gedacht worden uit een voorwaartse component en een zijwaartse. De zijwaartse component moet effectief tegengewerkt worden door enig zijwaarts oppervlak onder water. De voorwaartse kracht drijft het schip voort. Het onderwaterschip is voor het zeilgedrag even belangrijk als de effectiviteit van het zeil. Zijwaarts wegdrijven (drift, verlijeren) wordt tegengegaan door de kiel, midzwaard of zijzwaarden, of soms ook doordat de romp een scherpe diepstekende V-vorm heeft. Minimale voorwaartse weerstand wordt bereikt door de romp een zo slank mogelijke vorm te geven. Omdat de genoemde voorzieningen vaak in strijd zijn met de inwendige leefruimte, het laadvermogen, het vaargebied, waar ondiepten een diepstekende kiel onmogelijk maken en soms ook met een gunstig gedrag in golven, zal het rompontwerp altijd een compromis zijn.

Vereenvoudigde weergave van de stand van zeil(en) en romp t.o.v. wind en water en de werking van de kracht die de wind teweegbrengt, bij een aantal koersen van het schip t.o.v. de inkomende wind: 1. voor de wind, 2. halve wind (wind van opzij), 3. aan de wind (schuin van voren), 4. en 5.: hoog aan de wind, 6. in de wind (de wind komt van voren). Indien een doel zodanig tegen de wind in gelegen is dat het niet in één keer bezeild kan worden, dan is laveren een oplossing: 4 en 5.

Enkele begrippen en effecten:

  • Zeilpunt (Z in de illustraties) is het aangrijpingspunt van de resultante van de drukkrachten op het zeil. Voor een begrip van de krachten die op een schip werken, rekent men alsof de totale door de wind veroorzaakte kracht op het zeil of de zeilen, in het zeilpunt aangrijpt; de richting van die kracht is min of meer haaks op het zeil.
  • Lateraalpunt. Dit is het aangrijpingspunt van de krachten van het water die zijdelings op het schip inwerken; het is het onderwater-equivalent van het zeilpunt.
  • Schijnbare wind. Zodra een zeilboot snelheid maakt, verandert de relatieve luchtsnelheid ten opzichte van de boot. Bij een voor-de-windse koers, waarbij de wind van achteren komt, is de resulterende windsnelheid die de boot “voelt”, gelijk aan het verschil tussen wind- en bootsnelheid. Indien de boot recht tegen de wind in zou varen, is de schijnbare windsnelheid gelijk aan de som van bootsnelheid en windsnelheid. Bij andere koersen moet de snelheid van schip en wind vectorieel opgeteld worden om de schijnbare windrichting en -snelheid te bepalen. Een windvaantje bovenin de mast geeft de schijnbare windrichting aan.
  • Het effect van waterstroming. Deze werkt door op de snelheid van de boot en dus ook op de schijnbare wind. Met name op rivieren kan de watersnelheid nogal variëren met de plaats waar men vaart.
  • Stuurgedrag. Omdat er onder verschillende omstandigheden een horizontale afstand zal zijn tussen het zeilpunt en het laterale punt, werkt er een koppel op het schip, dat daardoor neigt tot oploeven (de kop naar de wind draaien) of afvallen (de kop van de wind afdraaien). De arm van dit koppel is afhankelijk van de zeilvoering, van de helling en de koers van het schip ten opzichte van het water. Hij is maximaal bij ongeveer halve wind en minimaal indien de wind ongeveer evenwijdig aan de langs-as van het schip invalt.
  • Rompsnelheid. Een bewegende scheepsromp maakt golven. Als het schip zo snel gaat dat er juist één golf naast de romp ontstaat, neemt de golfweerstand onevenredig toe en zal het verder verhogen van de snelheid onevenredig meer energie kosten; het schip zou dan voortdurend bezig zijn tegen de eigen boeggolf op te klimmen. De maximale snelheid, rekening houdend met dit effect, wordt rompsnelheid genoemd. In de praktijk hebben de golven ook een grote invloed op de snelheid van het schip. Wind op water veroorzaakt altijd golven en met het zeilen moet er rekening mee gehouden worden. Bij het rechtstreeks tegen de golven in “beuken” valt de boot stil en is het vaak efficiënter een ruimere koers te kiezen die minder tegen de golven ingaat, maar een langere vaarafstand heeft. Door de hogere snelheid wordt deze extra afstand vaak gecompenseerd. Zodra de golflengte langer is heeft het schip meer tijd om mee te bewegen met de golven en is de weerstand veel minder.[1]
  • Op scherp zeilen. Bij het tegen de wind in varen is het de stuurkunst om een zo scherp mogelijke koers te varen zodat er er zo min mogelijk gelaveerd moet worden. Wordt er echter een te scherpe koers gevaren dan verminderd de snelheid, zeker bij een grote golfslag. De stuurkunst is van een goed compromis te vinden tussen snelheid en een scherpe koers. Bij een hardere wind kan een scherpere koers gevaren worden, maar is er meestal meer golfslag. Met de sloep tuigage kan in principe het scherpst gevaren worden. Dit is echter ook afhankelijk van de windweerstand op het schip, veroorzaakt door de masten, touwen, hutten en andere voorwerpen die luchtweerstand veroorzaken. Daarnaast speelt de effectiviteit van de kiel/zwaard/romp om het zijwaarts afdrijven te verhinderen een grote rol. Tevens dient de romp zo glad mogelijk te zijn (geen algen- en schelpengroei) om de weerstand in de vaarrichting te beperken. De mate dat een schip scherp kan zeilen is een maatstaf van hoe goed een schip kan zeilen en een punt van eer voor elke schipper met een zeilhart.
  • Planeren. Indien de rompvorm het toelaat, kan het beperkende effect van de rompsnelheid vermeden worden, doordat de romp meer over het water glijdt, dan dat hij zich erdoorheen dwingt. Met name schepen waarvan de onderkant van de romp enigszins vlak is, zijn relatief gemakkelijk tot planeren te brengen.
  • Hellingshoek. De wind grijpt aan boven het waterniveau, waardoor er een koppel ontstaat dat het schip doet hellen. De arm van dat koppel is de afstand tussen het zeilpunt en het lateraal punt. Er ontstaat om twee redenen een tegenwerkend moment. De romp komt asymmetrisch in het water te liggen, waardoor aan de lage kant de opwaartse kracht van het water toeneemt. Dit effect wordt versterkt doordat ballast, die vaak laag, of onderaan een zeilboot is aangebracht, meer zijdelings komt te liggen. Zie ook het artikel Scheepsstabiliteit. De hellingshoek speelt ook bij het stuurgedrag van het schip een rol. Indien het schip helt, neemt het effectieve zeiloppervlak af, evenals de efficiency van het zeil. Dit geldt ook voor het onderwaterschip. De waterlijnlengte neemt dan enigszins toe, wat een verhoging van de rompsnelheid tot gevolg heeft. Ook zal de werking van het roer veranderen doordat het effectieve roeroppervlak vermindert en het stromingspatroon rond het roer verandert. Soms worden om die reden twee roeren toegepast, ter linker- en ter rechterzijde van de spiegel. Voor catamarans geldt het effect van varen onder helling veel minder. Enkelrompsschepen hebben door het afnemende moment van de kracht op het zeil en het toenemende oprichtende moment van de ballast een “ingebouwde” veiligheid tegen overbelasting: bij een hellend schip neemt het hellend koppel af en het oprichtend moment toe. Hoewel catamarans een grote weerstand bieden tegen grote zijwind, zal bij grotere helling plotseling het oprichtend koppel sterk afnemen; de catamaran kan dan plotseling kapseizen.

Op het schip werkt het kenterend moment van windkracht Fz en de waterweerstand Fl en het richtend moment, veroorzaakt door de stabiliteit van het schip. Fr is de opwaartse kracht van het onderwaterschip, Fb het gewicht van het deplacement.

Koersveranderingen

Omdat een zeilschip niet altijd in dezelfde richting vaart, zijn koersveranderingen nodig.

  • oploeven
  • afvallen
  • wenden

Iedere koers vraagt om zijn eigen optimale stand van de zeilen, zodat de stand van de zeilen aangepast moet worden bij een koersverandering.

  • aanhalen
  • vieren
  • overstag gaan
  • gijpen