Techniek&innovatie

Data MARIN zorgt voor betere prestaties in Volvo Ocean Race


Bij zeilrace rond de wereld moet alles kloppen

Auteur: Erik van Huizen | Publicatiedatum:

Bij een zeilrace rond de wereld moet alles kloppen. Enkele procenten verbetering in de prestaties kan al veel uitmaken. Het Maritime Research Institute Netherlands (MARIN) doet voor het Nederlandse team van AkzoNobel onderzoek om het team van schipper Simeon Tienpont te helpen het maximale uit hun Volvo Ocean 65 te halen onder invloed van wind en golven. Daarvoor werden niet alleen computerberekeningen en modelproeven gedaan, maar ook praktijkmetingen aan boord van de VO65.

De Volvo Ocean Race wordt ook wel de zwaarste en de langste zeezeilrace van de wereld genoemd. De race wordt al sinds 1973 gezeild. In deze editie, die dit en volgend jaar wordt gevaren, leggen de zeilers een afstand af van 45.000 mijl, steken ze vier oceanen over en doen ze op zes continenten twaalf steden aan. De race begon dit jaar op 22 oktober in het Spaanse Alicante en eindigt volgend jaar in Den Haag. Het laatste deel van de race vanuit het Zweedse Gothenburg naar Den Haag is met 700 mijl de langste van de Volvo Ocean Race.

Schipper Simeon Tienpont van de VO65 was in september met zijn team bij MARIN in Wageningen aanwezig om de demonstratie bij te wonen met het model van ‘zijn’ VO65 in het zogenoemde ‘Seakeeping & manoeuvring basin’ (170 x 40 meter). Vanuit Kaapstad bericht hij dat de bemanning van de VO65 er absoluut van overtuigd is dat de MARIN data helpt in de goede prestaties van de vorige en de toekomstige te varen legs. Na twee legs staat het team AkzoNobel van schipper Tienpont op de vierde plaats. “Alle data die wij in ons team hebben ontvangen vanuit het onderzoek met het MARIN wordt gebruikt om de gezeilde data te valideren en om het Velocity Prediction Program (VPP) te updaten”, vertelt Tienpont. “Technisch betekent dit dat onze VPP data afwijkt van wat andere teams gebruiken en wij hiermee hopelijk in het voordeel zijn.”

Koolstofvezel

Het model van de Volvo Ocean 65 werd op schaal 1:5,7 gebouwd bij MARIN in Ede. Vaak worden de modellen gemaakt van hout, maar in het geval van de VO65 werd het model van koolstofvezel vervaardigd. “Zo kwamen we zo dicht mogelijk bij dezelfde gewichtsverdeling als op de grote VO65”, vertelt senior project manager Rogier Eggers van MARIN. “Het model is voorzien van een verstelbare kantelkiel, een zijzwaard, roeren en twee masten. Tussen de twee masten is een dwarsbalk geplaatst. Vanuit de balk gaan twee lijnen naar actief gestuurde winches. Op deze manier konden we de richting en de grootte van de zeilkracht dynamisch manipuleren. Verder hadden we nog een extra winch aan de boeg die het jacht met een kleine kracht vooruit trok. Want met een proef als deze op kleine schaal, is de wrijving op het model relatief groter waardoor meer weerstand optreedt. Met de winch op de boeg corrigeren we dit. Het geheel werd bestuurd door een autopilot.”

Vrij uniek

De proeven in het ‘Seakeeping & manoeuvring basin’ werden in juli van dit jaar gedaan. Om een benchmark te hebben, werd eerst een proef gedaan in vlak water waaraan later gerefereerd kon worden. Daarna werden de golven in het bassin ‘aangezet’ en nogmaals een test gedaan. Vervolgens werden de meetgegevens met en zonder golven met elkaar vergeleken en kon de toegevoegde weerstand ten gevolge van golven worden bepaald. “Het principe is eigenlijk vrij simpel”, zegt Eggers. “Maar het is wel belangrijk dat je een goed model hebt, dat de winches goed zijn ingeregeld en dat je nauwkeurig werkt.”

'Met ons rekenmodel kunnen we voorspellingen doen voor een groot aantal wind- en golfcondities'

Eggers noemt de manier van proeven doen met het vrijvarende model ‘vrij uniek’. “Wij hebben als MARIN veel ervaring met speciale opstellingen voor hydrodynamisch onderzoek. In dit geval levert dat ons mogelijkheden om extra waarde aan onze bijdrage voor Team AkzoNobel te geven. Meestal wordt bij onderzoeken naar het gedrag van zeiljachten het model in een frame gehangen en in vlak water getest. De helling- en de gierhoek staan hierbij vast en het testen gebeurt niet in combinatie met golven. Met behulp van software worden de resultaten gecombineerd met de windkrachten en wordt een empirische schatting voor de weerstand in golven toegevoegd.

“In de MARIN aanpak meten we het complete gedrag direct. De proeven zijn gedaan voor enkele condities. Met het rekenmodel Panship kunnen we voorspellingen doen voor een veel grotere matrix aan wind en golfcondities. In tegenstelling tot de typische empirische relaties levert dat ook een beschrijving waarbij niet hoeft te worden aangenomen dat golven en wind uit dezelfde richting komen en in evenwicht zijn. In werkelijkheid is dat ook vaak niet zo. Naast de prestaties in golven hebben we ook in detail gekeken naar vlak water. Dit gebeurde met de RANSE CFD code ReFresco.”

Puntjes op de i

De uiteindelijke bedoeling van de berekeningen, proeven en praktijkmetingen is om de prestaties van de VO65 tijdens de Volvo Ocean Race te kunnen verbeteren. Schipper Tienpont krijgt daarvoor een betere beschrijving van de performance van het jacht. Voor wat betreft de performance in de golven zet MARIN nu de laatst puntjes op de i. “De resultaten van berekeningen voor vlak water zijn inmiddels beschikbaar”, aldus Eggers. “De resultaten van de performance in de golven willen we ook zo spoedig mogelijk aan boord van de VO65 brengen. Aan boord kunnen de gegevens worden gebruikt voor het routeringsprogramma zodat de voorspelling van de route kan worden verbeterd. Zo kan de navigator in elke fase van de race de snelste route bepalen.” Wat betreft de metingen aan boord, gaat het volgens Eggers om versnellingsmetingen op hoge meetfrequentie die dan uiteindelijk met andere metingen worden gecombineerd.

Wat er precies uit de verschillende testen en berekeningen is gekomen, wordt na de finish van de Volvo Ocean Race in Den Haag gepubliceerd.

Emissieloos schip

De ervaringen die opgedaan zijn tijdens de metingen van de VO65 worden ook gebruikt voor het lopende onderzoek naar de mogelijkheden voor emissieloze schepen. MARIN ziet inmiddels de eerste marktintroducties van windkracht op vrachtschepen. Het gaat dan in het geval van windhulp om technieken als Dynarigs, wing sails en de Flettner-rotor. Deze laatste werd al in 1928 uitgevonden door Anton Flettner. Het zijn cylinders aan dek die elektrisch aangedreven om hun as draaien. Daardoor ontstaan rond de palen luchtdrukverschillen die een vergelijkbaar effect geven als een zeil, het zogenoemde Magnus-effect.

De ervaringen tijdens de metingen van de VO65 gebruikt MARIN ook voor het lopende onderzoek naar emissieloze schepen

Volgens Eggers kunnen de potentiële brandstof en emissie besparingen door het inzetten van windkracht groot zijn. “In het geval van retrofits zijn besparingen mogelijk tussen 5 en 15 procent. Dit zijn natuurlijk schattingen. De uiteindelijk besparing hangt sterk af van wind op de route, het scheepsontwerp en de snelheid. Bij nieuwbouw en grotere structuren aan dek zijn besparingen tussen 15 en 40 procent mogelijk (weer met dezelfde armslagen, EvH). Maar dan moet je het hele schip hiervoor wel optimaliseren. De toepassing van windvoortstuwing kent immers ook uitdagingen, waaronder extra scheepsweerstand en een andere belasting van de voortstuwing door de (grotere) drifthoek.”

Veel onderzoek

Om het varen op windkracht verder te ontwikkelen is volgens Eggers nog wel het een en ander nodig. “Wij vinden dat de industriestandaard voor voorspellingen met windhulpvoortstuwing beter moet. Want je ziet bij nu gepubliceerde predicties dat die allemaal zeer verschillende aannames kiezen, en dat heeft natuurlijk invloed op de resultaten. We willen dit met partners aanpakken in een voorgesteld Joint Industry Project (WiSP JIP), tezamen met beter toegespitste regelgeving. Maar er zijn ook andere onzekerheden die niet direct met de techniek te maken hebben, bijvoorbeeld de kosten. Er zijn nog nauwelijks serieproducten. En van prototypes is het lastig de prijs te schatten.”

In samenwerking met MARIN is de TU Delft nu een generieke designtool voor schepen met windvoortstuwing aan het ontwerpen. Hiermee moet het mogelijk worden het ontwerp van een schip in te voeren en snel een eerste voorspelling te krijgen.

Rogier Eggers van MARIN bij het model van de VO65 die op schaal 1:5,7 werd nagebouwd (foto: Erik van Huizen)

Deel deze pagina
Deelnemers VO65 project

Een aantal Nederlandse bedrijven en organisaties ondersteunt het onderzoek voor de VO65 dat direct is gerelateerd aan het onderzoek bij MARIN rond zeilvoortstuwing voor de scheepvaart en bij Deltares rond wind, golven en stroomvoorspellingen. Deltares test de betrouwbaarheid en de bruikbaarheid van de voorspellingen van het ‘Global Tide & Surge Model’ en gebruikt de feedback en ervaring die het team heeft opgedaan om de prestaties van het model te verbeteren en beschikbaar te maken voor meer gebruikers.

De deelnemers aan het consortium zijn Shell Nederland, Shell Shipping and Trading, Van Oord, het ministerie van Infrastructuur en Waterstaat, Nederland Maritiemland (NML), HHR Delfland, provincie Zuid-Holland, Rijkswaterstaat, C- Job Naval Architects , Deltares en MARIN namens de Topsector Water & Maritiem. Andere deelnemende partners in Steam Ocean Racing zijn Damen Shipyards, NileDutch, Erasmus Medisch Centrum, Royal Dutch Navy.

Betabanen

Maritiem Nederland

Welkom op de site van Maritiem Nederland, hét opinie- en vakblad voor de gehele maritieme sector in Nederland.

Editie MN 09-2018

Partners Maritiem Nederland