Nieuw roer voor Tristan, winter 2005/2006

Een jammerlijk ondergeshoven kind van de 725 is het roerblad: groot, hoekig, asymmetrisch, nauwelijks geprofileerd en ondiep. De zoektocht naar een goed ontwerp was niet eenvoudig. Maten van het oude roer: 3875 cm2 met 16% balans, steekt 32cm minder diep als de kiel. Het nieuwe roer meet 3388cm2, de 16% balans is behouden, ze steekt ongeveer 12cm minder diep dan de kiel. De balans van het oude roer beviel me opzich goed, maar veranderde onder helling snel omdat het oppervlak van het blad dieper 'wegloopt' van de roerkoning. Dus onder helling neemt de invloed van het balansdeel af en krijgt het roer meer druk. Dit is ongewenst, de extra roerdruk onder helling zou moeten worden veroorzaakt door de boot, niet door het roer zelf.

Multiplex laat zich prima splijten met beitels en keggen. De roerkoning heb ik nodig voor het nieuwe roer. De grote donkere plekken in het midden op de foto is multiplex verzadigd met vocht en roest. Het water lijkt vooral van bovenaf langs de roerkoning te zijn binnengedrongen. De conditie van het hout zelf was overigens niet zo slecht dan ik had verwacht en zou het nog jaren uitgehouden hebben. Maar beter voorkomen dan... (men kan ook toe zijn aan een nieuw project) De aangelaste lippen van de roerkoning zijn grofstoffelijk maar goed gelast, die raken niet snel los. Toch zijn er gevallen bekend waarbij de lassen losgelaten zijn onder invloed van langdurige corrosie. Deze roerkoning kwam er dusdanig goed onder uit dat ik hem zondermeer durfde te hergebruiken.

De ruimte die de roerkoning inneemt in de nieuwe plaat uitgefreesd en gebeiteld, de meest tijdrovende klus. Een bovenfrees is daarvoor een handig apparaat. De roerkoning en aangelaste lippen waren niet helemaal symmetrisch, dit maakt het een tijdrovend werkje. En alles wat je teveel weghaalt moet je straks met epoxy vullen en dat heeft de neiging uit te zakken en lucht te trekken, dus een goede passing is belangrijk. Voor wie het zelf doet: doe hier je best op, de rest is zo gebeurd.

Beide delen zijn, afgezien van de kromming onderin, nu klaar voor het samenvoegen.

Lijmen met (West) epoxy met een mix van twee vulmiddelen: Collodial Silica voorkomt dat het uitzakt en Micro Fibres maakt het dik en sterk. Goed gelijkmatig persen. Omdat de platen dik zijn (30mm) verdelen ze de kracht van die paar klemmen zelf al goed. Overal moet epoxy uit komen, alleen dan zijn beide platen volledig verlijmd. Vooral bij de roerkoning heeft de epoxy de neiging eruit te lopen, dus afgeplakt met tape. Straks aan denken om dat van bovenaf weer op te vullen.

Een flinke berekening van oppervlakken, koorden en bijbehorende profielen. Ik heb het profiel op vijf plaatsen doorgerekend en uitgezaagd in triplex malletjes. Die zijn onmisbaar bij het schaven, op het oog schaven had me niet gelukt!

BAM! Electrische schaaf geleend en dan met 'grote stappen snel thuis', gevolgd door 'kousevoetjes' met de malletjes de goede vorm erin geschaafd. Het kopse profiel (NACA) gaat er vanuit dat je het smalste stuk achteraan flinterdun uit komt maar dat blijft niet heel. Daarom heb ik het 'achterlijk' 5mm dik gehouden. Elke helft is dus aan beide zijden 2,5mm dikker geworden dan oorspronkelijk gepland. Dat zal wat wervelingen creëren, maar beter zo dan volgend jaar weer een nieuw roer maken. Bovendien zou ik de glasmat die er straks overheen geslagen moet worden er niet strak overheen krijgen als het een scherpe knik moet maken.

Om te voorkomen dat straks de uiteinden van de fineerlagen van elkaar los laten leg ik er glasdoek overheen. Het is keperweefsel, dat laat zich door zijn diagonale manier van weven goed in bochten en vormen plooien. Vooral aan de tip en bij de roerkoning erg handig. Keperweefsel is wel vrij dik, bij haakse buigingen heeft het de neiding lucht te trekken. Aanpak: laag epoxy, poosje stijf laten worden, dan een nieuwe laag, daar de glasmat in leggen en met nieuwe epoxy alle lucht eruit rollen. Na het uitharden glad schuren en epoxylaag er overheen. Totaal ongeveer 750 gram epoxy uitgesmeerd, dat valt me reuze mee.

Doordrengt met transparante hars zie je het glasweefsel bijna niet meer, zonde om hem te schilderen eigenlijk.

Hier een vergelijk met het oude roer. Let op de denkbeeldige draai-as van het blad, het verlengde van de roerkoning. Het oude roer heeft naar onderen toe een sterk verlopende balansverhouding waardoor de roerdruk toeneemt bij helling door de vorm van het roer. Het nieuwe heeft daar veel minder last van en houdt bij helling gelijke roerdruk.

Het verschil tussen geen profiel en een fatsoenlijk profiel. Let op, het balansdeel van het nieuwe blad lijkt veel kleiner dan het oude, maar dat is niet zo! Over het totaal is het precies gelijk gebleven.

Over de epoxy heen twee lagen Primocon (International). Dit is alleen voor de hechting van de antifouling, het geheel is al afgesloten door de epoxy.

Antifouling (racey wit) erop en klaar zijn we. Uiteindelijk heeft het maken me een paar weekends gekost, het uitdenken kost de meeste tijd. Als ik dat anderen kan besparen: neem even kontakt op.

De overwegingen

Oppervlakte

Hoe klein kun je een roer maken? Volgens de boeken is een goede vuistregel 1,4% van het grootste aandewinds oppervlak. Er geldt een marge van 1%-2% voor snelle resp. trage schepen. Genoa en grootzeil meten 24,2 m2. 1,4% daarvan is 3388 cm2. Navraag gedaan bij Cees van Tongeren (Van de Stadt design), deze raadde me maten aan die een oppervlak van 2904 cm2 vertegenwoordigen, dat is 1,2%. Dat leek me een aardig uitgangspunt.

Verder zegt de theorie dat een dieper roer effectiever is dan een ondiepe vanwege de hogere druk op grotere diepte. Een diep roer heeft minder totaaloppervlak nodig dan een ondiep roer. Een langer roerblad oefent bovendien meer kracht (moment) uit op de roerkoning en hennegatskoker, die moeten dus sterker zijn. Als je veel dieper gaat moet je dus de roerkoning vervangen. Omdat de oorspronkelijke 30mm roerkoning nog in prima staat was heb ik die hergebruikt. Dat levert een beperking op in de maximale diepte van het blad ivm kromtrekken van de roerkoning. De lengte heb ik laten beperken door de diepte van de 1,25m kiel. Ik wil het roer wat ondieper houden dan de kiel ivm. kwetsbaarheid bij vastlopen. Het oude roer was 32cm minder diep dan de kiel, ik wil terug gaan tot 15cm verschil. Ga ik ondieper dan wordt het alsnog een breed blad om het zelfde oppervlakt te behouden.

Bij hoge snelheden is een klein roeroppervlak geen probleem. Maar bij lage snelheden, bijv. bij het manouevreren in een haven, heb je wel oppervlakte nodig. Met een klein roer zul je dus heftiger moeten bijsturen. Zeker met een buitenboord motor zoals op deze boot waarbij het schroefwater niet langs het roerblad stroomt. Nadat ik van 1,2% een mal had gemaakt en die onder de boot geplakt had, vond ik op het oog dat het wat meer mocht zijn. Ik had marge tussen 1,2 en 1,4%, daarom heb ik het onderste deel (meest effectieve sectie ivm. waterdruk) wat meer oppervlak gegeven naar achter toe. We zitten nu met 3025 cm2 op ongeveer 1,25% van het grootste aandewinds zeiloppervlak.

Profiel

Een optimale 'kopse vorm' als doel zo min mogelijk wervelingen te laten ontstaan in het water dat langs het blad stroomt. De energie die in de wervelingen gaat zitten wordt onttrokken aan het roerblad en dus aan de snelheid van de boot. Bovendien verliest het blad grip op zijn omgeving daar waar het wervelt. En last but not least: hoe minder wervelingen worden geproduceerd onder helling met roerdruk, hoe beter de liftende werking van je roer, dus hoe minder de boot verlijert. Een goed roer helpt samen met de kiel bij het beperken van de drift. Naarmate de snelheid toeneemt zal een moment komen dat er wervelingen gaan optreden, hoe perfect het profiel ook is. Hoe dikker het blad hoe eerder (bij lagere snelheid) wervelingen ontstaan. Dus: maak een zo dun mogelijk blad. Bij zeilboten zal de dikte van de roerkoning in het blad de grens bepalen voor deze minimale dikte. En natuurlijk weegt de sterkte van het materiaal mee in die afweging.

De meest gebruikte profielvorm voor vleugels is het NACA profiel, dit wordt voor vleugels en zeilen gebruikt, maar ook voor kielen en roerbladen. Deze profielen heb je in symmetrische en asymmetrische varianten, ze worden aangeduid met XXYY code. XX is een maat voor de symmetrie. Vleugels hebben meestal een asymmetrisch profiel, de bovenkant is boller dan de onderkant. Voor ons roer hebben we een symmetrische variant nodig: de 00 serie. De YY is de procentuele dikte t.o.v. de koorde van het profiel. De plaats van de maximale dikte is bij NACA altijd gelijk. Je kunt binnen NACA dus niet schuiven met de plek van de bolling, wel met de lengte en dikte. Bij een 0012 profiel is de maximale dikte 12% van de koorde. Voorbeeld: op een punt is het roerblad 50cm breed (koorde), dan is de maximale profieldikte op die hoogte 50x12%=6cm. De dikte van één helft is 3cm. Naar onder toe wordt het roer smaller (koorde kleiner), dus wordt het ook dunner en de afstand tussen de voorzijde van het roerblad en de draai-as wordt kleiner. Bij het maken van malletjes kun je dus niet volstaan met één, maar heb je voor verschillende koordelengten elk een aparte mal nodig.

Ik heb de beschikking over 2 multiplex helften van ieder 30mm dik (occoumé), het roer zal dus max. 60mm dik kunnen worden. De roerkoning is 30mm dik, ik vond het veilig om aan elke kant plm 8mm hout te houden om de krachten die de roerkoning plaatselijk op het hout overbrengt fatsoenlijk te kunnen afleiden. Een dun blad vergroot de kans op 'uitbreken' van de roerkoning. De dikste dikte van een NACA profiel zit op 30% van de koorde, mijn roerkoning op 16% (16% balansdeel van het oude roer beviel me goed en heb ik overgenomen), de roerkoning zit dus voor het dikste deel van het blad wil ik dezelfde balansverhouding behouden. Na wat reken experimenten met verschillende NACA00 dikte varianten met een NACA programma'tje bleek dat ik in de buurt van de NACA0015 zou uitkomen in verband met de dikte ter hoogte van de roerkoning. Geen reden om naar het nog dikkere 0016 profiel te gaan. Met het 0015 profiel houd ik hem bij de gegeven koordelengten nog net dik genoeg om de roerkoning een plek te geven met wat extra materiaal body. NACA0015 profiel dus, ik heb programma'tje NacaGen versie 2.1 (Harold Ginsberg) gebruikt om de getallen te produceren maar je kunt ook een 0015 coordinatentabel nemen en die opschalen, beide zijn te vinden op het web.

Laterale vorm

Arthur Peltzer (Peltzer Design) gaf me een bevredigend antwoord op de vraag welk dwarsaanzicht je een roerblad moet geven. Mijn uitgangspunt was de vorm van een vliegtuigvleugel. De spitfirevleugel zou de meest ideale vorm zijn, maar ik vond het verdacht dat ik maar een enkele boot met deze vorm rond zie varen. Arthur stelde dat een zuivere parabool het meest ideaal zou zijn (de spitfire vleugel), maar bij helling verliest zo'n roer teveel aan effectiviteit omdat het voor een deel uit het water komt. De nadruk komt dan te liggen op te tip en die heeft bij een parabool relatief weinig oppervlak. Resultaat is dat je bij helling teveel druk op je roer verliest en uit je roer loopt. Om druk te houden snijden ze de parabool tegenwoordig in de lengte door. Aan de voorkant loopt hij dan zeg volgens de paraboolvorm, aan de anchterkant blijft hij recht. Bovendien dacht ik dat de voorkant van het roer zo lang mogelijk recht zou moeten zijn om te voorkomen dat het water onder het blad door afgebogen wordt en dus het onderste deel van je roerblad er werkeloos bij komt te hangen. Ditzelfde geldt nl. bij vliegtuigvleugels, dat voorkomen ze met een knik of eindpaat op het einde. Volgens Arthur speelt dit voor een roer in water geen rol. De bedoelde vorm (doorgesneden ellips, verlengd naar achteren) zie je bij de moderne scheepsontwerpen steeds vaker, een koud kunstje om de vorm ergens te lenen en het oppervlak aan te passen aan mijn eigen wensen.

Verkleinde variant voor korte kiel

De standaard kielvariant van de kwartton is 1,25m diep, bijbehorend roerblad is 95cm lang. De korte kiel kwartton is 1m diep en heeft een korter en breder roerblad nodig. Ik heb een nieuw ontwerp toegevoegd voor een korter (85cm) en breder blad. Het oppervlak is wat vergroot (6,4%) ten opzichte van de diepe variant omdat we diepliggend oppervlak omzetten in ondiep oppervlak wat minder effectief is. Deze vergroting is overigens nattevingerwerk, niet echt wetenschappelijk onderbouwd.

De praktijk

Nu het af is blijkt dat de theorie (gelukkig) aardig klopt. Bij heel lage snelheden in een haven is dit roer minder effectief dan de deur die eronder zat. Niet onbruikbaar maar gewoon minder effectief, ik moet eerder en harder bijsturen op de motor. Ook wrikken gaat wat minder goed dan met het oude roer, het totale oppervlak achter de roerkoning is nu minder dan bij het oude roer. Varend op de motor is er niet veel verschil tussen de oude en nieuwe situatie, je hebt nu wat minder handkracht nodig maar ook het oude roer vaart deze boot zonder kracht te hoeven gebruiken. Je zou kunnen zeggen dat het nieuwe blad wat beter in zijn rol zit dan het oude. Onder helling is het verschil wel goed merkbaar, en daar ging het me om. Bij toenemende helling neemt de roerdruk veel minder toe dan bij het oude roer. Je houdt onder helling voelbaar meer grip op het water en de boot loopt minder snel uit zijn roer. Eindconclusie: aanrader voor de zeilers onder ons. Als je geen helling wilt en vooral op de motor vaart kun je de oude deur er beter onder laten zitten.

Met dank aan

Deelnemers aan het Waarschippersforum
Arthur Peltzer (Peltzer Design)
Cees van Tongeren (VdStadt Design)
Hajé Weisfelt (voor het lenen van de schaaf)

Contact
Marcel Wigman
mwigman-site[at]usa.net