Lär om skrovfriktion och gör din båt snabbare

Visste ni att vattnet närmast skrovet alltid står stilla, oavsett fart? Och att ni kan öka rodergreppet med 25 procent genom att polera det korrekt? Här förklarar Båtfeber-bloggaren Jimmy Hellberg teorierna om friktion på båtens undre delar och tipsar om slippapper och polering.

De flesta är överens om att en bra bottenfinish är viktig om man vill minimera motståndet och därmed öka prestandan på sin båt. Men när det kommer till vad som är en bra bottenfinish så råder det delade meningar.

Frågar man inbitna kappseglare om vad som är den bästa bottenfinishen brukar man oftast få ett och samma svar – våtslipat –med varierande teori bakom anledningen till detta. Vilken kornstorlek det skall vara på papperet varierar också, men mest vanligt är någonstans mellan P400 till P1200. Ibland har jag fått svaret att polerat är snabbast.

Vem har rätt, vad är snabbast?

Det handlar om friktionsmotstånd, även om vattnet inte glider mot skrovet som de flesta verkar tro. Oavsett hur blankpolerad och slät finish skrovet har så kommer vattnet allra närmast skrovet alltid att stå helt still i förhållande till skrovet. Vattenmolekylerna här är som fastlimmade mot skrovet, som alltså drar med sig ett tunt lager vatten.

Ett friktionsmotstånd uppstår sedan mellan detta tunna lager vatten och nästa lager vatten som glider utanför. Detta andra lager påverkas i sin tur av nästa lager o.s.v ända tills fartskillnaden har utjämnats mellan vattenlagren. Friktionen mellan dessa vattenlager är proportionell i förhållande till takten som vattenhastigheten ökar med avståndet från skrovet.

Vattenlagren kallas gemensamt för gränsskikt och delas in i två olika tillstånd, laminärt eller turbulent. Ett laminärt gränsskikt innebär tunna vattenskikt som påverkar varandra endast genom molekylära bindningar som är ganska svaga, dvs. låg friktion mellan vattenlagren. Ett turbulent gränsskikt har starkare bindningar genom vattnets virvlande effekt. Friktionen blir högre då hastigheten på flödet ökar snabbare med avståndet från skrovet, vilket är fallet i det turbulenta gränsskiktet.

I fören på båten är det laminära gränsskiktet bara någon millimeter tjockt och växer sedan relativt sakta till ca 10 mm medan det strömmar längre bak på skrovet. Därefter ändrar det karaktär och blir turbulent och då växer det snabbt i tjocklek och motståndet ännu snabbare. I aktern är gränsskiktet ofta över 10cm tjockt.

Detta innebär att om man strävar efter lågt motstånd så skall man se till att flödet över skrovet är laminärt så långt som möjligt. I praktiken är det inte möjligt att ha så lång laminär strömning över skrovet, detta beror på att skrovets linjer oftast inte är ritade primärt för detta och efter en viss sträcka längst skrovet, beroende på fart, så blir flödet ändå turbulent oavsett hur fin finish man än har.

En tumregel är att första tredjedelen eller första hälften av skrovet behöver mest uppmärksamhet. Längre akterut klarar man sig med grövre finish utan att bli straffad i friktionsmotstånd, då flödet ändå är turbulent här. Vill man veta mer exakt var man kan förvänta sig laminärt flöde så måste man räkna ut ”Reynoldstalet” för de farter man är intresserad av, vilket jag inte kommer gå in på här.

Generellt kan man säga att man i tre knops fart kan förvänta sig laminärt flöde över de första tre metrarna på skrovet, förutsatt att finishen är tillräckligt bra. I sex knops fart är denna sträcka halverad. Det kanske inte låter så mycket att sträva efter, några få meter laminär strömning hit eller dit, men faktum är att motståndet är högre även i början av det turbulenta flödet om finishen är dålig. En handmålad penslad yta har 50-100 µm djupa spår vilket i sex knops fart ökar motståndet med 5-18% och detta är ju en hel del då friktionsmotståndet som lägst brukar vara en tredjedel av båtens totala motstånd!

För att nu ha en ”tillräckligt bra” finish så måste ytan vara ”hydrodynamisk slät”. Vattenmolekylerna närmast skrovet står som bekant still i förhållande till skrovet, detta mycket tunna lager vatten, på engelska kallat ”Viscous Sublayer”, är normalt tunnare än en tiondels millimeter.

Fler artiklar om att ge sin båt bättre prestanda:
Bästa tipsen för att optimera bottenfinish
Optimera  köl- och roderprofl
Vårrusta rätt och öka farten!

Efter en rad experiment har man kunnat fastställa att effekten av en grov yta försvinner om denna är inbäddad i detta tunna vattenlager. Hur tunt detta vattenlager är beror på hastigheten. Desto fortare skrovet går genom vattnet desto tunnare blir det. Kravet på finish ökar alltså i takt med farten!

Sambandet är dock enkelt, dividera 194 med farten i knop. Resultatet är den maximalt tillåtna grovheten/utsticket på skrovets yta i mikrometer (µm) räknat.

Har man t. ex en segelbåt som normalt aldrig seglar snabbare än sex knop så innebär detta att ytan inte får vara grövre än 32µm. Gör båten ibland tolv knop så får den max har en grovhet på 16µm.

Detta kan sedan jämföras med våtslippapprets kornstorlek. Dock skall tilläggas att om man använder ett våtslippapper P400 med en korstorlek på ca 35µm så innebär ju inte det att ytan får 35µm djupa repor, men det ger ändå ett hum om hur fin ytan måste vara för att inte göra extra motstånd.

Denna finish bör man alltså ha åtminstone fram till mitten av skrovet då detta som sagt minskar friktionen även i början av det turbulenta flödet. Efter mitten på skrovet sjunker kravet på finish gradvis till ungefär hälften längst bak i aktern.

Vissa struntar helt i att behandla botten och superhottar istället sin båt med enorma segel…

Kölar och roder har ofta konstruerats med speciella profiler för att få laminärt flöde så långt som möjligt, samtidigt skall de även skapa en lyftkraft när de träffar vattnet med en anfallsvinkel av varierande storlek och då blir kraven på finish mycket högre. Även enklare turbulenta profiler (typ NACA 0012) gör mer motstånd och får klart sämre verkningsgrad, samt tidigare separation om ytan inte är perfekt.

Tester har visat att redan vid 10µm utstick så sjunker maxlyftet (CLmax) med ca 25% och motståndet vid CLmax ökar med över 30%. Detta kan vara av mycket stor betydelse, speciellt för roder som man ofta behöver så mycket kraft i som möjligt för att inte tappa kontrollen på sin båt, t.ex. på en hård slör.

I praktiken innebär detta att man genom att polera sitt roder, jämfört med att ha det våtslipat, kan öka styrförmågan med hela 25%. På kölen är det normalt inte lika viktigt med spegelblank finish, (förutsatt att den inte har ett extremt höjd/bredd förhållande och/eller krävande laminärprofil, som de flesta extrema racers har idag) då man normalt inte ligger nära maxlyft på en mer normal köl. Dock kan det fortfarande ge en fördel i starter och efter slag då man tillfälligt kan få höga anfallsvinklar.

Har man för avsikt att kappsegla bör man definitivt ge sitt roder och sin köl lite extra kärlek!

Nedanstående tabell visar kornstorleken på olika sandpapper:
P2500 8.4µm
P2000 10.3µm

P1500 12.6µm

P1200 15.3µm
P1000 18.3µm
P800 21.8µm
P600 25.8µm
P400 35.0µm

P320 46.2µm

P280 52.2µm
P240 58.5µm
P220 68µm

P180 82µm

P150 100µm