Wat is een zuigzeil?

Bound4blue schreef op de eigen website een interessant verhaal over hoe hun zuigzeilen eigenlijk werken, en waarom ze zoveel effectiever kunnen zijn dan andere windvoortstuwingssystemen.

Het eerste zuigzeil werd in de jaren 1980 ontwikkeld door de Cousteau Foundation, met een team onder leiding van Lucien Malavard en Bertrand Charrier, die niet overtuigd waren van zowel starre zeilen als Flettners. Hoewel er met succes een systeem op maat werd gemaakt voor het onderzoeksschip Calypso II, werd de stap naar commercialisering niet doorgezet, totdat bound4blue het stokje overnam en ermee aan de haal ging.
Om te begrijpen hoe zuigzeilen werken, moeten we ons verdiepen in stijve zeilen, en drie fundamentele aerodynamische concepten tegen het licht houden.

Lift en Weerstand

‘Lift en weerstand’ verwijst naar de twee aerodynamische krachten die elke vorm ondervindt wanneer er lucht omheen stroomt. In vliegtuigen is lift de kracht die je omhoog duwt en is luchtweerstand een weerstand die je naar achteren duwt. Lift staat altijd loodrecht op de windrichting en weerstand is parallel. Bij windvoortstuwing worden dezelfde krachten gebruikt om schepen voort te stuwen.
In aerodynamica gebruiken we in plaats van lift- en weerstandskrachten om prestaties te kwantificeren, eigenlijk “liftcoëfficiënt” en “weerstandscoëfficiënt” (CL en CD). Dit zijn waarden waarmee we kunnen kwantificeren hoeveel kracht een lichaam genereert, onafhankelijk van grootte en windomstandigheden. Maar nog belangrijker is dat we hiermee de prestaties van verschillende vormen kunnen vergelijken.

Invalshoek

De ‘invalshoek’ verwijst naar de hoek tussen de vleugel/het zeil en de wind. Laten we eens kijken hoe deze op elkaar inwerken.
In de video zie je een symmetrische aerofolie met een invalshoek van nul. De lucht stroomt rond de vleugel met nul lift. Maar als we de invalshoek vergroten, genereren we meer liftkracht. Met andere woorden, we hebben kracht.
Geweldig, maximaliseer de hoek, maximaliseer de voortstuwing, denk je misschien. Maar het is een voorzichtige evenwichtsoefening.

Windassist sponsor

Overtrek

Als de hoek een bepaald punt overschrijdt (de kritieke hoek), scheidt de luchtstroom zich van de aerofoil, wat resulteert in een plotselinge daling van de lift (met veel luchtweerstand). Dit is waar de ‘overtrek’ of het verlies van vermogen optreedt. Problematisch voor een schip, rampzalig in de luchtvaart.
Elke aerodynamisch ingenieur kan je vertellen dat bovenstaande principes in combinatie met een symmetrische stijve vleugel een maximale liftcoëfficiënt van 1,2 opleveren. Kan dat niet hoger worden? Dat was precies wat het team van de Cousteau Foundation zich afvroeg.
De wiskunde dicteert dat de eerste aanloophaven in de zoektocht naar meer lift het creëren van een dikker profiel voor het aerodynamische oppervlak is. Maar de wiskunde helpt ons niet verder als de luchtstroom loskomt.
Hoe kunnen we het loskomen van de luchtstroom stoppen? Het antwoord is zuigkracht. Door zuigkracht toe te voegen langs de belangrijkste punten van het lichaam, blijft de stroming vastzitten en zien we een aanzienlijke toename in liftcoëfficiënt.

Superkracht

Bound4blue bereikt dat met van een ventilator aan de bovenkant van de eSAIL®, terwijl de body van het zeil zelf is voorzien van een poreus rooster. Hierdoor kan lucht in het zeil stromen, de lucht stijgt op naar de ventilator en wordt vervolgens uitgestoten. Dit creëert niet alleen meer lift op een zeil met een invalshoek van nul (een CL van 2,4 – twee keer het maximum van een standaard stijve vleugel!), maar het feit dat de lucht aan het oppervlak ‘plakt’ betekent dat de invalshoek kan worden vergroot tot ver voorbij het normale overtrekpunt, van ongeveer 12 tot 60 graden.
bound4blue’s eSAIL® heeft een maximale CL van 8,3. Dit is zes tot zeven keer hoger dan een conventioneel star vleugelzeil. Dat betekent zes tot zeven keer meer vermogen, of anders gezegd, dezelfde stuwkracht uit een unit die 6 tot 7 keer kleiner is dan een conventioneel systeem. En daarmee kan zowel bovenwinds als benedenwinds worden gezeild.
Het potentieel van deze technologie voor moderne schepen en wereldwijde groene toeleveringsketens als geheel is enorm. Naast het aandrijven van schepen heeft dit systeem de kracht om de energietransitie in de maritieme sector te versnellen… vandaag nog!

Lees het hele artikel, met instructieve video’s, op de site van bound4blue.
Beeld: bound4blue.

Windassist sponsor