Dubbla kölars hydrodynamik

Dubbla kölars hydrodynamik

En del segelbåtar kan fås med två kölar, den ena bakom den andra. Vad säger vetenskapen om denna genväg till minskat djupgående?

 

Lyftkraften - den kraft hos en köl som förhindrar avdrift – uppstår därför att strömmande vatten träffar kölen snett framifrån. Kölen måste då tvinga vattnet att ändra riktning, och därmed skapas den lyftkraft utan vilken ingen segelbåt kan segla mot vinden. Hur stor lyftkraften blir beror på kölens yta, vattnets anfallsvinkel och båtens fart. Lite förenklat kan man dock säga att om kölens yta fördubblas så fördubblas även lyftkraften.

 

Men det finns också en viktig nackdel med kölar; de ökar motståndet och eftersom motståndet i huvudsak beror av friktionen mot vattnet, får vi en ökning av motståndet om vi ökar ytan på kölen. På framkanten av kölen är friktionen ganska liten men den ökar längs med kölen. Det betyder att en kort köl har mindre friktion per ytenhet än en lång. Därför bromsar en lång och grund köl mer än en kort och djup köl med samma yta.

 

Om man nu vill begränsa kölens djup kan man tänka sig olika lösningar; två kölar bakom varandra, två kölar bredvid varandra, eller den traditionella varianten med en grund men lång köl. Det sista alternativet ger större motstånd. Två kölar i närheten av varandra förändrar emellertid vattnets strömning och kölens lyftkraft.

Figuren visas två kölar och hur, enligt gjorda beräkningar, vattnet

strömmar kring dem.

Strömningen kring framkanten på den främre kölen har en större anfallsvinkel än vad strömningen vid aktre kölen har. Detta betyder att den främre kölen får arbeta 'hårdare' och den skapar därmed en större lyftkraft, i det här fallet ca 110 % mer in den aktre. Detta beror bl a på att den bakre kölen hamnar i en vattenström som redan har tvingats ändra riktning och att vattnet framför den främre kölen - via tryckskillnader - känner av att kölarna finns där och ändrar riktning. Om de två kölarna är placerade mycket långt ifrån varandra är lyftkraften emellertid lika stor för båda. När kölarna placeras närmare varandra ökar lyftkraften för den främre och minskar för den aktre. Det intressanta är att summan av de två kölarnas lyftkrafter alltid är like med lyftkraften från en stor. Nackdelen med att den främre kölen tar en större del av lyftkraften är att den vid låga farter - t ex efter en stagvändning - lättare blir överbelastad och tapper lyftförmåga; det känns som om båten tappar greppet i vattnet.

 

Friktionen för kölarna är däremot lågt tack vara att båda är korta. Figuren visar att det vatten som har passerat längs den främre kölen inte träffar den aktre. Detta gäller dock inte då båten länsar och avdriften är liten, vilket då leder till en ökning av friktionen.

 

Men varför finns det då America's Cup-båtar med två kölar efter varandra, om det nu verkar som om nackdelarna överväger? Jo, de har en vridbar fena - en trimklaff - i bakkanten av den aktre kölen och kan därmed öka lyftkraften för den kölen så att den totala lyftkraften blir mycket större. Detta är samma princip som för fock och stor. Om man istället väljer att placera kölarna bredvid varandra - vilket förekommer i bl a Frankrike (se bilden på Django 7.70 ovan) och gör att båtarna står upprätt på botten vid ebb - kommer båtens lovartsköl alltid att vara mer belastad och blir därmed lättare överbelastad. Summan av lyftkraften är också här lika stor som för en stor köl. Även i detta fall är friktionen liten och det finns ingen risk att vattenströmmen från den ena kölen träffar den andra. Men det finns en hake med båda tvåkölsalternativen; lyftkraften minskar alltid vid kölens ändar och eftersom två kölar har dubbelt så många ändar som en ensam köl blir förlusterna större.

 

En fördel med två kölar brevid varandra (åtminstone på lite bredare skrov) är dock att när båten kränger lyfts lovartskölen upp ur vattnet och läkölen blir mer effektiv då den vinklas rakt ner. Effekten blir en mindre våt yta och mindre avdrift.

 

Av allt detta kan man dra följande slutsatser: Om det inte finns några begränsningar på djupgående, välj en köl. Är djupet en begränsning, välj två kölar. Men då ska man vara medveten om att lyftkraften, utan rörlig fena aldrig blir större än för en djup köl, samt att den ojämna lyftkraftsbelastningen kan medföra både sämre egenskaper vid låga farter och balansproblem på båten. Det finns också en risk att friktionen ökar.

 

Hans Liwång

Texten publicerades ursprungligen i Segling 1999 och uppdaterades här 2014.