Hydrofoil zeilboot. Irene Hof Industrieel Ontwerpen. QConcepts Universiteit Twente DESIGN & ENGINEERING

Transcriptie

1 Hydrofoil zeilboot Irene Hof Industrieel Ontwerpen QConcepts Universiteit Twente DESIGN & ENGINEERING

2 Titelblad DESIGN & ENGINEERING Hydrofoil zeilboot Irene Hof s Industrieel Ontwerpen Universiteit Twente QConcepts C. Missetstraat AB Doetinchem Examencommissie Dr. Ir. G. M. Bonnema Ir. W. Dankers J. Rademaker Datum van publicatie Oplage: 4 Aantal pagina s: 40 Aantal bijlagen: 14 2 Titelblad

3 Voorwoord Dit rapport is geschreven in opdracht van QConcepts en Universiteit Twente. De opdracht is uitgevoerd op locatie bij QConcepts te Doetinchem. Het project is uitgevoerd in het kader van de bachelor afstudeer opdracht aan de Universiteit Twente. Om het lezen van dit verslag toegankelijk te maken voor een breed publiek is een verklarende woordenlijst samengesteld, welke te vinden is in bijlage I. Graag bedank ik de volgende personen voor hun begeleiding tijdens het project: J. Rademaker W. Dankers S. Papenborg G.J. Hof Voorwoord 3

4 Inhoudsopgave Titelblad Voorwoord Inhoudsopgave Samenvatting Summary 1. Inleiding 2. Windsurfen 2.1. De sport windsurfen 2.2. Gebruikservaring 3. Zeilen 3.1. De sport zeilen 3.2. Typen zeilboten 3.3. Gebruikservaring 4. Draagvleugels 4.1. Werking 4.2. Voor- en nadelen 4.3. Toepassingen 5. Koppeling 5.1. Overeenkomsten en verschillen 5.2. Gebruikservaring 5.3. Doelgroep 5.4. Gebruik 6. Ideefase 6.1. Programma van Eisen 6.2. Ideeëngeneratie 7. Conceptfase 7.1. Concepten 7.2. Conceptkeuze 8. Detaillering 8.1. Programma van Eisen 8.2. Eerste iteratie 8.3. Bovenwaterschip 8.4. Onderwaterschip 8.5. Gewicht 8.6. Kosten 8.7. De praktijk 8.8. Terugkoppeling 9. Conclusie & Aanbevelingen Bijlagen Inhoudsopgave

5 Samenvatting In dit verslag wordt het ontwerpproces van een crossover tussen een windsurfplank en zeilboot beschreven. De focus lag hierbij voornamelijk op de gebruikservaring: deze diende een combinatie te zijn van aspecten van windsurfen en zeilen. Het product diende tevens beperkte afmetingen te hebben met het oog op de produceerbaarheid en het gebruiksgemak. Daarnaast is als randvoorwaarde gesteld dat het product draagvleugels zou bevatten. Om dit doel te bereiken is een analyse uitgevoerd op het gebied van windsurfen, zeilen en draagvleugels. Hierbij zijn enquêtes uitgevoerd onder ervaren windsurfers en zeilers om de juiste gebruikservaring in kaart te brengen. Ook de fysieke kenmerken zijn in kaart gebracht en zijn er sfeercollages gemaakt zodat de verschillen tussen windsurfen en zeilen duidelijk zichtbaar werd. Hieruit bleek dat kernwoorden als vrijheid, isolement, dynamiek en samenspel tussen lichaam en constructie bij windsurfen passen; kernwoorden als rust, ontspanning en samenspel tussen boot, water en wind bij zeilen. De voornaamste verschillen uiten zich in vier aspecten: 1. Ergonomisch aspect staan tegenover zitten 2. Stuur aspect drukpunt verplaatsen in zeil tegenover roer bewegen o Dit uit zich in sturen met een bar bij windsurfen en het aantrekken van schoten bij zeilen 3. Drijver smal tegenover breed o Dit uit zich in weinig stabiel en wel stabiliteit 4. Voeten druk uitoefenen tegenover vrij De ideefase is gestart en om zo veel mogelijk ideeën te genereren, zijn verschillende brainstormsessies gehouden. Aan de hand van deze ideeën zijn vier concepten samengesteld welke grof uitgewerkt zijn. Na toetsing bleek concept 2 de meeste mogelijkheden te geven en is met dit concept verder gegaan. Dit concept is zoverre uitgewerkt dat de lay-out ontworpen is, de gebruikservaring duidelijk terug te vinden is in het ontwerp, de werking van het product duidelijk is en er over technische details is nagedacht. Hierbij is ook de aero- en hydrodynamica meegenomen en is de snelheid berekend waarmee het product uit het water omhoog zal komen en op de draagvleugels zal gaan varen. Het ontwerp is omgezet naar 3D via schetsen en een SolidWorks model. Om de gebruikservaring beter weer te kunnen geven dan alleen in woorden, is een Maya animatie gemaakt. Concluderend kan gezegd worden dat het product qua gebruikservaring een combinatie is van windsurfen en zeilen. Aangezien dit een eerste ontwerp is, zullen er nog meer iteraties gedaan moeten worden voordat het product de markt op kan. Hieronder vallen ook de vele praktijktesten en evaluaties van ervareren zeilers om te laten blijken of de gebruikservaring daadwerkelijk een goede combinatie is en of het product in de smaak valt bij de actieve watersporters. Vanuit deze analyse en koppeling is een voorlopig programma van eisen opgesteld, met als belangrijkste eisen: 1. De gebruikservaring van het product moet een combinatie zijn van windsurf- en zeilaspecten. 2. Het product moet door één persoon in het water gelegd kunnen worden. 3. Het product moet lichtgewicht zijn. 4. Het product moet er dynamisch uit zien. 5. Het product moet zo snel mogelijk na de start het water uit gelift worden. 6. Het product moet met hoge snelheid varen. 7. De gebruiker moet zijn spieren voelen na gebruik. 8. Het product moet op een trailer meegenomen kunnen worden. 9. Het product moet draagvleugels bevatten. Samenvatting 5

6 Summary In this report the design process of a cross-over between a windsurf and sailboat is described. The focus was mainly on the user experience as it had to be a combination of aspects of windsurfing and sailing. The product should also have limited dimensions due to the manufacturing process and the usability. Additionally, the product had to contain hydrofoils. In order to accomplish this goal, an analysis is performed in the field of windsurfing, sailing and hydrofoils. Several surveys are conducted among experienced windsurfers and sailors to identify the right user experience. The physical characteristics are also identified and ambience collages are made so the differences between windsurfing and sailing became evident. It turned out that terms like freedom, isolation and dynamic interaction between body and construction matches windsurfing; terms like peace, relaxation and interaction between boat, water and wind matches sailing. The main differences are expressed in four aspects: 1. Ergonomic aspect - a standing position opposite a sitting position 2. Steering aspect - moving the point of pressure in a sail opposite moving the rudder o This results in steering a bar opposite pulling the lines 3. Hull - small opposite wide o This results in unstable opposite stable 4. Feet - exert pressure opposite no task The idea phase was started and several brainstorm sessions are performed to generate as many ideas as possible. Based on these ideas four concepts are composed, which are roughly elaborated. It turned out concept 2 had the potential to go further with. Of this concept, the layout has been designed, the user experience is specified, the performances of the product are elaborated and some technical details are written down. Even the aero- and hydrodynamics have been taken into account and the take-off speed of the product is calculated. The design is translated to a 3D model using sketches and a SolidWorks model. As the user experience is expressed way better in an animation than only in words, a Maya animation is made. Concluding, the product is a combination of windsurfing and sailing in terms of user experience. Since this design is a first draft, still more iterations have to be done before the product placing the product in the stores. These iterations include practice test and evaluations of experienced sailors to show whether the user experience is actually a combination. Based on this analysis a list of requirements is set up. This are the main requirements: 1. The user experience has to be a combination of windsurfing and sailing. 2. The product should be placed in the water by one person. 3. The product must be lightweight. 4. The product should have a dynamic look. 5. The product should be lifted out of the water as soon as possible after the start. 6. The product must sail at high speed. 7. The user should feel his muscles after using the product. 8. The product should be taken on a trailer. 9. The product must contain hydrofoils. 6 Summary

7 1. Inleiding Dit project is uitgevoerd bij QConcepts Design & Engineering te Doetinchem. QConcepts is een jong en innovatief bedrijf en werkt aan uitdagingen op het gebied van product- en conceptontwikkeling met de segmenten Innovatie, Development en Realisatie [1]. In het segment Innovatie is de opdracht geplaatst. De opdracht is uitgevoerd als Bachelor Eindopdracht voor de opleiding Industrieel Ontwerpen aan de Universiteit Twente. Vanuit QConcepts is er vraag naar innovatie in de zeilindustrie. Hieruit is een opdracht voortgekomen om een cross-over van een windsurf en een zeilboot te ontwerpen. Vanwege de goede kennis op het gebied van draagvleugels in het bedrijf zal het nieuwe product tevens draagvleugels bevatten. Daarnaast is de wens draagvleugelboten toegankelijker te maken voor een breder publiek. De draagvleugels voor het ontwerp zullen aangeleverd worden door QConcepts. In dit verslag wordt het ontwerpproces hiervan beschreven. Het doel van het proces is een conceptontwerp waarbij de focus ligt op de gebruikservaring: deze dient een combinatie te zijn van aspecten van zeilen en windsurfen. Enkele randvoorwaarden die bij de start van het project zijn gegeven: Het product moet in een persmal te produceren zijn. Het product moet beperkte afmetingen hebben voor efficiënte productie en een laag gewicht. De productie kostprijs moet vergelijkbaar zijn met windsurf-sets. De gebruikerservaring moet een combinatie zijn van windsurf en zeilboot aspecten. Het vaartuig moet de actieve zeiler/surfer aanspreken door juiste styling en integratie van features uit beide watersportsectoren. Om het doel van het project te bereiken is een analyse uitgevoerd op het gebied van windsurfen, zeilen en draagvleugels. Aan de hand van deze analyse is een programma van eisen opgesteld voor het nieuwe ontwerp. Vervolgens zijn er concepten gegenereerd, waarbij de concepten uitgewerkt zijn tot een niveau van schetsen en uitgebreide beschrijvingen van de gebruikservaring. Uiteindelijk is er één concept gekozen welke uitgewerkt is en waar een SolidWorks model van gemaakt is. Een Maya animatie is beschikbaar ten einde de gebruikservaring goed weer te kunnen geven. Inleiding 7

8 2. Windsurfen Het te ontwikkelen product zal qua gebruikservaring bestaan uit een combinatie van windsurfen en zeilen. Om gedegen keuzes te kunnen maken welke aspecten meegenomen zullen worden zal er eerst onderzoek gedaan worden naar de verschillende aspecten van windsurfen en zeilen. In dit hoofdstuk zal windsurfen aan de orde komen, in het volgende hoofdstuk zeilen De sport windsurfen Windsurfen is een watersport waarbij de gebruiker gebruik maakt van de wind om snelheid te maken (zie fig. 2.1). Een windsurfset bestaat uit een drijflichaam en een beweegbaar tuig [2]. De gebruiker staat op het drijflichaam het board of surfplank en bestuurt dit drijflichaam met het beweegbaar tuig de mast, de giek en het zeil. De mast is losneembaar: het zeil valt om wanneer de gebruiker dit niet vast heeft. Het drukpunt in het zeil moet veranderd worden om van koers te veranderen. Om te sturen kan de gebruiker ook druk uitoefenen met zijn voeten op de plank of gebruik maken van zijn lichaamsgewicht. Figuur 2.1: Windsurfen De sport windsurfen kent vele soorten gebruikers. De leeftijdrange van deze groep gebruikers is groot: les nemen kan vanaf je 12 e jaar, maar echte diehards staan op hun 5 e al op een board. Wanneer de gezondheid het nog toelaat, kun je tot je 90 e op het water surfen. Het niveau verschilt van beginner tot expert. Ook topsport bestaat en er worden vele kampioenschappen georganiseerd. Aangezien windsurfen een sport is en een actieve houding vereist, zal de gebruiker sportief zijn. Het type windsurfen varieert van de normale basisvaardigheden zoals rechtdoor varen, overstag gaan en gijpen, tot het type surfen waar meer uitdaging wordt gezocht in het doen van tricks en trucs. Tegenwoordig zijn er veel verschillende surfplanken die verschillen in lengte, breedte en volume. Het is aan de gebruiker over te laten welk doel hij heeft en dus bij welk type board zijn voorkeur ligt. In bijlage II is meer achtergrond informatie te vinden over windsurfen, zoals de verschillende type boards Gebruikservaring Door onderzoek te doen naar de gebruikservaring die ontstaat tijdens het windsurfen, kan de behaalde informatie later in het ontwerpproces gebruikt worden om de juiste aspecten toe te passen in het nieuwe ontwerp. Er is onderzoek gedaan naar wat de gebruikservaring van ervaren surfers is door een enquête af te nemen, waarvan de resultaten hieronder beschreven worden. De exacte uitkomsten zijn te vinden in bijlage III. Gebruiksomstandigheden Windsurfen is op veel waterlocaties onder diverse omstandigheden te beoefenen. De geoefende surfer start met surfen door middel van een strand- of waterstart, waarbij het zeil wind vangt en er dan pas op de plank gestapt wordt. De beginnende surfer zal deze techniek echter niet beheersen, waardoor het zeil door de surfer uit het water getrokken moet worden. De kracht die hiervoor nodig is zal uit de benen moeten komen, waarbij het lichaam van de gebruiker als contragewicht gebruikt moet worden. De rug en armen dienen zoveel mogelijk gestrekt te blijven. Het zeil dient tijdens de start in de wind te liggen door de wind in de rug te houden. De voeten worden op schouderbreedte aan weerszijden van de mast geplaatst. Het contact met het board is van groot belang voor een windsurfer, ongeacht het niveau van de surfer, het type surfen of de weersomstandigheden. Op deze manier blijft de gebruiker controle houden over zijn bewegingen en heeft hij dus de beste controle over het surfen. Tevens zal een correcte techniek er toe bijdragen dat een grotere snelheid bereikt kan worden en dat de gebruiker minder snel vermoeid raakt. De verschillende manoeuvres die bij de basistechniek horen zijn rechtdoor varen, overstag gaan en gijpen. Wanneer de surfer rechtdoor vaart, zal het rechterbeen voor staan tijdens het varen over bakboord en zal het linkerbeen voorstaan tijdens het varen over stuurboord. Wanneer de surfer overstag wenst te gaan en dus een door-de-windse draai wil maken, stapt de surfer langs de voorzijde van de mast naar de andere kant van de giek. Het zeil draait hierbij over de achterkant van de plank. Het zwaard is de as waar het board om draait. Wanneer de surfer niet door de wind wil draaien maar wil gijpen, blijft de surfer achter de mast staan en zal het zeil een draai maken van 180 graden voor de mast langs. Het zeil draait hierbij over de voorkant van de plank. Windsurfen is een sport die individueel uitgevoerd wordt waardoor er weinig sociale interactie plaats vindt. Alleen wanneer in groepen gesurft wordt of een wedstrijd gevaren wordt, is er contact met andere mensen. 8 Windsurfen

9 Een surfset is eenvoudig mee te nemen in of op de auto en daardoor is het mogelijk om even te gaan surfen. Een windsurf is snel opgebouwd en weer afgetuigd, en is daarnaast gemakkelijk op te bergen. Ook is weinig onderhoud nodig en is de aanschafprijs relatief laag vergeleken met andere watersporten. Als de aanschaf eenmaal gedaan is, kan de gebruiker jaren vooruit en er is veel tweedehands aanbod. De vaaromstandigheden zijn ideaal bij voldoende wind van circa windkracht 4 à 5 Beaufort, hierbij kan gemakkelijk in plané gekomen worden. Daarnaast is een stralende zon en een aangename temperatuur van zowel water als wind gewenst. Als het water niet meer dan 1,5 meter diep is, kan gestaan in plaats van gezommen worden tijdens het opstarten en afstappen wat het gebruiksgemak vergroot. Enkele nadelen die gebruikers ervaren zijn dat met windsurfen grotendeels halve wind wordt gevaren door de slechte vaareigenschappen bij hoog aan de wind koersen, waardoor een route surfen minder gemakkelijk is. Daarnaast zijn de weersomstandigheden in Nederland over het algemeen niet ideaal: het is relatief vaak slecht weer, het is koud of er zijn hoge golven waardoor een wetsuit nodig is. Slecht weer kan zich uiten in uitputting en angst, waardoor het plezier vergaat. Daarnaast zal het individualisme van de sport niet elke gebruiker altijd aanspreken. Gebruikservaring Qua gebruikservaring wordt windsurfen gezien als een uitdagende sport waarbij een fraai samenspel tussen lichaam en constructie plaatsvindt. Windsurfen is een intensieve sport en er moet een investering gedaan worden in het leren, maar wanneer de basis eenmaal onder de knie is, kun je jezelf snel veel bij leren. Het gevoel dat surfers tijdens het windsurfen ervaren drukt zich uit in vrijheid, ontspanning en verslaving. Alle spieren worden gebruikt tijdens het windsurfen en deze continue inspanning leidt tot ontspanning. Er wordt nergens anders meer aan gedacht dan het surfen en je hoofd wordt leeggemaakt waardoor rust wordt ervaren. Je komt in een flow waardoor het surfen verslavend is en je aandacht wordt volledig in beslag genomen. Het windsurfen wordt gezien als een strijd tegen wind en water. Het geluid van water en wind geeft een gevoel van één met de natuur en dus rust, maar geeft tegelijkertijd een kick door het gevoel van snelheid. Het planeren en de wendbaarheid maken windsurfen snel en dynamisch: een extreme sport. Doordat relatief snel nieuwe dingen geleerd kunnen worden, wordt een goed gevoel aan het surfen over gehouden wanneer iets lukt. Windsurfen is de snelle voortbeweging over het water in combinatie met de eenvoud van de constructie. Windsurfen 9

10 3. Zeilen Waar in het vorige hoofdstuk windsurfen is besproken, is hier de sport zeilen aan de orde De sport zeilen Zeilen is een watersport waarbij de gebruiker of gebruikers in een romp zit(ten) en de boot voortgestuwd wordt door wind in de zeilen (zie fig. 3.1). Het zeil staat vast en wordt bediend met een touw: de schoot. Sturen gebeurt met behulp van een helmstok of stuurwiel. Wanneer de boot snelheid heeft, gaat de boot hellen ten gevolge van de kracht op het zeil. Onder de romp zit een zwaard of kiel waardoor de boot niet omslaat bij zulke hellingen. In kleinere boten kan ook gestuurd worden door lichaamsgewicht te gebruiken en in kleinere boten is daarnaast een trapeze mogelijk waarbij de gebruiker nog verder uit de boot hangt Type zeilboten Er bestaan ontzettend veel verschillende zeiljachten, verschillend van grootte, doelgroep, prijs, type zeilen (race of comfort) en type uiterlijk (klassiek of modern). De meest voorkomende typen zijn de kajuitzeiljachten, de open zeilboten, de platbodems en de multihulls. Kajuitzeiljachten zijn jachten met een kajuit waarin geslapen en gekookt kan worden en dit type boot kan gebruikt worden voor langere tochten en zeetochten, zoals de Bavaria en de Beneteau (zie fig. 3.2). Afhankelijk van het type is beschutting tegen wind en regen aanwezig. Figuur 3.2: Kajuitzeiljacht Figuur 3.1: Zeilen Zeilen is voor veel mensen een hobby. Deze groep mensen is in het bezit van een eigen zeilboot of huurt er om de zoveel tijd een. Zeilen is een activiteit voor alle leeftijden: jonge kinderen kunnen mee met hun ouders, kinderen van 8 tot 12 jaar beginnen vaak in een optimist om het te leren [3] en jongeren vanaf 12 jaar kiezen voor de zwaardboot [4], eventueel met een trapeze. Als groep van 3 à 4 personen wordt de Valk vaak als ideale zeilboot gezien en deze wordt ook vaak gebruikt als lesboot. Families brengen een dagje op het water door in een kajuitzeilboot, waar meer comfort aanwezig is. Dit recreatief zeilen wordt veel uitgevoerd in Friesland en op het IJsselmeer. Maar zeilen is ook voor veel mensen een sport en er worden dan ook vele zeilwedstrijden georganiseerd en gevaren. Voorbeelden van regatta s zijn de Volvo Ocean Race, de America s Cup en de races tijdens de Sneekweek. Ook op de Olympische Spelen worden er competities zeilen gevaren. Daarnaast wordt zeilen ook beoefend in de modelbouw. Modelzeilbootjes zijn er al in vele soorten en maten en worden bestuurd met behulp van radiografische besturing. Meer achtergrond informatie over zeilen is te vinden in bijlage IV. Open zeilboten zijn boten zonder een kajuit (zie fig. 3.3). Hoe kleiner en platter de boot, hoe gevoeliger de boot is voor bewegingen en veranderingen. Het sturen van de boot kan met het roer en de zeilen, maar bij kleine type zeilboten net zo goed met het gewicht. Open zeilboten kunnen onderverdeeld worden in kielboten zoals de Valk, Randmeer en 16-kwadraat, en zwaardboten zoals de Optimist, Splash en Laser. Figuur 3.3: Open zeilboot Platbodems hebben zoals de naam al doet vermoeden een nagenoeg platte bodem en daarom een kleine diepgang (zie fig. 3.4). In plaats van een kiel bevat deze boot zijzwaarden. Voorbeelden zijn de Tjalk en het Skûtsje. 10 Zeilen

11 De Sailrocket [6] (zie fig. 3.7) maakt gebruik van een zeil dat op één drijver staat, geheld onder een hoek. Wanneer de boot op snelheid vaart, zal het zeil precies in de richting van de wind staan doordat eerst de drijver aan loefzijde zal gaan vliegen (bij ca. 25 knopen) waarna de lijzijde ook omhoog zal komen (bij ca. 50 knopen). Hierdoor wordt de weerstand verlaagd en de stabiliteit verhoogd. Alleen de hoofddrijver en het roer blijven in het water. De Sailrocket is momenteel houder van het wereldrecord: gemiddeld 121 km/h over een tracé van 500 meter [7]. Figuur 3.4: Skûtsje Multihulls zijn boten met meer dan 1 romp (zie fig. 3.5). Catamarans, met 2 rompen, hebben een lage weerstand en kunnen daarom grote snelheden behalen. Trimarans, met 3 rompen, hebben een lage weerstand in het water en een geringe diepgang door het ontbreken van een kiel. Figuur 3.7: Sailrocket Figuur 3.5: Trimaran Daarnaast bestaan er nog vele aantallen speciale zeilboten, hieronder volgen een paar voorbeelden. De zeilboten die speciaal zijn ontwikkeld voor yacht racing, zijn geoptimaliseerd op snelheid en prestatie, zoals de jachten voor de Volvo Ocean Race [5] (zie fig. 3.6). Een Proa boat [8] (zie fig. 3.8) is een multihull, waarbij de drijvers parallel liggen en vorm symmetrisch zijn. Hierdoor zijn de voor- en achterkant van de drijver hetzelfde. Het zeil en het roer zijn op de langste drijver geplaatst, hierdoor blijft deze drijver altijd lij gericht. De andere drijver is korter en dikker en loefgericht. Op deze drijver bevindt zich ook de eventuele accommodatie en cockpit. Doordat de rompen, het zeil en het roer vormsymmetrisch zijn, kan de boot in principe alle kanten op varen en wordt er niet overstag gegaan, maar geshunt. Wanneer dit gebeurt, zal de boot eerst stilliggen waarna het zeil en het roer 180 graden gedraaid worden en de boeg de achterkant wordt en vice versa. Figuur 3.8: Proa boat Figuur 3.6: Volvo Ocean boat Zeilen 11

12 3.3. Gebruikservaring Er is gekeken naar de ervaring tijdens het zeilen om hiervan de juiste aspecten toe te kunnen passen in het conceptontwerp. De resultaten die voortkwamen uit een enquête zijn hieronder beschreven. Voor de exacte resultaten uit de enquête wordt verwezen naar bijlage III. Gebruiksomstandigheden Omdat er zo ontzettend veel verschillende soorten zeilboten bestaan, zijn er veel verschillende gebruiksen vaaromstandigheden en oneindig veel verschillende gebruikservaringen. Een goed schip weet de juiste eigenschappen te combineren: snelheid, opkruisen, comfort, gebruiksgemak, ruimte en bij wat grotere schepen is ook de diepte van de kiel van belang. Bij kleinere boten wordt tijdens het zeilen op de bodem van de boot gezeten, terwijl bij grote boten vaak banken in het dekbeslag zijn meegenomen. Dit heeft ook invloed op de bediening van de zeilen. Kleinere schepen hebben vaak maar één zeil welke rechtstreeks met de schoot wordt bediend. Grotere boten hebben doorgaans meerdere zeilen, een grootzeil en genua, en soms nog een spinnaker of gennaker. De bediening van de zeilen gaat hier niet rechtstreeks maar via lieren. Rolzeilen, waarbij het zeil automatisch gehesen en gestreken ( opgerold ) kan worden is een luxe bij grotere boten. Een zeilschip kan alle koersen varen, met uitzondering van tegen de wind in met een grenshoek van 45 (dit is enigszins afhankelijk van het type boot). In een zeilboot wordt meestal met meer dan één persoon gezeten, al bestaan er ook tientallen eenmansboten. Tijdens het zeilen kan dus onderling gecommuniceerd worden en daarnaast kunnen taken verdeeld worden. De interactie bij eenmansboten bestaat alleen uit wedstrijdvaren. Bij grotere boten zoals kajuitzeiljachten is een kombuis aanwezig, waar koffie en thee gezet kan worden en waar gekookt kan worden. Ook is het mogelijk om in deze boten te slapen. Dit maakt het mogelijk om lange(re) tochten te maken waarbij s nachts voor anker of in de haven gelegen wordt. Men kan er ook voor kiezen om om de beurt wacht te lopen en dan kan s nachts doorgevaren worden. Om de kwaliteit van de boot niet te hard achteruit te laten gaan, is het verstandig de boot uit het water te halen en op te bergen, het liefst met onderdak. Voor grote boten geldt dat deze bij voorkeur elke winter op het droge gelegd worden. Qua onderhoud ligt het eraan van welk materiaal het schip gemaakt is. Tegenwoordig worden boten vaak van polyester gefabriceerd wat minder onderhoud vergt dan de oudere schepen van hout. Het bekende gezegde koop een boot en werk je dood geldt voor veel boten. De ideale vaaromstandigheden zijn een windkracht van 4 tot 6 Beaufort, met een aangename temperatuur en zonnig weer. Daarnaast geldt: hoe meer manoeuvreerruimte, hoe beter. In dat geval hoeft er weinig tot geen rekening gehouden te worden met andere schepen. Nadelen in de omstandigheden en ervaringen zijn dat de wind vaak ongunstig is: of te weinig, of te veel, of de verkeerde richting. Daarnaast moet de gebruiker zeebenen hebben en weinig last hebben van zeeziekte, voornamelijk bij ruimer water en hardere wind. Gebruikservaring Zeilen geeft rust en vrijheid. Geen lawaai van een motor, wel buiswater dat het dek opspat. De deining van de golven waarop het schip heen en weer gaat in combinatie met het geluid van het water, de golven en de wind geeft een geruststellend gevoel en laat je tevreden voelen. Let wel: niet zeilers geeft dit juist een onveilig en onrustig gevoel en zij kunnen daardoor bang zijn. Het opspattende water en de wind langs je hoofd zorgen ervoor dat je hoofd als het ware leeg geraasd wordt door de wind. Zeilen is een combinatie van inspanning en ontspanning. Een strijd tegen de elementen wordt gevoerd en tegelijkertijd voelt het als verbonden zijn met de natuur en zijn krachten. De vergezichten over het water laten de schoonheid van de natuur zien, kunnen stof tot nadenken geven of geven juist oneindig veel rust. Het zeil precies zo trimmen dat het nét niet klappert en tegelijkertijd niet te strak staat, zorgt voor spanning en als het zeil precies goed staat voor tevredenheid. Bij zeilen is er tijd om zaken te overdenken. De opbouw en afbouw van een zeilboot is relatief veel werk en vaak wordt een dag uitgetrokken om te gaan zeilen. Het optuigen en strijken, en daarnaast het trimmen, van de zeilen kost redelijk wat tijd. Kleinere boten kunnen bij voldoende snelheid gaan planeren. Zeilboten kunnen tot beperkte afmetingen op een trailer meegenomen worden. De mast van kleinere boten kan zelfstandig gedemonteerd worden, terwijl bij grotere boten de mast met een kraan van de boot gehaald moet worden. 12 Zeilen

13 4. Draagvleugels Aangezien het conceptontwerp draagvleugels zal bevatten, zal er in dit hoofdstuk iets dieper ingegaan worden op dit onderwerp Werking Een draagvleugel (hydrofoil of simpelweg foil) wordt toegepast in de maritieme sector om de snelheid van een boot te vergroten. De snelheid wordt verhoogd doordat de boot tijdens het varen uit het water wordt getild door de draagvleugels en als gevolg daarvan de rompweerstand noemenswaardig verlaagd wordt. Met behulp van draagvleugels wordt liftkracht gegenereerd, zodanig dat deze groot genoeg is om de romp (gedeeltelijk) uit het water te tillen. Doordat de weerstand verlaagt, zal, bij een zelfde hoeveelheid energie, de snelheid van de boot dus verhogen. Deze liftkracht wordt als volgt gecreëerd [9]. Een vloeistofstroom wordt onsamendrukbaar verondersteld. De vloeistofstroom wordt door de aanwezigheid van het vleugelprofiel (de draagvleugel) in twee gedeelten gesplitst. Hierdoor zal het ene gedeelte van de vloeistofstroom aan de bovenzijde van de vleugel passeren en het andere gedeelte aan de onderzijde (zie fig. 4.1). Aangezien de continuïteitsbetrekking geldt, zal de snelheid aan de bovenkant van de vleugel toenemen aangezien deze afstand groter is. Volgens de Wet van Bernoulli (½ρv 2 + ρgh + p = constant) neemt de druk bij toenemende snelheid af, dus zal de druk aan de bovenkant afnemen. De grootste onderdruk treedt op aan de voorkant van de vleugel en naar achteren toe bouwt de druk zich langzaam weer op. De resulterende druk aan de bovenzijde is lager dan de statische druk en aan de onderzijde hoger. De integratie van de resulterende druk over het oppervlak van de vleugel levert een netto kracht omhoog. Dit is de liftkracht. De V-foil is zelfrichtend: hoe hoger de snelheid, hoe groter de opwaartse kracht en dus hoe verder de boot uit het water wordt gelift. Maar hoe verder de boot uit het water komt, hoe kleiner het vleugeloppervlak wordt dat zich onder het wateroppervlak bevindt en dus hoe kleiner de opwaartse kracht. Op deze manier wordt de hoogte van de boot boven het water geregeld. Bij de T-foil is het gedeelte wat de opwaartse kracht levert, volledig ondergedompeld. Het dragend oppervlak van de vleugel blijft gelijk en hierdoor wordt de hoogte van de boot niet automatisch geregeld en zal dit op een andere manier moeten gebeuren. Doordat de vleugels volledig zijn ondergedompeld, zijn deze veel minder gevoelig voor golven en is de boot stabieler. Een ander voordeel van een T-foil is dat de krachten gelijk verdeeld zijn waardoor er geen moment op de verticale foil komt ten gevolg van de lift. Figuur 4.2a: V-foil Figuur 4.2b: T-foil Er bestaan dus twee mogelijkheden om een opwaartse kracht te genereren: De vleugelvorm (wet van Bernoulli): T-foil De schuine stand (invalshoek) van de foil in het water: V-foil. Hiermee kan ook de juiste hoogte automatisch geregeld worden. Aantal Een boot kan verschillende aantallen draagvleugels hebben. Een aantal boten gebruikt drie draagvleugels: twee hoofdvleugels die de lift genereren (V-foils) en een derde, horizontale vleugel aan het roer (T-foil) die zodanig ontworpen is dat met behulp van deze de boot bestuurd kan worden. Smalle rompen gebruiken doorgaans twee T-foils achter elkaar en zullen de hoogte van de boot dus op een andere manier moeten regelen. Figuur 4.1: Vloeistofstroom draagvleugel Vorm Een draagvleugel is zodanig gevormd dat deze vloeiend door het water beweegt waardoor de vloeistofstroom naar beneden afgebogen wordt en een opwaartse kracht creëert. Er bestaan tegenwoordig verschillende typen draagvleugels: de oppervlaktedoorsnijdende vleugel of V-vormige draagvleugel en de volledig ondergedompelde vleugel of T-vormige draagvleugel [10] (zie fig. 4.2 a-b) Voor- en nadelen Er zijn een aantal voordelen van het gebruik van draagvleugels doordat de boot uit het water getild wordt. Ten eerste zal de weerstand enorm verkleinen waardoor de snelheid enorm verhoogd wordt. Hierdoor is het mogelijk om met dezelfde hoeveelheid energie sneller te varen en daarnaast om sneller dan de rompsnelheid te varen. Doordat het mogelijk is om met dezelfde hoeveelheid energie sneller te varen zullen motorische jachten die draagvleugels toegepast hebben minder energieverbruik hebben wat weer kostenbesparend is. Draagvleugels 13

14 Ten tweede heeft het schip aanzienlijk minder last van golven wanneer de romp niet (geheel) in het water ligt. Hierdoor wordt het vaarcomfort vergroot en kunnen relatief kleine boten op ruw water varen. Enkele nadelen zitten ook aan het gebruik van draagvleugels [11]. Draagvleugels zijn niet goedkoop om te produceren en een grote snelheid kan alleen bereikt worden als de stabiliteit gegarandeerd wordt. Daarnaast is het een complex systeem wat veel onderhoud vereist. De overbrengingen bij intrekbare draagvleugels zijn complex, maar bij gefixeerde hydrofoils wordt je in je diepgang beperkt. Er moet een juiste verhouding gevonden worden tussen het gewicht van de draagvleugelboot en de liftkracht. Wanneer de afmetingen van de boot vergroot worden, zal het gewicht derdegraads (kubisch) toenemen, terwijl de liftkracht kwadratisch toeneemt. Ook kan een gevaarlijke situatie ontstaan wanneer de draagvleugels een object in het water raken, zoals drijvende objecten, zandbanken of waterdieren. Ten slotte kan cavitatie optreden en dit kan, naast een onprettig geluid en trillingen, schade veroorzaken. Cavitatie ontstaat wanneer de druk aan de oppervlakte aan de zuigzijde van de hydrofoil lager is dan de druk van de waterdamp [12]. Hoe sneller de boot zal gaan varen, hoe ingewikkelder het ontwerpproces van de draagvleugels zal zijn aangezien de balans gezocht moet worden tussen zo weinig mogelijk cavitatie en tegelijkertijd weinig weerstand en genoeg liftkracht. Figuur 4.3: Hydroptère Moth Dinghy De Moth Dinghy [14] (zie fig. 4.4) is een zeilbootje waarbij de rompvorm ontworpen is om zo snel mogelijk te zijn tijdens het opstijgen. Dit opstijgen gebeurt aan de hand van de hydrofoils Toepassingen In het begin van de 20 e eeuw werd begonnen met het ontwerpen van draagvleugelboten. Sindsdien is er veel geëxperimenteerd met hydrofoils. Vandaag de dag bestaan er dan ook vele toepassingen van draagvleugels in boten. De Hydroptère, Windrider Rave en Moth Dinghy zijn voorbeelden van zeiljachten die gebruik maken van draagvleugels. De Hydroptère haalt op deze manier snelheden van 51 knopen en de Windrider Rave heeft een topsnelheid van 40 knopen. Hydroptère De Hydroptère [13] (zie fig. 4.3) is een trimaran waarbij gebruikt gemaakt wordt van draagvleugels waarmee lift wordt gegenereerd. De boot komt omhoog bij een snelheid van ca. 10 knopen. Figuur 4.4: Moth Dinghy Windrider Rave De Windrider Rave [15] (zie fig. 4.5) is een trimaran met draagvleugels, geschikt voor één persoon waarbij eventueel een passagier meegenomen kan worden. De boot wordt bestuurd door de voeten van de zeiler, dus de handen zijn vrij om de zeilen en foils te bedienen. Figuur 4.5: Windrider Rave 14 Draagvleugels

15 Hobie TriFoiler De TriFoiler [16] (zie fig. 4.6) geproduceerd door Hobie Cat is een catamaran met hydrofoils en wordt bezeild door twee bemanningsleden. De catamaran wordt bij een snelheid van ca. 9 knopen uit het water gelift waardoor de boot een snelheid haalt van 30 knopen. Deze boot is bijna 7 m lang, bijna 6 m breed, weegt 145 kg en heeft een zeiloppervlakte van in totaal 20 m 2. Ook het Openbaar Vervoer maakt gebruik van draagvleugels. In Nederland brengt de Connexxion Fast Flying Ferry passagiers over het Noordzeekanaal naar Amsterdam Centrum. In de Sovjet Unie en Oekraïne is de Voskhod gebouwd, dit type passagiersboot werd in 18 verschillende landen gebruikt om passagiers met een snelheid van 60 km/h te vervoeren [18]. In Griekeland werd deze boot veel ingezet als ferry tussen de vele eilanden. Daarnaast bestaan er ook kajaks zoals de Flyak, surfplanken en waterfietsen die gebruik maken van draagvleugels en er zijn tevens genoeg zelfbedachte projecten van individualisten die experimenteren met draagvleugels. Figuur 4.6: Hobie TriFoiler Mirabaud LX De Mirabaud LX [17] (zie fig. 4.7) is een zeilboot met T-gevormde draagvleugels en zonder romp. De boot is opgebouwd uit een structuur van koolstofvezel buizen. Figuur 4.7: Mirabaud LX Draagvleugels 15

16 5. Koppeling Om te kunnen bepalen welke aspecten van windsurfen en zeilen mee genomen gaan worden in het nieuwe product, en welke niet, zal er gekeken worden naar de overeenkomsten en verschillen tussen het windsurfen en het zeilen naar aanleiding van de analyse uit hoofdstuk 2 en 3. Mede aan de hand van de overeenkomsten en verschillen kan een programma van eisen worden opgesteld Overeenkomsten en verschillen Uit de analyse van hoofdstuk 2 en 3 is veel informatie over windsurfen en zeilen gekomen. Hieronder zijn de fysieke overeenkomsten en verschillen weergegeven die uit deze analysefase gehaald kunnen worden. Overeenkomsten De aspecten waar windsurfen (een windsurfset) en zeilen (een zeilboot) overeenkomen zijn als volgt: Beide sporten worden beoefend door middel van windvoortstuwing. Beide producten geven de mogelijkheid om de zeilstand te variëren. Beide producten compenseren de kracht in het zeil met ballast. Beide sporten worden op/in het water uitgevoerd. In beide sporttakken kan er door veel snelheid te generen geplaneerd worden. Verschillen Windsurfen en zeilen worden niet voor niets verschillend genoemd en er zijn dan ook genoeg verschillen. Ook al zijn er zeer veel verschillende soorten zeilboten, in onderstaande tabel (tabel 5.1) worden de uitersten aangegeven, per categorie, op welke aspecten de twee sporten verschillen. Deze fysieke verschillen zullen onder andere gebruikt worden om de vormeigenschappen van het productontwerp te bepalen. Daarnaast zal het verschil in gebruikservaring van beide sporten vooral gebruikt worden om de ideale gebruiker en de sfeer rondom het productontwerp te bepalen. Dit wordt in de volgende paragrafen nader besproken. CATEGORIE WINDSURFEN ZEILEN ERGONOMIE & RUIMTE Staand Er op staan Eén persoon Zittend Er in zitten DRIJVER Instabiel Stabiel BALLAST & STUREN TUIGAGE Smal (ler) Plank Vin & zwaard Verplaatsen drukpunt zeil Variëren positie voeten Losse / beweegbare mast Stang / bar Surfzeil Klein zeiloppervlak Eén of meerdere personen Breed (er) Romp(en) Zwaard of kiel Roer (event. aangehangen) Variëren lichaamsgewicht Vaste mast Schoten Eén of meerdere zeilen Groot (er) zeiloppervlak TRANSPORT Draagbaar Niet draagbaar, gebruik trailer GEBRUIKER Nat Half nat / droog Voetbanden Windsurf en gebruiker vormen onlosmakelijk geheel Voeten vrij Tabel 5.1: Verschillen windsurfen en zeilen Gebruiker is externe stimulus 5.2. Gebruikservaring In paragraaf 5.1 zijn de fysieke verschillen in kaart gebracht, in deze paragraaf zal het verschil in gebruikservaring besproken worden. Door de fysieke verschillen en de verschillen in de gebruikservaring te combineren, worden de vorm- en sfeereigenschappen van het product bepaald. Uit de analyse bleek dat windsurfen wordt gezien als een uitdagende sport die met het hele lichaam beoefend wordt. Vrijheid en ontspanning zijn kernwoorden. Zeilen is een combinatie van inspanning en ontspanning. Bij beide sporten wordt een strijd met de elementen gevoerd en tegelijkertijd voelt men zich verbonden met de natuur wat leidt tot ontspanning. De sport zeilen is breed: er zijn zeilboten ontworpen op snelheid, op comfort, op prestatie, op gebruiksgemak. De gebruikservaring kan dan ook enorm verschillen per design. 16 Koppeling

17 DESIGN & ENGINEERING Het verschil in gebruikservaring is dat windsurfen een veel actievere houding eist dan zeilen. Als windsurfer heb je geen moment rust. Zonder de gebruiker is de windsurf helemaal niks. De plank dobbert maar wat of zinkt zelfs en het zeil valt naar beneden in het water. Met zeilen ben jij als gebruiker een externe stimulus aangezien het bootje wel vaart en het zeil omhoog blijft staan. Met windsurfen blijf jevaak relatief gezien op dezelfde plek, terwijl je met zeilen grote(re) afstanden kunt afleggen. Om de gebruikservaring nog beter weer te kunnen geven zijn sfeercollages gemaakt (zie fig. 5.1 a-b): een collage van afbeeldingen die de sfeer probeert op te roepen, zoals die tijdens windsurfen of zeilen wordt ervaren. Deze sfeercollages staan tevens in bijlage V. Figuur 5.1a: Sfeercollage windsurfen Uit de geanalyseerde gebruikservaring (hoofdstuk 2 en 3) en de sfeercollages kunnen sfeerwoorden gehaald worden. Deze kenmerken dienen in acht genomen te worden tijdens het ontwerpen en vormgeven van het nieuwe conceptontwerp. Kernwoorden van de sfeer tijdens windsurfen: Vrijheid Inspanning Wendbaarheid Dynamiek Snelheid Isolement Uitdaging Samenspel lichaam en constructie Kernwoorden van de sfeer tijdens zeilen: Gezelligheid Rust Ontspanning Vrijheid Samenspel tussen boot en water/wind Figuur 5.1b: Sfeercollage zeilen Koppeling 17

18 Figuur 5.2: Assenstelsel zeilen Het te ontwerpen product dient een combinatie te zijn van windsurfen en zeilen. Uit de analyse van hoofdstuk 3 is gebleken dat er ontzettend veel verschillende zeilboten bestaan. De vraag is waar het te ontwerpen product dan geplaatst zou moeten worden. In een assenstelsel is grafisch weergegeven in welke range er zeilboten bestaan en op welke plaats windsurfen hier bij hoort. Een deel van het assenstelsel is te vinden in bovenstaande figuur (zie fig. 5.2) en het totale assenstelsel is te vinden in bijlage VI. In dit assenstelsel kan het gat aangegeven worden waar het product geplaatst moet worden, namelijk tussen een windsurfplank en het type zeilboot Laser, wat een kleine eenmansboot met één zeil is. De gebruikservaring die nagestreefd moet worden in het nieuwe product is een middagje sportief bezig zijn, lekker genieten van de wind en goed gebruik maken van de weersomstandigheden. Het race element moet terug te vinden zijn in het gebruik en in de vormgeving want de gebruiker wil niet stilzitten en er moet voldoende uitdaging bij komen kijken voor de actieve gebruiker die prestatie belangrijk vindt Doelgroep Door de kenmerken van de gebruiker in kaart te brengen kan de juiste markt bepaald worden waar het product geplaatst zal worden. Voor de marktplaatsing is de belangrijkste vraag wie het product zal gaan gebruiken. Wat is de doelgroep van het te ontwerpen product? De doelgroep is bekend met watersporten, is sportief en heeft enig uithoudingsvermogen. Ook een passie voor zeilsporten ontbreekt niet en hierbij wordt snelheid belangrijk gevonden. Ook is het van belang hoe het product gebruikt zal worden. Doordat er hydrofoils onder de boot geplaatst zullen worden, zal de boot bij bepaalde snelheid (gedeeltelijk) uit het water komen. Door dit element zal de boot een zeer sportief karakter hebben wat de gebruiker moet aanspreken. De gebruikservaring die hierbij komt kijken wordt nader besproken in paragraaf 4. Waar het product gebruikt zal worden: het product kan gebruikt worden op de meren van Nederland maar ook in andere landen zoals op vlakke wateren van de Middellandse Zee. Het weer is daar lekker: warm en zonnig, en dit wordt belangrijk gevonden door de doelgroep zoals de analyse toont. Tevens is daar meer ruimte dan in Nederland wat zorgt voor minder gevaar voor aanvaringen. Dit is belangrijk vanwege de hoge snelheden die het ontwerp moet gaan halen. De weersomstandigheden moeten zodanig zijn dat de windsterkte voldoende is om de boot uit het water te liften. Als laatste moet er gekeken worden naar wat de gebruiker bereid is te betalen voor het nieuwe product. In de randvoorwaarden wordt gesteld dat de prijs vergelijkbaar moet zijn met een windsurfset. Er is nog een stukje marktonderzoek gedaan naar wat windsurfers bereid zijn te betalen voor een complete windsurfset en wat zeilers willen betalen voor een kleine zeilboot zoals de Laser. Het gaat hierbij niet om topsport, maar de gebruiker die voor zijn plezier gaat surfen of zeilen, waarbij snelheid wel belangrijk gevonden wordt. De goedkoopste windsurfset, welke bestaat uit een board, zeil, mast en giek, kost rond de 650,00 (incl. btw) [19]. De duurste daarentegen kost circa 5100,00 (incl. btw) [19]. Deze set is exclusief accessoires zoals trapeze, wetsuit en extra zeilen. De aanschafprijs van een complete Laser is 5875,00 (excl. btw) [20]. Een Moth kost minimaal ,00 [21]. Met behulp van bovenstaande gegevens kan bekeken worden wat een gebruiker bereid zou zijn te betalen voor het nieuwe product en kan er een range gegeven worden van de gewenste aanschafprijs. Een aanname wordt gedaan dat een gebruiker bereid zou zijn om ca. 5000,00 à 6000,00 te betalen voor het nieuwe product. Dit is gebaseerd op de kostprijs van een windsurf en Laser. Hierbij is het belangrijk dat het nieuwe product een extra dimensie biedt ten opzichte van een windsurf en Laser, welke geen hydrofoils bevat. Hierdoor zal de kostprijs hoger zijn dan een bestaand windsurfset. Het aantal producten dat verkocht gaat worden is tevens van belang, aangezien dit onder andere een grote impact heeft op de keuzes qua productieproces. Van de Moth zijn er maar een 10-tal in Nederland, van het nieuwe product zullen dat er meer zijn. 18 Koppeling

19 Er kan ook besloten worden om het nieuwe product, naast de particuliere verkoop, te verhuren. Het blijkt namelijk dat steeds minder mensen zelf een boot kopen [22], maar in plaats daarvan een paar dagen per jaar een bootje huren. Mensen die een middagje plezier willen hebben en lekker willen varen hoeven de boot dus niet aan te schaffen, maar kunnen er één huren. Bovendien kan het huurconcept gebruikt worden voor groepsactiviteiten, waarbij bijvoorbeeld twee producten worden gehuurd en een wedstrijdelement wordt toegevoegd. Op deze manier wordt een veel grotere doelgroep bereikt dan wanneer de boot slechts verkocht wordt aan individuele klanten. Vaaromstandigheden De vaaromstandigheden zijn de omstandigheden waarin de gebruiker zeilt. De gebruiker zal te maken hebben met water en wind. Het product wordt ontworpen op actief zeilen, waardoor de vaaromstandigheden voornamelijk zullen bestaan uit relatief hoge windsnelheden (ca. 4-6 Beaufort) en opspattend water. Dit betekent niet dat er geen rekening gehouden moet worden met lage windsnelheden en windstiltes wanneer de boot niet het water uit gelift wordt Gebruik Gebruiksomstandigheden De gebruiksomstandigheden zijn de omstandigheden waar de gebruiker mee te maken heeft tijdens gebruik. Het product heeft verschillende functies: de boot wordt te water gelaten, er wordt mee gezeild op lage snelheid, er wordt mee gezeild op hoge snelheid en dus met hydrofoils, de boot wordt getransporteerd en de boot wordt gestald. Voor het te water laten, het transporteren en het stallen zijn beperkte afmetingen gewenst. In de ideale situatie kan de boot in of op de auto meegenomen worden. Dit betekent dat de boot ofwel geheel qua vorm in de auto moet passen, ofwel deels demonteerbaar moet zijn, ofwel bepaalde onderdelen ingeklapt moeten kunnen worden. Wanneer dit niet lukt, zal een trailer gebruikt moeten worden. Naast de beperkte afmetingen is ook een laaggewicht gewenst. Dit vergemakkelijkt het transporteren en daarnaast bevordert een laag gewicht de prestaties van de boot. Naast de functies die het product heeft, is de ergonomie van belang bij de gebruiksomstandigheden. Zeilen gebeurt grotendeels zittend, terwijl windsurfen staand uitgevoerd wordt. Dit verschil heeft een groot effect op de gebruikservaring. Zeilen gebeurt ín de romp, terwijl je als surfer óp het board staat. Er moet genoeg beweging bij het zeilen komen kijken om de actieve houding te waarborgen. Om uitputting te voorkomen kan enige rust gevonden worden in het op een of andere manier zitten of leunen in de boot. Als laatste aspect van de gebruiksomstandigheden wordt de interactie besproken. De sport wordt individueel uitgevoerd en er zal als gevolg weinig directe interactie zijn. Wanneer de gebruiker met andere booteigenaren zal gaan varen, dus met meerdere boten, is er (beperkte) interactie mogelijk. Koppeling 19

20 6. Ideefase 6.1. Programma van Eisen Leidende draad in de ideeëngeneratie is dat het ontwerp een combinatie moet zijn van windsurfen en zeilen. Het product zal gebruikt worden door zowel de actieve zeiler als surfer. Hierdoor dient het product een sportief uiterlijk te krijgen. De vorm van het bovenwaterschip moet er scherp uitzien, het klaar-voor-destart gevoel moet meteen overheersen. Hierbij kunnen hoekige vormen meegenomen worden, dit wordt geassocieerd met mannelijkheid, snelheid en prestatie [23]. Een spitse voorkant maakt het design scherp en snel. Lijnen om de vorm te accentueren kunnen eventueel toegevoegd worden (zie fig. 6.1 a-d). De boegvorm is belangrijk voor de manier waarop de boot door het water snijdt en bepaalt daarnaast in belangrijke mate de hydrodynamische eigenschappen. Figuur 6.1a-d: Design inspiratie Refererend naar de vergelijking die in hoofdstuk 5 is gedaan, wat zijn dan de belangrijkste verschillen in gebruikservaring? En wanneer wordt een surfplank een boot? Over het algemeen is dit het geval wanneer de plank een romp wordt, dus wanneer er niet meer óp de plank gestaan wordt, maar ín de romp gezeten wordt. De belangrijkste verschillen in gebruikservaring zijn als volgt: 1. Ergonomisch aspect staan tegenover zitten 2. Stuur aspect drukpunt verplaatsen in zeil tegenover roer bewegen o Dit uit zich in sturen met een bar bij windsurfen en het aantrekken van schoten bij zeilen 3. Drijver smal tegenover breed o Dit uit zich in weinig stabiel en wel stabiliteit 4. Voeten druk uitoefenen tegenover vrij Aan de hand van bovenstaande informatie en hoofdstuk 5 is een voorlopig programma van eisen opgesteld. Dit programma van eisen is een levend document, aangezien gedurende het ontwerpproces aannames worden verworpen en andere inzichten ontstaan. 1. De gebruikservaring van het product moet een combinatie zijn van windsurf- en zeilaspecten. 2. Het product moet door één persoon in het water gelegd kunnen worden. 3. Het product moet lichtgewicht zijn. 4. Het product moet er dynamisch uit zien. 5. Het product moet zo snel mogelijk na de start het water uit gelift worden. 6. Het product moet met hoge snelheid varen. 7. De gebruiker moet zijn spieren voelen na gebruik. 8. Het product moet op een trailer meegenomen kunnen worden. 9. Het product moet draagvleugels bevatten. 20 Ideefase

21 6.2. Ideeëngeneratie Aan de hand van dit voorlopig programma van eisen en de koppelingen die gemaakt zijn, is een ideeëngeneratie gestart, is er gebrainstormd en zijn er verschillende schetsen gemaakt. Om verschillende ideeën te bedenken, zijn er verschillende uitgangspunten genomen. Ten eerste is een surfplank als uitgangspunt genomen waar meer zeilaspecten aan toegevoegd moesten worden. Zo is er bij verschillende schetsen uitgegaan van een surfplank waar stabiliteit aan toegevoegd moest worden. Ten tweede is als uitgangspunt een zeilboot gekozen, welke op eenzelfde manier bijvoorbeeld minder drijfvermogen mocht hebben. Daarnaast zijn nog twee brainstormsessies gehouden om meer ideeën te genereren. De eerste brainstormsessie is gehouden samen met drie 4 e -jaars Industrieel Ontwerpen studenten met weinig tot geen kennis van watersporten. De tweede sessie is gehouden met één andere deelnemer, welke een actieve zeiler en windsurfer is. Er zijn twee brainstormsessies gehouden met verschillende personen om zo veel mogelijk verschillende ideeën te genereren. De aanpak bij de eerste brainstorm was als volgt: er is een korte introductie gegeven waarbij verteld is dat de opdracht is een cross-over te ontwerpen tussen windsurfen en zeilen. Er is ook verteld dat het ontwerp draagvleugels zal bevatten en hierbij is uitgelegd wat draagvleugels zijn en de grove werking ervan. Vervolgens is er in groepsverband gestart met verschillen opnoemen tussen zeilen en windsurfen. De personen kwamen ongeveer op hetzelfde lijstje uit als hetgeen in hoofdstuk 5 is benoemd. Op basis van dit lijstje is het brainstormen gestart en zijn de eerste ideeën op papier gezet. Ook de sfeer is geprobeerd weer te geven door de personen, waarbij er weer ongeveer op dezelfde woorden werd gekomen als reeds onderzocht in hoofdstuk 5. Vervolgens zijn er weer ideeën op papier gezet. De tweede brainstorm verliep enigszins anders. De persoon die mee deed met de brainstormsessie wist van de opdracht en heeft kennis van zaken waardoor meteen ideeën gegenereerd konden worden. Deze ideeën uit de brainstorm zijn, samen met de al bedachte ideeën, op een later moment verder uitgewerkt. In figuur 6.2 zijn enkele schetsen te zien. Alle schetsen zijn te vinden in bijlage VII. Ideefase 21

22 Figuur 6.2: Ideeschetsen 22 Ideefase

23 7. Conceptfase Aan de hand van de schetsen die voortkwamen uit de ideefase zijn vier concepten samengesteld. Deze worden hieronder beschreven in verschillende delen: de algemene lay-out, de ruwe afmetingen en ten slotte de voor- en nadelen van elk concept. De afmetingen van de concepten zijn geschat en zullen in de detailleringsfase onder de loep worden genomen waarna bewezen kan worden dat het ontwerp daadwerkelijk zal gaan vliegen Concepten Zoals in hoofdstuk 6 genoemd, uit de gebruikservaring zich voornamelijk in vier verschillende parameters, namelijk staan/zitten, drukpunt zeil verplaatsen/schoten aantrekken en vieren, smalle/brede drijver (stabiliteit) en gebruik voeten. In onderstaande concepten is terug te vinden dat er met deze parameters gevarieerd is om zo tot zoveel mogelijk verschillende concepten te komen. De vier concepten die zijn ontstaan, zijn op die manier heel verschillend. Concept 1 Concept 1 is gebaseerd op het gegeven dat bepaalde surfplanken geen drijfvermogen hebben bij lage snelheid en dus zinken. Dit ontwerp heeft weinig drijfvermogen waardoor de romp bij lage snelheden half zinkt. De aflopende achterkant zorgt ervoor dat de romp dan half onder water staat, wat dicht bij de gebruikservaring van windsurfen komt. De mast is losneembaar en het zeil zal zonder stimulans van de gebruiker in het water vallen. Bij de start ligt de gebruiker (deels) in het water en zal de gebruiker uit het water in de boot moeten klimmen (zie fig. 7.1). De gebruiker zal dus nat worden. De gebruiker gaat in de romp staan, zal het zeil uit het water pakken en snelheid maken. Eenmaal op voldoende snelheid zinkt de romp niet meer en staat deze dus niet of nauwelijks meer onder water. Figuur 7.1: Concept 1, liggend Conceptfase 23

24 De nadelen van dit concept: zijn: 1. Het ontwerp lijkt gewoon op een bredere surfplank. 2. De vorm is redelijk lomp en niet esthetisch. 3. De lompe vorm zal zorgen voor meer weerstand en dus een lagere snelheid. Figuur 7.2: Concept 1, staand Wanneer nog meer snelheid gemaakt wordt, zal de boot op de draagvleugels gaan varen: één T-foil voor en één T-foil achter. De gebruiker staat tijdens gebruik en bedient het zeil met een bar (zie fig. 7.2). Het zeil zal erg op een windsurfzeil lijken, doordat het zeil op dezelfde manier gebruikt wordt als bij windsurfen. De lengte van dit concept zal ca. 3 m zijn en de breedte ca. 1,5 meter. Door naar de grootte van de boot en naar vergelijkbare boten met deze afmetingen te kijken, kan het zeiloppervlak geschat worden en zal in dit concept ca. 8 m 2 zijn. De voordelen van dit concept zijn: 1. De romp is stabiel (ten opzichte van een windsurfplank). 2. Dit concept lijkt erg op windsurfen doordat: o De boot weinig drijfvermogen bevat; o Er water in de romp zal stromen; o De gebruiker in/op de romp staat; o De gebruiker het zeil bedient door middel van een bar; o Het zeil in het water valt zonder stimulans van de gebruiker. Concept 2 Concept 2 bestaat uit een hull waarin de gebruiker zit (zie fig. 7.3). Dit concept focust zich op de verschillende gebruiksomstandigheden door het liften van de boot uit het water. De gebruiksomstandigheden veranderen wanneer de boot door de draagvleugels uit het water gelift wordt. Wanneer de gebruiksomstandigheden veranderen, zal in dit concept ook de gebruikerservaring veranderen door de positie van de gebruiker te variëren. Wanneer de boot in het water ligt, zit de gebruiker in de boot waarbij de benen deels in de romp verdwijnen. Wanneer de boot echter uit het water gelift wordt, zal de gebruiker ook gelift worden. Door een mechanisch systeem zal de gebruiker omhoog komen. Hierbij kan de gebruiker leunen tegen de achterkant waar een steunvlak is geplaatst en de voeten worden geplaatst tegen een vlak waardoor deze niet weg zullen schuiven (zie fig. 7.4). Op dit vlak zijn ook pedalen geplaatst, de besturing wordt namelijk gedaan door pedalen te besturen met de voeten waardoor de handen vrij zijn. De handen worden gebruikt voor de schoot om het zeil te bedienen. Het zeil staat vast op de boot en zal rechtop blijven staan zonder stimulans van de gebruiker (in tegenstelling tot een surfmast en zeil). Om de stabiliteit te vergroten zullen er twee hulpdrijvers aan het concept worden toegevoegd. De boot heeft één T-vormige draagvleugel die onder de hoofdromp is geplaatst en onder de hulpdrijvers zijn twee V-foils geplaatst. Het transport wordt vergemakkelijkt door de mast losneembaar te maken en de foils in te kunnen laten kunnen klappen. Op deze manier kan de romp gemakkelijk op een kleine trailer meegenomen worden. De lengte van dit concept is ca. 3,5 m en de breedte van de hoofdromp ca. 1,5 m, waardoor de romp lang en smal is wat de prestaties van de boot ten goede komt. Het zeiloppervlak is ca. 10 m 2, wat iets meer is dan dat van een Laser, maar de boot is ook langer. 24 Conceptfase

25 Figuur 7.3: Concept 2, laag zittende gebruiker De voordelen van dit concept zijn als volgt: 1. De wisselende gebruikservaring is innovatief. 2. De zijdrijvers maken het ontwerp stabiel. 3. De voetenbesturing met de pedalen maakt het ontwerp zeer actief. Nadelen: 1. De gebruiker zit deels, dus geen actieve houding. 2. Het steunvlak achterop vangt wind wat (onnodige) weerstand geeft. Figuur 7.4: Concept 2, gelifte gebruiker Conceptfase 25

26 Concept 3 Bij dit concept wordt uitgegaan van een windsurfplank, waarbij de stabiliteit vergroot moet worden door het ontwerp te laten bestaan uit twee verschillende hulls. Dit concept heeft meerdere uitvoeringsmogelijkheden. In figuur 7.5 is te zien dat één oplossing, deelconcept 3a, bestaat uit twee gelijke drijvers die beide vorm symmetrisch zijn. De boeg en spiegel zijn omkeerbaar, één drijver blijft altijd aan loefzijde. Hierdoor gaat de boot niet overstag, maar shunt. Dit betekent dat de boot stopt, de tuigage wordt omgedraaid en de boot zeilt verder in de tegenovergestelde richting (zie fig. 7.6). Op drijver 1 (de lij drijver) staat de gebruiker: de gebruiker kan afhankelijk van de koers aan beide eindes van de drijver staan. Het zeil staat in het midden op de andere drijver. Er zitten vier T-foils onder de boot (twee onder beide drijvers). De mast staat vast op de drijver, waardoor deze niet zal omvallen zonder gebruiker en het zeil te bedienen is met een schoot. Gebruikservaring: de gebruiker draait onder het zeil door tijdens het overstag gaan. Figuur 7.6: Shunt principe In figuur 7.7 is deeloplossing 3b te zien: het ontwerp bestaat uit twee symmetrische drijvers (niet volledig vorm symmetrisch) welke verbonden zijn door een middenstuk. Het zeil is niet een gewoon type zeil: dit type zeil is gebaseerd op de Aeroskimmer. Het zeil is opgehangen aan een A-frame en beweegt bij het overstag gaan over het bootje heen. De mast staat vast op de boot: het zeil blijft staan wanneer de gebruiker het zeil los laat. De besturing gaat met een schoot. De gebruiker staat op een drijver en wanneer er van koers gewisseld wordt, zal de gebruiker zich onder het zeil door over het middenstuk moeten verplaatsen naar de andere drijver. De gebruiker kan zich vasthouden aan het A-frame. De draagvleugelsamenstelling is twee V-foils vooraan en één T-foils achteraan, allemaal geplaatst onder de drijvers. Figuur 7.5: Concept 3a Figuur 7.7: Concept 3b 26 Conceptfase

27 De lengte zal bij alle drie de deelconcepten ongeveer gelijk zijn aan een windsurfplank: ca. 3 m. De breedte verschilt per deelconcept. Deelconcept 3a en 3b zijn het breedst: ca. 2 m, deelconcept 3c zal ca. 1,5 m breed zijn. Het zeiloppervlak zal bij deelconcept 3a ook het grootst zijn door de bredere romp: ca. 12 m 2. Het zeiloppervlak zal bij deelconcept 3b en 3c ca. 9 m 2 zijn. De voordelen van dit concept zijn als volgt: 1. De gebruikservaring lijkt in grote mate op windsurfen. 2. Het contragewicht van de gebruiker kan gebruikt worden ten opzichte van de zeilkracht. 3. De gebruiker zal zeer actief zijn tijdens het gebruik van dit ontwerp. 4. Het bootontwerp is stabiel (ten opzichte van een windsurfplank). 5. 3b: zeilvorm is innovatief. Figuur 7.8: Concept 3c De deeloplossing 3c in figuur 7.8 bestaat uit twee drijvers, waarbij de kleinste als hulpdrijver fungeert. Deze drijvers zijn ongelijk qua vorm. De gebruiker staat op drijver 1, welke de grootste drijver is, en het zeil staat op drijver 2, welke de kleine drijver is. De drijvers zijn gekoppeld door een verbindingsstuk. Het zeil staat los op de kleine drijver en zal omvallen als de gebruiker het zeil los laat. Het zeil wordt bediend door middel van een bar. Dit type boot vergt een actieve houding net als windsurfen door de manier van gebruik. Tevens kan juist voetenwerk bijdragen aan de koers en kan de gebruiker zijn lichaam enigszins gebruiken als contragewicht ten opzichte van de zeilkracht. Er zitten twee T-vormige draagvleugels op de voorkant van de drijvers, en één T-foil achter op de grootste drijver. Aangezien de boot asymmetrisch is, zullen er andere vaareigenschappen optreden bij het varen over de andere boeg. De gebruikservaring lijkt erg op windsurfen en de gebruiker heeft een zeer actieve staande houding. De nadelen zijn: 1. 3a: instabiliteit van gebruiker bij ruimere koersen. Dan weinig tegendruk van zeil waardoor gebruiker weinig houvast heeft. 2. 3b: wellicht heeft de gebruiker te weinig stuurkracht door de bredere romp. 3. 3c: het zicht van de gebruiker is beperkt. Conceptfase 27

28 Concept 4 Concept 4 is gebaseerd op het verschil in ergonomie: zitten of staan. Het concept bestaat uit een enkele romp waarop zijvlakken gemonteerd zijn (zie fig. 7.9). Deze zijvlakken dienen bij lage snelheden als drijfvermogen waardoor de romp niet zinkt. Bij hogere snelheden zal de romp uit het water gelift worden en wordt het drijfvermogen overbodig. Nu kunnen deze zijvlakken als zitvlak gebruikt worden voor de gebruiker. Op deze manier kan de gebruiker staan en zitten wanneer hij hier behoefte aan heeft. Er staat een surfzeil op welke bediend kan worden met een bar wanneer de gebruiker staat, maar bediend kan worden met een schoot wanneer de gebruiker zit. De mast staat dus vast op de romp. De dimensies van dit concept zijn als volgt: lengte ca. 3 m, breedte ca. 1.5 m (excl. zijvlakken) en zeiloppervlak ca. 8 m 2, wat iets meer is dan het zeiloppervlak van een Laser. De voordelen van dit concept zijn als volgt: 1. De gebruiker kan staan en zitten. 2. Het zeil kan bediend worden in staande en zittende positie. 3. Het concept heeft goed drijfvermogen. 4. Het concept ziet er snel uit en alsof het gaat opstijgen. 5. Drijfvlakken in combinatie met zitje is origineel. Nadelen: 1. Drijfvlakken geven wellicht niet voldoende drijfvermogen. Figuur 7.9: Concept 4 28 Conceptfase

29 7.2. Conceptkeuze Om te beoordelen welk concept de meeste potentie heeft om verder uit te werken, is een tabel opgesteld waarin aspecten zijn opgenomen met bijbehorende scores. Deze scores zijn verkregen door de concepten te vergelijken op stabiliteit, snelheid, gebruikservaring en gebruik. Hierin zijn de genoemde voor- en nadelen van elk concept ook meegenomen. Het aspect esthetiek is getoetst aan de hand van proefpersonen. Deze personen is gevraagd de verschillende concepten te beoordelen door een score te geven van 1 tot 5. Hierbij wordt een score tot 2,5 als onvoldoende bestempeld, hierboven levert een + score op. De exacte resultaten zijn te vinden in bijlage VIII. De doelgroep die de vragenlijst heeft ingevuld zijn ervaren surfers en zeilers. Zo is te zien welk concept overall het best scoort (zie tabel 7.1). Concept 3b heeft een goede gebruikservaring door het type zeil, de zeilvorm is zeer innovatief. De snelheid wordt ook gunstig beïnvloed door het type zeil en de stabiliteit is in orde aangezien het concept twee rompen heeft. Het gebruik is echter minder, aangezien de gebruiker maar wat zit op de romp en waarschijnlijk te weinig stuurkracht heeft door de bredere romp. Concept 3c heeft door zijn vormeigenschappen een prima snelheid. De stabiliteit is in orde door de extra drijver en de gebruikservaring wordt versterkt door het actief bezig zijn met het zeil dat tegelijkertijd op de hulpdrijver staat. Het gebruik is minder aangezien het zeil het zicht van de gebruiker kan hinderen. Concept 4 scoort goed qua esthetiek. De stabiliteit is in orde en de gebruikservaring is goed door de twee verschillende mogelijke posities van de gebruiker. ASPECT CONCEPT 1 CONCEPT 2 CONCEPT 3a CONCEPT 3b CONCEPT 3c CONCEPT 4 Esthetiek Stabiliteit Snelheid Gebruikservaring Gebruik TOTAAL Tabel 7.1: Conceptkeuze Concept 1 heeft een relatief lompe vorm wat zorgt voor weerstand wat de snelheid niet ten goede komt, maar de romp wel stabiel maakt. Het concept is echter een echte combinatie tussen windsurfen en zeilen door de bredere romp en het weinige drijfvermogen wat de gebruikservaring ten goede komt. Concept 2 ziet er sportief uit door de twee zijdrijvers en deze zorgen tevens voor stabiliteit. Daarnaast is de snelheid prima als gevolg van een lange slanke romp. De gebruikservaring is innovatief als gevolg van de wisselende positie van de gebruiker. Concept 3a heeft een innovatieve gebruikservaring door het shunten. Doordat het een catamaran betreft, zal de snelheid in orde zijn. Het gebruik is minder doordat de gebruiker bij ruime koersen en dus weinig druk in het zeil weinig stabiliteit kan vinden om zich staande te houden. Zoals in de tabel te zien is scoort concept 2 het best. Naast deze tabel zijn de concepten naast het voorlopig programma van eisen gelegd. Hieruit blijkt dat de concepten voldoen aan het programma van eisen. Concept 2 is tevens voorgelegd aan de opdrachtgever en in samenspraak met hem is geconcludeerd dat de gebruikservaring uit concept 2 potentie bevat om verder te ontwikkelen. Wellicht kan het idee voor het type zeil uit concept 3b meegenomen worden in de verdere uitwerking. Het concept behoeft natuurlijk nog vele aanpassingen tot een werkend product, dit zal in het volgende hoofdstuk worden gespecificeerd. Conceptfase 29

30 8. Detaillering In de conceptfase is besloten om concept 2 verder te specificeren. In dit hoofdstuk zal concept 2 verder uitgewerkt worden Programma van Eisen Om het concept verder te kunnen specificeren is een functioneel programma van eisen nodig. Het voorlopig programma van eisen, genoemd in hoofdstuk 6, is verre van compleet. In deze paragraaf zal het volledige programma van eisen neergezet worden. Om informatie te verkrijgen over vergelijkbare boten is er een vergelijkend botenonderzoek gedaan (zie bijlage IX). De specificaties van een surfplank zijn ook meegenomen. In dit onderzoek zijn verschillende dimensies opgenomen zoals de LOA, het zeiloppervlak, het displacement en de take-off speed van de draagvleugelboten. Ook de prijs van de verschillende boten is opgenomen. Hieronder worden de belangrijkste eisen genoemd. Het volledig programma van eisen is te vinden in bijlage X. 1. Het product moet uit het water gelift worden bij een vaarsnelheid van maximaal 8 knopen. 2. De maximale afmetingen van het product zijn 4,8*3,6*0,8 m (l*b*d). 3. Het minimale zeiloppervlak van het product is 8,0 m Het product mag niet meer zwaarder zijn dan 70 kg. 5. De productiekosten mogen niet meer zijn dan 4000, De topspeed is minimaal 14 knopen. 7. De opbouwtijd mag niet langer zijn dan 30 min. 8. Het product moet door één persoon in het water gelegd kunnen worden. De gebruikservaring verandert met de snelheid. Immers, wanneer de boot eenmaal snelheid heeft, zullen de draagvleugels de boot uit het water liften en tegelijkertijd zal de gebruiker omhoog gelift worden. Dit mechanisme lijkt vrij ingewikkeld en daarnaast doemt de vraag op: waarom zou de gebruiker omhoog willen gaan? En: de ergonomische positie van de gebruiker wordt er niet beter op in de omhoog gelifte situatie. De veranderende gebruikservaring is een groot voordeel, maar het omhoog liften van de gebruiker lijkt praktisch gezien en uit oogpunt van het gebruiksgemak niet de meest geschikte oplossing. Daarnaast: als de gebruiker zijn lichaamsgewicht als tegengewicht wil gebruiken, zal hij zijn lichaam dwars op de zeilkracht moeten zetten, dat betekent dwars op de lengterichting van de boot. Wanneer de gebruiker omhoog gelift wordt tot een staande positie en hij leunt naar de loefzijde van de boot, is de ergonomische houding voor de gebruiker niet bevorderlijk. Om dichterbij de gebruikservaring van windsurfen te komen, kan de veranderende positie van de gebruiker ook zo ontworpen worden dat de gebruiker dichter naar de mast en het water toe draait. De oplossing: een draaiend zitje (zie fig. 8.1). Dit zitje staat standaard in het midden (langsscheepse as) en deze kan dwars draaien naar links en rechts. Op deze manier zit de gebruiker dicht bij de mast en kan hij eventueel met zijn hand lekker door het water scheren. Wensen 1. Het product moet uit het water gelift worden bij een vaarsnelheid van maximaal 7 knopen. 2. De kostprijs mag niet meer zijn dan 3000, De opbouwtijd mag niet langer zijn dan 20 min Eerste iteratie Het concept uit de conceptfase is verre van produceerbaar. Om tot een produceerbaar eindresultaat te komen, zullen er diverse stappen ondernomen moeten worden, wat begint met een eerste iteratie. Figuur 8.1: Draaiend zitje 30 Detaillering

31 De besturing van de boot gaat door middel van voetpedalen. Aangezien het zitje kan draaien, zullen ook de voetpedalen moeten draaien. Door één platform te maken waar het zitje en de pedalen aan zitten, draait alles in een gecombineerde beweging. Het zitje heeft wel een maximum dwarspositie, namelijk 90 naar links en 90 naar rechts. Dit is gedaan omdat het voor het gebruik niet nodig is verder te draaien dan 90 en het zitje kan nu op een hoger niveau zijn dan de voetpedalen. Dit bevordert de ergonomische positie van de gebruiker Bovenwaterschip Het bovenwaterschip bestaat uit verschillende onderdelen: de dwarsbalk met drijvers, het platform met zitje en voetpedalen, en het tuigage. Deze worden hieronder één voor één gespecificeerd Dwarsbalk met drijvers Om de stabiliteit te verhogen is zoals eerder genoemd gekozen voor een dwarsbalk. Het is namelijk zeer vervelend wanneer de gebruiker de boot in het water legt en deze meteen kapseist. Door de breedte in te gaan wordt het ontwerp stabieler. Er is gekozen om de dwarsbalk op ⅓ van de voorkant te plaatsen met als reden dat de draagvleugels eronder geplaatst worden. Wanneer de boot uit het water omhoog komt, zal de boot op drie punten balanceren: 2 V-foils voor en 1 T-foil achter. De twee V-foils mogen dus niet te ver naar achter liggen. Door de V-foils wordt de boot zelfstabiliserend tijdens het vliegen. De dwarsbalk staat loodrecht op de romp en daardoor ziet het bootje er stug uit (zie fig. 8.3). Om de romp een sportiever karakter te geven, kan de dwarsbalk van de punt vooraan schuin naar de drijver getrokken kunnen worden (zie fig. 8.4). Dit heeft echter als nadeel dat de constructie weinig stevigheid biedt, zeker omdat de draagvleugels hieronder hangen. De gehele balk zou af kunnen breken en dan kapzeist het bootje. Figuur 8.3: Dwarsbalk loodrecht op romp Figuur 8.2: Kantelbaar zeil De gebruikservaring van windsurfen kan nog beter in het ontwerp geïmplementeerd worden door het type zeil te gebruiken van concept 3b. Het zeil is kantelbaar over de mast en op deze manier draait de gebruiker onder het zeil door (zie fig. 8.2). Nu de overall lay-out van het bootje bekend is, kan de volgende stap in de detaillering beginnen en kunnen de technische specificaties verder uitgewerkt worden. Deze worden opgesplitst in boven- en onderwaterschip. De rompvorm wordt besproken bij het onderwaterschip. Figuur 8.4: Dwarsbalk schuin vanaf boeg Detaillering 31

32 Om toch die sportieve look te krijgen is ervoor gekozen de dwarsbalk én vanuit het midden én vanuit de punt naar de drijver te plaatsen (zie fig. 8.5). De driehoek vormen maken de constructie tevens stijf. Figuur 8.5: Dwarsbalk combinatie Platform Dit gedeelte van de boot bestaat uit het zitje, de voetpedalen en de ring waarop het geheel kan draaien. Het zitje waarop de gebruiker zit is niet breed, zodat de gebruiker juist in die actieve houding blijft. Het zitje staat hoger dan de voetpedalen, wederom om de actieve houding te stimuleren, en kan mede om deze reden niet verder draaien dan 90 beide kanten op. Het zitje en de pedalen draaien op de ring, door een gleuf in het zitje en de pedalen (zie fig. 8.6). Er moet op elk moment gestuurd kunnen worden, ongeacht de positie van het zitje en voetpedalen. Door middel van verschillende overbrengingen zullen de voetpedalen gekoppeld zijn aan het roer zoals te zien in figuur 8.7. De voetpedalen zitten aan elkaar verbonden met één ketting (geen rondlopende) waarvan elk uiteinde vastzit aan een pedaal. Het middelpunt van deze ketting is geplaatst op de draaias van het zitje (punt A in fig. 8.7) en is door middel van tandwielen verbonden aan ketting nummer twee. Deze rondlopende ketting gaat naar de tandwielen bij het roer (punt B in fig. 8.7). Door de tandwielen de juiste richting op te laten draaien, zal bij het indrukken van het rechter pedaal de boot een uitwijking naar stuurboord krijgen. De ketting moet op spanning worden gehouden, anders kan er niet zonder speling gestuurd worden. Doordat ketting nummer 1 niet rondlopend is en ketting nummer 2 juist wel, zal de beweging van de pedalen zorgen voor een juiste roeruitslag. Het zitje en de pedalen zitten aan elkaar verbonden, zodat de pedalen niet terugdraaien. B A Figuur 8.7: Overbreng systeem Figuur 8.6: Zitje De voetpedalen zitten in een omhulsel en glijden in een gleuf van voor naar achter. Wanneer de gebruiker druk zet op het ene pedaal, zal dit pedaal naar achter glijden. Doordat de pedalen aan elkaar gelinkt zijn, zal het andere pedaal dan naar voren komen. De voetpedalen moeten gelinkt worden aan het roer onder water. Belangrijk hierbij is dat wanneer de gebruiker het rechter pedaal in duwt, de boot ook naar rechts zal moeten gaan. Indien dit niet het geval is, kunnen er gevaarlijke situaties ontstaan, al helemaal in nood. Het is voor te stellen dat de gebruiker, die op het draaiende zitje zit, naar de lijzijde (lage kant) glijdt wanneer de boot helt. De gebruiker zal zich ergens aan vast moeten houden om zijn positie te behouden. Door de schoot, waarmee het zeil wordt bediend, via de loefzijde te geleiden, kan de gebruiker de schoot vasthouden om enerzijds het zeil strak te trekken en anderzijds om zichzelf vast te houden zodat de gebruiker en het zitje niet naar de lijzijde glijden. Door dit trekken aan het zeil zal de gebruikservaring dicht bij windsurfen liggen: daar trekt de gebruiker immers ook aan het zeil om zich staande te houden (zie fig. 8.8). 32 Detaillering

33 Het ergonomische aspect is belangrijk voor de juiste houding van de gebruiker. Wanneer een volwassen persoon tussen de 20 en 60 jaar oud zit, is de lengte van de bil tot de onderkant van de voet in gestrekte positie (zie afstand A in fig. 8.9) voor mannen gemiddeld 1071 mm met een standaarddeviatie van 49 en voor vrouwen gemiddeld 1065 mm met een standaarddeviatie van 52 [24] (zie fig. 8.10). Wanneer gewenst is dat minimaal 95% van de mannen en vrouwen in de leeftijdscategorie 20 tot 60 jaar het product ergonomisch gezien goed kunnen gebruiken, ligt de minimale lengte op 961 mm (1065-2*52) en de maximale lengte op 1169 mm ( *49) [25] (zie fig. 8.11). A Figuur 8.9: Afstand A gebruiker Figuur 8.8: Schoot via loefzijde Figuur 8.10: Gemiddelde lengte buttock - foot Figuur 8.11: Normale verdeling Detaillering 33

34 De lengte tussen het zitje en de achterste stand van de pedalen kan dan gezet worden op 960 mm. Hierbij is rekening gehouden met het feit dat de pedalen naar achteren ingedrukt worden Tuigage Het zeil is een vleugelprofiel en gebaseerd op het ontwerp van de Aeroskimmer. Door het vleugelprofiel van het zeil heeft de boot geen gewone mast, maar een A-frame met twee benen. De benen zijn geplaatst op de zijdrijvers (zie fig. 8.12). Het A-frame draagt bij aan het verminderen van de krachten op de mast. Het vleugelzeil komt overeen met een vrij bewegend surfzeil. Door de vleugel zo veel mogelijk verticaal te zetten, gaat de boot het hardst. De besturing van het zeil gebeurt met een aantal schoten: de onder- en bovenschoot zitten vast aan de achterzijde van de vleugel. De kantelschoot zit vast aan het uiteinde van de vleugel (in het balanspunt) en hiermee kan de vleugel in de juiste stand gezet worden. Wanneer er van koers gewisseld wordt en de boot overstag gaat, zal het zeil naar de andere kant van de boot moeten verplaatsen en dus naar het andere been moeten gaan. Dit gebeurt door het vieren van de ene schoot en het tegelijkertijd aantrekken van de andere schoot. Reven van het zeil is niet mogelijk. Figuur 8.12: A-frame 8.4. Onderwaterschip Het onderwaterschip bestaat uit de rompvorm en de appendages. Het onderwaterschip is van groot belang voor de stabiliteit. De foils zijn met name van belang voor de take-off speed Rompvorm De vorm van het onderwaterschip is in grote mate van invloed op de weerstand die de boot ondervindt. Wanneer de boot in het water vaart zal de boot water verplaatsen wat voor weerstand zorgt. Wanneer de boot uit het water komt, vaart deze op zijn eigen boeggolf dus op zijn rompsnelheid. De rompsnelheid is onder andere afhankelijk van de lengte, het gewicht (waterverplaatsing) en de vorm van de romp, die elk de weerstand van de romp van de boot beïnvloeden. De rompsnelheid in knopen van een boot kan bij benadering worden bepaald met de formule: 2.43 * (lwl) [26]. De rompsnelheid is voor dit ontwerp maar matig van belang, aangezien de boot zo veel mogelijk op de draagvleugels zal varen. Om deze reden is bijvoorbeeld de liftkracht die de draagvleugels genereren veel interessanter. De take-off speed mag hoger zijn dan de rompsnelheid, aangezien de boot zal gaan planeren door de vorm van het onderwaterschip. De planeersnelheid ligt boven de rompsnelheid en dus zal de take-off plaats kunnen vinden. Door de draagvleugels zal de boot uit het water gelift worden waardoor de weerstand veel kleiner wordt en alleen nog luchtweerstand betreft. De wens is de boot zo snel mogelijk uit het water te liften om op de draagvleugels te gaan varen. De rompvorm is daarom voornamelijk van belang voor de luchtweerstand en in mindere mate voor de waterweerstand. De rompvorm zal ook aangepast moeten worden op het type gebruik: een ronde romp heeft weinig tot geen planeervlak en zal niet snel gaan planeren. Een vlakke romp is geoptimaliseerd voor hoge snelheden en is zo opgezet dat deze zo veel mogelijk lift genereerd. De rocker geeft de hoeveelheid ronding aan het onderwaterschip aan en zorgt voor een bepaalde landing wanneer de boot terug het water in glijdt. Wanneer de boot veel rocker heeft, zal het planeervlak onder een relatief grote hoek staan, waardoor de boot minder gemakkelijk zal gaan planeren. Echter, de boot zal voor progressieve demping zorgen waardoor de boot zacht terecht komt bij de landing. De vorm van het onderwaterschip kan als dwarsdoorsnede een platbodem, rondbodem of knikspant betreffen. Een platbodem heeft een groot planeervlak en een hoge stabiliteit, maar heeft veel weerstand bij lage snelheden. Een rondbodem kan goed varen onder helling, heeft een lage weerstand bij lage snelheden, maar hoge weerstand tijdens planeren en een lage stabiliteit. Een knikspant kan goed varen onder helling, maar heeft een groot nat oppervlak tijdens planeren. 34 Detaillering

35 Voor het rompontwerp is gekozen voor een combinatie tussen een rondbodem en platbodem, zodat de romp een relatief lage weerstand heeft bij lage snelheden en goed kan planeren. De vorm zal steeds slanker en ronder worden naar voren toe zodat de voorzijde een laag volume heeft. In combinatie met de vorm van de rocker zorgt dit voor een zachte landing na het vliegen. De hoofdromp zoals het gekozen concept is 1,5 meter breed. Voor de weerstand is een zo smal mogelijke romp ideaal. Het platform zou ook boven op de romp gelegd kunnen worden waarbij de ring aan de zijkanten net iets buiten de romp valt (zie fig. 8.13). Op deze manier is de romp veel minder gevoelig voor de wateren luchtweerstand waardoor een lagere take-off speed mogelijk is en tevens een hogere topspeed behaald kan worden. Minder breed zorgt ervoor dat de krachten worden verminderd en dat het oprichtend moment lager wordt dus is er minder zeil nodig waardoor de krachten lager worden. Tevens worden de foils minder zijwaarts belast. De ring heeft een bodem: dit is nodig om de overbrengingen die eerder besproken zijn te monteren. Deze kabels mogen namelijk niet los liggen, waardoor de gebruiker in gevaarlijke situaties kan belanden en waardoor de overbrengingen sneller zullen slijten. Om deze bodem stevig genoeg te maken zodat de gebruiker hierop kan staan, kunnen verstevigingsribben toegepast worden. Hierbij is het wel belangrijk dat de romp hoog genoeg is en de ring niet in het water ligt waardoor de ring juist voor extra weerstand zorgt. De hoogte van de romp is tevens belangrijk voor het bevestigen van de mast. Hoe dieper de mast in de romp gemonteerd kan worden, hoe groter de arm in de romp en des te sterker is de constructie van de mast. Het achterste deel van de romp zal 0,3 m hoog zijn, het voorste deel 0,6 m hoog. De zijdrijvers moeten genoeg drijfvermogen hebben om de stabiliteit te garanderen en dus te functioneren als steundrijvers. Ook voor de zijdrijvers geldt dat deze gemakkelijk het water in moeten glijden bij de landing. Om wel genoeg drijfvermogen te houden is de achterzijde van de drijver een relatief platte V-vorm. De zijdrijvers staan onder een hoek ten opzichte van de hoofdromp. Hierdoor kan de boot hellen zonder dat de zijdrijvers meteen het water raken, aangezien de wind nooit constant is op het water. Figuur 8.13: Ring op smalle romp Appendages De boot bezit drie draagvleugels: twee V-foils onder de zijdrijvers en één T-foil achter onder de hoofdromp. De liftkracht die de foils genereren zorgt ervoor dat de romp uit het water wordt gelift. Met behulp van de liftkracht kan de take-off speed berekend worden. Aangezien er vele parameters zijn die allemaal gevarieerd kunnen worden, zullen er enkele aannames gedaan moeten worden om deze berekeningen uit te voeren. Het uitgangspunt voor de berekeningen van de foils is dat de voorste 2 V-foils 75% van het liftvermogen opleveren en de achterste T-foil 25% van het liftvermogen. De snelheid waarbij de take-off plaatsvindt mag boven de rompsnelheid liggen. De rompsnelheid is, met een waterlijnlengte van 3,5 m, 2,3 m/s oftewel 4,5 knopen. Om het bootje inclusief de gebruiker uit het water te krijgen is er minimaal de liftkracht nodig gelijk aan de zwaartekracht van het bootje en de gebruiker samen. Het gewicht van de boot wordt geschat op 60 kg en het gewicht van de gebruiker op 80 kg. Deze zwaartekracht is dan (60+80)*9,81 = 1373 N en er is dus 1373 N aan liftkracht nodig. De V-foils zullen samen 75%*1373 = 1030 N moeten genereren, per V-foil is dit 515 N. De algemene formule voor de liftkracht is [27]: L = ½ρv 2 AC L met: L = liftkracht (N) ρ = dichtheid medium (kg/m 3 ) v = snelheid (m/s) A = opp. vleugel (m 2 ) C L = liftcoëfficiënt (-) Hieruit kan de take-off speed, v, berekend worden. De liftcoëfficiënt C L kan afgeleid worden uit een Epplerprofiel in het programma JavaFoil en is 0,95 (-). De dichtheid ρ van het medium, water, is 1000 kg/m 3. Stel het vleugelprofiel is 0,15 m 2 voor één V-foil. Detaillering 35

36 Dit oppervlak van de vleugel is bepaald door onderstaande berekening meerdere malen uit te voeren en de ideale situatie te krijgen. Bij de take-off speed zal de hele foil nog onder water zijn. Nu kan de take-off speed berekend worden. Aangezien de foil onder een hoek staat om lift te kunnen genereren, zal de liftkracht de lift * cos(α) bedragen (zie fig. 8.14), waarbij α de hoek is waaronder de foil onder de boot zit. Op basis van info van deskundigen is gebleken dat een hoek van 45 redelijk is [28]. De liftkracht onder deze hoek is dan gelijk aan L*cos (α) =515 N geeft L = 728 N. Figuur 8.16: V-foil Figuur 8.14: Lift component De take-off speed bedraagt dan: L= ½ρv 2 AC L = ½*1000*v 2 *0,15*0,95 geeft v = 3,35 m/s = 6,5 knopen Op dezelfde manier is de topspeed te berekenen: deze komt neer op ca. 18 knopen. De uitgebreidere resultaten van de berekeningen aan de foils bij de take-off speed en de topspeed staan in bijlage XI. Vanuit QConcepts is het profiel van de hydrofoils aangeleverd (zie fig en 8.16). Er bestaan vele profielen voor draagvleugels die geoptimaliseerd zijn voor stroming zoals NACA en Eppler. Een ingangsprofiel is gekozen aan de hand van de berekening hierboven. Met behulp van het programma JavaFoil is een profiel uitgekozen waarmee verder gerekend kan worden. JavaFoil is een applicatie waarmee analyses op het gebied van de prestaties van foils gedaan kunnen worden. Figuur 8.15: T-foil Doordat de V-foils zelfregelend zijn, wordt de hoogte van de boot automatisch geregeld. Wanneer meer lift gegenereerd wordt, zal de boot namelijk hoger uit het water gelift worden en zal de lift door de vorm van de draagvleugel afnemen waardoor de boot minder hoog gelift wordt. De V-foils zullen zo veel mogelijk lift moeten gererenen, en daarnaast nog genoeg in het water moeten zitten bij de maximale snelheid. Omdat de boot bestuurbaar moet zijn, dient de T-foil tevens als roer. Doordat de T-foil naar links of rechts bewogen wordt (door de voetpedalen), zal de boot een uitwijking geven naar links of rechts. Echter, de T-foil heeft, eenmaal uit het water, geen dracht meer om de boot te kunnen sturen. Dit is op te lossen door de verticale foil verder naar beneden door te laten lopen dan de horizontale stukken. Hierdoor houdt het roer altijd dracht om in het water te kunnen sturen Gewicht Om te bepalen hoe zwaar het ontwerp is, zal eerst bepaald moeten worden welke materialen gebruikt worden. Hieronder is per onderdeel gespecificeerd welke materialen er gebruikt worden Materialen Romp & zijdrijvers Carbon is een bruikbaar materiaal om de romp en zijdrijvers te fabriceren, aangezien dit zeer licht en zeer stijf is [29]. Helaas kan dit materiaal slecht tegen impact belasting. Dit is wel belangrijk voor de rompvorm aangezien deze met verschillende oppervlakken in contact zal komen zoals steentjes. Hierdoor is het materiaal E-glas een beter alternatief, wat vaker door QConcepts wordt gebruikt. Een constructie van dit materiaal is beter bestand tegen impact belasting en is goedkoper dan carbon [30]. Nadeel van het materiaal 36 Detaillering

37 is dat het zwaarder dan carbon is. De romp zal bestaan uit een aantal lagen E-glas, deze lagen zorgen namelijk voor de nodige stijfheid van de constructie. De romp en zijdrijvers zullen geproduceerd worden met een rompmal en dekmal, waarna de twee delen op elkaar verlijmd zullen worden. Zijbalk De zijbalken worden gemaakt van een carbon sandwich constructie, wat de balk tot een zeer lichte, maar toch stijve constructie maakt, die zowel op trek en druk als op buiging kan worden belast. Daarnaast kunnen de zijbalken plaatselijk dikker gemaakt worden om eventuele optredende spanningen te verlagen. Foils De foils worden ook geproduceerd van E-glas. Dit maakt de foils goed bestand tegen impact belasting en door meerdere lagen te gebruiken ook stijf genoeg. De foils kunnen geproduceerd worden door een mal te frezen waar de foils van gemaakt worden. Tuigage De mast wordt gemaakt van een carbon sandwich constructie, evenals het A-frame, wederom voor de zeer lichte, maar toch stijve constructie, die zowel op trek en druk als op buiging kan worden belast. Het zeil wordt gemaakt van Mylar met strengen van Kevlar ter versteviging [31]. Platform Het platform wordt gemaakt van aluminium. Dit is een lichtgewicht materiaal, lichter dan bijvoorbeeld roestvrijstaal, en toch stevig genoeg om het gewicht van de gebruiker te weerstaan. Het zitje en de pedalen worden gemaakt van kunststof (zoals PE), wat relatief lichtgewicht en goedkoop is, en prima bestand is tegen belasting Gewicht Het gewicht is berekend door deze uit te splitsen in verschillende onderdelen. Deze gewichtsberekening is te vinden in bijlage XII. In tabel 8.1 is het totale gewicht te zien. Dit gewicht zal nog toenemen door het gebruik van lieren, schoten, etc. Het totale gewicht zal dan 60 kg zijn. TOTAAL Onderdeel Gewicht (kg) Hoofdromp 16,8 Platform 10,4 Beams 6,1 Foils 1,9 Zeilen 8,2 Totaal 43,4 Tabel 8.1: Gewichtsberekening 8.6. Kosten De materiaalkosten zijn berekend aan de hand van de gewichtsschatting van paragraaf 8.5. De uitgebreide kostenschatting is te vinden in bijlage XIII. De materiaalkosten worden geschat op ca. 400,00. Hier zal nog ca. 200,00 bovenop komen voor lieren, verbindingen, etc. De materiaalkosten moeten aangevuld worden met de kosten van de arbeids- en machineuren. Voor de arbeidsuren wordt uitgegaan van twee personen die één werkweek nodig hebben om het product te produceren, met een uurloon van 25,00. Dit komt neer op 2000,00. Voor de machineuren wordt uitgegaan van 20,00 per uur, 3 uur lang, wat neerkomt op 60,00. Daarnaast zal het product getransporteerd moeten worden, deze kosten worden geschat op 300,00. In totaal zijn de productiekosten dan 2960,00. De overheadkosten worden geschat op 2000,00, waardoor het product de markt in gaat voor 4960,00 (zie tabel 8.2). POST KOSTEN Materiaalkosten 600,00 Arbeidskosten 2000,00 Machineuren 60,00 Transportkosten 300,00 Overheadskosten 2000,00 TOTAAL 4960,00 Tabel 8.2: Kostenschatting 8.7. De praktijk Het doel van het ontwerp is zo snel mogelijk uit het water te komen en in een vliegende positie te komen. Hoe gaat dat in z n werk? Het bootje moet met een trailer te vervoeren zijn. Wanneer het bootje 3,6 m breed is, zal dat niet gaan. De zijbalken zullen ingeklapt moeten worden. Dit geldt ook voor de draagvleugels, deze zullen ingeklapt moeten worden zodat de hoogte beperkt wordt. De mast kan gedemonteerd worden en het zeil kan opgerold worden waardoor deze in de auto passen. Tijdens het transport zijn de draagvleugels ingeklapt en de mast en zeil zijn van het bootje gehaald. De dwarsbalken zijn ingeklapt, zodat de boot smal genoeg is om met een trailer te vervoeren. Bij aankomst op de plek waar het bootje gebruikt gaat worden, zal de gebruiker de boot van de trailer tillen, op de kade leggen waar de dwarsbalken met zijdrijvers uitgeklapt kunnen worden en waar de mast erop gezet kan worden. De foils moeten uitgeklapt worden en de boot steunt dan op 3 punten. De gebruiker legt vervolgens de boot in het water, deze is dan stabiel genoeg om niet om te vallen. Detaillering 37

38 Het water dient diep genoeg te zijn zodat de draagvleugels de grond niet raken waardoor deze kunnen beschadigen of zelfs afbreken. De gebruiker moet in de boot stappen door via de romp op het zitje te stappen. De voeten moeten op de pedalen gezet worden zodat gestuurd kan worden. Nu de gebruiker zit kan de schoot gepakt worden en snelheid gegenereerd worden om weg te komen van de kade. De bedoeling is dan om veel snelheid te genereren zodat de draagvleugels hun werk kunnen gaan doen. Door de krachten op de boot kan deze gaan hellen. De gebruiker kan door te draaien met zijn lichaam tegengewicht bieden waardoor de boot zo vlak mogelijk blijft. Dit resulteert in minder weerstand en dus eerder in de gewenste snelheid. Bij een snelheid van 7 knopen zal de boot uit het water worden gelift en zal de boot op drie punten steunen: de twee V-foils vooraan en de T-foil achteraan. De hoogte zal zelf gereguleerd worden door de vorm van de V-foils. De gebruiker zal sturen met zijn voeten en de schoot bedienen met zijn handen. Overstag gaan gebeurt door met de voeten naar de wind toe te sturen en het zeil met de schoot naar de andere kant te trekken. De gebruiker zal dan ook van kant wisselen door het zitje te draaien. Wanneer de snelheid verminderd, zal de boot terug in het water komen. Doordat vorm van het onderwaterschip zal dit geleidelijk gaan waardoor een relaxte gebruikservaring bewerkstelligd wordt. In principe is de boot zo gebouwd dat hij niet om kan slaan. De zeilkrachten zijn in evenwicht en de gebruiker kan met zijn gewicht nog tegengewicht bieden bij het hellen van het schip. Wanneer het bootje, door een onverwachte harde windvlaag, toch omslaat, valt de gebruiker van de boot doordat de boot open is en dat de gebruiker in staat stelt zo snel mogelijk van de boot weg te zijn. Door het lage gewicht en volume zou de gebruiker in staat moeten zijn de boot zelf weer op te richten Terugkoppeling Aan het eind van het project is terugkoppeling nodig. Het concept zal getoetst worden op het programma van eisen en de gebruikservaring zal teruggekoppeld worden. De uiteindelijke specificaties zijn te vinden in tabel 8.2. ONDERDEEL AFMETING EENHEID L OA 3,8 m L WL 3,5 m B OA 3,6 m B hoofdromp 0,9 m B ring 1,3 m D 0,8 m Zeiloppervlak 12 m 2 Gewicht 60 kg Tabel 8.2: Specificaties Programma van Eisen De belangrijkste eisen die gesteld zijn in hoofdstuk 8 zijn: 1. Het product moet uit het water gelift worden bij een vaarsnelheid van maximaal 8 knopen. 2. De maximale afmetingen van het product zijn 4,8*3,6*0,8 m (l*b*d). 3. Het minimale zeiloppervlak van het product is 8,0 m Het product mag niet meer zwaarder zijn dan 70 kg. 5. De productiekosten mogen niet meer zijn dan 4000, De topspeed is minimaal 10 knopen. De boot wordt uit het water gelift bij een vaarsnelheid van 7 knopen en heeft een topspeed van 18 knopen, dus het product voldoet aan de eerste en laatste eis. Daarnaast zijn de afmetingen van het product 3,8*3,6*0,8 met een zeiloppervlak van 12 m 2 en een gewicht van 60 kg, wat het product ook laat voldoen aan eis nummer 2, 3 en 4. De productiekosten zijn 2960,00, wat voldoende is voor eis 5 en zelfs voor de wens dat de productiekosten lager zijn dan 3000, Detaillering

39 Gebruikservaring Aan het begin van het project is gesteld dat de gebruikservaring een koppeling moest zijn van windsurfen en zeilen. Hieronder worden kort de aspecten beschreven die van toepassing zijn op het nieuwe ontwerp. De windsurfaspecten zijn: De boot wordt bestuurd met de voeten, er wordt druk uitgeoefend met de voeten. De gebruiker draait met zijn gewicht dichter naar de mast toe. De gebruiker heeft een zeer actieve houding. De gebruiker leunt aan het zeil (door de schoot). Het zeil heeft een vleugelvormprofiel. De zeilaspecten zijn: De hoofdvorm van het ontwerp is een romp. Het zeil wordt bediend met een schoot. De positie van de gebruiker is (half) zittend. Zonder gebruiker blijft de boot met het zeil rechtop staan. Of de kernwoorden besproken in hoofdstuk 5 overeenkomen met de beleving van het ontwerp, zal moeten blijken uit gebruikstesten wanneer een prototype gefabriceerd is en er uitgebreide enquêtes gehouden kunnen worden. Detaillering 39

40 9. Conclusie & Aanbevelingen De doelstelling van het project is aan het begin als volgt geformuleerd: het opstellen van een conceptontwerp van een cross-over, waarbij de gebruikservaring een combinatie is van windsurfen en zeilen. Het conceptvoorstel in kernpunten: Eén hoofdromp waar de gebruiker op zit. Onder de hoofromp zit de T-foil. Een smalle balk in de breedte met drijvers voor stabiliteit. Hier zitten ook de V-foils onder. De gebruiker zit op een zitje welke kan draaien. De besturing gaat met de voeten: het roer is verbonden met voetpedalen. Het zeil heeft een vleugelprofiel en kantelt over de mast. Het zeil wordt bediend met een schoot. Het ontwerp voldoet aan het programma van eisen en de combinatie van beide gebruikservaringen is op verschillende manieren terug te vinden in het eindontwerp. Het eindontwerp is te zien in figuur 9.1. Zo is de hoofdvorm een slanke romp, welke drijfvermogen bezit, net als een zeilboot. De gebruiker moet druk uitoefenen met zijn voeten om de boot te besturen met de pedalen, wat overeenkomt met de gebruikservaring van windsurfen. Ook moet de gebruiker zich aan de schoot op z n plek houden, dat lijkt op het vasthouden van de bar bij windsurfen. Daarnaast is de houding van de gebruiker zeer actief door het draaien, meebewegen naar de mast en positie van het lichaam. De hydrofoils en het opstijgen van de boot maken het ontwerp tot een dynamisch geheel. Aanbevelingen Enkele aanbevelingen kunnen gedaan worden teneinde de vervolgstappen van dit ontwerp. Wanneer het zeil van de ene naar de andere kant gaat, zal het even horizontaal staan. Dit kan voor een liftkracht zorgen waardoor de boot door het zeil recht omhoog uit het water getild wordt en daadwerkelijk kan gaan vliegen. Dit is niet de bedoeling aangezien dit zeer gevaarlijke situatie kan opleveren. Dit zou voorkomen kunnen worden door kleine vleugeltjes aan de roeren te monteren. Deze vleugeltjes zorgen ervoor dat de boot in langsrichting in balans blijft. Daarnaast is het praktisch als het zitje aanpasbaar gemaakt kan worden voor verschillende lengtes, zodat iedere persoon het zitje naar zijn of haar wens kan afstellen. Figuur 9.1: Eindontwerp Veel aspecten zullen pas echt duidelijk worden wanneer het product getest gaat worden in de praktijk. Het ontwerp zal in verschillende omstandigheden getest moeten worden: harde en zachte wind, vlak en ruw water. De ideale configuratie zal getest moeten worden in de praktijk, hoek van de foils, zeiloppervlak, etc. Hierna zal alle data verwerkt moeten worden en zullen conclusies getrokken moeten worden en aanpassingen doorgevoerd moeten worden. Hierna kan de boot opnieuw getest worden en aan de hand van de dan eventuele verbeteringen kan de boot in productie gebracht worden en op de markt gebracht worden. 40 Conclusie & Aanbevelingen

41 Bijlagen I. Verklarende woordenlijst II. Achtergrond informatie windsurfen III. Resultaten enquête gebruikservaring IV. Achtergrond informatie zeilen V. Sfeercollages VI. Assenstelsel botenrange VII. Schetsen ideefase VIII. Beoordeling esthetiek IX. Vergelijkend botenonderzoek X. Programma van Eisen XI. Foils berekeningen XII. Gewichtsberekening XIII. Kostenschatting XIV. Referenties Bijlagen 41

42 I. Verklarende woordenlijst Appendages Bakboord Beaufort Boeg Draagvleugel Fok / genua Giek Gijpen Grootzeil Helmstok Knoop - knopen Loef Lij Onderwaterschip Overstag gaan Planeren Rocker Rompsnelheid Schoten Shunten Spiegel Spinaker Stuurboord Take-off speed Tuigage Vieren Verstaging Want (lopend) Want (staand) toevoeging aan de romp zoals een roer of draagvleugel. linkerzijde van een schip. schaal om de windsnelheid aan te duiden: 4 Beaufort = km/h. voorzijde van een boot en vormt de voorste punt. een vleugel welke onder water geplaatst is. een extra zeil voor grotere boten dan eenmansboten. rondhout bevestigd aan het onderlijk van een zeil. de zeilen worden naar het andere boord overgebracht terwijl een voor-de-windse koers wordt gevaren. het zeil dat gevoerd wordt op een zeilschip. houten staaf aan het roer waarmee het roer in de gewenste stand gezet wordt. scheepsterm voor de snelheid van een boot = één zeemijl per uur: 1 knoop = 1,8 km/h. de kant waar de wind vandaan komt de kant waar de wind naartoe waait het deel van de romp wat zich onder de waterlijn bevindt. de neus van de boot draait door de wind waardoor de zeilen zich naar het andere boord verplaatsen. de boot of surfplank gaat harder dan de rompsnelheid en komt daardoor uit het water. vorm van de romp welke de ronding aangeeft van de onderzijde van de boot in het zijaanzicht. de snelheid van een schip waabij de golflengte van de boeggolf gelijk is aan de lengte van het schip. Harder zal een schip niet gaan, tenzij deze gaat planeren of draagvleugels bevat. lijnen waarmee de stand van een zeil ten opzichte van de boot geregeld kan worden. over de andere boeg gaan varen zonder overstag te gaan, maar om te keren. de platte achterkant van een schip of surfplank. een extra zeil wat bij ruime wind opgezet kan worden. rechterzijde van een schip. snelheid waarbij de boot uit het water wordt gelift door draagvleugels. de verzamelnaam voor alle zeilen, staand en lopend want, het touwwerk en de rondhouten die nodig zijn om een schip voort te bewegen. het zeil meer naar buiten laten staan door de schoot te vieren. de kabels die de mast rechtop houden touwwerk en staaldraad waarmee de zeilen en dergelijke worden gehesen of bediend. Een dik touw of staaldraad dat loopt van een zo hoog mogelijk punt in de mast naar een vast bevestiginspunt op dekniveau van het schip. Windrichtingen (zie fig. 10.1): In de wind koers waarbij de boot met de neus in de wind ligt en geen snelheid maakt Aan de wind koers waarbij de absolute windhoek tussen de 45 en 80 zit Halve wind koers waarbij de absolute windhoek tussen de 80 en 100 zit Ruime wind koers waarbij de absolute windhoek tussen de 100 en 150 zit Voor de wind koers waarbij de absolute windhoek tussen de 150 en 180 zit Figuur 10.1: Windrichtingen 42 Bijlagen

43 Length OverAll L OA m De maximale lengte van de romp van de voorste tot en met het Lengte overall achterste punt. Exclusief boegspriet, preekstoel en roer. Length WaterLine L WL m De lengte van de ontworpen waterlijn (designed waterline DWL). Waterlijnlengte Beam B, B max m De maximale breedte van de romp. Breedte Beam WaterLine B WL m De breedte van de romp op de waterlijn. Breedte waterlijn Draft T m De maximale diepgang van een schip drijvend op de waterlijn. Diepgang Depth D m De verticale afstand van het laagste punt van de kiel tot de Diepte sheerline. Volume displacement m 3 Volume waterverplaatsing, het volume van het ondergedompeld Volume waterverplaatsing deel van het schip. Massa displacement m kg Massa waterplaatsing, de massa van het schip. Massa waterverplaatsing Wet Surface - - Ondergedompeld oppervlak van de scheepshuid. Nat oppervlak Centre of Buoyancy B - Het zwaartepunt van het verplaatste water. De horizontale en Drijfvermogen verticale posities worden aangeduid met LCB en VCB. Center of Gravity G - Het zwaartepunt van een schip moet op dezelfde lijn liggen als Zwaartepunt het centre of buoyancy B. Bijlagen 43

44 II. Achtergrond informatie windsurfen Vormkenmerken Wanneer er een ontwerp gemaakt wordt van een surfplank, wordt een specifieke vorm van het board bepaald. Deze vorm kan beschreven worden aan de hand van een aantal kenmerken [32]. De outline van een surfboard definieert de curve van de uitwendige vorm van het board, wanneer men het board van bovenaf bekijkt. De algemene prestaties zoals wendbaarheid en in een rechte lijn varen hangen af van de vorm van de outline. Als je als gebruiker voor snelheid gaat, zal je een smalle en uitgestrekte outline moeten kiezen, terwijl een rondere outline zorgt voor een betere hanteerbaarheid en een beter gebruiksgemak. De rocker definieert de curve van het board van boeg naar achterkant, wanneer men het board van de zijkant bekijkt (zie fig. 10.2). Deze curve heeft invloed op de waterstroom langs het board. Een strakke en platte rocker zal een board sneller laten gaan, gemakkelijker laten planeren en tevens beter hoogte laten houden. Een gebogen scoop maakt een board wendbaarder, maar maakt het moeilijker om te planeren. De vorm van de onderkant van het board definieert hoe het board reageert op snelheid, rechtdoor varen en draaien. De dwarsdoorsnede van de onderkant heeft doorgaans één van deze vormen (zie fig. 10.3): o V-vorm: Er zijn 2 verschillende zijden aan weerszijden van de middellijn aanwezig. Wanneer deze zijden perfect vlak zijn, is er optimale controle op hoge snelheid mogelijk. o Enkele concaaf: deze vorm van de onderkant zorgt voor lift en vergroot de dynamiek bij het draaien en accelereren uit bochten. o Dubbele concaaf: deze vorm wordt gezien als een overgang tussen de V-vorm en de enkele concaaf. Figuur 10.4: Vorm zijkant Figuur 10.2: Rocker Figuur 10.3: Vorm onderkant De zijkanten van een board worden de rails genoemd. De rails hebben grote invloed op het gedrag van het board, zoals op de wendbaarheid en de snelheid tijdens het rechtdoor varen. Hard rails zijn dusdanig ontworpen dat het board weinig weerstand biedt op het water en zodoende het water gemakkelijk loslaat, terwijl soft rails meer curve bevatten en dusdanig ontworpen zijn dat het board meer aan het water blijft plakken (zie fig. 10.4). De vorm van de spiegel is vooral van belang op topsnelheid en tijdens manoeuvres. De tail kan round, pin of squash gevormd zijn (zie fig. 10.5). De round tail geeft goede Figuur 10.5: Vorm spiegel controle op snelheid. De vorm van de pin tail zorgt ervoor dat tijdens het draaiend carven het water langs de gehele rail wegstroomt waardoor het carven zeer vloeiend verloopt. De squash tail zorgt ervoor dat het overgaan van de ene naar de andere rail direct mogelijk is. Hierdoor is het mogelijk om snelle richtingsveranderingen te maken. Typen surfplanken en zeilen Surfplanken Afhankelijk van het doel van de gebruiker, bestaan er verschillende typen surfplanken [33]. Waveboard: dit relatief kleine board wordt gebruikt door ervaren surfers in ruigere omstandigheden (met name in golven zoals de naam al doet vermoeden). Het board is geschikt voor gebruik op zee en in harde omstandigheden op binnenwateren. De ronde outline zorgt voor goede hanteerbaarheid in de golven. Freemove board: dit type board is een allrounder en kan gebruikt worden op vlak water of met golven, met zwakke wind of met sterke wind. Rechtdoor varen, gijpen en springen is allemaal mogelijk. Freestyle board: met dit type board is het niet goed mogelijk om in een rechte lijn te varen. Ze zijn speciaal ontwikkeld om tricks uit te halen en daarnaast is achteruit varen (sliden) mogelijk. Het type board heeft tevens als eigenschap dat het zeer snel kan aanplaneren door de brede en korte basis. Slalom board: dit type board is gericht op snelheid en prestatie en zeer geschikt voor de ervaren gebruiker die gebrand is op snelheid. Freeride board: dit type board wordt het meest verkocht en is gericht op comfortabel surfen zonder teveel voorbereidingswerk. Met dit board kan men gemakkelijk wegvaren, planeren, gijpen en kleine sprongen maken. Daarnaast bestaan er nog enkele beginnersboards en kinderboards. De beginnende surfer heeft behoefte aan veel stabiliteit waardoor een groot drijfvermogen gewenst is. Dit wordt bereikt door een board met een groot volume te gebruiken. Hoe meer volume het board heeft, hoe stabieler het board is en dus hoe beter het board blijft 44 Bijlagen

45 drijven. Tevens planeert het board sneller met meer volume. Daarentegen is meer volume niet per definitie beter. Namelijk, hoe minder volume, des te beter manoeuvreerbaar het board is en hoe beter controleerbaar het board is bij harde wind. Bij een groot volume bestaat de kans dat het board letterlijk opstijgt. Voor een meer ervaren surfer is een board met minder volume dus geschikter. Voor beginners wordt een board aangeraden met een volume van minimaal 180 L. Gevorderden gebruiken een board met een volume tussen 80 en 140 L. Voor de breedte van een surfplank geldt: hoe breder de plank, hoe meer stabiliteit. Een breed board heeft betere upwind kwaliteiten dan een smal board en planeert relatief snel. Een freeride plank heeft een breedte van ca. 85 cm. In vergelijking met de lange smalle boards van vroeger is tegenwoordig hetzelfde volume verdeeld over een korter en breder oppervlak. Hierdoor planeren de boards sneller, hebben ze meer drive bij kleine golven, hebben de boards goede draai eigenschappen en zijn ze nog goed controleerbaar bij harde wind. Bij de slalom-, speed-, freestyle- en waveplank varieert de breedte van de plank over het algemeen tussen de 50 en 85 cm. De lengte van een surfplank hangt af van het type surfen dat de gebruiker wil uitoefenen. Gaat de gebruiker voor de fun en trucjes en dus kiest voor een freestyle- of waveplank, zal plank vrij kort zijn, namelijk ca. 2,30 m. Wanneer de gebruiker kiest voor een slalom- of speedplank, dan is de lengte ca. 2,35 tot 2,45 m. Kiest de gebruiker voor een freeride plank waarmee je wat rustiger op het water ligt, zal het board iets langer zijn: ca. 2,50 m. Zeilen Afhankelijk van het lichaamsgewicht, windomstandigheden, niveau en vooral afhankelijk van het soort windsurfen, wordt een bepaald zeil gekozen [34]. Wavezeilen zijn gericht op ruigere omstandigheden met hoge(re) golven en zullen dus zeer stevig moeten zijn en een sterkte constructie moeten hebben. Het formaat van deze zeilen ligt tussen de 3,5 en 6,0 m 2. Freemove zeilen zijn zeilen die hanteerbaarheid en snelheid perfect combineren. De zeilen worden gebruikt in kleine golven, hebben goede prestatie eigenschappen en kunnen als een allrounder gezien worden met een zeiloppervlakte van 5,0 tot 7,5 m 2. Freestyle zeilen zijn geschikt voor het uitvoeren van tricks en trucs door de surfer. Hierdoor moet het zeil zo licht mogelijk zijn en is snelheid niet van grootst belang. Het formaat van deze zeilen ligt tussen de 4,0 en 7,0 m 2. De speedzeilen, slalomzeilen en racezeilen zijn gericht op prestatie en op snelheid. De zeilen zijn laag uitgesneden waardoor er geen windverlies optreedt onder het zeil. Het formaat van deze zeilen ligt tussen de 4,5 en 12,0 m 2. Allround zeilen en freeride zeilen zijn gericht op het recreatief surfen. De vorm van het zeil is een combinatie van racezeilen en van wavezeilen. Deze zeilen zijn licht, planeren gaat gemakkelijk en dekken een groot windbereik af. Het formaat van deze zeilen ligt tussen de 4,5 en 9,0 m 2. Materialen [32] Vroeger werden surfplanken vooral van polyethyleen gemaakt aangezien dit materiaal goedkoop en tevens weinig kwetsbaar is. De reden dat dit tegenwoordig bijna niet meer gedaan wordt, is dat het materiaal zwaar is en de productiekosten hoog zijn. Tegenwoordig wordt het board opgebouwd uit een schuimkern met daaromheen een buitenlaag. In de simpelste variant is deze schuimkern gemaakt van polystyreen (piepschuim) met daaromheen glasvezelmatten. De dichtheid van polystyreen is klein, zodat de surfplank blijft drijven. De buitenlaag is gemaakt van ASA. Deze buitenlaag beschermt de schuimkern tegen beschadigingen. Het geheel wordt gespoten en afgewerkt met antislip. Daarnaast wordt de zogenaamde sandwiches-techniek veel gebruikt, waarin het board wordt opgebouwd uit verschillende lagen. De goedkoopste sandwich-techniek is de Technora-techniek. De kern is gemaakt van polystyreen, vervolgens volgt een epoxylaag met glasvezel en een laag van hard schuim en wederom een epoxylaag met glasvezel als buitenlaag. Het geheel wordt gespoten en afgewerkt met antislip. De FWS-techniek (Full Wood Sandwich) wordt het meest verkocht. In vergelijking met de Technora-techniek wordt er minder epoxy toegevoegd en wordt deze epoxylaag deels vervangen door een houtlaag. Het voordeel hiervan is dat het board een stuk lichter is dan de Technora-techniek board. Tevens heeft het board een zeer natuurlijke stijfheid. Bij de Carbon-techniek wordt nog minder epoxy toegevoegd en wordt nog een deel van de epoxylaag vervangen door carbon. De voordelen van carbon zijn het lage gewicht en een hoge stijfheid. De duurste sandwich-techniek is de Textreme-techniek. De geweven structuur wordt versterkt door garens waardoor een zeer lichte constructie mogelijk is. Deze bouwwijze is nog lichter en stijver dan de Carbon wijze. Bijlagen 45

46 III. Resultaten enquête gebruikservaring Windsurfen Persoon 1 1. Wat vind jij leuk aan windsurfen? Uitdagende sport waarbij je al je spieren gebruikt. Fraai samenspel tussen lichaam en constructie. 2. Welke associaties heb je met windsurfen? Strijd tegen de elementen wind/water. Eenvoudige constructie maar toch snel en dynamisch. Op veel locaties onder diverse omstandigheden te beoefenen. Eenvoudig om mee te nemen in/op auto. Snel op te bouwen/af te tuigen. Weinig onderhoud, gemakkelijk op te bergen. Voor jong en oud. 3. Wat zijn de perfecte omstandigheden voor jou? Voldoende wind/golven om snel over het water voort te kunnen bewegen. Liefst zon en aangename temperatuur. 4. Welk gevoel heb je tijdens het windsurfen? Het geeft een kick qua snelheid, wendbaarheid en je gebruikt al je spieren tijdens de sport. 5. Waar geniet je het meest van tijdens het windsurfen? De snelle voortbeweging over het water in combinatie met de eenvoud van de constructie. 6. Mis je iets tijdens het windsurfen, zo ja wat? Vaak is windsurfen het bij halve wind heen en weer varen. Zou graag ook een route willen surfen. Dit is moeizaam vanwege slechte vaareigenschappen van een windsurf bij hoog aan de wind koersen. 7. Is er iets niet leuk aan windsurfen? Vaak relatief koud in Nederland: altijd surfpak nodig. Persoon 2 1. Wat vind jij leuk aan windsurfen? Het is een intensieve en extreme sport, die je niet zomaar kunt. Het vergt een investering, maar als je eenmaal de basis onder de knie hebt, dan kun je jezelf elke keer weer wat nieuws leren. Zodra je iets nieuws kunt, dan geeft dat echt een kick! Vooral de eerste keer dat je kunt planeren. 2. Welke associaties heb je met windsurfen? Vrijheid, natuur, ontspannen, intensief. Als je windsurft, kun je nergens anders aan denken. Het vergt een continue inspanning die tegelijkertijd tot ontspanning leidt. Dat maakt het verslavend, denk ik. Je komt echt in een flow. 3. Wat zijn de perfecte omstandigheden voor jou? Een stralende zon, windkracht 5 à 6 en een aangename temperatuur van zowel lucht als water (meer dan 25 graden). Het liefst is het water ongeveer een halve meter diep en zijn er zo min mogelijk golven. 4. Welk gevoel heb je tijdens het windsurfen? Dat ligt erg aan de omstandigheden. Bij de bovengenoemde omstandigheden kan ik echt genieten van de vrijheid. Echter, wanneer bijv. het weer slecht is, er staan hoge golven, het is koud en ik heb uitgeput, dan kan dit gevoel ook omslaan in angst. Ik heb me weleens in paniek gevoeld toen ik was gecrasht en mezelf niet uit mijn trapeze kon bevrijden. 5. Waar geniet je het meest van tijdens het windsurfen? Ik geniet van de ontspanning, van het geluid van het water en de wind. Dit gevoel wordt extra versterkt wanneer je op een mooie spot bent in een bijzonder land, zoals tijdens mijn vakantie in Marokko. 6. Mis je iets tijdens het windsurfen, zo ja wat? Soms mis ik interactie met anderen. Windsurfen is echt een sport die je alleen doet. Maar als je met een groepje andere surfers bent, dan kun je op de kant je ervaringen uitwisselen. Dat is veel gezelliger! 7. Is er iets niet leuk aan windsurfen? Windsurfen is een dure sport, je hebt veel spullen nodig die ook regelmatig kapot gaan en de omstandigheden zijn in Nederland vaak niet ideaal. Zeilen Persoon 1 1. Wat vind jij leuk aan zeilen? Zeilen geeft rust: je voelt je verbonden met de natuur(krachten). Geen lawaai van een motor. 2. Welke associaties heb je met zeilen? Sportief, strijd tegen de elementen, (ont)spanning. Daarnaast: koop een boot en werk je dood.. 3. Wat vind jij de perfecte zeilboot? Een schip dat veel goede eigenschappen weet te combineren (snelheid, opkruisen, comfort, ruimte, kiel niet te diep). 4. Wat zijn de perfecte omstandigheden voor jou? Relatief veel wind (5-6 bft) in combinatie met zon. Daarnaast voldoende manoeuvreerruimte t.o.v. andere schepen. 46 Bijlagen

47 5. Welk gevoel heb je tijdens het zeilen? Het geluid van water/golven in combinatie met deining geeft gevoel van rust en vrijheid. 8. Is er iets niet leuk aan zeilen? Nee. 6. Waar geniet je het meest van tijdens het zeilen? Combinatie van inspanning en ontspanning. Strijd tegen de elementen. De vergezichten over het water. 7. Mis je iets tijdens het zeilen, zo ja wat? Geen wezenlijke zaken. 8. Is er iets niet leuk aan zeilen? Wind over het algemeen ongunstig (te weinig/teveel/ verkeerde richting). Je moet dus ruim plannen bij varen van een route. Dit is regelmatig dilemma i.v.m. krappe tijd die beschikbaar is om te zeilen (oplossing: sabbatical opnemen ). Daarnaast zeeziekte van opvarenden. Persoon 2 1. Wat vind jij leuk aan zeilen? Ik ben wedstrijd zeiler geweest, dus dat is iets anders dan zeilen op jachten. Maar ik vind het leukste aan zeilen, dat je zo vrij bent. Ik zeilde vaak samen met andere mensen, maar je bent toch lekker vrij. En je zit op het water, wat ik sowieso altijd erg fijn vind. Het leukste vind ik wel als het hard waait, dan ben je namelijk flink bezig en heb je al het opspattende water en de wind langs je hoofd. En wanneer je een wedstrijd vaart komt daar natuurlijk ook de spanning bij kijken. 2. Welke associaties heb je met zeilen? Ik associeer zeilen vooral met vrijheid, water en wind. 3. Wat vind jij de perfecte zeilboot? Een eenpersoons kleine wedstrijdboot. zoals de laser radial. Ook vind ik iets grotere boten ook erg mooi zoals de regenboog. 4. Wat zijn de perfecte omstandigheden voor jou? Middelharde wind, windkracht 3/4. Zonnetje erbij, rond de 24 graden. 5. Welk gevoel heb je tijdens het zeilen? Hangt er een beetje van af of ik win of niet:) Maar normaal ben ik vooral erg rustig, en voel me ontspannen. 6. Waar geniet je het meest van tijdens het zeilen? Als je iemand hebt ingehaald waar je net nog achter lag. 7. Mis je iets tijdens het zeilen, zo ja wat? Nee. Bijlagen 47

48 IV. Achtergrond informatie zeilen Vormkenmerken [35] Het casco van een schip wordt de romp (hull) genoemd. De romp bestaat uit de boeg op het voorschip (voorsteven), het middenschip met opbouw en gangboord, en de spiegel op het achterschip (achtersteven). Er zijn verschillende typen van een romp: een water verplaatsende (enkelrompschip of meerrompschip), een (half)planerende romp en romp van een draagvleugelboot. Snelle schepen hebben vaak een slanke vorm, terwijl langzame schepen vaak een vollere vorm hebben. Het onderwaterschip is het deel van de romp wat onder de waterlijn zit. De vorm van het onderwaterschip wordt gevormd door de spanten van het schip [36]. De spantvorm kan gezien worden als de ribbenkast van een boot en bepaalt het gedrag van die boot in het water. Afhankelijk van het gewenste gebruikt, wordt een vorm voor de spant gekozen (zie fig a-c). Een knikspant heeft een relatief vlakke bodem waardoor de boot sneller de neiging heeft tot planeren (downwind boot, breder op spiegel). Een S-spant heeft geen scherpe hoeken in de romp. Een rondspant is een combinatie van een knikspant en S-spant. Figuur 10.6a: Knikspant Figuur 10.6b: S-spant Figuur 10.6c: Rondspant Hoe sneller een boot vaart, hoe langer en hoger de golven worden die de boot maakt en hoe meer energie deze golven bevatten. Deze energie wordt geleverd door het schip zelf. De drukverstoring die de golven opwekt is de golfweerstand. De golfweerstand hangt af van de rompvorm en van de waterplaatsing, en hoe hoger de snelheid, hoe hoger de golfweerstand. Wanneer een schip op zijn rompsnelheid vaart, betekent dit dat er een golftop bij de boeg en spiegel van het schip is, en een golfdal in het midden van het schip, waardoor de boot dieper in het water ligt en de weerstand dus verhoogd is. De golven hebben een lengte gelijk aan de bootlengte. In principe is het niet mogelijk sneller te varen dan de rompsnelheid, behalve wanneer de boot in plané gaat. De boot is dan niet meer waterverplaatsend, maar de boot ligt als het ware op het water en vaart op zijn eigen boeggolf. Planeren is het varen op het water in plaats van door het water. De theoretische snelheid waarbij een boot zal gaan planeren is: L WL * 2,43 (knots) [26]. Een zeilboot ondervindt grote krachten veroorzaakt door de wind in de zeilen en het schip zal hierdoor gaan hellen [37]. De kiel die onder zeilboten geplaatst wordt, zorgt voor een dwarskracht onder water om de dwarskracht van de zeilen te compenseren (zie fig. 10.7). De kiel dient tegelijkertijd voor het omlaag brengen van het zwaartepunt ter vergroting van de (koers)stabiliteit en om het kenterende moment van deze zelfde dwarskracht op te vangen. De kiel vermindert het verlijeren (zijdelings wegdrijven) en zorgt dus voor driftbeperking. Een ophaalbare kiel wordt een zwaard genoemd Figuur 10.7: Krachten zeilschip en wordt vaak toegepast in kleine(re) boten. Een kantelkiel wordt tegenwoordig steeds vaker gebruikt in boten, waardoor een boot meer zeil kan voeren dan met een traditionele kiel. Met een traditionele kiel gaat er veel kracht en energie verloren door het hellen van de boot. Door een kantelkiel te plaatsen en de kiel (= ballast) naar loefzijde te kantelen, kan de kantelkiel een deel van de helling van de boot tegengaan waardoor een hogere snelheid gezeild kan worden. Het nat oppervlak en de weerstand van het schip worden namelijk noemenswaardig verlaagd. Een roer wordt gebruikt voor het sturen van het schip, boven water is een roer of helmstok aanwezig wat onder water overgaat in het roerblad [38]. Deze verticaal geplaatste vleugel wordt op een zo groot mogelijke afstand van het zwaartepunt van het schip geplaatst. Door de voorwaartse snelheid van het schip en de oriëntatie van de vleugel wordt bij het geven van een kleine roerhoek een grote dwarskracht en dus een moment ten opzichte van het zwaartepunt opgewekt, welke het schip van koers doet veranderen. Naast een sturende functie, heeft het roer ook een remmende kracht, vandaar dat indien mogelijk voor zo efficiënt mogelijke vormgeving van het roer wordt zorggedragen. Een zeil is een asymmetrische vleugel met een zeer geringe dikte [39]. De krachten op een zeil in een homogene uniforme stroming vertonen veel gelijkenis met die op een vleugel. Er wordt een relatief grote liftkracht geproduceerd en een relatief kleine weerstandskracht. De lift- en weerstandskracht kunnen ontbonden worden in componenten in langsrichting van het schip en loodrecht daarop. De som van de componenten in langsrichting levert de uiteindelijk beschikbare voortstuwende kracht aan het schip. Doordat het zeil gemaakt is van doek, zal het zeil in vorm moeten gehouden. Dit gebeurt door de druk verdeling die het rondom zichzelf genereert. Is deze drukverdeling daartoe niet in staat, zoals bij zeer kleine invalshoeken, is het zeil niet langer stabiel en zal het gaan klapperen. 48 Bijlagen

49 In de praktijk wordt het zeiloppervlak van een zeilschip doorgaans verdeeld over meerdere zeilen om de zeilen hanteerbaar te houden en de stabiliteit te handhaven. Door deze onderverdeling van de zeilen ontstaat onderlinge interactie van de zeilen. Het ene zeil beïnvloedt de stroming rond het andere en omgekeerd, wat negatief maar juist ook positief kan zijn. De zeilen bestaan meestal uit grootzeil en fok. De mast bestaat uit een giek onderaan het grootzeil en wordt ondersteund door het staand want, welke bestaat uit stagen en wanten. De voorstag voorkomt mastbreuk in achterwaartse richting. De wanten zijn aan weerzijden van de mast geplaatst (bakboord- en stuurboordwant). Het lopend want wordt gebruikt voor het hijsen en strijken van de zeilen met vallen en het reguleren van de zeilen met schoten. De fokkenval, de zeilval, de grootschoot, de fokkenschoot en de kraanlijn vallen hieronder. De kraanlijn is nodig wanneer de giek niet gedragen wordt door het grootzeil. Zeilen Moderne zeiljachten bevatten over het algemeen de volgende zeilen [40]: Het grootzeil wordt zo genoemd aangezien het vroeger het grootste zeil op een zeiljacht was. Tegenwoordig is dit niet altijd meer het geval en is de genua vaak groter. De genua (type fok) is voor de mast geplaatst. Het achterlijk reikt voorbij de mast, waardoor het zeiloppervlak groter is dan het zeiloppervlak van het grootzeil. Het zeil heeft een groter rendement, niet doordat het zeil meer wind vangt maar door de gunstige luchtstroom langs het grootzeil die de genua creëert. Een spinnaker wordt voor de voorstag geplaatst met behulp van een spinnakerboom. Dit type zeil wordt meestal gebruikt bij weinig wind en alleen op voor-de-windse koersen. Een gennaker is een asymmetrische spinnaker. Het verschil met een spinnaker is dat een gennaker niet geschikt is om pal voor de wind te zeilen. Het oppervlakte van een zeil kan verkleind worden door een rif te steken. Dit reven kan handig zijn bij harde wind waardoor er te veel helling gecreëerd wordt en er niet meer comfortabel gezeild kan worden. Door het reven is de zeilboot gemakkelijker hanteerbaar. Materialen [41, 42] De romp van een zeiljacht kan gemaakt worden van verschillende lagen. De kern kan gemaakt worden van hout, aluminium, staal, glasvezel of een composiet. Tot de jaren 70 werd het materiaal ferrocement ook gebruikt in de scheepsbouw vanwege de lage materiaalkosten en de stevigheid, tegenwoordig is dit materiaal achterhaald doordat het gebruik arbeidsintensiever is in vergelijking tot andere materialen, massaproductie niet mogelijk is en het schip een ruw bobbelig uiterlijk krijgt. Traditionele schepen zijn vaak gemaakt van hout. Dit materiaal is natuurlijk, heeft een groot drijfvermogen, is overal verkrijgbaar en het is snel en efficiënt te verwerken. De slijtvastheid is afhankelijk van de hardheid en dichtheid van het hout en dit kan verslechteren door zoet water. Het onderhoud van houten schepen is groot. Door de vezelachtige aard van hout heeft het de neiging om vocht uit de atmosfeer op te nemen en op te zwellen en krimpen, de mate hiervan is afhankelijk van de bouwwijze. Het materiaal aluminium is zeer licht (15-20% lichter dan polyester en 30% lichter dan staal), maar vereist speciale productietechnieken, bouw-tools en bouw vaardigheden. Aluminium is daarnaast een duur materiaal en kan slecht tegen corrosie wanneer het niet behandeld is of wanneer het schip beschadigd is. Het materiaal staal is zeer sterk en is door deze sterkte en de bewerkingsmogelijkheden geschikt voor de scheepsbouw. Maar ondanks dat de dikte van de romp gereduceerd kan worden, is een stalen schip zeer zwaar. Daarnaast roest het materiaal snel wanneer hier geen maatregelen voor genomen zijn. Het materiaal is populair onder beginnende scheepsbouwers vanwege de lage kosten en de gemakkelijke bewerkingsmethode (zoals lassen). Het materiaal glasvezel (fiberglass) is zeer sterk, lichtgewicht en robuust, maar om de gewenste stijfheid te verkrijgen moet het materiaal óf aangelegd worden met veel lagen (met hars verzadigd) glasvezel, óf versterkt worden met hout of schuim. Een romp van glasvezel is goed bestand tegen corrosie, maar wel gevoelig voor osmose en het materiaal is niet brandveilig. Eigenlijk zijn glasvezel en houten rompen ook gemaakt van composietmaterialen, maar de term composiet wordt vaak als benaming gebruikt voor kunststoffen versterkt met vezels (behalve glasvezels). De composietmaterialen worden in een mal gelegd in de vorm van een thermohardende kunststof (zoals epoxy of polyester) en een soort vezeldoek (zoals Kevlar of carbonfiber), waardoor de romp gemaakt is van vezels en hars. Door deze methode is de sterkte-gewicht verhouding van de composiet bijna gelijk aan die van aluminium en tegelijkertijd zijn er minder gespecialiseerde tools en vaardigheden nodig. Vroeger werden zeilen gemaakt van natuurlijke vezels, zoals katoen en linnen. Het goedkoopste zeil, gemaakt van katoen, wordt tegenwoordig voornamelijk gebruikt voor traditionele zeilschepen. De nadelen van een katoenen zeil zijn dat het erg rekt, veel water opneemt, slecht tegen UV licht kan en heel gevoelig is voor rot. Sinds het einde van de 20e eeuw worden bijna alle zeilen gemaakt van synthetisch materiaal. Of het materiaal geschikt is voor zeildoek hangt af van bepaalde materiaaleigenschappen, zoals de elasticiteitsmodulus, de treksterkte en de kosten van het materiaal. Polyamide (nylon) doek wordt gebruikt voor spinnakers. Dit materiaal is lichtgewicht, is slijtvast en heeft een grote treksterkte waardoor de belasting bij het plotseling volvallen van de spinnaker goed verdeeld wordt. Daarentegen is de grote treksterkte niet geschikt voor upwind koersen, waardoor polyamide niet Bijlagen 49

50 gebruikt wordt voor andere typen zeil dan een spinnaker of gennaker. Het type zeildoek dat tot nog toe het meest toegepast werd, is gemaakt van het materiaal polyethylene terephtalate (PET) en is bekend onder de naam Dacron. Het materiaal heeft een goede veerkracht, een hoge slijtvastheid, is zeer UV bestendig en heeft lage kosten. Door het lage absorptievermogen droogt de vezel snel. Tegenwoordig worden steeds meer zeilen samengesteld uit verschillende lagen. Dit worden laminaten genoemd en een laminaat bestaat uit een kunststof zoals Mylar of PET gecombineerd met verschillende vezels die de krachten opvangen. De sandwich wordt in een speciale oven onder druk gedrukt tot één geheel. Hierdoor is het materiaal in alle richtingen even rekvast. Er bestaan vele soorten laminaten, welke verschillen door het type materiaal van de vezels dat gebruikt is. Het goedkoopste laminaat bestaat uit polyethylene vezels (Pentex). Omdat dit materiaal niet zoveel krimpt als de Dacron vezel, is het Pentex weefsel minder strak dan een Dacron weefsel waardoor er grote zorg nodig is om de vorm van het zeil te behouden en de levensduur te verlengen. Wanneer het materiaal gebruikt wordt voor gelamineerd zeildoek, worden de vezels tussen lagen film geklemd voor sterkte en stabiliteit. Deze Pentex laminaten zijn geschikt voor race zeilers die dus hoge prestaties eisen maar die tegelijkertijd relatief weinig geld willen uitgeven. Polyethylene vezels (Dyneema) zijn goed UV bestendig, hebben een uitstekende breeksterkte en hoge elasticiteitsmodulus. Daarentegen is het materiaal niet stijf en vormvast wat zorgt voor een permanente vervorming van het zeil na langdurige belasting. Vandaar dat dit type zeildoek niet voor wedstrijden gebruikt wordt, maar wel voor de cruisers waar bovengenoemde voordelen belangrijk worden gevonden. Aramide vezels (Kevlar of Technora) hebben een zeer hoge stijfheid en zijn vrij goed bestand tegen klapperen, maar zijn minder goed UV bestendig en de zeilen zijn vrij duur. Dit materiaal wordt veelal gebruikt voor wedstrijdzeilen. Vloeistof kristal polymeren (Liquid Crystal Polymers LCP, Vectran) hebben een goede elasticiteitsmodulus en verliezen zeer weinig sterkte bij gebruik, wat het een duurzaam doek maakt. Daarnaast heeft het materiaal een hoge slijtvastheid en een hoge reksterkte. Carbon vezels hebben een zeer hoge stijfheid en zijn praktisch ongevoelig voor UV straling. Door de goede materiaaleigenschappen is dit type vezel erg duur. Een Mylar laag wordt soms in zeilen voor kleine bootjes en surfplanken toegepast. Dit wordt gedaan in combinatie met een UV-werende coating. De manier waarop laminaat gemaakt wordt en uiteindelijk verwerkt wordt tot zeildoek kan erg verschillen. Laminaten zijn stijver, vormvaster en lichter dan weefsels, maar afhankelijk van de gebruikte vezel minder UV bestendig dan Dacron. Tevens kan het Mylar folie gaan krimpen bij klapperen van het zeil waarbij plekken kunnen verzwakken en gemakkelijker gaan scheuren. Deze zeilen zijn vrij lang vormvast en gaan vervolgens vrij snel stuk. Dacron is veel minder lang vormvast, maar gaat daarna nog heel lang mee. 50 Bijlagen

51 DESIGN & ENGINEERING V. Sfeercollages Windsurfen Bijlagen 51

52 DESIGN & ENGINEERING V. Sfeercollages Zeilen 52 Bijlagen

53 VI. Assenstelsel botenrange Bijlagen 53

54 VII. Schetsen ideefase 54 Bijlagen

55 Bijlagen 55

56 56 Bijlagen

57 VIII. Beoordeling esthetiek Persoon 1 Concept Esthetiek Concept 1 2 Concept 2 4 Concept 3a 2 Concept 3b 3 Concept 3c 4 Concept 4 5 Persoon 2 Concept Esthetiek Concept 1 3 Concept 2 5 Concept 3a 4 Concept 3b 3 Concept 3c 2 Concept 4 3 Persoon 3 Concept Esthetiek Concept 1 1 Concept 2 2 Concept 3a 2 Concept 3b 3 Concept 3c 5 Concept 4 4 Persoon 4 Concept Esthetiek Concept 1 2 Concept 2 4 Concept 3a 2 Concept 3b 3 Concept 3c 3 Concept 4 3 Totaal Concept Esthetiek Concept 1 2 Concept 2 3,75 Concept 3a 2,5 Concept 3b 3 Concept 3c 3,5 Concept 4 3,75 Bijlagen 57

58 IX. Vergelijkend botenonderzoek Naam LOA (m) LWL (m) Beam (m) Displacem ent (kg) Draft (m) Sail upw (m2) Sail dnw (m2) Take-off speed (kts) Crew Hulltype Foilconfig Besturing foil Aanschafprijs Foiler Mono (met ama's) 2x V-foil Zelfstellend 8, Hobie Trifoiler Trimaran 3x T-foil Zwemmer Hydroptère Trimaran 2x ½ V-foil Zelfstellend Laser Mono - - 5, Mirabaud LX Mono 2x T-foil Zwemmer Moth Mono 2x T-foil Zwemmer 15, R Class Mono 2x T-foil Zwemmer Surfplank L , wfoil Mono (met ama's) 4x ½ V-foil Zelfstellend Windrider Rave Trimaran 3x T-foil Zwemmer 11, Bijlagen

59 X. Programma van Eisen 1. Het product moet de actieve zeiler/surfer aanspreken door juiste styling en integratie van features uit beide watersportsectoren. 2. Het product moet draagvleugels bevatten. 3. Het product moet minimaal een snelheid kunnen behalen van 8 knopen. 4. De maximale afmetingen van het product zijn 4,8*3,6*0,8 m (l*b*d). 5. Het minimale zeiloppervlak van het product is 8,0 m Het maximale zeiloppervlak van het product is 15 m Het product mag niet meer zwaarder zijn dan 70 kg. 8. Het product moet uit het water gelift worden bij een vaarsnelheid van maximaal 8 knopen. 9. De topspeed is minimaal 14 knopen. 10. Het product moet in een persmal te produceren zijn. 11. De productiekosten mogen niet meer zijn dan 4000, Het marktprijs mag niet meer zijn dan 7000, De gebruikservaring van het product moet een combinatie zijn van windsurf- en zeilaspecten. 14. De romp moet waterdicht zijn. 15. Het product moet er dynamisch uit zien. 16. De romp moet genoeg drijvend vermogen bezitten om het gewicht van één persoon en de tuigage niet te laten zinken. 17. De gebruiker moet zijn spieren voelen na gebruik. 18. De gebruiker moet de mogelijkheid hebben om tijdens het gebruik te zitten (leunen/steunen). 19. Het product moet op een trailer meegenomen kunnen worden. 20. Het product moet door één persoon in het water gelegd kunnen worden. 21. De opbouwtijd mag niet langer zijn dan 30 min. Wensen 1. Het product moet uit het water gelift worden bij een vaarsnelheid van maximaal 7 knopen. 2. De kostprijs mag niet meer zijn dan 3000, De opbouwtijd mag niet langer zijn dan 20 min. Bijlagen 59

60 XI. Foils berekeningen Take-off speed 60 Bijlagen

61 XI. Foils berekening Topspeed: 20 knopen Bijlagen 61

62 XI. Foils berekeningen CL-CD coëfficiënt 62 Bijlagen