Wat is ventilatie en cavitatie bij hydrofoils?

Bij het gebruik van eFoils en foil-wings treden twee veelvoorkomende fenomenen op die van invloed zijn op de prestaties en stabiliteit: hydrofoil ventilatie en cavitatie (ventilation & cavitation). Hoewel ze soms door elkaar worden gehaald, zijn het fundamenteel verschillende processen. Begrijpen hoe deze werken en hoe ze te beheersen zijn, kan eFoilers helpen hun vaardigheden te verbeteren en veiliger te varen.

Wat is ventilatie?

Ventilatie treedt op wanneer lucht in aanraking komt met de onderwateroppervlakken van de foil, zoals de vleugel (wing) of de mast. Deze lucht kan zich verspreiden en een deel van de “lift” en stabiliteit wegnemen, wat resulteert in prestatieverlies.

Oorzaken van ventilatie:

• Hoge snelheid nabij het wateroppervlak: Als de foil dicht bij het oppervlak opereert, kan de waterdruk dalen, wat het risico verhoogt dat lucht in de stroming rond de foil wordt gezogen.
• Onjuiste hoek van attack (AoA): Wanneer de vleugel onder een te scherpe hoek door het water beweegt, kan de stroming rond de foil instabiel worden en lucht aantrekken.
• Golven en turbulentie: Onrustig water kan luchtbellen naar de foil brengen.
• Beschadigingen of verkeerde instellingen: Schade aan de mast of vleugels kan onregelmatigheden in de stroming veroorzaken, waardoor lucht makkelijker naar beneden wordt getrokken.

Gevolgen van ventilatie:

• Vermindering van lift: De foil verliest draagvermogen en stabiliteit.
• Vibratie: De eFoil kan schudden of stuiteren, wat een negatieve invloed heeft op de controle.
• Verminderd vertrouwen: Vooral voor beginners kan ventilatie frustrerend en verwarrend zijn.

Oplossingen:

• Dieper varen: Zorg ervoor dat de foil zich verder onder het wateroppervlak bevindt, buiten het bereik van lucht.
• Aanpassen van de hoek: Gebruik een meer neutrale AoA om instabiliteit te voorkomen. Sommige merken gebruiken “shims” om de angle of attack aan te passen.
• Inspecteer de apparatuur: Controleer regelmatig op beschadigingen of slijtage aan de vleugel, mast en andere onderdelen.

Zie hieronder een video waar hydrofoil ventilatie zichtbaar is. Zodra de foil het wateroppervlak doorboort kan de lucht zich langs de foil het water in verplaatsen.

Wat is cavitatie?

Cavitatie is een heel ander proces. Het ontstaat wanneer water bij hoge snelheid een lage druk bereikt, waardoor het water gaat koken, zelfs bij normale temperaturen. Dit vormt kleine dampbellen die snel imploderen, wat kan leiden tot schade aan de apparatuur en trillingen tijdens het varen.

Oorzaken van cavitatie:

• Hoge snelheid: Wanneer de snelheid toeneemt, kan de druk aan de achterkant van de foil of propeller zo laag worden dat cavitatie begint. Dit gebeurd over het algemeen pas bij snelheden van 50 knopen of sneller.
• Scherpe randen: Te scherpe of beschadigde randen aan de foil kunnen de waterdruk lokaal verlagen.
• Slechte stroomlijn: Een niet-aerodynamische vorm kan turbulentie en drukverschillen veroorzaken.

Gevolgen van cavitatie:

• Efficiëntieverlies: De lift vermindert en het energieverbruik neemt toe.
• Trillingen: Imploderende dampbellen veroorzaken een schuddende beweging.
• Schade aan de foil: De implosies kunnen microscopische putjes in de vleugel of propeller slaan.
• Geluid: Cavitatie kan een hoorbaar suizen of knallen veroorzaken.

Oplossingen:

• Vermijd overmatige snelheid: Beperk de snelheid, vooral in situaties waarin cavitatie waarschijnlijk is.
• Optimaliseer het ontwerp: Gebruik goed ontworpen en onderhouden foils met afgeronde randen.
• Waterdiepte en temperatuur: Houd er rekening mee dat warmer water of ondiepe omstandigheden cavitatie kunnen verergeren.
• Verminder turbulentie: Zorg voor een vloeiende stroming rond de foil door de instellingen zorgvuldig af te stemmen.

Vergelijking: ventilatie vs. cavitatie

Hoewel hydrofoil ventilatie en cavitatie beide betrekking hebben op prestatieverlies bij eFoils en hydrofoil wings, verschillen de oorzaken en gevolgen aanzienlijk:

Aspect	Ventilatie	Cavitatie
Oorzaak	Lucht die het water binnendringt	Koken van water bij lage druk
Gevolgen	Lift-verlies, instabiliteit	Schade aan de foil, trillingen
Trigger	Luchtstromen, wateroppervlak, golven	Hoge snelheid, lage druk
Oplossing	Dieper varen, hoek aanpassen	Ontwerp optimalisatie, snelheidsbeheersing

 

Hoe ventilatie en cavitatie beïnvloeden de prestaties bij eFoil Racing?

Bij competitief eFoil racen, zoals tijdens internationale eFoil races, zijn deze fenomenen van cruciaal belang:

• Snelheidsbeheer: Racers moeten balanceren tussen maximale snelheid en het vermijden van cavitatie. Slimme strategische keuzes zijn essentieel om snelheid te maximaliseren zonder prestaties te verliezen. De huidige eFoils behalen de snelheid waarbij cavitatie ontstaat nog niet maar wellicht in de nabij toekomst wordt dit relevant.
• Precisie: Het correct navigeren rond boeien zonder lucht aan te trekken is een veelvoorkomende uitdaging in ventilatiegevoelige situaties.
• Uitrusting: De juiste keuze van vleugels, mastlengtes en propellers kan een groot verschil maken in het minimaliseren van beide problemen.

Conclusie

Hydrofoil ventilatie en cavitatie zijn belangrijke aandachtspunten voor iedereen die een eFoil gebruikt, van beginners tot ervaren racers. Het begrijpen van deze processen en het nemen van voorzorgsmaatregelen kan niet alleen de prestaties verbeteren, maar ook de veiligheid en duurzaamheid van de apparatuur waarborgen. Of je nu een hobbyist bent of deelneemt aan professionele races, het beheersen van deze aspecten is een essentieel onderdeel van het eFoilen, wind foilen, kite foilen en wing foilen.