Foiling vs. Floating; Begrijp de verschillen tussen draagvleugelboten en andere boten

Een waterverplaatsende boot is een van de oudste rompontwerpen. Hij verplaatst zich door het water door het opzij te duwen, in tegenstelling tot planerende boten die bovenop varen. Deze boten staan bekend om hun efficiëntie en lagere snelheid. In het scheepsontwerp is een veelgebruikte regel die de snelheid van een waterverplaatsende boot koppelt aan de lengte, vaak uitgedrukt als rompsnelheid. Deze schatting geeft de maximale snelheid aan die een waterverplaatsende romp efficiënt kan bereiken zonder dat de weerstand en het brandstofverbruik aanzienlijk toenemen. Een boot van 6 meter kan bijvoorbeeld ongeveer 6 knopen halen, terwijl een boot van 7 meter iets minder dan 7 knopen kan halen.

Voorbij de rompsnelheid vereist een hogere snelheid aanzienlijk meer vermogen, dat inefficiënt wordt naarmate de boot de hekgolf beklimt in plaats van door het water te snijden. Een onderscheidend ontwerpkenmerk van veel traditionele waterverplaatsende boten is hun smallere en ondiepere romp. Kano's en sommige roeiboten zijn hier een goed voorbeeld van, omdat ze profiteren van langere waterlijnen die hun efficiëntie vergroten.

Traditionele waterverplaatsende boten vertrouwen meestal op conventionele voortstuwingsmethoden zoals peddels, roeispanen en zeilen, hoewel ze ook door motoren aangedreven kunnen worden. Voorbeelden zijn de meeste zeilboten, aken, woonboten en andere langzaam varende vaartuigen.

Planerende motorboten zijn er in verschillende vormen en maten, elk op maat gemaakt voor specifieke doeleinden. Ze zijn uitgerust met verschillende motoren voor recreatieve en commerciële activiteiten. Als een planerende boot accelereert, dwingt de vlakke of half-V-vormige romp water naar beneden. Volgens de derde wet van Newton (voor elke actie is er een gelijke en tegengestelde reactie) creëert deze actie een opwaartse kracht, waardoor de romp boven het wateroppervlak wordt getild.

Dankzij dit mechanisme kan de boot met hogere snelheden varen dan een waterverplaatsende boot. Er is echter ook een aanzienlijke hoeveelheid energie voor nodig. Een motorboot van 25 voet verbruikt bijvoorbeeld 15 keer meer energie per mijl dan een standaardauto. Planerende boten werden pas populair nadat krachtige automotoren werden aangepast voor gebruik op zee na de Tweede Wereldoorlog. Tegenwoordig domineert dit type boot de markt, variërend van vissersboten tot cruisers en raceboten.

Snel transport over water, waarvoor veel energie nodig is, is een van de meest vervuilende en kostbare vormen van transport op aarde.

De draagvleugeltechnologie is niet nieuw. Hydrofoils combineren een aantal van de beste aspecten van zowel waterverplaatsende (efficiëntie) als planerende boten (snelheid). Ze werken echter volgens een uniek principe waardoor ze efficiënter en sneller zijn.

Hun wortels gaan terug tot het begin van de 20e eeuw, toen uitvinders als Alexander Graham Bell en Casey Baldwin experimenteerden met oppervlaktedrukkende ontwerpen. Tijdens de Tweede Wereldoorlog gebruikten militaire troepen van verschillende naties experimentele draagvleugelboten vanwege hun snelheid en wendbaarheid. Na de oorlog hebben draagvleugelboten toepassingen gevonden op verschillende gebieden, van militair tot watersport.

Het geheim van hun effectiviteit ligt onder water. Hydrofoilboten genereren opwaartse kracht als ze accelereren, waardoor het gewicht wordt gecompenseerd en de romp boven water komt. Dit vermindert de weerstand en stelt de boot in staat om hoge snelheden te behouden. Dit principe van vloeistofdynamica, vergelijkbaar met het startmechanisme van een vliegtuig, onderscheidt draagvleugelboten van hun conventionele tegenhangers.

Passagiers in draagvleugelboten ervaren aanzienlijk minder lawaai en trillingen, wat een comfortabelere en minder storende reis oplevert.

De romp van draagvleugelboten vermindert de waterweerstand aanzienlijk en maakt hogere snelheden mogelijk dan traditionele rompontwerpen. Grote traditionele waterverplaatsende boten snijden door het water terwijl kleinere plezierboten de vorm van de romp en het motorvermogen gebruiken om zichzelf gedeeltelijk op te tillen voor minder weerstand.

V-vormige rompen zijn ontworpen om beter met ruw water om te gaan dan rompen met een platte bodem doordat ze door de golven snijden. Dit zorgt voor een comfortabelere rit bij hogere snelheden.

De vorm van draagvleugels is in de loop der tijd veranderd. Hydrofoil-ontwerpen uit het begin van 1900, gepionierd door de Italiaanse ingenieur Enrico Forlanini, maakten voornamelijk gebruik van draagvleugelboten met een ladderframe. Ze bootsten de vorm van een ladder na en gaven de boot een lift die evenredig was met de snelheid. Ladderframe-ontwerpen vonden hun weg naar enkele militaire prototypes en andere toepassingen in de loop van de 20e eeuw, maar werden nooit gemeengoed.

Draagvleugels variëren in vorm en grootte en zijn voornamelijk onderverdeeld in twee families: V- en T-vormige foils. V-vormige foils vormen over het algemeen een V- of U-vorm onder de breedte van de boot om het wateroppervlak te doorboren en boven het wateroppervlak uit te komen als ze in de foil zitten. Dit zorgt voor zelfstabiliteit bij rolbewegingen.

T-vormige draagvleugels zijn volledig onder water en hebben meestal een horizontale vleugel in plaats van de gebogen vleugel van V-vormige draagvleugels. Hierdoor hebben ze minder last van golfslag en zijn ze stabieler op zee. Ze zijn ook efficiënter omdat ze minder weerstand veroorzaken. T-vormige vleugels zijn echter niet zelfstabiliserend. De invalshoek van de draagvleugels moet voortdurend worden aangepast aan veranderende omstandigheden. Hiervoor is de tussenkomst van sensoren en boordcomputers nodig. De Candela C-8 elektrische draagvleugelboot maakt gebruik van deze technologie.

Binnen deze twee families bestaan veel verschillende variaties en ontwerpen voor verschillende doeleinden. Zeilboten uit de America's Cup-klasse gebruiken verschillende ontwerpen om het draaien, de snelheid en de stabiliteit te verbeteren, terwijl plezierboten vaak de voorkeur geven aan ontwerpen die de zeewaardigheid en het comfort verbeteren.

Handmatig en automatisch intrekken van de draagvleugel komt steeds vaker voor bij moderne draagvleugelboten en biedt kapiteins meer operationele flexibiliteit. Dit zorgt ook voor eenvoudiger onderhoud en minder zorgen over riffen en ondiepe gebieden. Boten zoals de C-8 laten deze intrekbaarheid zien.

Door de efficiëntie bereiken foilboten hogere snelheden en superieure prestaties in verhouding tot het motorvermogen, zelfs in woelig water. Door de lucht- en waterweerstand tot 80% te verminderen, maken hydrofoils hogere snelheden mogelijk en verbeteren ze de stabiliteit tegen golfslag.

Deze vermindering in weerstand zorgt voor een soepelere en efficiëntere werking, waardoor draagvleugelboten superieur zijn voor het bevaren van verschillende wateromstandigheden.

Een van de belangrijkste voordelen van draagvleugelboten is dat ze hogere snelheden kunnen aanhouden in ruw weer, omdat ze gewoon over de golven vliegen. Daarom pionierden de VS en andere marineschepen met het gebruik van volledig T-vormige draagvleugelboten, wat leidde tot snelle patrouilleboten zoals de Pegasus-klasse die 48 knopen kon varen. Draagvleugelboten kunnen dat:

• Optillen boven het wateroppervlak met een snelheid van 11-22 knopen, afhankelijk van het vleugelprofiel van de draagvleugel en andere factoren
• Hogere snelheden bereiken en behouden dan conventionele boten, bij hetzelfde vermogen
• Topsnelheid behouden, zelfs in minder dan ideale omstandigheden op zee
• De luchtweerstand aanzienlijk verminderen

Dankzij deze technologie kunnen draagvleugelboten, waaronder de snelste productiezeilboten, uitblinken in snelheid en efficiëntie.

Als conventionele planerende boten versnellen, neemt de weerstand op hun romp toe door de grotere waterverplaatsing en oppervlaktewrijving. Omdat draagvleugelboten boven het wateroppervlak uittillen, kan het verhogen van hun snelheid het tegenovergestelde effect hebben: ze worden efficiënter bij hoge snelheden vergeleken met lage verplaatsingssnelheden. Dit komt doordat de romp minimaal contact heeft met het water, waardoor er minder wrijving en dus minder weerstand is. Hierdoor kunnen draagvleugelboten met hoge snelheden varen terwijl ze minder energie verbruiken, waardoor ze zuiniger zijn en soepeler varen.

Draagvleugelboten bieden aanzienlijke voordelen op het gebied van brandstofefficiëntie:

• Verminderde luchtweerstand, wat resulteert in een lager brandstofverbruik
• Tot 80% minder energieverbruik vergeleken met gewone boten

Hydrofoils, vooral volledig verzonken varianten, kunnen de stabiliteit van een boot aanzienlijk vergroten. Omdat de romp van de boot minder contact heeft met de golven, is het resultaat minder reactie op golfcondities. Meer specifiek hebben draagvleugelboten controle over heave, roll, pitch en yaw.

Gedeeltelijk ondergedompelde V-folies blijven stabiel in de rol en behouden automatisch de vlieghoogte. Volledig ondergedompelde foils hebben daarentegen een actief regelsysteem nodig om te stabiliseren.

De draagvleugeltechnologie wordt van oudsher gebruikt en zal naar verwachting op grote schaal worden toegepast vanwege de voordelen op het gebied van snelheid en efficiëntie.

Militair:

Tijdens de Koude Oorlog werd de draagvleugeltechnologie onderzocht vanwege de voordelen op het gebied van snelheid, stilte en stabiliteit voor militaire schepen. De Verenigde Staten en de Sovjet-Unie investeerden zwaar in draagvleugeltechnologie, wat resulteerde in schepen zoals de Boeing Pegasusklasse en de Sovjet Sarancha klasse. Deze boten waren wendbaar en hadden een hogere gemiddelde snelheid dan andere schepen terwijl ze een superieure zeewaardigheid hadden.
Hoewel veel van deze schepen tussen de jaren 60 en 80 in dienst werden gesteld, zijn er vandaag de dag nog maar weinig over. De Italiaanse schepen van de Sparviero-klasse dienden zowel voor de Italiaanse marine als voor de Japanse zelfverdedigingsmacht. Sommige voormalige Sovjetschepen zijn ook nog in dienst in verschillende moderne landen.

Sport:

Door de jaren heen zijn draagvleugelboten steeds populairder geworden in de watersport, vooral onder degenen die op zoek zijn naar meer snelheid. De Vestas Sailrocket van Paul Larsen heeft momenteel het wereldrecord zeilsnelheid op zijn naam staan.

Vrije tijd en commerciële activiteiten:

Hydrofoiling wordt steeds meer commercieel en recreatief gebruikt, met name in surfplanken, zelfs elektrische, die surfen op kalm water mogelijk maken. De groeiende markt omvat ook E-waterfietsen om over het water te trappen en hydrofoiling kajaks voor hogere snelheden, die een nieuwe waterervaring bieden.

Aan de andere kant heeft de draagvleugeltechnologie ook zijn weg gevonden naar het zeevervoer. Het is bijvoorbeeld zeer geschikt voor veerdiensten waar hoge snelheid en goed comfort essentieel zijn. Elektrische draagvleugelboten zoals de Candela P-12 zorgen voor stabiliteit, efficiëntie, een groter bereik van de accu en hogere snelheden in vergelijking met niet-varende tegenhangers. Toeristische bestemmingen zoals Zuid-Italië, die afhankelijk zijn van toerisme, maken gebruik van draagvleugelboten om een sneller alternatief te bieden voor reizen tussen kustlocaties.

Draagvleugelboten hebben unieke capaciteiten om door verschillende wateromstandigheden te navigeren:

Navigatie in ondiep water:

Moderne draagvleugelboten kunnen effectief door ondiep water varen door hun foils op te tillen, waardoor ze minder risico lopen om aan de grond te lopen. De foils kunnen worden ingetrokken om schade in deze omstandigheden te voorkomen, waardoor ze veilig kunnen varen zonder dat er diep water nodig is.

Diepwaterefficiëntie:

In diep water kunnen moderne draagvleugelboten hun foils volledig uitschuiven. Deze naadloze overgang tussen ondiep en diep water geeft moderne draagvleugelboten toegang tot havens en onderhoudsgemak zonder beperkingen van hun oudere tegenhangers met vaste foils.

De toekomst van de scheepvaart ziet er veelbelovend uit met de vooruitgang in draagvleugeltechnologie. De maritieme industrie ziet draagvleugeltechnologie standaard worden op schepen, inclusief veerboten, vanwege energiebesparingen en snelheidsverbeteringen.

De groei van de draagvleugelbootmarkt zal de beschikbaarheid en betaalbaarheid voor recreatieve en commerciële gebruikers vergroten. Elektrische draagvleugelboottechnologie, aangevoerd door bedrijven als Candela, is in opkomst als een belangrijke trend in de botenindustrie. Door gebruik te maken van elektrische energie kunnen draagvleugelboten hoge snelheden bereiken terwijl ze geen uitstoot produceren. Dit minimaliseert hun ecologische voetafdruk en vermindert de impact op het milieu. Elektrische aandrijfsystemen zijn ook stiller dan boten met conventionele motoren, waardoor de verstoring van het leven in zee tot een minimum beperkt blijft.

Als je in een draagvleugelboot investeert, moet je rekening houden met de kosten. De prijzen van draagvleugelboten liggen meestal hoger dan die van traditionele veerdiensten vanwege het brandstofverbruik, vooral bij turbine-aangedreven foilers zoals de Boeing 929 Jetfoiler. Passagiers vinden de hogere prijs echter gerechtvaardigd vanwege de snellere reistijden en het superieure comfort in vergelijking met standaard veerboten. Met efficiënte, elektrisch aangedreven veerboten zoals de Candela P-12 zouden de operationele kosten veel lager in plaats van hoger worden.

Draagvleugelboten vereisen een initiële investering, vaak door het gebruik van carbon frontfolies, rompen en dekken. Ze bieden echter op lange termijn operationele kostenbesparingen door energie-efficiëntie en minder onderhoud. De aankoopprijs van de Candela C-8 elektrische draagvleugelboot begint bijvoorbeeld bij €330.000 exclusief optionele voorzieningen. Met bedrijfskosten die 95% lager liggen dan bij boten die op fossiele brandstoffen varen, besparen kopers duizenden euro's op brandstof, wat besparingen op de lange termijn mogelijk maakt.

Zeilboten hebben een indrukwekkende functionaliteit en duurzaamheid. Hun ontwerpen variëren van de Sovjet-Raketas' ruimteschipesthetiek uit de jaren 1950 tot strakke, moderne stijlen die geavanceerde technologie weerspiegelen. Deze ontwerpen lijken vaak op raceauto's of straaljagers en benadrukken een futuristische look die in lijn ligt met snelheid en efficiëntie.

Veel moderne draagvleugels gebruiken koolstofvezel voor een licht gewicht en een stijve structuur.

De markt voor recreatieve en commerciële passagiersschepen met draagvleugelboten is nog jong en veel bedrijven beginnen deze producten aan te bieden. Veel van hen zijn ook elektrisch, omdat de toegenomen efficiëntie nu geweldige prestaties mogelijk maakt met een redelijk grote accu. Voor het eerst vormen draagvleugelboten een uitdaging voor conventionele rompontwerpen.

Hydrofoilboten zijn niet in elke categorie verkrijgbaar. Voor motorboten in het hogere segment bieden ze echter vergelijkbare prestaties als conventionele planerende speedboten, maar met aanzienlijk lagere operationele kosten, ongeveer 95% lager door hun efficiëntie.

Hoe bereiken draagvleugelboten hoge snelheden?

Ze bereiken hoge snelheden door lift te genereren met onderwatervleugels of draagvleugels. Dit tilt de romp boven het wateroppervlak en vermindert de weerstand, waardoor de boot hogere snelheden kan bereiken.

Wat maakt draagvleugelboten zuiniger?

Zeilboten zijn zuiniger met brandstof door de verminderde weerstand van de draagvleugels. Dit leidt tot hogere snelheden en tot 80% minder verbruik van brandstof/energie.

Hoe zorgen draagvleugelboten voor een soepeler vaargedrag?

Dit doen ze door de romp boven de waterlijn te tillen, waardoor golven en turbulentie worden verminderd voor meer comfort voor de passagiers. Dit zorgt ook voor een minimaal zog, wat leidt tot een soepele rit met minder verstoring van het zeemilieu.

Zijn draagvleugelboten veelzijdig?

Ja, ze zijn veelzijdig en kunnen worden gebruikt in verschillende toepassingen, van veerdiensten tot vissen, waarbij ze naadloos navigeren in zowel ondiep als diep water.

Zijn draagvleugelboten duur?

Omdat foiling boten vaak gemaakt zijn van koolstofvezel en voorzien zijn van geavanceerde foliebesturingssystemen, vallen ze in de topklasse van de watersport. Eenmaal aangeschaft, bieden ze echter kostenbesparingen op de lange termijn door brandstofefficiëntie en minder onderhoud. De aankoopprijs van de Candela C-8 begint bijvoorbeeld bij 330.000 euro, exclusief optionele voorzieningen. Maar het kost ongeveer 10 euro voor een volle accu, goed voor meer dan 50 zeemijlen. Een conventionele planeerboot met twee buitenboordmotoren zou 200 euro kosten om dezelfde afstand af te leggen - oftewel 20 keer duurder in gebruik.