Per-Gunnar Thoresen sin beretning om vingemastprosjektet

Bilder og tegninger

 

Vingemastprosjektet

  

Det hele startet med tanker om aerodynamikk rundt mast og storseil på min egen båt i 1994. Det måtte være mye bedre trekkraft med ei vingeform på mast-seil, og kanskje det til og med kunne kombineres med en rulleløsning, der seilet ble rullet inn i masten. Jeg laget noen skisser til hvordan ei slik mast kunne stages på enskrogs båt. Jeg så jo at vingemaster var i bruk på flerskrogsbåter, og på enskrogs regattabåter, da med staging ved hjelp av bommer som stakk langt utenfor skutesida. De må ha funnet en interessant effekt med vingemasten, ellers ville den vel ikke være tatt i bruk i slik målestokk. Også en annen konstruksjon ble benyttet et sted i Amerika. Der var storseilet heist på et vaierstag. To master montert på hver sin side av båten, ytterst på dekket, og som hvilte mot hverandre i toppen, holdt vaierstaget oppe. Storseilet fikk da en like god form som forseilet. Andre hadde laget ustagede roterbare master med vingeprofil, noen med seil til, andre uten seilduk. En annen utgave, Aerorig, med rund ustaget konisk kompositt mast, der forstaget for fokket var festet til en felles bom for både storseil og fokk var i salg til en skyhøy pris. På bildet vises båt med dobbel seilføring Aerorig.

Produksjon og salg av Aerorig produktet er visst lagt ned nå. Senere er det også kommet enda en variant av denne med vingeformet seilføring. Se nettstedet her: Omerwingsail  Min vurdering var at det måtte være mulig å konkurrere i dette markedet med min konstruksjon.

 

Skissene mine tilsa at jeg kunne stage ei roterbar vingemast på samme måte som tradisjonelle master ved å benytte et innvendig rør som stod fast, og så bruke dette som hengseltapp for en utenpåliggende vingeprofil. Men jeg så det som avgjørende å vite mer om hva en vingeprofil kunne gi av ytelse, sammenlignet med tradisjonell mast. Jeg fikk låne et stort, tomt industrilokale like ved der jeg bor, og hadde tilgjengelig mye av det utstyr jeg trengte for å lage min egen vindtunnel. Mer om vindtunnelen står å lese på en av mine andre hjemmesider. Jeg oppnådde en tilfredsstillende og pålitelig nøyaktighet i mine målinger. Det diagrammet som senere ble vist i omtalen i Båtnytt februarnummeret 1995, var ingen bløff. Ytelsen for vingemasten var opptil 50 % høyere enn for standard mast. Men glem ikke at dette var på en flåte som ikke krenget. Sidekreftene var også høyere. Så på et skrog som kunne krenge, ville ganske mye av kraftoverskuddet gått tapt. Likevel måtte det bli en interessant effekt tilbake, da det først og fremst var den fremre delen av vingemast/seil kombinasjonen som forårsaket effektøkningen. Kraften her var jo rettet mer fremover og skulle gi en interessant kraftkomponent langskips. Faktisk kunne det tydelig avleses i testresultatene ved hvilken bom-/seilvinkel i forhold til vindretningen luftstrømmen ikke lenger evnet å gå laminært over mast/seil overflaten. Trekkraften falt betydelig når denne vinkelen i forhold til vind ble overskredet. I grenseområdet varierte luftstrømmen mellom å gå laminært og å bli turbulent. Testresultatene tilsa at det burde være mulig å finne tilsvarende ytelse med en vingemast i full skala på båt.

 

Jeg fikk støtte av Statens Nærings- og Distriktsutviklingsfond, SND, mot tilsvarende innsats av egne midler. Først anså jeg at masteprofilen måtte ekstruderes i aluminium, men etter kort tid fikk jeg kontakt med Odd Marius Rossvold, en flerskrogsentusiast, som nettopp var i gang med å støpe sin egen vingemast i komposittmateriale. Jeg fikk hjelp av ham til å beregne min mastekonstruksjon, og et firma han kjente til å støpe mast. Senterrøret og beslagene skaffet og laget jeg selv. Eieren av en Comfortina 32 stilte sin båt til disposisjon på gunstige vilkår, og jeg fikk masten montert på båt på ettersommeren 1996. Det ble testseiling en rekke ganger, både med og uten vind sensommeren og høsten det året. Nokså frustrerende å drive med slik testing de dager vinden uteble. På en av disse testene fikk vi kulingbyger. Vinden presset ripa ned i vannskorpa, og masten holdt. Det var jo oppløftende da! Teamet rundt meg hadde ment at masten ville stå godt nok uten akterstag. På en av prøveturene der vi fikk ei vindrosse inn bakfra, gav vantene så mye etter at forstaget slakket seg kraftig. Det var nær ved mastehavari. Jeg skjønte umiddelbart at jeg ikke hadde vinklet salingen nok bakover for å utligne for en innfesting som lå 10 cm foran det bærende sentrale masterøret. Jeg måtte derfor ta ned masten og rette på forholdet. Jeg fikk salingshornene kuttet og sveiset sammen igjen med mer vinkling bakover. Se bilder av masten. Når jeg først hadde masten nede, monterte jeg også feste for akterstag i toppen. Ting tar tid og krever innsats. Sesongen ebbet ut uten at vi hadde fått testet nok.

 

En ny testsesong måtte til for å bli mer sikker på hva masten hadde av ytelse. Kanskje kunne vi finne endringer å iverksette for å få fram den effekten som beviselig hadde fremkommet i vindtunnelen. Imens begynte også patentkostnader å løpe på. En ny sesong i lånt båt var ikke tilgjengelig. Hva så? Jo, det enkleste var å kjøpe en båt for formålet. Så på vinteren kjøpte jeg en Comfortina 32 i Bergen, usett. Vel, jeg fikk en bekjent til å besiktige båten som lå på vannet innpakket i pressenning. For å få testet masten denne sesongen, hyret jeg inn en dreven seiler, Arne Enger, som var uten egen båt. Han fikk disponere båten fritt mot deltagelse i prosjektet. Nå var vi også med på treningsregattaer, og burde kunne se ytelsen vi var så spente på. Til tider hadde vi en interessant ytelse, men i det store og hele var det ikke særlig mye å skryte av. Det ble bare sporadiske lyspunkt når det gjaldt ytelse fra masten. Vi deltok i Færderseilasen dette året med Arne Enger ved roret. En fantastisk opplevelse. Men lite vind. Å bli klassevinner forutsetter langt mer enn bare ytelse fra masten. Her var det mange andre faktorer som influerte på resultatet. Veivalget hadde vel så mye å si. Vårt veivalg brakte oss over til østfoldsiden av fjorden hvor vi fikk vindstille og motstrøm, mens båter langs vestfoldsiden hadde både medstrøm og litt vind. Vi så heller ikke under denne seilasen noen betydelig effekt av masten, men det var nok heller veivalget og utenforliggende årsaker som førte til at vi ikke nådde fram til mål tidsnok. På sensommeren fikk jeg også genua til båten, og vi kunne nå seile med samme seilføring som de andre.

 

I løpet av sesongen fremkommer det fortsatt ikke signifikante ytelser fra masten. Bare sporadiske tilfeller av større båtfart enn konkurrentene. Men troen på at vingemasten skal ha et interessant potensial fremfor standard mast er ikke oppgitt. Når jeg går inn i en ny testsesong 1998 må jeg prøve å få testet litt på egenhånd. På masten har jeg nå laget feste for lensetakler, og rigger med dette. Jeg stiller til start på Færder’n igjen, og er denne gang rormann og skipper på egen skute.

 

 

Min første regattadeltagelse som skipper og rormann. Jeg har lært meg vikepliktsregelen. Det er vel det hele av regattakunnskap. Med meg har jeg klart å få en mann med seilerfaring fra lokalmiljøet hjemme og to mann helt uten seilerfaring. Vi er utrolig heldige med starten. Vi passerer startlinjen som første båt etter signalet, og har fri bane mange skutelengder foran de andre i klassen. Snart tar vi igjen båtene som hadde startet før oss. Det blir vindskift før Nesoddtangen, og vi krysser mot vestsiden av fjorden, inn mot Snarøya. Idet vi skal slå oppdager vi at skjøtet har knytt seg på vinsjen, så hardt at vi må finne skrutrekker for å løsne det. Jeg greier å holde båten opp mot vind lenge nok til at vi får frigjort skjøtet, og unngår så vidt å gå på grunn på Geitegrunnen. Vi taper sikkert et par minutter. I frisk bris seiler vi mot rundingsbøyen ved Slemmestad og holder minst like god fart og høyde som de andre. Vi ser ingen fra vår egen klasse. Etter runding slår vi og seiler mot østsiden av fjorden, nord for Langåra. Når vi slår igjen, innser jeg at vi seilte for langt. Jeg må seile mer romt for å gå klar av grunnen nord for Langåra. Ved innseilingen til Drøbaksundet ser vi en av klassebåtene ligger foran oss, en båt jeg kjenner fra testseiling, Abertina, med Bjørn Tvedte som skipper. Seilasen gjennom sundet går greit, og det er en fornøyelse å være midt blant alle båtene i en henrivende dans om plassen. Like nord for Oskarsborg får vi igjen knute på vinsjen. Denne gangen ikke så hardt. Men det sinker oss nok et minutt. Vinden er frisk ut for Drøbak, 10-12 m/s vind. Her slår en båt og legger seg på samme kurs to båtlengder foran oss. Det er Marcel, en Comfortina 32, med Edmund Krøtø som skipper, - en dreven seiler jeg tidligere har seilt treningsregatta mot. Vi klarer ikke å holde følge. Han drar ifra oss. Jeg er skuffet over ytelsen til masten, men begeistret over å ha greid å holde unna så langt mot dyktigere seilere enn meg. Ved Filtvet ligger vi et par timer og seiler med nær 3 knops fart uten å flytte oss. Vi seiler etter hvert omtrent midt i fjorden utover, men vinden spakner for oss. Igjen ser vi at båtene nærmere Vestfoldsiden forserer. Vi slår og går mot Slagen, og greier å pine 2 knops fart ut av seilene. Så får også vi mer vind. Vi runder Hollænder’n i frisk seilevind og sjøgang. Oppover mot Horten er vinden stabil fra vest. Mannskapet ligger langs rekka og dormer. Vi seiler ikke dårligere enn de andre båtene. Faktisk drar vi fra enkelte. Denne gangen fullfører vi Færderseilasen og får en hederlig plassering, mannskapet tatt i betraktning. Albertina kommer på 2. plass, 13 min etter første båt. Marcel kommer på 8. plass, 1 time og 16 minutter etter første båt. Vi kommer på 10. plass, 2 timer etter første båt. Resultatlista inneholder 35 deltagende båter i klassen, med Cruisehus, en gambling 34, med skipper Øyvind Jelstad, som vinner.

 

 

Resten av sommeren deltar jeg i en regatta ved Filtvet og en ved Holmestrand uten å ha noe interessant å berette. På ettersommeren møter jeg opp i Son med båten, og seiler uanmeldt med båtene som seiler Hollænder’n. Vi seiler uten spinnaker da vi bare er to mann, meg og en av mine amatører fra Færder’n, men har staget genuaen. De andre båtene, med spinnaker, drar langsomt fra oss på lens utover fjorden. Vi krysser oppover igjen langs Vestfoldlandet, og mestrer snart å sette lensetaklene for å holde forstaget stramt. Vi ankommer Son før arrangøren har pakket sammen ved mållinja.

 

 

I løpet av tiden jeg har testet masten, har jeg studert på hvilken betydning det kunne ha at seilet var heist på klosser i et utvendig spor på en masteprofil som var tverr bak. Før støping av masten var dette spørsmålet oppe. Når du står stilt overfor en flerskrogsentusiast med ingeniørkompetanse og kompetanse på støping av master, som hevder at det ikke har noen betydning at seilet ikke er ført inn i masten, og at masten er tverr bak; og en er usikker selv, da er det ikke lett å argumentere for en masteprofil som ender opp i et smalt spor der kun seilet slipper gjennom. Når det også økonomisk var utenfor rekkevidde å få laget støpeform med ønsket profil, måtte jeg utnytte det tilbudet jeg fikk, eller stoppe hele prosjektet. I vindtunnelen endte vingemastprofilen i et tynt spor i seildukbredde. Mast og seil hadde der ingen åpning hvor luft kunne slippe gjennom fra lo til le side, og overflaten på masten lå i samme plan som seilflaten. Den aerodynamiske formen på mast-seil produserte et undertrykk på le side når luftstrømmen gikk laminært. Masten på båten derimot, ville teoretisk kunne slippe luft gjennom til utligning for undertrykket, samtidig som også denne luften kunne gjøre at en laminær luftstrøm over masteprofilen slapp taket, og at lekkasjen forårsaket dannelse av turbulent luft langs overflaten av seilet. Seilplanet var også forrykket litt i forhold til overflaten på masten. På et av bildene fra masten kan man se at ”tell-tales” eller lus montert på masteprofilen er ført av luftstrømmen gjennom spalten mellom mast og seil ut på le side. Selv om lusa står bakover og tilsynelatende angir en laminær luftstrøm, kan strømningshastigheten over le side være redusert som følge av den tilførte luftmengde. Jeg har ikke noe svar på om disse forhold forklarer den manglende ytelse fra vingemasten. Et annet forhold som kan bety noe for evnen til å oppnå laminær luftstrøm, er også masteprofilens overflate. På samme måte som en golfball har groper i overflaten, burde kanskje profilen ha en tilsvarende ujevn overflate, f eks. at overflaten var preget av en flettet vev. Masten på LM’en har på de øverste meterne ei smal list i aluminium poppet til overflaten på hver side. Jeg ser ingen annen hensikt med denne enn at det skal ha en aerodynamisk effekt. Det får bli opp til andre å forske videre på dette.

 

 

På de siste møtene teamet var samlet for å drøfte vingemasten min, ble det lagt fram tanker om at vingemaster trolig kunne stages uten mitt innvendige rør, med tradisjonelle vant, og saling hengslet til forkant av masten. Jeg forstår det teoretiske grunnlaget for dette, og finner at det er sannsynlig. Dette betyr det endelige punktum for vingemastprosjektet. Den nye måten å stage av masten på ligger utenfor patentet, og var neppe patenterbar med sin likhet med eksisterende løsninger. Uansett har jeg nå forstått at markedet er altfor lite til at patentering av en mast kan forsvares. Det må bli umulig å selge master der patentkostnadene skal fordeles på et så lite antall enheter. Patentet mitt ble godkjent i alle de land jeg hadde funnet aktuelle, men jeg måtte la det gå ut.

Vingemastkonstruksjon med detaljtegninger

En vingemast kan monteres, og vil som brøkdelsrigg, trolig fungere helt fint med følgende tekniske løsninger: Mastefoten må kunne rotere med lav friksjon i et dekksmontert ledd. Salingen, med feste for undervant, er hengslet til forkant av masten, eventuelt inne i masten ved en forsterket utsparing i vingeprofilen. Salingshornene må være formet slik at masten kan rotere tilstrekkelig, og behøver ikke peke så mye bakover. Toppvant og forstag går til brakett på mastens forside. Til braketten festes også lensetakler. Masten trenger ikke akterstag, men det kan sikkerhetsmessig være en fordel å ha akterstaget som en reserve. Akterstaget skal også settes slakt, men slik at det blir passe stramt når masten er rotert til siden. Et lensetakkel må til enhver tid være satt, og styrken på lensetaklet må tilsvare et ordinært akterstag. Skulle menneskelig svikt føre til at setting av lensetaklet slår feil kan akterstaget redde masten fra havari. Masten vil dog ikke kunne tåle de største belastninger uten lensetakkel. Undervant og toppvant må være slakke, strammet akkurat så mye at vantene ikke slenger løse fra side til side. Den som har erfaring fra seilbåt har sikkert sett at le vant på en seilbåt kan bli så løse under belastning av riggen, at de henger slappe og slenger. I den situasjonen gjør de jo ingen nytte. Vi strammer dem opp så slakken forsvinner fordi dette jo ikke gir noen ytterligere belastning på riggen. En montering av braketten for salingshorn utenpå profilen vil medføre at masteprofilen ikke kan rotere uten samtidig å bøye seg sideveis. Denne bøyen behøver ikke bety så mye, men ideelt sett bør braketten monteres slik at rotasjonsaksen kommer på linje med aksen i beslaget for toppvant, og aksen i mastefoten. Slakke vant betyr at masten tillates å vandre fra side til side i stagingen. Under belastning vil le undervant og toppvant bli så slakke at de gir plass til rotasjon av vingeprofilen. Samtidig vil også lensetaklet på lo side komme tilnærmet fri av masten. Tiltak kan gjøres for å unngå slitasje på masten der denne evt. er i kontakt med lensetakler, saling og vant. Så lenge masten belastes av seilføringen, vil masten stå rolig og følge båtens bevegelser. I lett vind og sjø vil nok masten kunne pendle fra side til side og rykke litt i vantene. Et stramt lo lensetakkel vil tvinge masten til å rotere mot le. Masten tar da opp en del av slakken i vantene på le side. Dersom man går for motor vil begge lensetaklene kunne settes. Vinkelen mellom lensetaklene vil bidra til å stabilisere masten. Fortsatt kan stagingen medføre litt problemer ved lite vind/vindstille og sjø, som kan kreve tiltak, muligens i form av midlertidig stramming av vant. Testing av vingemast med slik avstaging er muligens gjennomført, og jeg kan bare henvise til dette eller fremtidig testing som måtte utføres.

 

I forbindelse med mitt arbeid med vingemasten, utviklet jeg ideer som skulle få masten til å fungere optimalt både teknisk, og hva gjelder betjening. Jeg har tegnet disse konstruksjoner og vil nå dele mine løsninger med seilinteresserte lesere. Jeg har utviklet en løsning for lagring av mastefoten som åpner for å føre kabler tørt ned i båten uten lengdeforskjeller ved rotasjon av masten. I samme konstruksjon åpnes for føring av linene fra masten ned på dekk uten nevneverdig lengdeforskjell ved rotasjon av masten.

 

Konstruksjonen tillater masten å pendle fra side til side uten at kabel- og linegjennomføringer skades.

 

Videre har jeg designet et gooseneckledd, dvs ledd mellom mast og bom, som passer til vingemast med masteliket ført inn i masteprofilen. Gooseneckleddet kombineres med styringer for liner mellom mast og bom som sikrer at linene ikke lengdepåvirkes av bommens bevegelser.

Og sluttlig har jeg konstruert en anordning som kontrollerer vinkelen mellom bom og masteprofil, slik at denne vinkelen automatisk oppnås når man slår.

Vinkelen kan manuelt justeres for å gjøre mast-seildybden dypere eller grunnere ved å skru på en stoppeanordning. Seileren behøver da ikke å tenke på eller gjøre noe med mastens trim hver gang han slår. Det passer seg selv. Håper disse ideer kan være til nytte for andre som vil eksperimentere videre i leting etter effekten jeg beviselig så i vindtunnelen. Konstruksjonene stilles til fritt bruk, men knytt mitt navn til dem. Skulle noen ønske det, vil jeg kunne se på muligheten av å produsere komponentene, helst da i standardiserte dimensjoner.

 

Ønsker alle seilere mye seilglede, og takk til alle som deltok og støttet meg i prosjektet.

Per-Gunnar Thoresen  

Send meg gjerne en mail på denne adressen hvis du har spørsmål eller komentarer: per-gunnar@xxx - Du må på grunn av spam skrive inn adressen manuelt og bytte ut xxx med 2res1.no.  


Hvis du vurderer å prøve vingemast på din båt kan kanskje den gamle masten min gi noen interessante muligheter. Det innvendige røret har jeg tatt ut. Masten kan ved ombygging bli lik i konstruksjon med den nyeste versjonen jeg har beskrevet ovenfor, eller den kan bearbeides ved påstøp utvendig og tjene som plugg for støping av nye master.
Det kunne vært spennende å byttet til en båt som den ombygde masten kunne passe til, men min motorseiler LM 27 vil være vår båt inntil jeg evt. får produsert mitt nye motorseiler design. Behovet for lensetakler gjør det nok mindre aktuelt med vingemast på denne båten. Fremfor å lagre på masten i det uvisse kunne det derfor være spennende å la den utnytte i nye prosjekter, om noen finner det interessant.

Skal du investere i en vingemast bør du vurdere mine løsninger. Jeg kjenner problemene du står overfor. Hvorfor prøve og feile selv, når du kan trekke på mine erfaringer? Muligens kan jeg lage noen av de delene du trenger.