Winddruk op schip omzetten in snelheidsverlies.

[Ilja DHont]

Goede dag,
 
Momenteel ben ik bezig met een onderzoek waarin in onderzoek hoeveel snelheid een schip in slecht weer verliest.
Dit verlies wordt vervolgens opgesplitst in wind en golf verlies.
 
Momenteel heb ik de wind druk al berekend. 
Dit door het oppervlakte door middel van tekeningen en diepgangen te bepalen.
Vervolgens heb ik de kracht berekend met de formule: F = 0,5 x c x A x p x v²
Hierbij is:
c=drag coëfficiënt. 
A=opp
P=druk per m²    daarvoor heb ik 1.23 gevonden al vond ik meerdere waardes hiervoor. Misschien weet iemand dit.
v²= snelheid wind in m/s ( deze snelheid is relatief ten opzichte van het schip )
 
Hier komt dus een druk uit van........
Wat mij niet lukt is om vanuit deze kracht te berekenen hoeveel snelheid het schip verliest aan de hand van deze druk.
 
Kan iemand mij hier mee helpen?
 
Bedankt alvast.

[Pinokkio]

Vervolgens heb ik de kracht berekend met de formule: F = 0,5 x c x A x p x v²
Hierbij is:
c=drag coëfficiënt. 
A=opp
P=druk per m²    daarvoor heb ik 1.23 gevonden al vond ik meerdere waardes hiervoor. Misschien weet iemand dit.

In jouw formule is p niet de druk maar de dichtheid ρ (rho) van lucht. Die dichtheid is afhankelijk van de luchttemperatuur, vandaar dat je meerdere waardes daarvoor kunt vinden.
 
Als de motor van het schip een bepaald vermogen levert zal het schip een bepaalde snelheid t.o.v. water en wind kunnen handhaven. Neemt de windsnelheid of de golfslag toe dan zal de snelheid af nemen tot een zodanige waarde dat het benodigde vermogen daarvoor gelijk is aan het geleverde motorvermogen.

[Ilja DHont]

Bedankt voor je reactie en de verbetering. 
Echter is de berekening voor de snelheid niet zo heel simpel als jij stelt en je 2e alinea. 
De toenemende weerstand van golven is namelijk extreem dynamisch en eigenlijk niet te bereken. 
 
Je moet denk ik de weerstand van een schip bij een X snelheid opdelen in lucht en water weerstand. En dan de luchtweerstand aanpassen met de windkracht om vervolgens de nieuwe snelheid te bereken?

[Benm]

Het lastige is dat de vertraging als gevolg van wind ook zijn effect heeft op de snelheid in het water (langzamer varen ~ minder stroomweerstand in water). 
 
Als wind de enige factor is kun je het bereken zoals je bij een vliegtuig zou doen voor de grondsnelheid vs de luchtsnelheid, maar dat gaat hier niet op gezien een groot deel van het schip door het water sleept. 
 
Overigens is ook nog de vraag welke snelheid je wilt uitrekenen: relatief aan het land (zeg maar gps snelheid) of relatief aan het (stromende) water?

[Ilja DHont]

@Benm
 
Voor dit onderzoek wordt de snelheid volgens het Log dus watersnelheid gebruikt.
Maar ik bereken dus geen snelheid want die weet ik. Ik bereken snelheidsverlies/verschil.
Laat ik het anders formuleren.
Stel een schip loopt in 5m hoge golven bij 15m/s wind nog 8Kn. In mooi weer was dat 13Kn geweest met excact het zelfde vermogen.
Dan is het schip 5Kn kwijt door wind en golven.
Hoeveel van die 5Kn is als gevolg van wind?
Dus: Hoe snel had het schip gelopen zonder deze wind maar met golven? 
Natuurlijk vallen in het echt de golven ook langzaam wel zonder wind. 

[Pinokkio]

Arbeid = Kracht maal Afgelegde Weg
 
Vermogen = Arbeid per Tijdseenheid
= Kracht maal Afgelegde Weg per Tijdseenheid
= Kracht maal Snelheid
In formulevorm: P = F * v
waarin P = vermogen, Watt (Nm/s)
F = totale kracht (wind + golfslag + ...), Newton
v = gps snelheid van schip, m/s.
 
Dus als je weet wat het deel van F ten gevolge van wind is, en je weet v dan weet je eenvoudig hoeveel P die wind kost.

[Ilja DHont]

Dus als ik het goed heb:
 
Stel P = 5000kW =5000000W     ( 100% Load/vermogen is 7500kW bij die motor, de wartsila 6L46F )
13Kn = 6.69m/s
Er staat 15m/s aan wind met een invalshoek van 20graden. ( heb zelf al volgens een eigen ontwikkeld excel model met het opp etc de wind totale winddruk berekent.
 
F=P/v       
F=5000000/6.69
F=747384.1555N
 
Dan is de winddruk 75221N
 
F=747384.1555 - 75221
F=672163.1555N 
 
v=P/F
v=5000000/672163.1555
v(zonder wind)=7.43m/s
 
7.43m/s = 14.44Kn
 
Doe ik dit goed?

[tuander]

Ik heb misschien een vreemde vraag ter zijde. Wind wordt veroorzaakt door luchtdrukverschil. Luchtdrukverschil zorgt er voor dat de zeespiegel bij een lagedrukgebied hoger ligt, en bij een hogedrukgebied lager. De zeespiegel staat dus niet loodrecht op de richting van de zwaartekracht. Neemt het dan ook energie om tegen zo'n 'berg' omhoog te varen?

[Pinokkio]

Dan is de winddruk 75221N

Ik weet niet hoe je daaraan gekomen bent, dus ik neem het maar voor waar aan.

v=5000000/672163.1555
v(zonder wind)=7.43m/s
 
7.43m/s = 14.44Kn
 
Doe ik dit goed?

Je gaat er nu vanuit dat de waterweerstand 672163 N blijft, ongeacht de vaarsnelheid.

[Ilja DHont]

@tuander. 
Theoretisch heb je gelijk maar de hoek die ontstaat als gevolg van de rijzing en de afstand waarover je die rijzing opvaart is extreem klein onmeetbaar en verwaarloosbaar.
 
@pinokkio 
Die 75221N is berekend met het wind oppervlakte en de formule F = 0,5*c*A*p*v²*cos(invalshoek)
 
Nee er is een totaal weerstand berekend. Daarna ik heb de weerstand van de wind er af gehaald om vervolgens terug te rekenen naar een nieuwe snelheid die het schip in theorie had gelopen als er dus wel golven maar geen wind stond. De reden dat ik dat doe is om het snelheid verlies van een schip in zeegang op te kunnen splitsen in het aandeel wat wind heeft en het aandeel wat golven hebben.

[Pinokkio]

Ik begreep wat je deed, maar aannemen dat zonder wind de waterweerstand op 672163 N blijft lijkt me niet juist.
 
Zonder wind is de vaarsnelheid immers groter, dus zal de waterweerstand (bij zelfde golfslag) hoger zijn. Maar anderzijds zal de golfslag zonder wind minder zijn, wat de waterweerstand (bij dezelfde vaarsnelheid) juist verlaagt.
 
Ik ben geen scheepsbouwkundige, dus ik kan niet bepalen of die 672163 N zonder wind hoger of lager wordt, maar het lijkt me dat het wel heel erg toevallig zou zijn als die exact hetzelfde zou blijven

[Ilja DHont]

Je hebt gelijk in het feit dat als het schip werkelijk zou versnellen door het weg vallen van de wind dat dan de waterweerstand groter wordt.
Echter is dit niet geval omdat het schip niet werkelijk versneld, noch dat de wind wegvalt, ik bereken enkel het aandeel van de wind in het totale vaart verlies.