Kurkentrekkerturbulentie

EEN OUD-scheepswerktuigkundige is door blijven peinzen over de werking van het putt-putt bootje dat hier in mei 1996 ter sprake kwam. En hij niet alleen: het stukje over de putt-putt-boat, ook wel pop-pop-boat genoemd, heeft een stroom reacties op gang gebracht die nooit meer is opgedroogd.

Het putt-putt-bootje is een vuistgroot blikken speelgoedbootje dat tegenwoordig (in India, Indonesië en dergelijke) vooral voor verzamelaars wordt geproduceerd. Het bevat een kleine blikken `ketel' waaronder een waxinelichtje of een metablokje branden moet. De ketel heeft twee uitlaten die net onder de waterspiegel onderuit de boot steken. Als de ketel vooraf goed met water was gevuld (daar is een pipet voor nodig) kan de boot minutenlang rondjes varen in de afwasteil. Daarbij zegt hij trouwhartig poppoppop of putputput alsof hij weet dat dat moet.

Onder invloed van de waxinehitte gaat steeds een klein beetje water over in damp. Per `pop' of `putt' wordt een deel van de damp als bel naar buiten geperst. Door de drukverlaging ontstaat tegelijk wat afkoeling die de drukverlaging versterkt. Daarom wordt direct na de `pop' of `putt' ook weer wat water van buiten aangezogen, enzovoort, enzovoort. Het bootje houdt dus zijn eigen ketel vol en vervangt geleidelijk het oorspronkelijke water door omgevingswater.

Waarom komt de boot vooruit? Omdat er asymmetrie zit in de stroming van het water dat naar buiten wordt geperst en water dat weer naar binnen wordt gezogen. In 1996 kon internet nog niet worden geraadpleegd, nu blijkt er een overvloed aan informatie over het bootje te vinden en daar (bijvoorbeeld www.nmia.com/vrbass/pop-pop/) vindt de werktuigkundige nu de complete duiding. De blikken ketel wordt nogal eens uitgevoerd met een latoen-koperen membraan of `diafragma'. Destijds is hier beweerd dat dat onmisbaar was voor een goede werking, maar dat blijkt onzin. Ook hoeven er niet per se twee uitlaten te zijn, met één gaat het ook goed. Een enkele lezer meent zelfs dat het niet nodig is de ketel met water te vullen. Dat wordt nog nader onderzocht.

Nu naar de oud-stuurman A. Steketee die met twee nautische problemen is blijven zitten. Algemeen wordt aangenomen, schrijft hij met zoveel woorden, dat het rechtuitvaren van een schip enigszins wordt gehinderd door de werking van de scheepsschroef. Vooral als een rechtse schroef in werking wordt gebracht zal het achterschip iets naar stuurboord worden gedrukt en de kop naar bakboord. Laat men de machine achteruitdraaien met dezelfde schroef dan gaat het net de andere kant op.

Het gaat Steketee om de verklaring die het leerboek van Noordraven en De Boer destijds gaf: `Tengevolge van de diepere onderdompeling zullen de schroefbladen in de onderste halve schroefcirkel een grotere weerstand (hydrostatische druk) ondervinden dan in de bovenste schroefcirkel.' Dat leek hem onzin, omdat `druk' nog geen weerstand is en omdat de hydrostatische druk natuurlijk aan beide zijden van het schroefblad werkt.

Later, toen de automatische piloot (die ook grafisch de roeruitslag vastlegt) in gebruik kwam bleek dat de benodigde roercorrectie in volle vaart vrijwel nihil was. Maar de verklaring van Noordraven maakt geen onderscheid tussen lage en hoge snelheid. Twee voorvallen deden voor Steketee definitief de deur dicht.

Toen hij in het Asano-dok in Yokohama lag, bezocht hij een Amerikaanse onderzeeër en hoorde hij dat de diepte van geen enkele invloed was op de snelheid van de duikboot. En toen hij later vliegles had voor het vliegbrevet A leerde hij dat ook het rechtuitvliegen van een éénmotorig vliegtuigje wordt gehinderd door de propeller. Die wekt een kurkentrekkerachtige turbulentie op die constant bijsturen noodzakelijk maakt.

Probleem is natuurlijk dat het vliegtuig vliegt door de wervel die de schroef opwekt terwijl de scheepsschroef wervelt in de stroming die het schip achter zich laat. De een heeft de schroef voor, de ander achter.

Prof.dr.ir. T.J.C. van Terwisga in Delft beaamt dat het rechtuitvaren van een schip enisgzins wordt beïnvloed door de werking van de schroef, al is dat met een beetje roer al verholpen. De door Noordraven en De Boer opgevoerde boven-onder asymmetrie in de werking van de scheepsschroef komt van de typische structuur van het `volgstroomveld' dat een bewegend schip in het water opwekt. Het schip sleept een hoeveelheid water met zich mee waardoor de propeller in feite langzamer door het water sleept dan het schip zelf. In hun bovenste stand leveren de schroefbladen een zwaardere stuwkracht dan onderin.

Dat geeft nog geen links-rechts, geen bakboord-stuurboord effect. Dat komt ook niet van asymmetrie in het kielzog maar `gewoon' van de draairichting van de propeller. Het linksopgaande blad `ziet' steeds een andere watersnelheid dan het rechts dalende (Een rechtse scheepsschroef draait, van achter gezien, met de klok mee.) Het is niet eenvoudiger uit te leggen.

Steketee had nòg een probleem. Op een dag voer hij met een niet al te snel schip tegen de Agulhasstroom in, dat is een sterke zeestroming aan de oostkust van Afrika. Na afloop van zijn wacht vertelde hij de machinist dat ze door de tegenstroom maar weinig waren opgeschoten. De machinist antwoordde dat hij dat gemerkt had aan de machine, `dat de motor er duidelijk moeite mee had'. Steketee legde uit dat dat onmogelijk was, gaf voorbeelden van speelgoedbootjes in wasteilen die zelf weer worden bewogen, maar het mocht niet baten. De machinist en alle andere boordwerktuigkundigen wisten zeker dat je het horen kon als je in zo'n stroming voer.

Vreemdgenoeg sluit ook Van Terwisga niet uit dat het kan, maar zijn verklaring komt uit onverwachte hoek. Machinekamerpersoneel hoort gewoonlijk goed of er meer of minder `cavitatie' (belvorming) rond de scheepsschroef optreedt. Cavitatie geeft veel lawaai. Gebleken is dat de kans op cavitatie mede wordt bepaald door belletjes die al in het zeewater aanwezig zijn en daarop is weer het weer en allerlei biologisch leven van invloed. Het is niet ondenkbaar dat de cavitatie toenam toen het schip in de Algulhasstroom terecht kwam.