Tin, MATULJA, Tehniki fakultet Sveuilita u Rijeci ([email protected]) Albert, ZAMARIN, Tehniki fakultet Sveuilita u Rijeci ([email protected]) Damir,KOLI, Tehniki fakultet Sveuilita u Rijeci ([email protected])
MAST AND STANDING RIGGING SELECTION OF A RACING SAILING BOAT
Summary
In addition to designing the hull of the sailing boat, which involves complex fluid-structure interaction calculations to select the form and structure, one of the most important items is a project of rigging. Of all the equipment that allows the boat sailing special place is selection and dimensioning of the mast and rigging. This paper describes the areas within the required selection of an optimal mast configuration is performed using AHP method and dimensioning procedure of mast and standing rigging for the proposed project alternative. Preliminary scantlings are obtained through available standards while final ones are result of FEM analysis. The assumption is that the hull is designed and optimized based on desired performance sailing. There are three main areas within which to seek an optimum design of masts and rigging to meet the basic project design characteristics; speed and stability. The first area is technology, the selection of materials of mast and standing rigging, as well as production technology. Second one is the knowledge of the rating system within yacht will be sailing to compete, and finally the third is a dimensioning structure of masts and standing rigging considering the requirements of strength and safety.
Key words: racing sailing boat, mast and rig, AHP optimization, FEM analysis
ODABIR JARBOLA I NEPOMINE OPUTE REGATNE JEDRILICE
Saetak
Pored projektiranja trupa jedrilice koji podrazumijeva sloene proraune interakcije fluida i strukture za odabir forme i konstrukcije, jedna od vanijih stavki je projekt snasti. Od sve opreme koja jedrilici omoguuje jedrenje posebno mjesto zauzima odabir i dimenzioniranje jarbola i opute. U radu su prikazana podruja unutar kojih se trai odabir optimalne konfiguracije jarbola primjenom AHP metode, te je za odabranu projektnu alternativu prikazan postupak dimenzioniranje jarbola i nepomine opute postojee regatne jedrilice. Preliminarne dimenzije su dobivene primjenom dostupnih standarda, dok su konane dimenzije potvrene MKE analizom. Pretpostavka je da je trup projektiran i optimiran obzirom na eljene performanse jedrilice. Tri su osnovna podruja unutar kojih se trai optimalna konstrukcija jarbola i opute za ispunjavanje osnovnih projektnih zahtjeva brzine i stabiliteta. Prvo je podruje tehnologije, tj. odabira vrste materijala jarbola i nepomine opute, odnosno tehnologije izrade. Drugo je poznavanje sustava razvrstavanja unutar kojeg e se jedrilica takmiiti i konano tree je dimenzioniranje strukture jarbola i nepomine opute obzirom na zahtjeve vrstoe i sigurnosti.
Kljune rijei: regatna jedrilica, jarbol i oputa, AHP optimizacija, MKE analiza
mailto:[email protected]:[email protected]:[email protected]
XX Symposium SORTA2012 Odabir jarbola i nepomine opute regatne jedrilice
1. Uvod
1.1. Openito
Projektiranje jarbola u pravilu se sastoji od niza postupaka u kojima se slijede odreeni jednostavni empirijski izrazi relevantnih pravila i propisa, koji nas vode do odabira jarbola koji priblino udovoljava eljenim karakteristikama jedrilice [1]. Meutim, gotovo uvijek e nas te jednostavne formule navesti na odabir jarbola koji je deblji, tei i jednostavno predimenzioniran zbog niza faktora sigurnosti koji se nameu u postupcima koji se slijede, a najee zbog nepoznavanja stvarnih optereenja u eksploataciji. Neizbjeno, rezultirajua struktura jarbola nee biti optimalna te e performanse jedrilice same u konanici biti umanjene. Za navigacijske jedrilice namijenjene razonodi ovakav empirijski postupak sasvim je zadovoljavajui zbog ekonomske isplativosti. Meutim kod regatnih jedrilica, gdje su performanse jedrilice ipak najvaniji kriterij, primjenjuju se drugaiji pristupi u odreivanu karakteristika jarbola [2].
1.2. Vrste materijala za izradu jarbola
Nadalje, izbor materijala takoer predstavlja vaan parametar u projektiranju jarbola i pripadajue opute. Naime, to je jarbol laki to je i njegov utjecaj na naginjanje jedrilice manji, a istovremeno je i jedrilica laka to ima za posljedicu bolja hidrodonamika svojstva. U prolosti su se jarboli gradili iz drva i opute iz konoplja. Danas je situacija bitno drugaija, najee se koriste odabrane aluminijske legure za izradu same cijevi jarbola te nehrajua elina uad i ipke za oputu. Nadalje, neki regatni jarboli danas rade se upotrebom karbonskih vlakana uz primjenu razliitih tehnologija same izrade dok se za oputu koristi razna suvremena lagana uad, [3]. Jarboli izraeni iz karbonskih vlakana su laki uz iste ili bolje mehanike osobine u usporedbi s jarbolima izraenim iz posebnih aluminijskih legura ali su i bitno skuplji. Meutim vano je napomenuti da upravo o odabiru tehnologije izrade jarbola od karbonskih vlakana ovise i njegove mehanike karakteristike. U tom smislu postoje karbonski jarboli koji po svojim karakteristikama nisu superiorniji od onih aluminijskih jarbola vrhunske izvedbe ali su uvijek bitno skuplji [4].
1.3. Promatrana regatna jedrilica
U ovom radu biti e prikazan upravo postupak odabira jarbola prema relevantnim pravilima i propisima ali uz poseban odabir osnovne konfiguracije i dimenzija istoga na nain da se postignu optimalne performanse unutar ORCi razvrstavanja i to primjenom AHP metode. Postupak je prikazan na realnom problemu kod jedrilice na kojoj se vri izmjena jarbola u svrhu poboljanja regatnih ORCi performansi [5]. U nastavku je dan kratak opis osnovnih karakteristika te prikaz postojee regatne jedrilice za koju se vri postupak optimizacije. U treem poglavlju e biti objanjen sam ORCi sustav razvrstavanja.
Promatrana jedrilica izvorno je projektirana za natjecanje u klasi ILC40 na poznatom Admiral's Cupu u Velikoj Britaniji. Izraena je primjenom najboljih materijala i primjenom najmodernije tehnologije. Meutim nakon to je izvrila svoju primarnu zadau za koju je bila projektirana i proslavila se na Admiral's Cupu, istu je sada potrebno optimizirati za natjecanja po novom sustavu razvrstavanja kako bi i dalje bila konkurentna. Budui je za konkretan sluaj neprihvatljivo vriti izmjene, tj. optimizaciju forme trupa odlueno je da e se optimizirati u prvom priblienju plan jedara, a zatim privjesci. Njezine su osnovne karakteristike trupa dane u tablici 1.
2
Odabir jarbola i nepomine opute regatne jedrilice XX Symposium SORTA2012
Table 1 Principal characteristics of sailing boat under consideration
Tablica 1. Osnovne karakteristike promatrane jedrilice
Duljina preko svega Loa: 12,497 m
Maksimalna irina BMAX: 3,956 m
Gaz D: 2,404 m
Postojei plan jedara, a samim time i karakteristike jarbola, dan je na slici 1.
Fig. 1 Actual sail plan with mast configuration [6]
Slika 1. Postojei plan jedara s karakteristikama jarbola [6]
Osnovne karakteristike postojeeg aluminijskog jarbola mogu se ukratko opisati kroz visinu glavnog jedra od 16,677 metara te etiri glavna kria postavljena bez poprenog kuta sa petim tzv. dijamant kriem pri vrhu jarbola. Profil jarbola ima maksimalne vanjske izmjere (l x b) 208 x 100 milimetara. Nadalje, profil jarbola dodatno je stanjen izmeu gornjeg hvatita prednjih jedara i vrha jarbola ime se utedjelo na masi i stabilitetu ali zbog toga ne postoji mogunost podizanja spinakera u vrh jarbola. Stvarna jedrilica prikazana je na slici 2.
3
XX Symposium SORTA2012 Odabir jarbola i nepomine opute regatne jedrilice
Fig. 2 Sailing boat under consideration with existing mast in action
Slika 2. Promatrana jedrilica s postojeim jarbolom u jedrenju
2. Sustavi razvrstavanja
2.1. Openito
Ako promatrano odreene regate krstaa moe se primijetiti raznolikost u obliku i dimenzijama jedrilica, jedara te opreme istih koje se natjeu. Stoga se namee pitanje kako se tako razliite jedrilice mogu meusobno natjecati jer je oito da e vea i bra jedrilica zadani kurs odjedriti prije. Rjeenje je naeno u uspostavljanju posebnih pravila, odnosno sustava razvrstavanja, koja e svakoj jedrilici dati mogunost pobjede. Unutar sustava razvrstavanja regate krstaa boduju prema tzv. korigiranom vremenu koje je rezultat izrauna npr. odreenog koeficijenta kojim se korigira realno jedreno vrijeme. Na sam sustav razvrstavanja najee utjee sama brzina jedrilice na koju pozitivno djeluju primjerice vea duljina vodne linije i povrina jedara, a negativno djeluju vea irina, istisnina i oplakivana povrina. Odrediti kako koja od navedenih veliina, uz niz ostalih, utjeu na brzinu jedrilice problem je koji se pokuava rijeiti od 1881 kada je prvi sustav razvrstavanja primijenjen u Velikoj Britaniji. Do danas je osnovano mnogo sustava razvrstavanja, meutim potrebno je istaknuti ORC International sustav razvrstavanja koji se temelji iskljuivo na znanstvenom pristupu. Upravo uslijed znanstvenog pristupa najvie se pribliio realnoj situaciji postavljajui sasvim nove osnove premjeravanja jedrilica i raunanja korigiranih vremena. Trenutno ORCi sustav razvrstavanja sagledava tri segmenta:
4
Odabir jarbola i nepomine opute regatne jedrilice XX Symposium SORTA2012
Postupak digitalizacije forme trupa i privjesaka te mjerenja dimenzija jarbola i jedrilja kao i stabiliteta jedrilice.
Postupak predvianja performansi jedrilice uzimajui u obzir linije trupa i sve ostale karakteristike iste kao ulazne podatke u Velocity Prediction Program (VPP). Navedeni program predvia brzine jedrenja pri razliitim kutovima u odnosu na vjetar, razliitih snaga i pri koritenju razliitih kombinacija tipova jedara.
Upravlj
