Vitorlázás
A vitorlás hajó tervezés komplexitása, avagy miért különböznek ennyire az IMOCA 60-asok – 1. rész
Szabad vagy kötött?
A leginkább a Vendée Globe kikötés nélküli szóló vitorlás földkerülő versenyről ismert IMOCA 60-as hajók a versenyhez kötődő négyéves ciklusokban rendre megújulnak, megváltoznak. A típus az ezredforduló és a huszonegyedik század első felében a leggyorsabban és leglátványosabban változó és fejlődő vitorlás osztályhajó. Óriási hatással van a tervezési trendekre a vitorlás hajózás teljes spektrumában. Tulajdonképpen minden egyes új IMOCA 60-as egy-egy tervezői teszt, annak próbája, hogy az összegyűlt tanulságok felhasználásával hogyan sikerült jó irányba fejleszteni az alkotóknak.
Az IMOCA 60-as nem egységes tervezésű osztályhajó. A tervezőknek tág lehetőségeik vannak újító elképzeléseik megvalósítására? Vagy mégsem annyira szabad a kezük?
Nagyon nem az.
Kétrészes cikkünkben erről lesz szó
A nyolcvanas évek Open 60 offshore vitorlásaiból kifejlődő IMOCA 60-asok osztályszabályait rendre alakítgatja az IMOCA (International Monohull Class Association). Vannak komolyabb változtatásokat hozó évek, máskor kevesebbet szigorítanak a szabályokon.
Az utóbbi időben már kötötté vált a rudazat. A hajókra csakis a francia Lorima cég karbon rudazatai kerülhetnek. ezek megbízhatóan erős, biztonságosan túlméretezett darabok. Nem hagyományos szálingokkal szereltek, hanem az állókötélzetet a hajó oldalából messzire kinyúló outrigger rudak tartják megfelelő szögben. Nevezzük dekkszálingnak!
Az árbócon nincsenek szálingok, a vantnik megfelelő szögét az outrigger, a dekkszáling biztosítja minden modern IMOCA 60-ason – Fotó: Photoshelter
Ugyanígy egységes a kílnyak és annak hajóhoz rögzülő eleme. Ez esetben is azt akarja megakadályozni a szabály, hogy az oldalra billenthető tőkesúlyok leszakadjanak, a súlymegtakarítás érdekében való alulméretezettség, vagy rossz anyaghasználat, korai fáradás miatt.
Tehát a tervezői-fejlesztői játéktér nagyrészt a hajótest és részeinek kialításában tekinthető szabadnak. Már amennyire az. Hiszen a testre és nyúlványaira is bőséggel vonatkoznak korlátozó szabályok. Illetve minden újításnak harmóniában kell lenni egymással, az egész hajóval. Ezt nem valamilyan konkrét szabálykorlátozás teszi nehézzé, bár a szabályokban lévő előírások nehezítik meg a harmonizálást.
Az öt nyúlvány
Egy IMOCA 60-ason öt darab kinyúló elem lehet. Ez nem új előírás, nagyon régi. Ez vezetett a látványos Dali-bajuszra hasonlító támaszuszonyok kialakulásához.
Korábban, az ezredforduló utáni években az öt nyúlvány a tőkesúly, a széles és lapos sikló hajótest miatt szükséges két kormánylap és a kibillentett kíl esetén szükséges, oldalt csúszást akadályozó két uszony volt.
Ám megjelent más vitorlás hajókon a DSS (Dynamic Stability System), a hajótestből a szélalatti oldalra kitolható enyhén ívelt támaszuszony, ami egy bizonyos sebesség felett felfelé emeli a hajótestet, csökkentve annak súrlódását a vízben, ezzel jelentős sebességnövekedést téve lehetővé.
De a DSS az öt nyúlványos szabály miatt nem kerülhetett be az IMOCA 60-asokba. Mert ha ott vannak az oldalra kitolható szárnyak (ha egyetlen elem is kerül mindig a megfelelő oldalra, mint például a Wild Joe magyar MiniMaxi 60-ason a keresztül tolható DSS, akkor is kettőnek számít), akkor két valamit le kell venni a hajóról. A tőkesúly nyilván marad, a széles hajóra pedig kell a két kormánylap. Vagyis az uszonyok helyett kerülhetne csak be a DSS, ám ez esetben oldalra billentett kíl esetén nem lenne elég oldalt csúszást akadályozó laterálfelület, és a hajó oldalra menne inkább, nem előre.
Vagyis olyan uszonyokat kellett fejleszteni, amelyek emelik a hajótestet, mégis ugyanakkor hatnak az oldaltcsúszás ellen is. Így született meg a a 2016-os Vendée Globe-ra épülő hajók idején a ma ismert Dali-bajuszra emlékeztető emelőszárnyak vagy támaszuszonyok ötlete.
Öt nyúlvány a vízben, két kormány, tőkesúly és a Dali-bajszok – Fotó: IMOCA / Pierre Bouras
Miután felbukkantak a furcsa bajszok, komoly hajósok, szakemberek is azt mondták, hogy ilyen formájú uszonyokat nem fogunk máshol látni, mint IMOCA 60-asokon, mert csak ezekre a hajókra érvényes ez az ötös nyúlvány korlátozás. Hát ez nem bizonyult igaznak, ma már sok foiler típus vitorlázik hasonló stílusú szárnyakkal.
A foil meghatározó szerepe
Mivel megfelelő szélben a szárnyak kiemelik a hajótest javát a vízből, ezért a sebesség leginkább meghatározó elemei. A hajótest alakja több ponton is választott emelőszárnyas megoldáshoz igazodik.
Egy offshore, vagyis nyílt tengeri vitorlásra emelőszárnyat tervezni és annak hatásait a testforma alakításában figyelembe venni nagyon bonyolult kérdés. Az America’s Cup vagy bármely más bizonyosan partközelben és zárt, tehát lényegében hullámmentes vízen versenyző típusok tervezőinek sokkal egyszerűbb a dolguk. Esetükben a hajótest, amint kiemelkedett a vízből, magasan felette repül. Más a helyzet egy nyílt tengeri egytestű esetében.
Az IMOCA 60-asok repülése a hatalmas csirkelábakon száguldó America’s Cup hajókéhoz képest alapvetően más. Az IMOCA 60-as amolyan „fél repülést” végez. Ezt a szárnyalást angolul skimmingnek nevezik, mert a hajó gyakran úgy érintkezik a vízzel, mint ahogy a jó háziasszony finom mozdulattal lefölözi tejet. A hajótest nem száll magasan, hanem nagyon kaotikus módon rendre érintkezik a vízzel, ami azt jelenti, hogy a test és a vízfelszín között változó sűrűségű vízpermet van. Annál is inkább, mert esetükben a kormánylapon nem lehetnek emelő vezérsíkok, mivel a szabály és a biztonságos hajózás értelmében azoknak bizonyos erejű ütés hatására fel kell csapódni, megelőzve a kormányvesztést. Ezért nem fixálhatók szilárdan, tehát nem is hordozhatnak emelőerőt nyújtó szárnyakat. Így a hajó tükre akkor is úszik, amikor a test java a víz felett száll.
Így repülne az IMOCA 60-as, ha lehetne szárny a kormányon. A képen Louis Burton és a Bureau Vallée két kísérleti fixált és szárnyas kormánnyal. Így magasabban repül, ám ilyen kormányokkal nem szabályos hajó
A foilokat a tervezők a folyadékok számítógépes műszeres vizsgálata (CFD = Computional Fluid Dynamics) segítségével modellezik. A rendszer szereti a mézszerű sűrű folyadékokat, de állandóan változó sűrűségű vízpermetet nem tud jól modellezni. Vagyis a tervezők a leggondosabb számításaik és modellezés mellett sok mindenben még mindig az érzékeikre és tapasztalataikra kell támaszkodjanak. Kitalálnak valamit, de nem lehetnek teljesen biztosak a sikerben. Ezt a pudingot muszáj enni.
Az America’s Cup hajók vagy (döglött kacsa módon) úsznak, vagy egyértelműen szárnyalnak. A fent elmondott alap-eltérés miatt viszont az IMOCA 60 ma a legkomplexebb tervezői feladat. És nem csak a szárnyak formája vagy a hajótest szerkezetének különleges terhelései miatt.
Sokféle foil, kompromisszumos megoldások, nehezen értékelhető eredmények
Az IMOCA 60-asokon látható szárnyformák nagyon eltérőek, más-más koncepciót követnek, amihez – majd meglátjuk – igazodni kell a hajótestnek is.
Példák az eltérő foil koncepciókra: balról jobbra: PRB (2022), Bureau Vallée, Water Family (2015) és DMG Mori (2019)
A sokféle eltérő megoldás eredményeként az egyes hajók bizonyos nekik kedvező körülmények fennállása esetén nagyon gyorsak, más körülmények között nem jók, olyankor ők kerülnek hátrányba. A sebesség-eltérésekben jelentkező különbségek nagyok, 4-6 csomósak is lehetnek, a hajók ideális szélszög tartománya szűk és egymástól eltérő, ami nem mellesleg meghatározza az adott versenyző számára a meteotaktikai lehetőségeit is.
A foilokat és a hajókat elsősorban a Vendée Globe-ra, a földkerülés során várhatóan domináns körülményekre tervezik. Nem olyan fontos, hogy miként szerepel a hajó egy Ocean Europe, egy Vendée Arctique vagy akár egy transzatlanti versenyen. A déli óceánokon nagyon mások lesznek a körülmények, ami nagyobb súllyal esik latba. Ez viszont azzal jár, hogy a valóban használható tapasztalatokat is főleg a földkerülőkön szűrhetik le a tervezők. Akkor láthatják, hogy amit kitaláltak, az mennyire működik az elképzeléseiknek megfelelően.
Mellesleg az értékelést még egy fontos tényező nehezíti: A Vendée Globe kőkemény szólóvitorlás terhelés, amelynek során az egyes emberi teljesítmények is ingadoznak azon túl, hogy a versenyzők képességei eltérők. De nem véletlen, amit Fa Nándor mond, hogy az igazság a déli óceánokon derül ki. Mindenesetre a tervezőknek ezzel is számolni kell kiértékeléskor. Javítja majd a helyzetüket az, hogy most már az Ocean Race-en csapattal vitorlázva IMOCA 60-asok is kerülik a Földet. Az emberi teljesítményingadozás ott kevésbé lesz tényező.
Szárnyak szélessége, formája, állásszöge
Az IMOCA 60-asok foiljai háromféle feladatot látnak el:
– vertikális emelőhatás
– oldaltcsúszás elleni támasztó hatás
– righting moment vagyis visszaálító nyomaték
Bármelyikre is nagyobb hangsúlyt fektetnek a tervezéskor, az eredmények nagyon eltérők lesznek
Ha szélesebben nyúlik ki a szárny – bár ezt most a legújabb szabálymódosítások korlátozzák – vagy olyan szögbe állított, akkor jobban emel, mintha kisebb távolságra nyúlik. Vagyis a hajó kisebb szélben emelkedik ki. A kisebb szárny viszont erősebb szélben nagyobb végsebességet tesz lehetővé. És így tovább a szempontok és megoldások a végtelenségig variálhatók.
A szárny formája, szélessége, íve, állásszöge árulkodhat arról, hogy a tervező milyen körülményekre alkotta a hajót
Az elérendő célhoz igazodik a profil formája és az egész szárny alakja. Ráadásul a tervezőnek arra is gondolnia kell, hogy a foil karbonszálerősítésű műanyag kompozit elem, tehát az erők hatására deformálódik. Márpedig erők lesznek rendesen!
A foilok állásszöge is a tervezői célokról árulkodik, hogy vajon bőszélre vagy inkább éles menetre optimalizált a szárny.
12-14 csomós szélben óceáni hullámokon bőszélben, vagyis a szélhez képest 135-138 fok feletti irányba vitorlázva nem, vagy csak alig van szükség az oldalra ható támaszerőre. Viszont a hajó orrát minél jobban ki kell emelni, távol tartani a hullámoktól. Ezt az egyenesebb (A DSS-re joban hasonlító) foil jobban segíti, aminek viszont megadja az árát a versenyző más irányú menetben.
Szerkezeti erősség
A foil minél messzebb támaszkodik a hajótesttől, annál több a visszaállító nyomatéka. Emiatt nem csak a szárny csatlakozásának kell erősebbnek lenni, vagy a hajótest konstrukciójának ott, ahol ezt a terhelést viszi, hanem a rudazatra is figyelni kell.
Az akár hirtelen nagyon megnövekvő RM érték (righting moment) a rudazat tűrőképességének a határait feszegetheti. Márpedig egyes tervezők nem restek ezt a határt megkísérteni, ha a koncepciójuk ezt kívánja. Ha egy árbóc eltörik, az nagyon gyakran nem az árbóckészítő hibája, hanem gyakran a hajón történt változtatással módosult a visszaállító nyomaték, aminek elviselésére az adott árbóc már nem alkalmas. Nem arra tervezték. Ez nem csak az IMOCA 60-asoknál létező probléma.
Ruji
A holnap megjelenő 2. részben a hajótestek formáiról, a hasas orról, a tükör stabilizáló szerepéről, a testszélességről, púpokról és letörésekről illetve a borulásból felálláshoz szükséges volument kiegészítő kabintetőről lesz szó.
Kapcsolódó cikkeink
Vitorlázás
A Fifty-Fifty elképesztő új KÉKSZALAG rekordot vitorlázott
5 óra 3 perc 56 másodperces rekordidővel az 55. Kékszalag Nagydíj győztese a Fifty-Fifty.
Vitorlázás
