Mantenimento dell'altitudine – Gurit
Decollo... segno di spunta. Volo intermittente... tick. Volo costante su onde e oceani... i carichi sono quasi fuori scala. Eppure, con l'aiuto di una brillante ingegneria dei compositi, sta succedendo
Fin dalle prime immagini mozzafiato di Charal in volo di Jeremie Beyou, ci sono ora molte prove che questo spettacolo impressionante non fosse un pezzo unico per una festa. Per molti nella flotta Imoca 60, volare al largo con un 60 piedi di sette tonnellate che viaggia a oltre 20 nodi di onde mentre è in equilibrio su un gigantesco foil sottovento e una pinna contro le intemperie è ora la nuova norma. Piccola sorpresa quindi, che gli esperti di compositi
Gurit ha già dedicato più di 6,000 ore ai vari progetti Imoca 60 in cui è coinvolto dall'ultimo Vendée Globe. Raramente progettare una struttura in grado di far fronte a prestazioni così estreme è stato così importante. Gurit Composite Engineering lavora a stretto contatto con Imoca 60s da oltre 20 anni. Dal famoso Kingfisher di Ellen MacArthur, progettato in collaborazione con Humphreys Yacht Design e Owen/Clarke, l'azienda ha accumulato una notevole esperienza in questo campo che ha contribuito a sette delle otto nuove barche della flotta Vendée Globe di quest'anno utilizzando materiali Gurit, mentre 12 campagne hanno coinvolto gli ingegneri Gurit per aspetti della loro ingegneria. Delle nuove barche della flotta, Charal, Hugo Boss ed dmg mori portano la firma di Gurit Structural Engineering in collaborazione con VPLP yacht design.
Anche il tempo dedicato ai singoli progetti è aumentato.
"Rispetto al ciclo precedente, il tempo che abbiamo dedicato a questa iterazione dei progetti Vandea è aumentato di almeno il 50%", afferma Paolo Manganelli, ingegnere capo di Gurit. "Poiché i team si concentrano maggiormente sulla ricerca di un vantaggio prestazionale, trascorriamo più tempo nelle fasi iniziali del progetto in cui stiamo lavorando su diversi concetti di design e opzioni per consentire questi miglioramenti delle prestazioni".
Negli ultimi 20 anni le velocità medie in tutto il mondo sono aumentate di circa il 30%, con velocità massime aumentate di circa il 50%, mentre le strutture sono diventate più leggere. E mentre la spinta per le prestazioni continua, il raccolto attuale è in grado di eseguire un atto di equilibrio come nessun altro, sfidando le leggi della fisica e sfidando il pensiero convenzionale su cosa significhi navigare su una barca da regata.
Esempi simili altrove sono rari, a parte l'America's Cup che ha guidato la carica sventante e ha visto enormi balzi in avanti nelle prestazioni in un breve lasso di tempo. Quindi quanto la Coppa ha influenzato o informato il nuovo look Imoca anni '60?
"La Coppa ha sicuramente aiutato a sviluppare strumenti e processi di progettazione per prevedere il comportamento della barca e quindi la simulazione dei carichi", afferma Manganelli. 'È stato un grande contributo. Inoltre, grazie al lavoro svolto in Coppa, è stata migliorata anche la capacità di prevedere l'assetto di volo delle barche.
'Ma mentre ci sono somiglianze e collegamenti tra le due aree, le barche Cup tornano al molo ogni giorno e hanno barche da caccia nelle vicinanze. Un Imoca 60 potrebbe non tornare prima di un mese o più, quindi affrontiamo una serie di sfide molto diverse quando si tratta del modo in cui queste barche operano nel loro ambiente normale.'
Per Imoca 60s, sollevare la barca fuori dall'acqua è una cosa, ma gli effetti a catena sul design, l'ingegneria e la costruzione hanno visto cambiamenti significativi altrove che hanno richiesto una collaborazione molto più stretta tra progettisti, costruttori e fornitori di materiali che mai.
"L'introduzione dei foil ha modificato le condizioni di carico poiché il foil sottovento lavora con la pinna della chiglia basculante per sollevare la barca in velocità", spiega Manganelli. 'Quindi non solo dobbiamo occuparci della struttura di supporto della lamina stessa, ma ora dobbiamo considerare i carichi aggiuntivi che vengono inseriti nella struttura della barca.
"La struttura attorno alla lamina è piuttosto complessa e alcuni dei carichi di progettazione sono dello stesso ordine di grandezza di quelli che abbiamo nella chiglia. Quindi in effetti abbiamo aggiunto un momento di raddrizzamento extra producendo un'appendice che aggiunge un grande momento in più alla barca. Il risultato è che hai un secondo importante elemento strutturale da affrontare su una scala simile a quella della chiglia e tuttavia non stiamo davvero raddoppiando il peso della struttura di supporto della chiglia in queste barche. Invece, stiamo integrando la struttura di supporto della lamina nella struttura di supporto della chiglia in modo che alcuni degli elementi servano a un doppio scopo per evitare di aggiungere più massa alle barche.'
'Anche la struttura in altre parti della barca si è evoluta poiché abbiamo diverse sfide aggiuntive da affrontare. Ad esempio, nel caso in cui le lamine colpiscano qualcosa dobbiamo assicurarci che la barca non venga fatta a pezzi. Il Hugo Boss la collisione nella Transat Jacques Vabre dello scorso anno è un buon esempio in cui la barca ha subito gravi danni ma è tornata a riva.
'Per raggiungere questo obiettivo, stiamo sfruttando l'esperienza che abbiamo acquisito attraverso una serie di progetti di strutture di supporto foil per progetti che coinvolgono Maxis, Imoca 60, barche Volvo Ocean Race e altri. Quindi, è una sfida di progettazione complessa, ma non sconosciuta.'
Ma questa non è la fine del problema. Proprio come la modifica dell'erogazione di potenza in un'auto influirà su varie altre aree del cambio, dei freni, del telaio e così via, la modifica dei percorsi di carico e delle condizioni di carico influirà su quasi tutti i componenti a bordo della barca.
'Con quest'ultima generazione, la combinazione di serbatoi di zavorra, chiglia basculante e regolazione dell'inclinazione sulle lamine, c'è così tanto da modificare, imparare e regolare e così tanti parametri; è un'evoluzione costante e veloce. Se si considera la progressione delle prestazioni di Charal da quando è stata varata fino ad oggi, il miglioramento è abbastanza straordinario come lo è stato per gli altri della flotta. C'era già una certa differenza tra le prestazioni che ci si aspettava dalla barca in fase di progettazione, rispetto a quelle effettivamente fornite quando è andata in barca a vela. E poi c'è stato un altro passo avanti tra quello che stava facendo un anno e mezzo fa e quello di cui è capace adesso. La linea di fondo è che il ritmo del cambiamento è stato incredibilmente rapido e la curva di apprendimento ripida. Quindi la sfida per noi è stare al passo con quella curva. Lavorare a stretto contatto con i team è ciò che lo rende possibile.
"Con l'aumento delle prestazioni, lo slamming è un'altra area critica e mentre Corecell è diventato il materiale preferito per l'anima nella parte inferiore dello scafo, siamo stati in grado di ottimizzarne ulteriormente l'utilizzo grazie alla migliore comprensione del suo comportamento dinamico. Negli ultimi anni abbiamo acquisito informazioni estremamente preziose sulle proprietà di Corecell ad alte velocità di deformazione attraverso test approfonditi eseguiti dal nostro ufficio in Nuova Zelanda in collaborazione con l'Università di Auckland. Parte di questa conoscenza è penetrata nei nostri progetti. La stretta collaborazione con i team è fondamentale per migliorare ulteriormente la nostra comprensione delle nuove configurazioni di carico a cui sono esposte queste barche. '
Nel trattare con molti dei migliori attori mondiali, tra cui aziende come CDK Technologies e Carrington Boats, che hanno prodotto molte delle macchine offshore più estreme, insieme a aziende più giovani come Black Pepper Yachts, che ha costruito L'Occitane dall'aspetto radicale di Armel Tripon La Provenza, il responsabile tecnico delle vendite di Gurit, Yannick Le Morvan, lo vede in prima persona.
"La collaborazione è la chiave per portare avanti questi progetti", afferma. 'Il dettaglio con cui vengono costruiti i progetti moderni significa che l'intero esercizio è una collaborazione piuttosto che il precedente rapporto in cui i partner potrebbero aver semplicemente fornito materiali e/o dati. Un buon esempio di come funziona in pratica è nella costruzione di un laminato e nel modo preciso in cui vengono posate le fibre.
'Per una determinata area stiamo ora incorporando più strati più sottili e disposti in modo più preciso per ottenere le migliori proprietà strutturali. Dove in passato potremmo aver usato un 300g/m2 fibra a 0° e diciamo a 90°, ora gran parte del laminato è costituito da strati di 150 grammi disposti in più direzioni. Ciò significa che il processo di layup deve essere più accurato, il che a sua volta richiede più tempo e, in alcuni casi, richiede un approccio leggermente diverso. Anche il processo di debulking è più complicato in quanto devi far uscire l'aria da ogni strato.
'La natura più raffinata dei laminati influisce anche sui cicli di polimerizzazione che sono spesso più complessi e in cui è necessario conoscere meglio la scienza dei materiali per creare la struttura migliore.
"Con questi e altri fattori in mente è stato fantastico lavorare con le tecnologie CDK perché è questo tipo di partnership che sta aiutando a portare avanti questi progetti."
Non tutte le squadre dell'attuale ciclo Vendée Globe hanno avuto il lusso di iniziare i loro progetti da una tela bianca. Per squadre come quella di Isabelle Joschke MACSF e di Boris Herrmann Esploratore del mare (entrambi beneficiano della collaborazione tra Gurit Structural Engineering e VPLP), l'aggiornamento di un design della generazione precedente per accettare il moderno pensiero del foglio ha richiesto un approccio leggermente diverso in alcuni punti. Queste barche non sono state originariamente progettate con l'attuale livello di foiling in mente, rendendo più difficile includere una struttura sufficiente per accogliere i nuovi carichi dei foil senza aumentare il peso totale.
"In questi casi, oltre a fornire una struttura di supporto sufficiente per le lamine, devi anche assicurarti di non rompere la struttura esistente in altre parti della barca", afferma Manganelli. 'In primo luogo è necessario aggirare un layout che non era stato realmente ottimizzato per quella dimensione e posizione della lamina e inoltre è necessario tenere conto dei carichi crescenti che vengono trasferiti altrove. Inoltre, man mano che le barche vanno più veloci, sbatteranno più forte e così tante barche della generazione precedente hanno finito per rinforzare i loro gusci dello scafo a seguito del montaggio di nuove lamine.'
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Questo articolo è stato originariamente pubblicato su Seahorse Magazine ed è gentilmente riprodotto con il loro permesso. Per controllare il loro archivio di articoli gratuiti, visita https://seahorsemagazine.com/archive/2020-archives
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