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Seahorse Magazine Sail Design Technical Brief

SeepferdchenTechBrief2022

Das Seahorse Magazine ist bekannt für seine Berichterstattung über High-End-Segelregatten und enthält häufig Artikel, die sich auf die verschiedenen Technologien konzentrieren, die die Spitzenleistungen unseres Sports unterstützen. Kürzlich arbeiteten die Redakteure von Seahorse mit UK Sailmakers an einem gerade veröffentlichten Artikel, der einige der neuesten Technologien hinter den neuesten und innovativsten Segeln von heute und die Fähigkeit von UK, diese Werkzeuge zum Nutzen der Segler einzusetzen, erklärt.

Wie in dem Artikel erklärt wird, kommt es beim Entwerfen und Herstellen von Segeln nicht nur darauf an, Hightech-Designwerkzeuge zur Verfügung zu haben, sondern auch zu wissen, wie man sie einsetzt. Eines der wichtigsten Werkzeuge, und eines, das eine kuratierte Mischung aus technologischem Können und Segelmacherkunst erfordert, ist SailPack FSI von BSG. Laut Laurent Guillaume, Software Development Manager bei BSG, ist Pat Considine, Lead Designer bei UK Sailmakers, "einer der wenigen, die wirklich wissen, wie man das FSI-Produkt zum Singen bringt!"

Pat Considine, der Chefdesigner von UK Sailmakers, verfügt über Fähigkeiten und Fertigkeiten im Umgang mit modernster Segeldesignsoftware auf Weltklasseniveau. Es gibt viele Dinge im Leben, die Sie vielleicht beherrschen... aber können Sie sie auch auf Weltklasse-Niveau ausführen? Sicher, Sie wissen, wie man Auto fährt, aber können Sie auch ein Formel-1-Rennen gewinnen? Sie wissen, wie die Figuren auf einem Backgammon-Brett bewegt werden, aber können Sie einen Backgammon-Meister schlagen? Sie wissen, wie man segelt, aber können Sie eine Meisterschaft im Mottensegeln gewinnen?

Sicher, Ihr Segelmacher weiß vielleicht, wie man einen Computer benutzt, um ein Segel zu entwerfen, aber weiß Ihr Segelmacher auch, wie man diese Design-Software so leistungsfähig macht, dass man ein F-1-Rennen gewinnt, seinen Lebensunterhalt mit Backgammonspielen verdient oder Weltmeister im Foiling Moth wird? Wahrscheinlich nicht.

Considine arbeitet seit 30 Jahren für UK Sailmakers und leitet deren Loft in Chicago. In den letzten zehn Jahren hat seine Designarbeit seine intuitive Kunstfertigkeit als traditionell ausgebildeter Segelmacher mit den führenden Softwareanwendungen von BSG Developments für das Segeldesign kombiniert.

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Das Segeldesign für ein Santa Cruz 50's light No1 zusammen mit einem Foto des fliegenden Segels - die beiden sind praktisch identisch.

BSG Developments ist der führende Anbieter von Segeldesignsoftware und bietet eine Reihe von verwandten Produkten an. Das vielleicht am meisten genutzte Produkt ist SailPack, die Kerndesignsoftware, die es dem Segelmacher ermöglicht, eine "Form" zu konfigurieren, auf der die Segeltafel-Layouts "befestigt" werden, wonach Verstärkungen und andere Veredelungen hinzugefügt werden. Die Ausgabe von SailPack ist ein dreidimensionales Modell des Bootes und seines Segelplans, das aus jeder Perspektive betrachtet werden kann. Dies ermöglicht es dem Segelmacher - und dem Kunden - das Segel zu visualisieren, bevor die erste Platte geschnitten wird. Beim Laden der SailPack-Daten wird eine breite Palette von Datenpunkten eingegeben, die vom verwendeten Segeltuch über Mast-/Spreader-/Wanten-Spezifikationen für ein optimiertes Rigg-Setup bis hin zu Fadenwegen, Deckslayouts, die angeben, wo die Segel auf den Rumpf getrimmt werden, Latten-Spezifikationen und Rumpf-/Ballast-Eigenschaften reichen.

DacronVergleiche
ÜberDie blaue Linie zeigt die Querschnittsform des hochwertigen Dacron-Segels, die rote Linie ist das preiswerte Tuch. Die Daten zeigen, dass sich das preiswerte Dacron-Segel um bis zu einem Drittel mehr dehnt. Dies ist aus den beiden Querschnittsdiagrammen ersichtlich. Der Plot zeigt nur die Form des billigen Dacron und der untere Plot zeigt, dass der Tiefgang weiter vorne bleibt und nicht so tief wird. Zum Vergrößern auf die Bilder klicken.

SailPack ist eine ausgezeichnete Plattform für primäre Segelbeurteilungen, aber wenn der Konstrukteur das Leistungsniveau weiter sicherstellen will, ist eine Fluid Structure Interaction (FSI) erforderlich. Das SailPack FSI von BSG wurde in Zusammenarbeit mit K-Epsilon entwickelt. Dies ist die fortschrittlichste und genaueste Lösung von BSG für FSI-Berechnungen, die weit über das hinausgeht, was das SailPack-Kernprodukt liefert.

Im Idealfall beginnt die SailPack- und eventuelle FSI-Modellierung von UK mit dem Import der 3D-Kompositbilder des Bootskonstrukteurs, einschließlich der Takelage, der Systeme und der nautischen Spezifikationen, die bei der Entwicklung der Yacht berücksichtigt wurden. Manchmal geben die Konstrukteure diese Dateien nur ungern aus der Hand, so dass das Vereinigte Königreich das Boots-/Riggmodell selbst anhand des Segelplans und der Linienzeichnung des Riggs erstellen muss. Dann müssen sie alles definieren, was sie untersuchen wollen, einschließlich der Eigenschaften des Mastes, damit wir wissen, was zu erwarten ist, wenn wir bei verschiedenen Windstärken mehr Achterstag setzen. Sie definieren dann den Winkel der Salinge, die Zusammensetzung der Wanten, die Art der verwendeten Latten usw. Auch Geschwindigkeitspolare und Winkel kommen ins Spiel. Sie geben auch an, wo sich die Fockschienen, die Einholer und die Traveller befinden.

Das SailPack-Design beginnt mit einer Standard-Segelkonfiguration. UK Sailmakers erstellt die "Designform" des Segels im Gegensatz zur "Flugform" des Segels - beim Fliegen kann ein Segel in einer unendlichen Anzahl von Kombinationen getrimmt werden, die der Designer nicht immer vorhersehen kann. Trimm, Vorliek, Einholer, Fallspannung sind alles Variablen. Ausgehend von der Entwurfsform können Anpassungen vorgenommen werden, um verschiedene Flugformen mit FSI anzunähern. Ein Beispiel für fehlerhafte Logik ist, dass viele Leute versucht haben, ein Segel so zu entwerfen, dass es sich um die Salinge dreht, dies aber in der Flugform nie erreichen können.

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Den Kunden helfen, informierte Entscheidungen zu treffen

Ein weiteres Beispiel dafür, wie FSI dazu beitragen kann, den Kauf von Segeln zu verbessern, war ein Kunde, der nicht davon überzeugt war, dass er für Dacron-Segel in Premium-Qualität im Vergleich zu Segeln aus preiswerterem, minderwertigem Dacron zahlen sollte. Diese Bilder vergleichen Focks auf einem typischen 36-Fuß-Schiff mit exakt denselben Konstruktionsmerkmalen (Paneeldesigns, Verstärkungen und Verarbeitungen), wobei der einzige Unterschied in der Qualität des verwendeten Dacron-Segelstoffs besteht.

Es ist allgemein bekannt, dass sich ein Dacron-Segel ab dem ersten Setzen dehnt, aber wie stark? Auf diesen Fotos ist der Tiefgang des Segels mit minderwertigem Dacron durch die rote Linie dargestellt; der Tiefgang des Qualitäts-Dacron-Segels ist durch die blaue Linie gekennzeichnet. Die graue Linie ist der Tiefgang des Segels. Wie Sie sehen, begann sich das Segel nach dem Setzen zu dehnen, wie es bei Dacron der Fall ist, aber beachten Sie den beträchtlichen Unterschied (+X%) in der Dehnung, der durch die rote Linie angezeigt wird, wenn sich das Achterliek öffnet und der Tiefgang nach hinten geht. Ja, auch die blaue Linie bewegt sich etwas, aber bei weitem nicht so stark wie die Formveränderung. Nachdem er diese Demonstration gesehen hatte, haben dieser britische Kunde und zahlreiche andere seitdem vertrauensvoll Dacron-Segel bestellt, die mit einem überlegenen Segeltuch hergestellt werden, weil sie wissen, dass das Segel, das sie kaufen, eine viel längere Lebensdauer haben wird.

Die FSI-Modellierung beginnt mit den detaillierten Daten, die ursprünglich für SailPack eingegeben wurden: Modelle von Segeln und Riggs, mechanische Eigenschaften, Trimmbedingungen für das Rigg und Navigationsparameter (Wind, Bootsgeschwindigkeit und -lage, usw.). Die meisten Bootstypen können mit FSI modelliert werden, von Einrumpfbooten bis zu Mehrrumpfbooten, von Schaluppen bis zu Ketschen, von Booten mit rotierenden Masten bis zu Booten mit Deflektoren, von Barber-Haulern bis zu Inhaulern usw. Die Lasten auf jedes Bauteil werden in der Modellierung berechnet, was sehr präzise Darstellungen ermöglicht, die unter anderem Aufschluss über die optimale Form des Segelentwurfs, die Zuordnung der Lastverformung und die Auswahl des Segelmaterials geben.

UK Sailmakers International, mit seinem weltweiten Netz von über 50 Lofts und Servicezentren, ist ein intensiver Nutzer der FSI-Software von BSG. Viele Segelmacher nutzen unser SailPack-Programm sehr effektiv", sagt Laurent Guillaume, Software-Entwicklungsmanager bei BSG, "aber der Chefdesigner von UK, Pat Considine, ist einer der wenigen, die wirklich wissen, wie man unser FSI-Produkt zum Klingen bringt. Ich habe viele der Analysen gesehen, die er im Laufe der Jahre durchgeführt hat, und es ist wirklich beeindruckend zu sehen, wie er die Kunst des Segelmachens mit der heutigen Segelmachertechnologie verbindet.

Considine nutzt FSI seit 12 Jahren, um das Designteam von UK Sailmakers zu leiten, und hat unzählige Analysen für Kunden in aller Welt durchgeführt. Das Schöne an FSI ist, dass es dem Designer erlaubt, über die "entworfene Form" hinauszugehen und die "fliegende Form" eines Segels zu sehen. Der Unterschied besteht darin, dass unabhängig vom Segeldesign die fliegende Form durch die Kombination aller Trimmvariablen bestimmt wird (Fallspannung, Schotposition und -dichte, Inhauling, Mastneigung, Vorstagdurchhang usw.)", sagt Considine. Es ist praktisch unmöglich, die optimale Form des Designers während der Fahrt zu erreichen. Mit FSI kann ich jedoch mit all diesen Variablen spielen und eine fliegende Form auf meinem Computerbildschirm nachbilden. Ich kann dann rückwärts arbeiten und die Erkenntnisse aus der modellierten Flugform auf meinen Entwurf anwenden. Diese Fähigkeit, ein Designkonzept auf die Realität auf dem Wasser zu übertragen, ist ein dramatischer Fortschritt für die Segelmacherei.

Der Präsident von UK Sailmaker, John Bennett, beschreibt eine der beiden Hauptarten von Analysen, die das Unternehmen mit FSI durchführt: "Das erste, was wir von FSI erwarten, ist die Optimierung von Segeldesign und -form. Dieses erste Bild ist eine Belastungskarte, die die kritischen Belastungspfade des Segels grafisch darstellt und alle Arten von Belastungen von einzelnen Garnbündeln über Latten bis hin zur Riggspannung berechnet. Bei diesem Test haben wir unter anderem festgestellt, dass die Belastung bei einem Rahtop-Großsegel hauptsächlich im Vorliek liegt, während sie bei einem traditionellen Großsegel im Achterliek konzentriert ist. Dies gab uns wichtige neue Erkenntnisse darüber, wie ein Großsegel mit quadratischem Top zu trimmen ist... und diese Informationen geben wir an alle Kunden weiter.

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Geoff Bishop von UK Fremantle fügt hinzu: "Sobald wir das Segeldesign in FSI optimiert haben, können wir die Segel "trimmen" und beurteilen, wie sich jede unserer Anpassungen auf Geschwindigkeit und Höhe auswirkt. Pat führte eine FSI-Analyse für einen neuen Segelsatz durch, den ich für einen Kunden anfertigte, der ihn im Mittelmeer haben wollte. Wir konnten ihm einen Plan für das Setzen der Segel bei verschiedenen Windstärken (6, 10, 15, 20+) geben, einschließlich detaillierter Richtlinien für die Mastbiegung, den Vorstagdurchhang, die Fockwagen-/Travellerpositionen, die Einstellung des Achterholers und mehr. Als er die Segel zum ersten Mal setzte, wusste er genau, wie er das Boot aufstellen musste, und segelte davon, nachdem er von unserem ausführlichen Blick auf die fliegende Form für die Segel profitiert hatte, die wir mit FSI erstellt hatten. Ich freue mich, sagen zu können, dass dieser Kunde von diesen Richtlinien ... und den Segeln begeistert war.

Es sei darauf hingewiesen, dass UK Sailmakers die FSI-Technologie in einer Weise eingesetzt hat, die sich positiv auf Kunden auswirkt, die keine hochpreisigen Segel kaufen oder für FSI-Input für ihre neuen Segel bezahlen wollen. Ein Beispiel dafür ist Considines Arbeit mit der in Chicago ansässigen Tartan-Ten-Flotte. Die Tartan-Ten ist ein 33-Fuß-Onedesign von 1978 mit einem 7/8-Fractional-Rigg und einer nicht überlappenden Fock. Die in Chicago beliebte Klasse hatte eine Fock, die alle Rennen gewann, aber nicht so hoch wie gewünscht ausschlagen konnte. Die Spezifikationen der ursprünglichen Fock wurden in SailPack FSI eingegeben, und es wurde eine Basisbeurteilung unter Verwendung weithin akzeptierter inhallierter Einstellungen vorgenommen. UK Sailmakers entwarf daraufhin eine Reihe neuer Tartan-Ten-Focks, die jeweils die gleiche Geschwindigkeit wie die aktuelle Fock haben sollten, aber höher spitz zulaufen sollten. Der Schlüssel dazu war, dass die Einstellungen des Achterlieks für die alte Fock und die neuen Prototypen bewertet wurden. Durch die Veränderung des Achterlieks-Twists im Segel wurde eine neue Fock entwickelt, die sowohl die Geschwindigkeits- als auch die Höhenziele erfüllte. Diese neue UK-Fock hat die Tartan-Ten-Flotte in Chicago revolutioniert, und die Vorteile dieser "Twist"-Logik sind seither auf alle One-Design- und nicht-überlappenden Fockdesigns von UK Sailmaker übergesprungen... und bringen allen Kunden die Vorteile von FSI.

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In dieser Studie für eine MAT 1180 führt das Einholen der Fock zu einem leichten Anstieg des Auftriebskoeffizienten. Obwohl der Widerstand zunimmt, segelt das Boot bei leichtem bis mittlerem Wind mit eingezogener Fock schneller.
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In der 16-Knoten-Ansicht wird die Läuferspannung erhöht, was die Mastbiegung verstärkt, das Großsegel abflacht, den Twist erhöht und es depowert. Die Fock wird depowert, indem der Fockwagen nach achtern geschoben wird, was den Twist im Segel erhöht.

Wichtig ist, dass der Einsatz von FSI im Vereinigten Königreich keine empirische Übung ist, bei der der Designer, sobald der Entwurf fertig ist, zum nächsten Projekt übergeht. Ganz bestimmt nicht! Vielmehr fließen genauso viele Informationen an Considine und sein Designteam zurück wie nach unten. Die britischen Segelmacher berichten über die realen, auf dem Wasser erzielten Leistungsergebnisse der von FSI produzierten Segeln. Hier fließt die Kunst in die Technologie ein, sowohl vorher als auch nachher.

Considine erklärt, dass man beim Ändern der FSI-Modelleingaben nicht sehen kann, wie sich die Form des Segels in Echtzeit verändert. Die winzigen Verschiebungen in den Leistungsdaten, wenn Lasten ihre Position ändern, Vorsegel und Trimm angepasst werden und sich die Bedingungen ändern, können nur anhand der Daten erkannt werden... das macht diesen Teil des Prozesses mehr zu einer Technologie als zu einer Kunst. Schauen Sie sich die Datenpunkte in diesen Exponaten an, und Sie werden ein Gefühl dafür bekommen, wie präzise und subtil die Verbesserungen von FSI projiziert werden. Subtile Veränderungen in der Position, in der der JPK-Besitzer die Vorsegel für seine neuen Segel gesetzt hat, subtile Veränderungen in der Form und im Trimm der heutigen siegreichen Tartan-Ten-Focks, subtile Veränderungen in den Eigenschaften der Materialien, die zum Bau eines Segels verwendet werden. Hier ist die Technologie gefragt, um diese oft nicht wahrnehmbaren Unterschiede zu erkennen und zu bewerten", sagt er.

Ohne diese Technologie hätten wir nicht die Segel, die wir heute haben. Aber ohne die Kunstfertigkeit eines Segelmachers, der die ursprünglichen Designkonzepte erstellt, würde die Technologie allein nicht ausreichen. Deshalb braucht es Menschen wie Pat Considine von UK Sailmakers, Barry Hayes, Stuart Dahlgren, Pedro Gianotti und andere, um die heute notwendige Mischung aus Kunst und Wissenschaft zu schaffen.

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