Vendée Globe: Mi a DSS?

Az aktuális Vendée Globe-on november 6-án elindult 29 darab IMOCA60-as között a "hagyományos" építésűek mellett rajthoz állt nyolc darab különleges támaszuszonyokkal (DSS) is ellátott új konstrukciójú hajó. Ezek közül egy hátul kullog (Pieter Heerema), három kiesett (Bertrand De Broc, Morgan Lagravière, Sébastien Josse), egynek letört az egyik uszonya (Alex Thomson), de küzd tovább és három még ép (Armel Le Cléec'h, Jérémie Beyou és Jean-Pierre Dick). A versenyben féltávnál az első, második, negyedik és hatodik (illetve Heerema 19.) helyen vitorláztak, bizonyítva azt, hogy ezekben a hajókban rendkívüli sebességpotenciál rejlik. Elsősorban természetesen a DSS-uszonyoknak köszönhetően.

A megmaradtak az élmezőnyben vágtatnak, és amikor a szél húszcsomósnál erősebb, akkor egyértelműen sokkal gyorsabbak a hagyományos hajóknál. Ráadásul ezeket az élen vitorlázó hajókat a leggyakorlottab, legprofibb, és legerősebb financiális háttérrel versenyző hajósok viszik.

De mi is az a DSS?

Erről írt egy cikket Szoják Balázs vitorlázó, az MVSz volt főtitkára, amelyben összefoglalja a DSS, a Dynamic Stability System lényegét és hatásait:


Bajszos hajók a Föld körül

Hetedik hete szeli a hullámokat a Vendée Globe idei mezőnye, köztük Fa Nándor a Spirit of Hungary fedélzetén. Az idén november elején elrajtolt földkerülő, az IMOCA 60-asok kifejezetten izgalmas csatája, melyre fokozott figyelemmel tekint a vitorlás társadalom. Az amúgy is rendkívüli megmérettetést és kihívást eddigi története alatt is a számtalan dráma és teljesítmény tette különleges legendává, melyet idén a technikai újítások tovább fokoznak. Számtalan kérdés és bizonytalanság kering a legnagyobb hangsúllyal először ezen a versenyen, a mezőny egy részénél megjelenő technikai újítás, a támasz szárnyak (bajszok) vonatkozásában. Talán érdeklődésre tart számot ezeknek a technikai elemeknek a működésének és hatásának mélyebb ismerete. Ahhoz, hogy jobban megértsük ezeknek a fejlesztéseknek (Dynamic Stability System) a célját, érdemes kicsit messzebbről indulni a magyarázattal.

A mai kor modern versenyvitorlásainak teljesítménye és hatásfoka mögött rendkívül összetett erőrendszer és technológia áll. Ha leegyszerűsítjük a hajóra (vitorlákra) ható erőrendszert, beszélhetünk a szél hatásából egy eredő felhajtó erőről, aminek a kedvező (hajótengelyre eső) vektor összetevője hajtja a hajót. Ez az erő lényegileg az árbocban ébred és főleg azon, ill. az álló és mozgó kötélzeten keresztül adódik át a hajótestre.

Mivel ezeknél a hajóknál a vitorla profilok és típusok rendkívül kifinomult struktúrája és kialakításai már jóval kevesebb fejlesztési potenciált hordoznak, könnyű megérteni, hogy a tervezők és fejlesztők a hatásfok növelése érdekében, a „fékező erők” csökkentésével is keresik a további kitörési pontokat. Ezért lehet döntő, hogy az előbb említett „hasznos” tolóerő mellett milyen kedvezőtlen hatása van a vitorlákra és hajótestre ható erőknek, melyek jelentősen befolyásolhatják a teljesítményt.

Fontos, hogy a mindenkori eredő (hajtó) erő vektor, nem a hajótestnél, hanem (árboc magasságtól függően) lényegileg az össz. vitorlázat felületi középpontjának magasságában hat. Ebből adódóan a hasznos tolóerő mellett, több a teljesítmény szempontjából kedvezőtlen hatás keletkezik. Ilyen az a döntő erő (forgatónyomaték) is, mely a vitorlás hajó megszokott megdőlését eredményezi. Ha eltekintünk attól a veszteségtől, ami a dőlés eredményeként némiképp lecsökkent függőleges síkra vetített vitorla felületet, vagy a megdöntött vitorla profiloknak az ideálistól eltérő pozícióját jelenti, a dőlésből eredően egy jelentős hátrányos hatást kell vizsgálnunk.

Mivel a hajót mozgató eredő tolóerő, az árboc mentén jóval a hajótest fölött hat, az árboc dőlésének következtében az erő támadási pontja is kimozdul a hajó tengelyének függőleges síkjából. Ennek következtében ébred az a vízszintes síkú, intenzív forgatónyomaték, melynek az erő karja azonos a dőlés során kialakult említett külpontossággal. (Ez az a hatás, aminek eredményeképpen egy jól beállított hajó, átlagos körülmények között egészségesen „luvgirig”, azaz szél felé forduló hajlamú.)

A szél (dőlés) növekedésével ez a forgatónyomaték rendkívül módon megnőhet, ami amellett, hogy szélsőséges esetben a hajó kitörését („fetrengését”) is okozhatja, a folyamatos kompenzálás (ellenkormányzás, ráengedés) miatt folyamatos teljesítmény veszteséget jelenthet.

Főleg ezért döntő jelentőségű minden versenyen, de a hosszú távú versenyeken különösen, minden eszközzel a „hajó állítása”, azaz a függőleges (ideális) helyzethez való közelítése. A hajó „visszaállító nyomatékát” az esetleges élő súly (kiülés) mellett a hajó súlyából adódó nyomaték, a víz alá került test felhajtóerejéből származó nyomaték, valamint a hajó alatt elhelyezett tőkesúly nyomatéka biztosítja elsődlegesen. Egyes hajókon a hajó súlyából adódó nyomatékot vízballaszttal is növelik.

Itt elérkeztünk ahhoz a technikai újításhoz, melyet már ismerünk, most mégis érdemes róla a téma kapcsán szót váltani. Az idei Vendée Globe mezőnyének egy részénél a DSS kialakítása, dönthető tőkesúllyal van kombinálva. Ennek célja pont az előzőekben leírt kedvezőtlen döntő hatás csökkentése. Bizonyos szélerősséget elérve (20-25 csomó), a tőkesúlynak (3-4t) a dőlés irányával ellentétes irányba történő hidraulikus kibillentésével a hajótengelyhez viszonyított erőkar megnövekszik, így a „visszaállító nyomaték” is nő. Ezzel a hajó dőlésén ilyen körülmények között jelentékenynek számító korrekciót (5 fok) lehet elérni. A tőkesúly kimozdításával, az azt hordozó, a hajót megvezető penge (kiellemez) is kimozdul, melynek előnytelen hatását kompenzálja ki a dupla uszonyok (kormánylapok) pozíciója és az új támasz uszony geometriai kialakítása is. (Lásd 1. ábra)

A kiélezett körülményekre, vagy kiemelkedő teljesítményre tervezett hajóknál, mint az IMOCA 60 is, merült fel, hogy olyan szélerősségnél, ahol már a visszaállító nyomatékok (dönthető tőkesúly) hatása kevés, növelheti a teljesítményt, ha a hajót külső megtámasztással stabilizálják.

Ez a gondolatmenet vezetett a DSS foil (Dynamic Stability System) kialakításához, melyet az IMOCA 60 hajók szabályzata is megenged. Az újítás egy a hajó mindkét oldalán kialakított mozgatható dinamikus támasz uszonypár (bajusz), mely a profilja folytán keletkező felhajtó erő segítségével fejt ki hasznos nyomatékot. Az uszony mozgatásával pozícionálható az ideális helyzetbe, vagy húzható vissza.(Lásd 2. ábra)

A támasz uszonyok kialakítása rendkívüli módon hasonlít a legmodernebb repülőgép szárnyvégek (blended wingled) kialakításához, ahol a felhajtó erő többlettel elsődlegesen az üzemanyag megtakarítás a cél. (Lásd 3. ábra)

A sok helyen használt, és vitorlás rohanó gépeken is alkalmazott szárnyakkal (hydrofoil) ellentétben a most megjelenő támasz szárnyak (bajszok) elsődlegesen nem a teljes hajó kiemelését, hanem a megtámasztását, a fentiekben leírt stabilizálását célozzák. A bajuszok méretezése alapján, a bennük ébredő felhajtó erő az IMOCA60 osztály esetén 2-2,5 tonnának felel meg, így könnyű belátni, hogy a teljes hajó megemelésére (7-8t) nem is alkalmasak. Ezek az elemek persze a felhajtó erejüknél fogva ki is emelik a hajót, ami szintén előnyös, hiszen csökkentik ezzel a nedvesített felületet, a közegellenállást és segítik a test megsiklását.

Érdekes még, hogy a mai hajóépítésben a régebbi szerkesztési elvekhez képest jelentős változás, hogy bizonyos körülmények között nem feltétlenül a hullámok vétele a cél, hanem azok „áttörése”. Ez a többtestű hajóknál és az IMOCA 60 osztálynál is már megfigyelhető. Ez ugyan a hajó legénységének többlet nehézséget jelenthet (fedélzetet rendszeresen átmosó víztömeg), viszont erős hullámzásnál jelentős energia megtakarítás, és hajtóerő stabilizálás (a hajó és ezzel a vitorlázat nem billeg előre-hátra, nem törik össze folyton a légáramlás a vitorlán, így egyenletesen nagyobb a hajtóerő - szerk.) Ez a dinamika hajóvezetésben is némi változást jelent, hiszen az úszó test karakterisztikáját egy külpontos támaszerő módosítja.

Hogy hogyan válnak be az újítások a Vendeé Globe versenyen nem tudni. Ami már látszik, hogy a DSS-el vitorlázó hajók (hét egység a huszonkilenc indulóból) többsége karakteresen nagyobb sebességpotenciállal rendelkeznek, és ez igaznak tűnik a nehezebb vizeken is. De a változó körülmények hozhatnak meglepetést. Tény, hogy az új technológia nagyobb hiba és sérülési kockázatot is hordoz. A verseny egyik legnagyobb favoritja Alex Thomson (Boss) is elvesztette egyik támasz uszonyát egy ismeretlen tárggyal való ütközés következtében, mely a vezető pozíciójába is került az elmúlt napokban. (Lásd 4. kép

Az idei (eddig legnagyobb) mezőny hajói különböző időszakokban épültek, némiképp más felfogással, így jelentős részük (Fa Nándor is) DSS nélkül versenyzik. Ezeknél az egységeknél a permanens szélsőséges teljesítmény helyett talán a rutin és a nagyobb biztonság jelenthet döntő potenciált és esélyt. Ezt támasztja alá, hogy ugyan elképesztő távolságokat látva, de a jelenleg első tíz helyen versenyző egység fele támasz uszonyok nélkül hajt.

2016. 12. 4.

Szoják Balázs


Csatolt képek: