Yachtforschung
Ziel
meiner Forschungsarbeiten ist es, die Optimierungschleifen beim Entwurf
einer Segelyacht so zu automatisieren, dass diese vom Computer erledigt
werden können. Damit erhält auch der Fahrtensegler, dem im Gegensatz zu
einem Regatta-Syndikat kein Millionenbudget zur Verfügung steht, die
Möglichkeit, eine Yacht für schnelle Reisen zu optimieren.
Eine Teilaufgabe in der Optimierung ist die Erzeugung eines Linienrisses für den Rumpf aus den Optimierungsparametern. Das Programm UliLines wurde für diesen Zweck geschrieben und kann hier heruntergeladen werden.
Gerne habe ich im April 2011 ein Angebot der Yacht Research Unit Kiel angenommen, den dort vorhandenen Umlauftank für die experimentelle Bestimmung der Widerstandsanteile von Rumpf und Anhängen zu nutzen. Es bestätigte sich die Erfahrung, dass ein Umlauftank Ergebnisse mit einer deutlich schlechteren Genauigkeit liefert als z.B. ein Schlepptank. Leider waren die Ergebnisse so nicht nutzbar (Report als PDF-Datei ).
Zur Formulierung der Nebenbedingungen bei der Optimierung erwies es sich auch als notwendig, für einen angenommenen Entwurf das Gewicht der Yacht abzuschätzen. Die Basis hierzu ist die Berechnung des Strukturgewichts nach den Dimensionierungsvorschriften der Klassifikationsgesellschaften. Eine erstaunliche Lücke in diesen Vorschriften betrifft die Lastannahme für die Kiel-Rumpf-Verbindung. Um für diese Konstruktionsaufgabe verlässliche Daten zu bekommen, habe ich im Sommer 2009 Falltests mit einem Yachtmodell durchgeführt. Die Ergebnisse stehen als PDF-Datei zur Verfügung und zeigen, dass bei Yachten mit geringem Ballastanteil die konventionelle Auslegung zu einer Unterdimensionierung führen kann.
Eine numerische Methode, mit der ein Yachtentwurf erfolgreich
optimiert
werden kann, sind die genetischen Algorithmen. Es wird dazu im Rechner
die evolutionäre Verbesserung eines Entwurfs über viele Generationen
hinweg simuliert. Erste Ergebnisse habe ich auf der Second High Performance Yacht
Design Conference 2006 in Auckland vorgestellt. Die
Gültigkeit des berechneten Optimums hängt
entscheidend davon ab, wie genau das Geschwindigkeitspotential einer
Yacht aus den Geometrien von Rumpf und Segel vorhergesagt werden kann.
Das Fundament zur Berechnung des Rumpfwiderstandes sind die
Forschungsarbeiten an der TU Delft. Es sind allerdings immer noch nicht
alle Einflüsse auf den Vortrieb und Widerstand einer Segelyacht
geklärt. Von großer Hilfe waren die Meßergebnisse aus dem Schlepptank für eine Dehler 33, die mir
freundlicherweise von der SVA Potsdam zur Verfügung gestellt wurden.
Der Stand meiner Arbeiten im Jahr 2012 wird hier beschrieben.
Seit Anfang 2013 sind sämtliche
Meßwerte der Schlepptankversuche an der TU Delft auf deren Web-Seite
verfügbar. Dies ist eine neue Wissensquelle von unschätzbarem Wert. Mit den Rohdaten aus den Delfter
Versuchen und mit Hilfe einer Grenzschichtberechnung für den Reibungswiderstand konnte ich eine verbesserte
Korrelation für den Wellenwiderstand entwickeln. Eine Vorbedingung dazu wird hier erläuter, theoretische Überlegungen und Ergebnisse der Regressionsanalyse stehen in diesem Report. Die Datenbasis wurde erweitert mit den Schlepptankversuchen mit dem Modell Delft-372.
UliTank ist ein Berechnungsprogramm, in das alle diese neuen
Erkenntnisse eingeflossen sind. Im Jahr 2015 wurden auf der Web-Seite
der Sailing Yacht Research Foundation Schlepptankergebnisse
aus dem Jahr 2003 veröffentlicht. Diese
Ergebnisse habe ich zur Vergrößerung der Datenbasis in der
Regressionsanalyse für die Version UliTank_3.2 genutzt. Weiterhin
berechnet UliTank_3.2 jetzt auch den Widerstand bei Krängung und Abtrift. Das
Programm kann hier heruntergeladen werden.
Der nächste Schritt ist die Modellierung der Segegelkräfte. Dazu werden die aerodynamischen Beiwerte des Segelprofils benötigt. Erste Ergebnisse werden hier dargestellt.
Der nächste Schritt ist die Modellierung der Segegelkräfte. Dazu werden die aerodynamischen Beiwerte des Segelprofils benötigt. Erste Ergebnisse werden hier dargestellt.
Eine Teilaufgabe in der Optimierung ist die Erzeugung eines Linienrisses für den Rumpf aus den Optimierungsparametern. Das Programm UliLines wurde für diesen Zweck geschrieben und kann hier heruntergeladen werden.
Gerne habe ich im April 2011 ein Angebot der Yacht Research Unit Kiel angenommen, den dort vorhandenen Umlauftank für die experimentelle Bestimmung der Widerstandsanteile von Rumpf und Anhängen zu nutzen. Es bestätigte sich die Erfahrung, dass ein Umlauftank Ergebnisse mit einer deutlich schlechteren Genauigkeit liefert als z.B. ein Schlepptank. Leider waren die Ergebnisse so nicht nutzbar (Report als PDF-Datei ).
Zur Formulierung der Nebenbedingungen bei der Optimierung erwies es sich auch als notwendig, für einen angenommenen Entwurf das Gewicht der Yacht abzuschätzen. Die Basis hierzu ist die Berechnung des Strukturgewichts nach den Dimensionierungsvorschriften der Klassifikationsgesellschaften. Eine erstaunliche Lücke in diesen Vorschriften betrifft die Lastannahme für die Kiel-Rumpf-Verbindung. Um für diese Konstruktionsaufgabe verlässliche Daten zu bekommen, habe ich im Sommer 2009 Falltests mit einem Yachtmodell durchgeführt. Die Ergebnisse stehen als PDF-Datei zur Verfügung und zeigen, dass bei Yachten mit geringem Ballastanteil die konventionelle Auslegung zu einer Unterdimensionierung führen kann.
Zuschriften erreichen mich unter "ulrich[a]remmlinger.com"
September 2021
Vorbereitung
der Falltests am Bodensee