HBM 工程服务团队参与 IMOCA’s Advens Cybersecurity 帆船项目

在上一次 Vendée全球竞赛中,HBM参与了 Advens for Cybersecurity 项目,该项目涉及在帆船上开发和安装光学应变片。

这些翼片是放置在船体下面的特殊“翼”,由一根轴(通常是进出船体的最长部分)、一个支撑面(通常是弯曲的)和一个尖端组成。吃水越深,水对其阻力越小,越能提高船速。在侧风时,翼片最有效。由于翼片只能在航行条件相对平静时使用。进一步优化帆船性,因此还需能将翼片收回到船体。

在航海比赛中使用翼片是最近的事;2016年 Vendée Globe首次使用翼片(比赛每四年举办一次)。其效率很快就被发觉—成为第四艘到达终点的船只。但是这项技术显示出一些弱点。从那以后,设计师们一直致力于对其性能和可靠性进行提升。

问题

Vendée环球帆船赛(Vendée Globe)是11月开始的一项单选手、不间断的环球帆船赛,勇敢的船长们将在没有任何帮助的情况下独立完成这项为期三个月的艰苦比赛。             

在这段时间里,他们将面临极端的天气条件、波涛汹涌的海洋(尤其是太平洋和南极海域)以及与单独航行高危险。Vendée Globe不仅是一次冒险,而且需要一艘坚固、高性能的帆船,努力达到航行极限——或是超越极限。    

解决方案

帆船上需要安装传感器,以便对船只性能进行监控。试验和测量专家HBM在这方面享有盛誉,该公司以前曾与 HBM 合作,这次采用了 HBM 光纤测量设备。  

结果

这个项目很快被敲定,并于 2019年9月下水 — 并经过了多次测试以确保可以参加比赛。尽管在比赛开始后不久就出现了一次故障(与自动驾驶千斤顶有关),迫使他们在瑟堡停留了四个小时,但最终还是第五名结束比赛,具有令人惊叹的平均速度,帆船曾在24小时内行驶了521英里。

国际帆船公开级协会(IMOCA)

国际帆船公开级协会(IMOCA)是一家公司,为 Thomas Ruyant 船长设计和建造参加 Vendée Globe 竞赛的帆船。该公司的技术总监 Laurent Bourgues 表示:“翼片已经成为最重要的元素。毫不夸张地说,这艘船是围绕着翼片建造的,而不是相反。”

“关于翼片,我们仍处于学习阶段,因为它们在不断发展,特别是在形状和尺寸方面。需要在海上对技术选择、行驶数据和效果进行验证”。

由于缺乏时间和金钱(一个翼片大约需要15万欧元),不可能在实验室对原型进行开发和测试。”我们决定在海上对翼片进行现场测试并记录数据。帮助船长了解其应用极限,我们在测试后进行分析,并将结果与其他数据相关联,如风、海况、船速等,” Laurent 补充道。

“显然,这些翼片在提高帆船性能方面发挥了重要作用。通过传感器和采集系统,船长能够在不超过极限的情况下,以最佳方式使用它们。"

选择光纤测试设备

由于高度了解测量领域的最新技术进展,今年 Thomas Ruyant 选择使用光纤应变片,因为这种应变片比传统的应变片更为坚固。复杂设备能力和可靠性方面的声誉,使 IMOCA 设计师再次联系 HBM 参与此项目。

HBM 西南欧工程部 Carola Corazza 经理与 Laurent Bourgues 一起确定了应变片的特性和在翼片上的安装方法。Carola解释说:“我们部门通常尽可能靠近客户现场工作。然而这次,我们在客户的要求下做了一个小小的例外。Thomas Ruyant Racing的总部位于Lorient,但会议需要在意大利进行,因为与在意大利的帆船部件设计师Persco Marine密切合作非常重要。”

最终选择了 FS70 裸光纤进行应变测量,并确定了翼片的四个测量点。“与客户的讨论使我们能够了解他的所有需求并提出解决方案。同一根光纤不仅可进行应变测量,也可用于温度测量。因此,我们同意对光纤进行定制,并将温度传感器集成到阵列中,“ Carola解释道。

根据客户的规格要求,所有这些测量点(布拉格光栅)被确定并沿光纤精确放布置。然后,光纤被连接到FS22 DI 光纤解调仪上,其将光学测量信号转换为可被常规采集系统使用的数字信号。最远的测量点和光纤解调仪之间的距离为5米——这与一些长度需要超过30米的光纤应用相比,是一个相对较短的距离。

与时间赛跑...

这些技术选择是在2019年第一季度确定的。当时,IMOCA Thomas Ruyant Racing已经在与时间赛跑。他想让自己的船在10月27日从Le Havre驶往巴西 Salvador de Baia。因此——出于实际原因和节省时间——翼片是在Lorient完成的,而不是像最初计划的那样在米兰完成。整个欧洲的HBM工程团队都具备专业知识,因此能轻松适应计划的变化。

因此,HBM现场服务工程师 Nicolas Visoianu 在公司的法国办事处安装了光学应变片。

该翼片由多层碳纤维技术堆叠而成,经过专门设计,可与光纤集成,外部包含凹槽。将光纤插入该凹槽是一项细致的工作,正如 Nicolas 所解释的:“由于这些纤维相对较重且难以处理,因此我将翼片固定在一个可以让我更容易工作的位置。为了获得最佳性能,需要对纤维进行精确定位,粘合时要保持高度注意力,因为这里所犯的错误无法纠正!在这一领域,HBM具备更专业的知识和技巧。能够提供μm/m 精度,并能保证具有可接受的不确定性。这是一个很难达到的专业水平。

使用的X120胶水也是专业技术水平的另一个例证——其专门为此类应变片设计,可填充凹槽直到与表面齐平,并可添加保护层,确保其能忍耐海水的侵蚀。

该项目进展顺利,并于2019年9月—— 在Transat Jacques Vabre比赛开始前八周下水。经过几次测试,它已做好参加比赛的准备。尽管启动后不久发生了一次与自动驾驶千斤顶有关的故障,迫使其在Cherbourg停留了四个小时,但Advens for Cybersecurity被证明非常有效,最终以令人钦佩的第五名结束比赛。强大的平均速度是其后来居上的制胜法宝:游艇平均速度高达22.30节,一天24小时的行驶里程高达521英里。

 

 

2021年1月28日凌晨4:42:01,Thomas Ruyant 完成了 Vendée Globe 2020 – 21,到达终点 ,排名第6。比赛用时为 80d 15h 22m 01s。

当他结束比赛时,许多竞争对手还在路上。查看结果