Das HBK Engineering Service-Team steigt in das IMOCA-Projekt Advens for Cybersecurity ein

Während des letzten Vendée Globe-Rennens war HBK am Projekt Advens for Cybersecurity beteiligt, das die Entwicklung und Installation optischer Dehnungsmessstreifen an den Tragflächen eines Bootes umfasste.
Diese Foils sind spezielle "Flügel", die unter dem Schiffsrumpf platziert sind und aus einem Schaft (dem längsten, typischerweise geraden Teil, der in den Rumpf hinein und aus ihm heraus geht), einer Lagerebene (normalerweise gekrümmt) und einer Spitze (einem geraden, vertikalen Teil) bestehen. Wenn das Boot an Geschwindigkeit gewinnt, ruht der Rumpf auf dem unteren Teil der Foils, wodurch er angehoben wird, sodass er weniger Wasserwiderstand aufweist und sich die Geschwindigkeit erhöht. Die Foils sind am effektivsten beim Segeln auf Halbwindkurs (Seitenwind) und können nur bei relativ ruhigen Bedingungen verwendet werden. Abhängig von diesen verschiedenen Faktoren - und um die Leistung des Bootes weiter zu optimieren - gibt es auch einen Mechanismus, mit dem die Foils in den Rumpf eingezogen werden können.

Die Verwendung von Foils im Offshore-Rennsport ist neu; sie wurden erstmals bei der Vendée Globe 2016 eingesetzt (das Rennen findet alle vier Jahre statt). Ihre Wirksamkeit wurde schnell ersichtlich - die ersten vier Boote, die ins Ziel einliefen, waren damit ausgestattet -, die Technik zeigte jedoch einige Schwächen. Seitdem haben die Konstrukteure daran gearbeitet, sowohl die Leistung als auch die Zuverlässigkeit zu verbessern.

Problem

Die Vendée Globe - eine Nonstop-Regatta für Einhandsegler rund um den Globus, die im November beginnt - hat dank der mutigen Skipper, die den anstrengenden dreimonatigen Kurs ohne jegliche Unterstützung bewältigen werden, weit über die Welt des Segelns hinaus Aufmerksamkeit erregt.
Während dieser Zeit sind sie extremen Wetterbedingungen, rauer See (insbesondere im Pazifik und im Südpolarmeer) und den ständigen Gefahren des Solosegelns ausgesetzt. Die Vendée Globe nicht nur ein Abenteuer als solches, sondern ein Unterfangen, das robuste Hochleistungsboote erfordert, die es schaffen, ständig an ihre Grenzen zu gehen - und manchmal auch darüber hinaus.

Lösung

Die Yachten, die für diesen Wettbewerb Aufstellung nehmen, stecken voller High-Tech-Ausrüstung, einschließlich Sensoren, die zur Überwachung der Leistung eines Bootes von entscheidender Bedeutung sind. Der Test- und Messtechnikexperte HBK, bekannt für die Herstellung von High-End-Sensoren und Messdatenerfassungssystemen, die extremen Umgebungsbedingungen standhalten, wurde um Unterstützung bei der Ausrüstung der Boote mit optischen Dehnungsmessstreifen gebeten.

Ergebnisse

Dieses Projekt wurde schnell abgeschlossen und ermöglichte den Start des Bootes im September 2019 - acht Wochen vor dem Start der Regatta Transat Jacques Vabre. Nach ein paar Tests nahm es Aufstellung für das Rennen. Trotz eines Ausfalls - aufgrund eines Schadens am Autopiloten - kurz nach dem Start, der einen vierstündigen Pit-Stopp in Cherbourg erforderlich machte, erwies sich Advens for Cybersecurity als sehr effizient und belegte einen bewundernswerten fünften Platz. Diese Aufholjagd war aufgrund starker Durchschnittsgeschwindigkeiten möglich; allein an einem Tag legte die Yacht in 24 Stunden 521 Meilen bei einer Durchschnittsgeschwindigkeit von 22,30 Knoten zurück.

Die IMOCA (International Monohull Open Class Association)

Die IMOCA (International Monohull Open Class Association) ist die Vereinigung, die für die Entwicklung und Vorbereitung der IMOCA Advens for Cybersecurity für die letzte Vendée Globe verantwortlich zeichnete, mit Thomas Ruyant als Skipper.
Ihr technischer Direktor, Laurent Bourgues, sagt: "Foils sind zu einem wesentlichen Leistungselement geworden. Heute kann man ohne zu übertreiben sagen, dass das Boot eher um die Foils herum gebaut wird als umgekehrt. “
"Hinsichtlich der Foils befinden wir uns noch in einer Lernphase, da sie sich ständig weiterentwickeln, insbesondere in Form und Abmessungen. Die Validierung der technischen Entscheidungen, der Konstruktionsdaten und des Verhaltens, wenn sie an ihre Grenzen stoßen, wird auf See durchgeführt", fährt Laurent fort.
Aus Zeit- und Geldgründen (ein einzelner Tragflügel kostet ca. 150.000 Euro) ist es nicht möglich, Prototypen im Labor zu entwickeln und zu testen. "Aus diesen Gründen haben wir uns entschlossen, die Foils mit Messinstrumenten zu bestücken und die Messdaten aufzuzeichnen. Dies hilft dem Skipper sicherzustellen, dass das Boot nicht über seine Grenzen geht, und wir können anschließend eine Analyse durchführen, bei der die Ergebnisse mit anderen Daten wie Wind, Bedingungen auf See, Bootsgeschwindigkeit usw. korreliert werden", fügt Laurent hinzu.

"Die Foils spielten offensichtlich eine wichtige Rolle beim Erreichen dieser Leistung. Dank der Sensoren und des Erfassungssystems konnte der Skipper sie optimal einsetzen, ohne über die Grenzen hinaus zu gehen", erklärt Laurent Bourgues.

Die Wahl der optischen Faser

Die diesjährigen Thomas Ruyant Racing-Teams der IMOCA sind sich der neuesten technologischen Fortschritte auf dem Gebiet der Messung bewusst und haben sich für einen faseroptischen Dehnungsmessstreifen entschieden, der robuster als herkömmliche Dehnungsmessstreifen ist.
Mit seinem Ruf für Zuverlässigkeit und Kompetenz bei komplexen Geräten, bat der IMOCA-Konstrukteur HBK erneut um Unterstützung bei dem Projekt.
Die von Carola Corazza geleitete Konstruktionsabteilung für Südwesteuropa von HBK arbeitete bei der Definition der Eigenschaften der DMS sowie der Art der Installation auf dem Foil mit Laurent Bourgues zusammen. "Meine Abteilung arbeitet normalerweise so nah wie möglich am Standort des Kunden. In diesem Fall haben wir jedoch auf Kundenwunsch eine kleine Ausnahme gemacht. Thomas Ruyant Racing hat seinen Sitz in Lorient, das Treffen fand jedoch in Italien statt, da es wichtig war, eng mit dem in Italien ansässigen Konstrukteur der Bootsbauteile - Persico Marine - zusammenzuarbeiten", erklärt Carola.
Für die Durchführung der Verformungsmessungen wurde zur Dehnungsmessung ein Faser-Bragg-Gitter-Array mit freiliegenden Fasern, FS70FBG, ausgewählt und für jeden Tragflügel vier Messstellen bestimmt. "Die Gespräche mit dem Kunden haben es uns ermöglicht, alle seine Bedürfnisse zu verstehen und Lösungen vorzuschlagen. Dieselbe Faser konnte zur Temperaturmessung eingesetzt werden. Wir haben uns daher auf eine Anpassung geeinigt und einen Temperatursensor in das Array integriert", erklärt Carola.
Alle diese Messstellen (Bragg-Gitter) werden nach Kundenwunsch ermittelt und präzise entlang der Faser platziert. Diese Faser ist mit dem dynamischen optischen Messsystem FS22 DI (auch optischer Interrogator genannt) gekoppelt, das die optischen Messungen in digitale Daten umwandelt, die von herkömmlichen Erfassungssystemen verwendet werden können. Der Abstand zwischen der am weitesten entfernten Messstelle und dem optischen Interrogator beträgt fünf Meter - ein relativ kurzer Abstand im Vergleich zu einigen Anwendungen, bei denen Fasern mit einer Länge von mehr als 30 Metern erforderlich sind.

Ein Rennen gegen die Zeit ...

Diese technischen Entscheidungen wurden im ersten Quartal 2019 getroffen. Zu diesem Zeitpunkt war das Rennen gegen die Zeit für das Thomas Ruyant Racing-Team der IMOCA bereits im Gange, das sein Boot für die Zweihand-Regatta Transat Jacques Vabre in Aufstellung bringen wollten, um am 27. Oktober von Le Havre nach Salvador de Baia in Brasilien zu segeln. Aus praktischen Gründen und um Zeit zu sparen, wurden die Foils in Lorient und nicht wie ursprünglich geplant in Mailand fertiggestellt. Die Ingenieurteams von HBK können ihr Know-how in ganz Europa zur Verfügung stellen und konnten sich daher problemlos an diese Planänderung anpassen. Infolgedessen wurde die Installation der optischen Dehnungsmessstreifen von HBK-Außendienstingenieur Nicolas Visoianu durchgeführt, der im französischen Büro des Unternehmens ansässig ist.

Die Foils - bestehend aus mehreren übereinander angeordneten Kohlenstofffaserschichten - wurden speziell für die Integration der optischen Faser entwickelt und weisen dazu außen eine Nut auf. Das Einsetzen der Faser in diese Nut erfordert äußerst genaues Arbeiten. Nicolas erläutert: "Da sie relativ schwer und nicht leicht zu handhaben sind, wurden die Foils in einer Position fixiert, die es mir ermöglichte, unter guten Bedingungen zu arbeiten. Um eine optimale Leistung zu erzielen, ist es sehr wichtig, die Faser präzise zu positionieren und der Verklebung große Aufmerksamkeit zu widmen. Hier gemachte Fehler können nicht korrigiert werden! In diesem Bereich hat HBK Know-how erworben, durch das es sich von seinen Mitbewerbern abhebt. Am Ende muss man in der Lage sein, µm/m zu liefern, und das garantiert und mit akzeptabler Messunsicherheit. Dies ist ein Maß an Fachwissen, das schwer zu erlangen ist.“
Auch der eingesetzte Klebstoff X120 verdeutlicht die Expertise auf diesem Gebiet - er wurde speziell für die Montage dieser Art von DMS entwickelt. Er füllt die Nut, bis sie bündig mit der Oberfläche ist, sodass eine Schutzschicht aufgebracht werden kann, die Beständigkeit gegen Meerwasser ermöglicht.

Nach diesem erfolgreichen ersten Rennen war eine Bewertung erforderlich. Daher wurden die aufgezeichneten Daten analysiert und korreliert, um nach Verbesserungspotenzial zu suchen. Die an den Foils vorgenommenen Messungen sind eine wertvolle Informationsquelle, um das Handling des Bootes zu verbessern. "Der Preis dafür ist der Stromverbrauch: 1 A bei 24 V ist nicht zu vernachlässigen", sagt Laurent Bourgues.
Nicolas Visoianu hält es für möglich, auf diesen Verbrauch einzuwirken: "Dieser Wert enthält den optischen Teil, jedoch auch die gesamte zugehörige Elektronik für die Datenverarbeitung. Es sollte berücksichtigt werden, dass dieser Verbrauch möglicherweise nicht dauerhaft ist, da Foils nicht unter allen Wind- und Seebedingungen eingesetzt werden können."
Alexandre Fayeulle, CEO von Advens for Cybersecurity, ergänzt: "Die Transat Jacques Vabre hat das außergewöhnliche Potenzial von Advens for Cybersecurity bestätigt. Dieses Boot ist von Grund auf richtig konzipiert - man spürt, dass es seiner Zeit voraus ist. Wir sind voller Hoffnungen und Ambitionen für die nächste Vendée Globe.“
Bis dahin sind alle an Deck ... einschließlich HBK!

 

Thomas Ruyant beendete die Vendée Globe 2020 – 21 mit einem 6. Platz. Er erreichte den Zielort am 28. Januar 2021 um 4:42:01 Uhr mit einer Rennzeit von 80 Tagen, 15 Stunden, 22 Minuten und 1 Sekunde.

Zum Zeitpunkt seiner Zielankunft waren viele seiner Konkurrenten noch unterwegs.  Ergebnisse anzeigen