Il Service Team di HBK Engineering partecipa al progetto Advens Cybersecurity per IMOCA

Durante l’ultima regata Vendée Globe, HBK è stata coinvolta nel progetto Advens for Cybersecurity per lo sviluppo e l’installazione di estensimetri ottici sui foil di una barca.
Questi foil sono “ali” speciali posizionate sotto lo scafo della nave, composti da un albero (la parte più lunga, generalmente dritta, che entra ed esce dallo scafo), un piano d’appoggio (solitamente curvo) e una punta (una parte dritta e verticale). Mano a mano che la barca prende velocità, lo scafo si appoggia sulla parte bassa dei foil, il che gli permette di sollevarsi e di opporre quindi meno resistenza all’acqua, aumentando di conseguenza la velocità. I foil risultano ancora più efficaci quando si naviga di lasco (con vento laterale) e possono essere utilizzati solo quando le condizioni di navigazione sono relativamente calme. Per questi diversi fattori (e per ottimizzare ulteriormente la performance della barca) esiste anche un ulteriore meccanismo che permette di ritrarre i foil nello scafo.

L’uso dei foil è stato introdotto solo di recente nella navigazione offshore: sono stati infatti utilizzati per la prima volta nella Vendée Globe del 2016 (questa competizione si svolge ogni 4 anni). La loro efficacia è risultata subito evidente (le prime quattro barche classificate li avevano adottati), ma la tecnica ha dimostrato di avere ancora dei punti deboli. Da allora, i progettisti sono al lavoro per migliorarne sia la performance che l’affidabilità.

Problema

Vendée Globe (una regata intorno al mondo non-stop per barche a vela in solitario, che inizia a novembre) ha suscitato interesse anche al di fuori del mondo della vela, grazie ai coraggiosi skipper che dovranno affrontare l’estenuante traversata di tre mesi senza ricevere alcun tipo di assistenza.
In questo periodo, dovranno affrontare condizioni atmosferiche estreme, mare mosso (in particolare negli Oceani Pacifico e Antartico) e i pericoli costanti associati alla navigazione in solitario. Per questo motivo, la Vendée Globe non è soltanto un’avventura, ma anche un’impresa, che richiede imbarcazioni robuste e con prestazioni elevate, in grado di resistere anche se spinte costantemente fino al limite delle loro possibilità, se non addirittura oltre.

Soluzione

Le barche a vela che prendono parte a questa competizione vengono dotate di attrezzature high-tech, compresi dei sensori che sono essenziali per il monitoraggio della performance della barca. HBK, azienda esperta di test e misura e nota per la produzione di sensori e sistemi di acquisizione di fascia alta in grado di sopportare condizioni ambientali estreme, è stata interpellata per offrire assistenza nel dotare le imbarcazioni di estensimetri ottici.

Risultati:

Questo progetto è stato portato a termine velocemente, il che ha consentito il lancio della barca nel settembre 2019, otto settimane prima della partenza della Transat Jacques Vabre. Dopo qualche test, è stata iscritta alla gara. Nonostante un guasto legato ai jack del pilota automatico verificatosi poco dopo la partenza, che ha costretto l’imbarcazione a una sosta forzata di quattro ore, Advens for Cybersecurity si è dimostrata molto efficiente e ha concluso la gara con un onorevole quinto posto. Questo risultato è dovuto a delle medie notevoli: in un solo giorno, la barca a vela ha percorso 521 miglia in 24 ore a una velocità media di 22,30 nodi.

International Monohull Open Class Association (IMOCA)

IMOCA (International Monohull Open Class Association) è la società a cui è stata affidata la progettazione e la preparazione dell’IMOCA Advens for Cybersecurity per l’ultima Vendée Globe, con Thomas Ruyant come skipper.
Il suo direttore tecnico, Laurent Bourgues, afferma: “I foil sono diventati un elemento fondamentale per la performance delle imbarcazioni. Oggi, non è un’esagerazione dire che la barca viene progettata in base ai foil e non il contrario.”
“Per quanto riguarda i foil, siamo ancora in una fase di apprendimento perché sono in continua evoluzione, in particolare per quanto riguarda la forma e le dimensioni. La convalida delle scelte tecniche, dei dati di progetto e del comportamento in condizioni limite viene eseguita con la barca in mare”, continua Laurent.
A causa della mancanza di tempo (e anche di denaro - un foil singolo costa circa 150.000 euro), non è possibile sviluppare e testare i prototipi in laboratorio. “Per questo, abbiamo deciso di installare la strumentazione sui foil e registrare i dati di misura. Ciò aiuta lo skipper a garantire che la barca non sia spinta oltre i propri limiti e ci consente successivamente di eseguire un’analisi, mettendo i risultati in correlazione con altri dati, come il vento, le condizioni del mare, la velocità della barca ecc.”, afferma Laurent.

“I foil hanno sicuramente svolto un ruolo importante nel raggiungimento di questi risultati. Grazie ai sensori e al sistema di acquisizione, lo skipper li ha potuti utilizzare in maniera ottimale, senza superare i limiti”, spiega Laurent Bourgues.

La scelta della fibra ottica

I team di quest’anno dell’IMOCA di Thomas Ruyant Racing, consapevoli dei più recenti progressi tecnologici nel campo delle misurazioni, hanno scelto un estensimetro in fibra ottica, più robusto degli estensimetri tradizionali.
Il designer dell’IMOCA ha contattato di nuovo HBK, nota per la sua affidabilità e la sua competenza con le attrezzature complesse, per avere assistenza con il progetto.
Il reparto di ingegneria dell’Europa Sud Occidentale di HBK, diretto da Carola Corazza, ha lavorato insieme a Laurent Bourgues per definire le caratteristiche degli estensimetri e il metodo di installazione degli stessi sul foil. “Il mio reparto solitamente lavora il più vicino possibile al sito del cliente. In questo caso, però, abbiamo fatto un’eccezione, su richiesta del cliente. Thomas Ruyant Racing ha sede a Lorient, ma l’incontro si è svolto in Italia perché era importante lavorare a stretto contatto con chi si stava occupando della progettazione dei componenti della barca, ossia l’azienda Persico Marine che ha sede in Italia” ci spiega Carola.
Per misurare la deformazione, è stato scelto FS70FBG, costituito da una schiera di FBG per la misurazione della deformazione in fibra pura; per ogni foil sono stati poi determinati quattro punti di misura. “Il confronto con il cliente ci ha consentito di comprendere tutte le sue necessità e di proporre delle soluzioni. La stessa fibra poteva essere utilizzata anche per la misurazione della temperatura. Abbiamo quindi concordato di personalizzare la soluzione e integrare un sensore termico nella schiera”, ci spiega Carola.
In base alle specifiche del cliente, tutti questi punti di misura (reticoli di Bragg) sono stati definiti e posizionati in modo preciso lungo la fibra. La fibra è accoppiata al sistema di misura ottico e dinamico FS22 DI (noto anche come interrogatore ottico) che converte le misurazioni ottiche in dati digitali che possono essere utilizzati dai sistemi di acquisizione comuni. La distanza tra il punto di misura più lontano e l’interrogatore ottico è pari a 5 m, una distanza relativamente breve rispetto a quella di altre applicazioni che richiedono una fibra con lunghezza superiore ai 30 m.

Una corsa contro il tempo...

Queste scelte tecniche sono state definite nel primo trimestre del 2019. In quel momento, per IMOCA di Thomas Ruyant Racing la corsa contro il tempo era già iniziata, dal momento che desideravano iscrivere la loro barca alla regata in doppio Transat Jacques Vabre in partenza il 27 ottobre da Le Havre per Salvador de Baia in Brasile. Quindi, per motivi pratici e per risparmiare tempo, i foil sono stati completati a Lorient invece che a Milano, come previsto inizialmente. I team di ingegneri di HBK hanno membri esperti in tutta Europa e si sono quindi adattati facilmente al cambio di programma. Di conseguenza, l’installazione degli estensimetri ottici è stata eseguita dal Field Service Engineer di HBK Nicolas Visoianu che lavora presso la sede francese dell’azienda.

I foil, costituiti da uno stacking tecnico con diversi strati di fibre al carbonio, sono stati progettati appositamente per integrarsi con la fibra ottica; la parte esterna presenta una scanalatura. L’inserimento della fibra nella scanalatura è un lavoro meticoloso, come spiega Nicolas: “Poiché sono relativamente pesanti e difficili da maneggiare, il foil è stato fissato in una posizione che mi avrebbe consentito buone condizioni di lavoro. Per ottenere una performance ottimale, è molto importante posizionare la fibra in modo preciso e prestare particolare attenzione al fissaggio. Gli errori commessi in questa fase non possono essere corretti! L’esperienza di HBK in questo settore è nettamente superiore a quella della maggior parte dei suoi concorrenti. Alla fine, bisogna essere in grado di fornire µm/m, garantiti con un livello di incertezza accettabile. È un livello di esperienza difficile da raggiungere.”
Anche il collante utilizzato, X120, è indicativo dell’esperienza in questo campo, in quanto è stato progettato appositamente per il montaggio su questo tipo di estensimetri. Riempie la scanalatura fino a quando non è a filo con la superficie, permettendo così di aggiungere uno strato protettivo che lo rende resistente all’acqua di mare.

Dopo il successo della prima gara, era necessario fare una valutazione, quindi i dati registrati sono stati analizzati e correlati tra loro per valutare tutte le possibilità di miglioramento. Le misure effettuate sui foil costituiscono una fonte di informazioni preziosa per migliorare la gestione della barca. “C’è però un prezzo da pagare in termini di consumo: 1 A a 24 V non è un valore trascurabile”, dice Laurent Bourgues.
Per Nicolas Visoianu, è possibile intervenire su questo consumo: “Questo dato si riferisce alla parte ottica, ma anche a tutta l’elettronica associata per l’elaborazione dei dati. Bisogna considerare che questo consumo potrebbe non essere permanente, dato che i foil non possono essere usati in tutte le condizioni di vento e mare”.
Il CEO di Advens for Cybersecurity, Alexandre Fayeulle, aggiunge: “La Transat Jacques Vabre ha confermato lo straordinario potenziale di Advens for Cybersecurity. Questa barca è stata concepita bene: si percepisce che è al passo coi tempi. Siamo molto ottimisti e abbiamo grandi ambizioni per la prossima Vendée Globe”.
Per quell’occasione, saremo tutti pronti a spiegare le vele... anche HBK!

 

Thomas Ruyant ha terminato la Vendée Globe 2020 - 21 al 6° posto. È arrivato alla destinazione finale il 28 gennaio 2021 alle 4:42:01, con un tempo di gara di 80d 15h 22m 01s.

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