Hatalmas változást hoznak az új szabályrendszerekben engedélyezett szárnyak a vitorlássportok csúcskategóriáiban. De nem csak ott. Az egész hajóipar, maga a hajótervezés is olyan új, forradalmi változásokon mehet át, amilyenre még nem volt példa eddigi története során. Ezt talán túlzásnak gondolják? Cikkünk talán meggyőzi önöket arról, hogy egyáltalán nem az.

 

 

Vajon miféle változásokat hoz a különböző nemzetközi szabályrendszerekben szinte egyidejűleg engedélyezett szárnyhasználat a vitorlázásban? Persze azt már tudjuk, hogy a versenyek látványosabbá válnak a vízből kiemelkedő, akár egyméternyire a felszín felett repülő hajókkal. A sebességi rekordok is sorra dőlnek. Mindez várható volt, aligha lepett meg bárkit is. Mint ahogy a versenyzők is felkészültek rá lelkileg, hogy kicsit újra kell tanulniuk azt a sportágat, amelyet már évtizedek óta űznek. De a változások messze nem állnak meg itt.

 

 

Szárnyas hajó, F1-es autó, egykutya
A szellem ugyanis kiszabadult a palackból. Azzal, hogy látványosabbá akarták tenni a versenyeket a repülő hajókkal, egészen új fejlesztési irányok előtt nyitották meg az utat.
„Mi lenne furcsa abban, ha egy Forma–1-es mérnök hajót tervezne? Lassan a versenyhajóknál is fontosabb lesz az aerodinamikai kialakítás, mint a hidrodinamikai, hiszen annyira már a hajók is repülnek, mint amennyire az autók, nem?” – kérdezett vissza Neil Oatley, a McLaren-csapat főtervezője, amikor tavaly a Hungaroringen arról kérdeztem, mi a
véleménye arról, hogy Adrian Newey, a Red Bull sztárdizájnere állítólag hajók tervezésébe kezdene. A mérnök reakciója jól jelzi, hogy a szakemberek máris egy új dimenziót látnak megnyílni a hajófejlesztések terén.
Persze, ami a mérnökök számára lehetőség, az a versenyzők számára kihívás. „A csapat számára eleinte komoly feladatot jelent, hogy megtanuljon szárnyakkal vitorlázni, hiszen korábban még senki sem versenyzett ilyen viszonylag kicsi, de szárnyakkal felszerelt hajókkal. A nézők számára még nagyobb élmény lesz nézni a versenyeket, biztosan sokkal látványosabbá válik a küzdelem” – foglalta össze a véleményét a szabályváltozásokról Morgan Larson, az Extreme Sailing sorozat 2014-es bajnoka. Holott az ember azt gondolná, hogy éppen a korábban, még a szabályváltozások előtt is pokolian gyors 32-es, kéttörzsű hajók vérprofi legénységének nem jelent majd nagy változást, hogy néhány szárnyacskát szerelnek a hajótestre.

 

 

Már a Wright fivérek is tudták volna
„Nincs semmi igazi újdonság abban, ahogyan átalakítjuk a kupasorozatban részt vevő hajókat” – mondta a Yachting World magazinnak nyilatkozva a kérdésről Dirk Kramers,a Land Rover BAR csapat vezetőmérnöke. „Már a Wright fivérek is simán megértették volna egy AC45-ös fizikáját – csak még nem lettek volna képesek meg is építeni azt.” A szakember arra célzott: a leszorító- és felhajtóerő fizikai képletei nemigen változtak az elmúlt száz évben. Tehát nem a jelenség új, hanem a lehetőség, hogy alkalmazhassák azt a mérnökök a hajóiparban.
Ahogy lenni szokott a technikai sportokban, a csúcsversenyek szabályváltozásai következtében kifejlődő új technológiai megoldások hamar átlopóznak a hétköznapi használatba is. Elég csak a Forma–1-es autók turbóinak fejlesztésére és a „80-as évek turbóforradalmának összefüggésére gondolnunk, vagy hogy újabb példát hozzunk, az F1-es kocsik hibridrendszereinek és az utcai autók hasonló hajtásláncainak párhuzamos fejlődését látnunk, hogy rájöjjünk, mennyire kéz a kézben jár a csúcs- és a hétköznapi technológia. Ez a jelenség érhető tetten a vitorlázásban is. Máris megjelentek a kis, Laser-osztályhoz (!) kompatibilis szárnykittek, amelyeket viszonylag egyszerűen, utólag is fel lehet szerelni a hajókra. Kell ennél meggyőzőbb példa arra, hogy a csúcsversenyek technológiája
hogyan szivárog át villámgyorsan egy teljesen hétköznapi platformba? Aligha.

Duplájára nőhet a tempó
A skála másik végét jelzi az Amerika Kupa hajóinak változása. A 2013-as San Franciscó-i futam óta drámaian felgyorsultak a hajók: akkor még széllel szemben 30, szélben 40 csomós sebességre voltak képesek, addig a csapatok kicsit szégyenlősen nyilatkozgattak arról, hogy 2017-ben 50 csomós csúcssebességeket várnak. A szakértők pedig inkább 60 csomóra tippelnek. Ilyen száguldásra eddig csak kifejezetten rekorddöntésekre fejlesztett hajók voltak képesek, nem pedig a kupasorozatok résztvevői.
A nagy versenyeken – például AC, Jacques Vabre, Vendée Globe – a változás a szó szoros értelmében látványos. De vajon hogyan érinti majd mindez a hétköznapi vitorlázást? Jár majd bármiféle hatással?
Nos, a válasz egészen biztosan igen. Hasonlóan grandiózus változások még semmilyen sportágban nem maradtak hatás nélkül a hétköznapi technikára. Egészen biztosak lehetünk benne, hogy hamarosan még a kifejezetten túravitorlások tervezési irányaiba is be fognak lopózni a hidrodinamikai szárnyacskák

Nem a repülés a lényeg
„Ha azt vizsgáljuk, hogy miként növelik a teljesítményt a szárnyak, akkor az erő és az ellenállás kölcsönhatását kell megértenünk. Ez határozza meg ugyanis az elérhető végsebességet” – fogalmazott a sebességrekorder Paul Larsen. „Ha kiemeljük a hajótestet a vízből, akkor csökken, sőt szinte teljesen megszűnik a hidrodinamikai ellenállás, és ezzel nő a végsebesség. Ugyanakkor növelhetjük a sebességet azzal is, ha változatlanul tartjuk az ellenállást, de növeljük a szárnyon keletkező erőt.”
Ez utóbbi megoldást választotta Larson akkor is, amikor a rikító narancssárga Sailrocket 2-vel felállította az aktuális sebességrekordot 65,45 csomóval. Arra törekedett, hogy a fő szárnyon meghajtóerőt generáljon, nem pedig arra, hogy felemelje vele a hajótestet. „Ha ugyanis túlságosan lecsökkentjük az ellenállást, akkor egyre nagyobb súlyra lesz szükségünk, hogy növeljük vele a forgatónyomatékot a hajótest visszaforgatására. Ez az oka annak, hogy a Moth és az A Class osztályokban egyre több nagydarab tengerészt látunk a csapattagok között.”
De még a világ leggyorsabb vitorlázója szerint sem a sebesség növelése a szárnyak legfontosabb hatása a vitorlázására. A nagyobb sebesség jelentősége szerinte az, hogy gyorsabban kelhetünk át az óceánon – méghozzá nem csak a különlegesen könnyű, rekordkísérletekre készült hajókkal, hanem olyanokkal is, amelyek jelentős rakománnyal közlekednek.
„A szárnyak valahogy úgy változtathatják meg a vitorlázást, mint a sugárhajtóművek a repülést. Oké, hogy akár hangsebesség fölött is repkedhetünk velük, de ennél sokkal fontosabb, hogy fölibe emelkedhetünk az időjárásnak, így pontosan tervezhetők és tarthatók a menetidők. Ugyanez valósulhat meg most a vízen is: ha képesek lehetünk mindenféle típusú hajóval elég gyorsan haladni, akkor jó eséllyel sosem kényszerülünk arra, hogy rossz időben vitorlázzunk” – fogalmazott a Yachting Worldnek nyilatkozva Paul Larsen.
Sok más szakember is hasonlóan látja a kérdést. Az IMOCA 60 osztály új hajóit egészen vad formájú, brutális szárnyakkal tervezték. De ezek elsődleges szerepe szintén nem a hajótest felemelése, hanem az, hogy éppen ellenkezőleg: minél nagyobb leszorítóerőt generáljanak a vízben, ezáltal minél inkább egyenesen tartsák a hajótestet. Hiszen ezáltal nagyobb mértékben tudják hasznosítani a szél energiáját. De talán néha túlságosan is nagy mértékben… Legalábbis erre utal az, hogy a Transat Jacques Vabre legutóbbi versenyen történt balesetek sora arra engedi következtetni a szakembereket, hogy a szárnyak nagyobb erőt generálnak annál, mint amivel számoltak a tervezők, és ezért túlterhelődnek a hajó egyes szerkezeti egységei. Mások úgy vélik, hogy a nagyobb kiegyenesítőerő hatására eltörhetnek a hajók „egyenárbocai”. Ez a veszély talán tényleg fennállhat – legalábbis addig, amíg nem rendelkeznek kellő mennyiségű gyakorlati tapasztalattal ezekről. (Lásd Vitorlázás Magazin 2015/6. szám )

 

 

A szárnyak állítása hoz igazi újítást
Ugyanakkor vannak olyan szárny-megoldások, amelyekről már rengeteg tapasztalattal rendelkeznek. Több mint egy évtizede használják már a Dynamic Stability Systemet (DSS-t). Ez tehát már régen nem kísérleti eszköz: rengeteg túrahajót szereltek fel vele. Ez lényegében egy rendkívül egyszerű, a hajótest oldalából merőlegesen, nagyjából vízszintesen, oldalra kiengedhető szárnylap, amely javítja a hajó stabilitását, csökkenti a dőlést, ezáltal végső soron a sebesség növelésében is szerepet játszik. A funkciója tehát ennek sem az, hogy kiemelje a hajót a vízből, hanem éppen az, hogy a hidrodinamikai erőket kihasználva, minél egyenesebben tartsa. A szárny kijjebb engedésével vagy visszább húzásával a hajó legénysége maga szabályozhatja, mekkora forgatónyomatékot enged rá a hajótestre.
Persze, ez nem minden esetben lehetséges. A legjelentősebb hajóosztályokban korábban nem engedélyezték a szárnyak menet közbeni állítást, vagy bizonyos önvezérlő rendszerek alkalmazását. Például az Amerika Kupa hajóin eddig nem lehetett állítani a T-szárny irányszögét. Ez kicsit olyan helyzetet teremtett, mintha egy repülőgép szárnyát beállítanánk a felszálláshoz, és aztán az egész repülés során nem nyúlhatnánk hozzá, abban reménykedve, hogy a körülmények nem változnak. Ez számos meleg pillanatot okozott a csapatoknak eddig, ha a verseny közben mégis megváltoztak a körülmények. Márpedig szinte akármelyik „szárnyas” osztály bármelyik csapatának tagjai meg tudják erősíteni: 30-40 csomós tempóval száguldani közvetlenül a víz fölött nagyszerű móka – egészen addig, amíg nem történik valami. Mert negyvencsomós sebességnél a vízbe esni nem sokban különbözik attól, mintha a betonra vetnénk magunkat egy autóból.
A biztonsági szempontokat figyelembe véve döntöttek úgy a versenyek szervezői, hogy engedélyezik a szárnyak állítását menet közben. Éppen ez a változás az, ami tulajdonképpen elindította ezt a mostani forradalmat. Hiszen amíg ezek nem voltak állíthatók, addig a szárnyak hatása is csak korlátozott mértékű lehet. Most viszont az Amerika Kupa hajóin már nemcsak a korábbi tiltást oldották fel, hanem azt is engedélyezték, hogy a T-szárny irányszögét folyamatosan a fő daggerboard (oldalsó stabilizáló szárnylap) állásához igazítsák. Ez az egyik legfontosabb újdonság, amely lehetővé tette, hogy az új szárnyrendszerek ne csak nagyobb stabilitást kölcsönözzenek a hajóknak, hanem a biztonságot is növeljék. Éppen ez a technológia szűrődhet le a közeli jövőben a tömeggyártású hajók világába. És ez jó hír mindenki számára, aki nem a csúcshajóosztályokban versenyez, hanem hétköznapi vitorlázó.

 

 

Az emberi erő ehhez már kevés
De a változások nem állnak meg itt. Az új, J-profilú daggerboard szárnyak megjelenésével már korábban elkezdtek rövidülni ezek a lapok – ugyanakkor hatékonyságuk nemhogy csökkent volna, hanem éppen ellenkezőleg: még nőtt is. Ezek a szárnyak nagyjából úgy viselkednek, mint a V-profilok, amelyek segítségével a hajó megtalálhatja a maga repülési magasságát, mivel a hajó sebességével változik a dőlésük. A több daggerboardfelület nem jelenti automatikusan a jobb magasságkontrollt, ám csökkenti a hajótest oldalcsúszását. (Ami annál jobban nő, minél inkább kiemelkedik a test a vízből.) Tehát sokkal összetettebb feladat megtalálni a tökéletes egyensúlyt a nagy terhelésnek kitett oldalfelületekkel – ennek legjobb módja pedig hidraulikus rendszerek alkalmazása, nem pedig kötelek, csigák és stopperek kombinációja.
„Egy takkváltáskor mind a négy szárnyat (két daggerboard és két rudder) újra be kell hangolni – ezek kezelését pedig nem várhatjuk el a többi feladat mellett egy mindössze ötfős legénységtől” – fogalmazott a szárnyrendszerek kezelésével kapcsolatos kihívásokról az Oracle Team USA színeiben versenyző Grant Simmer. A fizikai törvények szintjére hozva a kérdést hozzátétte: számításaik szerint a legénység tagjai ugyan átlagosan 400 W erőt képesek kifejteni fejenként – de ez kevés mindehhez, főleg hosszabb távon, egy egész verseny során.

A vezérléssel a szárny is változik
De a szárnyrendszerek fejlesztése nem áll meg annál, hogy egyesével vagy összekapcsolt rendszerrel, kézi erővel vagy hidraulikusan mozgathatjuk őket. Az új, kifinomult vezérlés megjelenése a szárnyak változását is magával hozta. „Az új vezérlési rendszerek nélkül kénytelenek lennénk sokkal konzervatívabb, jóval kevésbé hatékony szárnyakat tervezni” – mutatott rá a lényegre a már idézett Dick Kammer. Ismét egy repülőgép-ipari hasonlattal élve ezt talán úgy tudjuk a legjobban elmagyarázni: ahogyan a szuperszonikus harci gépeknél a fly-by-wire rendszerek teszik lehetővé, hogy a gép sokkal jobban manőverezzen, mint amit kézi erővel érhetnénk el, úgy az új csúcshajók esetében is a kifinomult hidraulikus rendszerek teszik lehetővé a szárnyak tökéletes vezérlését. Nem csoda tehát, hogy még a kupasorozatok topcsapatai is külső segítséget vesznek igénybe új fejlesztéseiknél: a Land Rover BAR például a Forma–1es McLaren-istálló vezető mérnökeivel, az Oracle Team USA pedig az Airbus szakembereivel konzultál folyamatosan. A Gunboat pedig mindenkit megelőzve máris előállt egy olyan új, kifinomult vezérlési rendszerrel a G4-es katamaránon, amelyet akár egyetlen ember is képes kezelni. Ez már a jövő útja…

Szárnyas hajók és holdrakéták
Az új rendszer vezérli a fő szárnyat, valamint a ruddereket, és közben még a vitorlarendszert is képes bizonyos szinten hangolni” – mondta Ward Proctor, a helsinki központú Marine and Hydraulics képviselője. Nem csoda, hogy a cég már kapott megbízást egy hasonló rendszer kiépítésére egy 100 lábas katamaránra is.
Azzal, hogy a szabályalkotók lehetővé tették az ilyen szofisztikált rendszerek alkalmazását, meg is nyitották a kaput a fejlesztések előtt. „A modern elektronika és a giroszkópok ma már olyan olcsók, hogy az elektromos rendszerek könnyedén beépíthetők. Erre a legjobb bizonyíték, hogy ma már minden sarkon vehetünk automatikus stabilizátor-rendszerekkel felszerelt négymotoros drónokat” – fogalmazott Andy Claughton, a Land Rover BAR technikai vezetője. A ma már relatíve tényleg olcsó és nagyon hatékony mozgásérzékelő szenzorok, az erős villanymotorok és a vezérlő szoftverek mind rendelkezésre állnak, így nagyon is valószínűnek tűnik, hogy az eddig csak a nagyobb motoros jachtokon használt stabilizátor-rendszerek a vitorlásokon is megjelennek a közeli jövőben. Akárcsak az elektronikusan vezérelt, a mindenkori haladási körülményekhez igazodva működő V-szárnyak.
A kérdés már csak az: vajon mindnyájan, akik vitorlázunk, pár éven belül repkedni fogunk hajóinkkal a víz fölött, pont mint a kupasorozatok katamaránjainak csapatai? Erre persze ma még nehéz biztos választ adni, de a szakértők ezt nem tartják túlságosan valószínűnek. Legalábbis a családi túrahajók esetében nem. Ennek nemcsak a költségek állnak az útjában, hanem az alapvető célok és funkciók problémája is. Vagyis az, hogy vajon mi szükségünk lenne egy sokkal gyorsabb, szárnyakkal felszerelt, félig-meddig önvezérlő és a hullámok felett repkedő családi túrahajóra a Balatonon, ha egyszer éppen a vitorlázás élményéért szeretünk hétvégenként kifutni egy kicsit? Végül is lehetne holdrakétánk is (ha megvan rá a pénzünk). A kérdés csak az, hogy minek.

Szárnyakról széljegyzetben

– Mennyivel lesznek gyorsabbak a hajók?
Ezt még pontosan nem tudni. A szakemberek úgy tippelik: nagyjából kétszeresére nőhet a hajók sebessége. Az Amerika Kupa hajói eddig, a nem állítható, egyszerűbb szárnyakkal 30 csomó körüli végsebességet értek el. A szakemberek várakozásai szerint ez már 2017-ben 50 vagy akár 60 csomóra is nőhetnek.

– Miért nő a tempó?
Azért, mert a szárnyak kiemelik a hajótestet a vízből. Így csökken a közelellenállás, ezért egységnyi erővel nagyobb végsebesség érhető el. De nem feltétlenül kell a levegőbe repíteni a hajót ahhoz, hogy gyorsuljon. A stabilizáló idomokkal nagyon hatékonyan lehet kiküszöbölni a hajó dőlését. Márpedig minél egyenesebb az árboc, annál hatékonyabban hasznosítja a hajó a szél energiáját.

– Akkor kétféle szárny létezik?
Funkcióját és formáját tekintve elég sokféle szárnyat alkalmaznak már most is a hajókon. De alapvetően két fő típust különböztetünk meg: az emelő és a stabilizáló szárnyakat. De a fent vázoltakon kívül még más funkciójuk is van ezeknek az idomoknak – például nagy felületű daggerboardokkal (oldalsó stabilizálószárny) csökkenthető a hajó oldalcsúszása.

– Mi az újdonság az eddigi technikai megoldásokhoz képest?
Nem a szárnyak megjelenése az igazi, izgalmas újdonság jelenleg a hajótervezés terén, hanem az, hogy nem fix, hanem vezérelhető rendszereket is beépíthetnek a csúcshajókba. Olyasmi ez, mint a Forma–1-ben a DRS, vagyis a hátsó szárny nyitási rendszere: egyenesben az idom laposabb profillá változhat, így csökken a légellenállás, ugyanakkor tempós kanyarokban meredekebb profiljával növeli a leszorítóerőt. Hasonló elven a hajók szárnyai is mindig az éppen optimális módon állíthatók, és ehhez hamarosan elektromos vezérlésű, legalább félig önvezérlő rendszerek társulnak. Nem véletlen, hogy például a Land Rover BAR az F1-es McLaren-csapat segítségével fejleszti saját rendszerét.

– A versenyzőknek elsődleges a tempó – de miért fontos máshol?
Ha potenciálisan nagyobb lehet a hajók végsebessége, akkor kiszámíthatóbb, pontosabban tervezhetőbb lehet a vitorlások két pont közötti menetideje. Ez egyes szakértők szerint a vitorlás hajók új és fényes korszakát hozhatja el mind a személyszállítás, mind az áruszállítás terén.

– Minden hajón alkalmazhatók?
Ez azért valószínűtlen. Az új hajók tervezését biztosan jelentősen befolyásolja majd a versenyágakban kikísérletezett technológia átszivárgása a hétköznapi használatba. De a régebbi típusok átalakítása alighanem olyan költséges lenne, hogy nem érné meg. A túrahajók esetében jellemzően a nagyobb stabilitást és jobb kontrollt biztosító szárnyak terjedhetnek el – de ma még nehéz előre látni, hová vezet ez a technológiai forradalom.

 

 

Képgaléria: