Parametryczna ocena zdolności regatowej jachtów żaglowych

(1)

żaglowych

Przegląd historyczny

Andrzej Odrzywołek

Zakład Teorii Względności i Astrofizyki, Instytut Fizyki UJ

19 grudnia 2012

A. Odrzywołek Parametryczna ocena zdolności regatowej jachtów żaglowych

(2)

i wielkości na początku XIX wieku doprowadziła do wprowadzenia tzw. formuł pomiarowych. Na ich podstawie przeliczano uzyskane w regatach czasy przydzialając miejsca rankingowe. Chęć wygrania zmusiła konstruktorów i armatorów do deformacji kadłuba oraz innych elementów, tak aby jacht uzyskał jak najniższy wynik pomiarowy, przy najlepszych realnych osiągach. Doprowadziło to do kosztownego

technologicznego „wyścigu zbrojeń”, a zjawisko trwa po dzień dzisiejszy. Wykład przedstawi historię tego procesu, ze

szczególnym uwzględnieniem dodatniego sprzężenia zwrotnego, kierującego konstrukcje jachtów i sposób rywalizacji na wodzie w stronę zwykle odwrotną do zamierzonej przez autorów formuł przelicznikowych.

(3)

Analiza wymiarowa

Z wymiarów jachtu L i przyspieszenia ziemskiego g można utworzyć wielkość o wymiarze prędkości:

v ∝^pg L.

Praktyka i teoria pokazują, że maksymalna prędkość ”jachtu” jest proporcjonalna do pierwiastka długości w linii wodnej. W pobliżu prędkości granicznej:

v_max ' κ√

L, κ = 1.35 . . . 1.45, [L] = ft, [v ] = węzły, energia tracona na wytworzenie fal rośnie jak dE /dt = Fv ∼ vⁿ z n 4 . . . 7.

WNIOSEK

Jacht dłuższy będzie szybszy, i w normalnych warunkach zawsze wygrywa.

(4)

Jak przeprowadzić regaty?

Aby wyścig miał sens, należy:

dopuścić do wyścigu jachty o podobnych parametrach przeliczyć czas uzyskany przez jachty różnej wielkości Najprostsze pierwsze historycznie formuły

oparte na miarach celnych

— wynikiem jest rating w postaci tonażu, np. klasa 1 tony;

oparte o wymiary kadłuba i wielkość ożaglowania

— wynikiem jest rating o wymiarze długości, np. klasa 12 metrów

(5)

R = L +√ S

2 ∧ L ¬ L_max, L − długość, S − powierzchnia żagli Zależność prędkości jachtu od prędkości wiatru

ΚΛ LS Wiatr

Vmax= Κ L Predkosc jachtu

Dla jakich wartości L i S poko- namy zadaną trasę najszybciej w czasie przeliczonym t/R?

ODP:

L = L_max, S → ∞ Problem został źle postawiony, a skutki . . .

(6)

Jak wygrać?

1 stosować regułę, bez oglądania się na koszty

2 obchodzić reguły

J. P. Morgan: If you have to ask how much it costs, you cannot afford it.

Przykład: regaty o Puchar Ameryki wg. Deed of Gift

Jeżeli wyzywający i obrońca nie są w stanie uzgodnić warunków, sąd zwykle decyduje, że regaty muszą odbyć się według zasad ustalonych w XIX:

L_max ¬ 90 [ft], ∆T ∝ 1 R1

− 1 R2

, gdzie R_1,2 - długość ratingowa, ∆T – handicap czasowy.

Takie regaty odbywały się przed 1903, oraz w 1988 i 2010 roku.

(7)

1988, KZ7, „Aircraft carrier”

3 2010, USA-17, „DoGzilla”

(8)

(9)

1988, KZ7, „Aircraft carrier”

3 2010, USA-17, „DoGzilla”

(10)

Miliarderzy

C. Vanderbilt, USA (kolej, transport), Sir T. Lipon, GBR (handel, sieć sklepów)

L. Ellison, USA (Bazy danych, IT), E. Bertarelli, SUI (farmaceutyki, bio-tech)

Jacht

Kuter gaflowy S = 1500m² Ltot = 61.25m M = 189t

Trimaran

S = 1270m² Ltot = 34m M = 18t

Obejście R Nawisy Dodatkowy kadłub

(11)

Miliarderzy

C. Vanderbilt, USA (kolej, transport), Sir T. Lipon, GBR (handel, sieć sklepów)

L. Ellison, USA (Bazy danych, IT), E. Bertarelli, SUI (farmaceutyki, bio-tech)

Jacht

Kuter gaflowy S = 1500m² Ltot= 61.25m M = 189t

Trimaran

S = 1270m² Ltot= 34m M = 18t

Obejście R Nawisy Dodatkowy kadłub

(12)

Nawisy

(13)

Nawisy

(14)

Nawisy

(15)

Nawisy

(16)

Trimaran

(17)

Trimaran

(18)

Trimaran

(19)

Wybór używanych wzorów Universal Rule

R = 1 5

L√ S

√3

M R12 metre class rule (III wersja)

R = L + 2d +√ S − F 2.37

Sposób pomiaru, jak również maksymalne wymiary, podlegały licznym obwarowaniom.

(20)

Pozytywne efekty wprowa- dzenia „dobrych

formuł:

1 zahamowanie wzrostu rozmiaru i kosztów jachtu

2 udział większej liczby załóg

3 technologiczny wyścig zbrojeń

4 „odkrycie” innych czynników

decydujących

o wygranej w regatach

(21)

formuł:

decydujących

(22)

formuł:

decydujących

(23)

formuł:

decydujących

(24)

formuł:

decydujących

(25)

Postęp klasy R12m ACC 1958-1987 Dennis Conner, legenda Pucharu Ameryki:

w trakcie regat w 1987 roku, uzyskano przyrost prędkości szacowany na 0.37 km/h w porównaniu z konkurencją całkowita różnica na „plus” to 0.54 km/h, około 2%

regaty wygrano, a Puchar wrócił do USA jakim kosztem ?

(26)

(27)

(28)

(29)

Koszty AC2007

wystawienie jachtu ∼$100 mln (D.o.G. 2010 $400 mln) szacowany obrót (ranking)

1 Igrzyska Olimpijskie

2 Mundial FIFA

3 Puchar Ameryki

4 Formuła 1

(30)

Bridge-To-Bridge 2012

1 ∼$10 mln (?) Hydropter (10 x taniej)

2 $100 000 18 ft skiff (1000x taniej)

3 $1000 Kitesurfer (10⁵x taniej)

(31)

2 $100 000 18 ft skiff (1000x taniej)

(32)

2 $100 000 18 ft skiff (1000x taniej)

(33)

2 $100 000 18 ft skiff (1000x taniej)

Katamarany startujące w Pucharze Ameryki (wbrew zapowiedziom) nie odważyły się stanąć do wyścigu . . .

(34)

Współczesne podejście do „ratingów”

1 bezkonfrontacyjne lub/i nielimitowane metody rywalizacji, np:

rekordy prędkości

2 klasy monotypowe

3 utajnienie formuły przelicznikowej

4 system IMS (komputerowe modelowanie prędkości jachtu)

5 klauzula „dziwaczności” (peculiarity )

(35)

rekordy prędkości

2 klasy monotypowe

(36)

rekordy prędkości

2 klasy monotypowe

(37)

rekordy prędkości

2 klasy monotypowe

(38)

rekordy prędkości

2 klasy monotypowe

(39)

1 wprowadzenie wzorów wyliczających wartość regatową jachtu miało decydujący wpływ na ewolucję ich konstrukcji

2 nie można „zmierzyć” istniejącego jachtu nie wpływając na projekty nowo budowanych jednostek

3 w każdym wypadku koszty rywalizacji rosną astronomicznie, a jej dostępność i bezpieczeństwo maleje

4 zbyt „dobra” formuła może całkowicie zablokować innowacyjność („reguła 2%”), która funkcjonuje jedynie w postaci propagandy medialnej

5 „ostateczną formułą” (IMS) jest de facto system wirtualnej rzeczywistości

6 modyfikacje formuł są współcześnie formą ,,ręcznego sterowania’’ konstrukcją nowych jachtów

(40)

(41)

(42)

(43)

(44)

(45)

(46)

http://www.titanicology.com/AmericasCupRacing 5.html

2 http://articles.marketwatch.com/2007-07-

03/finance/30682438 1 emirates-team-new-zealand-louis- vuitton-cup-alinghi

3 Francis H. Clauser, The Boat That Almost Was

4 Czesław Marchaj, Teoria żeglowania, wszystkie wydania

5 W. Głowacki, Dzieje jachtingu światowego, 1983 oraz Wspaniały świat żeglarstwa, 1970

6 N. Patalas, Żagle i motory. Techniczny poradnik wodniaka., Wydawnictwo Sport i Turystyka, Warszawa, 1974.

7 Scientific American, 1903, August 29, str. 152-153

8 Popular Mechanics, wybrane numery

9 Julian Czerwiński, Puchar Ameryki 1850-1977, Wydawnictwo Morskie, Gdańsk, 1977.

10 Joseph Brinker, Racing for the America’s Cup. When sport becomes science., Popular Science Monthly, July 1920, Vo.

91, No. 1

(47)

(48)

(49)

(50)

Instytucja Ośrodek badawczy Uniwersytet

Kraj USA Polska

Lata 2004-2012 2004-2012

Artykuły 29 14

Cytacje 1650 47

H-index 16 4

Pensja [PLN/rok] 220 tyś. 45 tyś.

Granty 1,200 tyś. 250 tyś.

Suma ∼ 3 mln. 0.6 mln.

Artykuł 1 = 100 tyś. 1 = 44 tyś.

Cytowanie 1 = 1800 1 = 13000

H 1 = 185 tyś. 1 = 152 tyś.