Команда HBK Engineering долучилася до проекту Advens Cybersecurity в рамках IMOCA

Під час останньої регати Vendée Globe компанія HBK брала участь у проекті Advens з кібербезпеки, який передбачав розробку та встановлення оптичних тензодатчиків на крилах яхти.

Ці крила — це спеціальні «крила», розміщені під корпусом судна, що складаються з вала (найдовшої, зазвичай прямої частини, яка входить і виходить з корпусу), опорної площини (зазвичай вигнутої) та кінчика (прямої, вертикальної частини). Коли яхта набирає швидкість, корпус спирається на нижню частину крил, що підіймає його, завдяки чому він чинить менший опір воді та збільшує швидкість. Фойли найбільш ефективні під час плавання на галсі (бічний вітер) і можуть використовуватися лише за відносно спокійних умов плавання. Залежно від цих різних факторів — та для подальшої оптимізації характеристик човна — існує також механізм, що дозволяє втягувати фойли в корпус.

Використання гідрокрил у морських перегонах є новим явищем; вони були вперше застосовані у перегонах Vendée Globe 2016 року (перегони відбуваються раз на чотири роки). Їхня ефективність швидко дала про себе знати — перші чотири човни, що фінішували, були оснащені ними — але ця технологія виявила деякі недоліки. З того часу конструктори працювали над поліпшенням як продуктивності, так і надійності.

Виклик

«Vendée Globe» — одиночна безперервна кругосвітня регата на яхтах, що триває кілька місяців, — привернула увагу далеко за межами світу вітрильного спорту завдяки відважним шкіперам, які подолають виснажливий тримісячний маршрут без будь-якої допомоги.

Протягом цього часу вони зіткнуться з екстремальними погодними умовами, бурхливим морем (особливо в Тихому та Південному океанах) та постійними небезпеками, пов’язаними з одиночним плаванням. Таким чином, Vendée Globe – це не просто пригода, а випробування, яке вимагає міцних, високопродуктивних човнів, здатних витримувати постійне навантаження на межі своїх можливостей, а іноді й за їх межами.

Рішення

Вибір оптичного волокна

Будучи в курсі останніх технологічних досягнень у галузі вимірювальної техніки, команди IMOCA Thomas Ruyant Racing цього року обрали оптоволоконний тензодатчик, який є більш міцним, ніж традиційні датчики.
Маючи репутацію надійного та компетентного партнера у сфері складного обладнання, конструктор IMOCA знову звернувся до компанії HBK за допомогою у реалізації цього проєкту.

Інженерний відділ HBK у Південно-Західній Європі, яким керує Карола Корацца, співпрацював з Лораном Бургесом, щоб визначити характеристики датчиків, а також спосіб їх установки на крилі. «Зазвичай мій відділ працює якомога ближче до об’єкта замовника. Однак у цьому випадку ми зробили невеликий виняток на прохання замовника. Thomas Ruyant Racing базується в Лор’яні, але зустріч відбулася в Італії, оскільки було важливо тісно співпрацювати з конструктором компонентів човна — компанією Persico Marine, яка базується в Італії», — пояснює Карола.

Для вимірювання деформації було обрано масив датчиків деформації FBG у вигляді голого волокна, FS70FBG, і для кожного крила було визначено чотири точки вимірювання. «Обговорення з замовником дозволили нам зрозуміти всі його потреби та запропонувати рішення. Те саме волокно можна було використовувати для вимірювання температури. Тому ми домовилися налаштувати його та інтегрувати в масив тепловий датчик», — пояснює Карола.

Відповідно до технічних вимог замовника, усі ці точки вимірювання (решітки Брегга) визначаються та точно розміщуються вздовж волокна. Це волокно підключається до динамічної оптичної вимірювальної системи FS22 DI (також відомої як оптичний інтеррогатор), яка перетворює оптичні вимірювання на цифрові дані, придатні для використання у звичайних системах збору даних. Відстань між найвіддаленішою точкою вимірювання та оптичним інтеррогатором становить п’ять метрів — це відносно невелика відстань у порівнянні з деякими застосуваннями, що вимагають волокон довжиною понад 30 метрів.

Гонка з часом…

Ці технічні рішення були визначені в першому кварталі 2019 року. На той час гонка з часом вже тривала для IMOCA Thomas Ruyant Racing, яка хотіла виставити свою яхту на двомісну регату Transat Jacques Vabre, що мала стартувати 27 жовтня з Гавра до Сальвадора-де-Баї в Бразилії. Отже, з практичних міркувань та для економії часу, фойли були виготовлені в Лор’яні, а не в Мілані, як планувалося спочатку. Інженерні команди HBK мають досвід роботи по всій Європі, тому легко пристосувалися до цієї зміни плану. В результаті, встановлення оптичних датчиків було виконано інженером виїзної служби HBK Ніколасом Вісояну, який працює у французькому офісі компанії.

Плівки, що складаються з технічного шару, який включає кілька шарів вуглецевого волокна, були спеціально розроблені для інтеграції з оптичним волокном, а їхня зовнішня частина має канавку. Встановлення волокна в цю канавку — це ретельна робота, як пояснює Ніколя: «Оскільки ці плівки відносно важкі й ними важко маніпулювати, їх закріплювали в такому положенні, щоб я міг працювати в комфортних умовах. Для досягнення оптимальних характеристик дуже важливо точно розмістити волокно та приділити велику увагу склеюванню. Помилки, допущені на цьому етапі, неможливо виправити! У цій сфері компанія HBK набула досвіду, що виокремлює її серед конкурентів. Зрештою, потрібно бути здатним забезпечити точність на рівні мкм/м із гарантованою прийнятною похибкою. Це рівень майстерності, якого важко досягти».

Використаний клей X120 також є прикладом досвіду в цій галузі — він був спеціально розроблений для монтажу датчиків цього типу. Він заповнює паз до рівня поверхні, що дозволяє нанести захисний шар, який робить його стійким до морської води.

Після цієї успішної першої гонки була необхідна оцінка, тому записані дані були проаналізовані та співвіднесені для пошуку шляхів поліпшення. Вимірювання, проведені на фойлах, є цінним джерелом інформації для поліпшення керованості човна. «Ціною за це є споживання: 1 А при 24 В — це не так вже й мало», — каже Лоран Бург.

Результат

Цей проект було швидко завершено, що дозволило спустити яхту на воду у вересні 2019 року — за вісім тижнів до старту регати «Трансат Жак Вабр». Після кількох випробувань яхта була готова до участі в перегонах. Незважаючи на несправність, пов’язану з гідравлічними циліндрами автопілота, що сталася незабаром після старту і змусила зробити чотиригодинну зупинку в Шербурі, «Advens for Cybersecurity» продемонструвала високу ефективність і фінішувала на почесному п’ятому місці. Такий успіх став можливим завдяки високим середнім показникам: лише за одну добу яхта подолала 521 милю за 24 години зі середньою швидкістю 22,30 вузлів.

Томас Руян фінішував у регаті Vendée Globe 2020–2021 на 6-му місці. Він прибув до фінішу 28 січня 2021 року о 4:42:01 ранку, провівши в гонці 80 днів, 15 годин, 22 хвилини та 1 секунду.