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速度予測プログラム( VPP ) は、船体と帆の力をバランスさせることにより、さまざまな風の条件下でのセーリング ヨットの性能を解析するコンピュータ プログラムです。VPP は、ヨットの設計者、ボート製造者、模型試験者、船員、帆製造者、アメリカズ カップチームによって、ヨットが建造される前または大幅な変更が行われる前に、ヨットの性能を予測するために使用されます。
背景
最初の VPP は、1970 年代初頭にマサチューセッツ工科大学で開発されました。当時、H. アーヴィング プラット准将は、「船体、リグ、帆走計画の形状に関する知識に基づいて、ヨットの性能を予測する」研究に資金を提供しました。
方法論
VPP は、動作を開始するために初期パラメータの推測を必要とする反復プログラムです。通常、VPP はボート モデルとソリューション アルゴリズムの2 つのメカニズムで構成されます。
ボートの速度 (V s )、傾斜角 (Φ)、リーフの数、帆の平坦度などのパラメータの初期推定値がボートモデルに入力されます。これらの入力パラメータを使用して、ソリューションアルゴリズムは帆の推進力と船体の抵抗力の差を計算します。また、船体によって生成される復元モーメントと動作傾斜角も計算します。
最初の反復では推進力と抵抗力が等しくなる可能性は低いため、ソリューション アルゴリズムは、入力パラメータを調整し、各実際の風向で最大速度が得られるまで力をバランスさせる責任があります。
流体力モデル
船体とその付属物（竜骨、舵、その他のフィン）に作用する抵抗力は、いくつかの小さな要素に分解できます。
- 粘性抵抗- このタイプの抵抗は「表面摩擦」とも呼ばれ、船体とその付属物の濡れた表面を水分子が滑って通過するときに力をかける摩擦抵抗からのみ生じると考えられています。このタイプの抵抗は濡れた表面に比例して増加し、船体抵抗の 2 つの構成要素の 1 つです。
- 残留抵抗– 残留抵抗には、静水に浮かぶ直立した裸の船体に生じるその他のすべての抵抗が含まれます。このグループ分けの理由は、動いている船体に生じるすべての流体抵抗のうち、粘性抵抗だけが濡れた表面積に比例して拡大するため、明確に分離できるからです。残留抵抗は、主に造波抵抗、渦形成、大規模な剥離で構成されますが、これらはすべて複雑すぎて、船体形状に関する事前知識があれば経験的に決定することはできません。これらの種類の抵抗は、模型テストによってのみ決定できます。
- 誘導抗力– 誘導抗力は、不完全または無限ではない揚力面（この場合はキール、舵、その他の付属物）によって発生します。揚力が 3 次元で生成されると、閉じた循環ループが形成され、ダウンウォッシュが発生します。このダウンウォッシュは、ダウンウォッシュに向かって下向きに回転することで、自由流の速度を変更します。この新しい角度により、自由流の方向の成分があるため、抵抗がわずかに増加します。
- 傾斜による抵抗– セーリング ヨットが傾斜すると、船体の形状が変更されるため、船体の基本抵抗を調整する必要があり、この用語でそのすべてが表現されます。最初の変化は船体の濡れた表面積で、これが増加すると粘性抵抗が大きくなります。しかし、より重要なのは、傾斜時の残留抵抗の変化です。船体の水中部分は対称ではなくなり、通常は残留抵抗が増加します。これは、船幅と喫水比または縦方向の浮力の中心に大きな変化がある場合に特に当てはまります。
- 波浪中における追加抵抗(R AW ) – この要素は、海路におけるヨットの動きによって計算または実験的に導き出された抵抗を表します。この抵抗は、真風速 (V T ) またはヨットの物理的特性の要因であると考えられます。
空気力モデル
- 帆から揚がる
- 帆を引っ張る
- 誘導抗力
解決と最適化
VPP は、ヨットに作用するすべての力とモーメントを解析することで、ヨットの性能を解きます。簡単にするために、ピッチングモーメントとヨーイングモーメントはゼロと仮定できます。
プレゼンテーション
VPP は大量のデータを生成するため、このデータの表示には特別な配慮が必要です。表形式の出力は特定の値を識別するのに役立ちますが、VPP 出力を表示する最も一般的な方法は極座標プロットを使用することです。
用途
セーリングヨットの設計
セーリングヨットのハンディキャップ
VPP は、さまざまなセーリング組織で理論上のボートの性能を評価し、異なるスタイルやサイズのボートが互いに競走できるように「ハンディキャップ」を割り当てるために使用されています。IOR および IMSハンディキャップ ルールは、VPP を最初に採用したルールの 1 つです。米国では、最も一般的なハンディキャップ ルールは、米国セーリング協会によって開発および推進されている PHRF ルールです。[1]他のほとんどのルールでは過去のパフォーマンスは考慮されませんが、PHRF は、レースで連続して悪い結果が出た後、スキッパーがハンディキャップの削減を要求できるという点で他と異なります。ヨーロッパで現在使用されている最も一般的なハンディキャップ システムは IRC ルールです。[2]
商用VPP
- ウィンデザイン
- エイチピーピー
- セイルフィッシュ ヨット アナライザー
参照
参考文献
- ^ 「United States Performance Handicap Racing Fleet」。米国セーリング協会。2012年3月10日時点のオリジナルよりアーカイブ。2012年4月4日閲覧。
- ^ 「IRC Rating」。IRC。2012年3月23日時点のオリジナルよりアーカイブ。2012年4月4日閲覧。
- Claughton, AR; Wellicome, JF; Shenoi, RA (2006).セーリングヨットの設計: 理論. サウサンプトン、イギリス. pp. 109–143. ISBN 0-85432-829-7。
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