TG Yachts powstało w 2010 roku jako przedsiębiorstwo specjalizujące się w projektowaniu zaawansowanych, i jednocześnie lekkich jachtów. Znaczącą częścią naszych działań są usługi inżynierskie z zakresu konstrukcji specjalnego przeznaczania – czyli takich które mają wysokie wymagania wytrzymałościowe przy jednoczesnych ograniczeniach masowych. Jesteśmy grupa czterech inżynierów z solidnym wykształceniem oraz wieloletnim doświadczeniem w naszej branży.

Naszym głównym zainteresowaniem jest projektowanie jachtów żaglowych, oraz projektowanie różnych konstrukcji kompozytowych. Mamy doświadczenie zebrane pryz ponad 30 projektach jachtów wielkości 40 do 150 stóp. Zdecydowana większość jednostek, do których projektowaliśmy konstrukcje była wykonana z laminatów na bazie węgla w technologii pre-preg (Carbon pre-preg – ta sama technologia co formule 1 itp.). Mamy tez doświadczenie z konstrukcjami z aluminium oraz popularnych laminatów szklanych.

Oferujemy:

Projektowanie jachtów

• Architektura okrętowa
• Zaawansowane modelowanie 3D
• Szczegółowa dokumentacja techniczna
• Projekty zewnętrzne jak I wnętrz jachtów
• Obliczenia mechaniki płynów
• Obliczenia osiągów

Usługi inżynierskie

• Projektowanie konstrukcji kompozytowych
• Dokumentacja projektowana
• Dokumentacja wykonawcza
• Obliczenia metodą elementów skończonych
• Wsparcie na miejscu podczas produkcji

Założenia projektowe – jest to najważniejszy element każdego projektu. Bardzo często założenia zmieniają się podczas pracy. Typowym jest że przyszły armator niema w 100% sprecyzowanych wymagań oraz potrzeb. Jednym z ciekawych wyjątków był jacht Magnus Zaremba – armator miał wymagania określone bardzo konkretnie i nie uległy one zmianie do końca projektu.

Projekt koncepcyjny - czyli początkowy etap projektu, gdzie coś zaczyna być już widoczne. Pojawiają się pierwsze proporcje jachtu, zaczyna się poszukiwanie, oraz dookreślanie podstawowych parametrów takich jak – długość, szerokość, zanurzenie oraz bardzo wstępny plan ożaglowania. W zależności od potrzeb armatora niektóre aspekty projektu są mniej a inne bardziej istotne.

Projekt wstępny – zaczynamy robić pierwsze przymiarki inżynierskie – wstępny określenie ciężarów, sposób obsługi żagli, wyposażenie maszynowni itp. Dosyć często na tym etapie dochodzi się do rozwiązań które mogą wykraczać poza budżet armatora – co jest bardzo istotnym ograniczeniem. Należy wtedy wrócić do założeń i je zweryfikować. Na tym etapie nie zawsze zaangażowana jest stocznia, ale nie jest rzadkością że konkretny projekt jest tworzony z myślą o konkretnej stoczni.

Projekt szczegółowy. Jachty prototypowe, nie seryjne, wymagają bardzo dobrego poziomu współpracy ze stocznia. Zazwyczaj budżet na projekt jachtu jednostkowego jest niższy niż dla seryjnego. Wynika z tego że typowa ilość dedykowanych detali konstrukcyjnych jest mniejsza. Na tym etapie wybór stoczni jest konieczny, tak żeby projektować i tworzyć dokumentacje pod konkretne możliwości wykonawcze. W zależności od tego kto jest budowniczym różne materiały i technologie są używane. Każdy element można zaprojektować na wiele różnych sposobów – różnice będą w masie, koszcie materiałów oraz w ilości roboczogodzin. Ma to oczywisty wpływ na finalny koszt jachtu. Ważnym elementem jest wyważenie stopnia złożoności projektu, masy oraz kosztu tak aby móc na końcu osiągnąć sukces dal wszystkich zainteresowanych stron – z armatorem na czele.

Dokumentacja konstrukcyjna jest jednym z ważniejszych elementów projektu. O ile w stosunkowo prostych projektach jachtów „mazurskich” wielu konstruktorów definiuje dokumentacje jedynie jako modele 3D, o tyle w konstrukcjach bardziej odpowiedzialnych nie jest to możliwe (a co najmniej nie efektywne pod żadnym względem). Nie wszystkie stocznie mają swoje własne biura konstrukcyjne, które wykonują szczegółową dokumentacje wykonawczą. W zależności od projektu jesteśmy w stanie dostarczyć dokumentacje na dowolnym poziomie szczegółowości. Przy czym w przypadku dobrych i doświadczonych stoczni dokumentacja może być znacząco prostsza, a niektóre detale są wykonywane na podstawie jedynie szkiców konstrukcyjnych.  

Pracujemy w całości w środowisku 3D. Ponieważ nasze doświadczenia oraz edukacja pochodzą z branży lotniczej (czyli nie kończymy projektów jedynie na ładnych wizualizacjach – a często dopiero od tego momentu zaczynamy) używamy najbardziej zaawansowanego oprogramowania dostępnego na rynku. Modelowanie 3D wykonujemy w CATII – w pełni parametryczny program, z bardzo rozbudowanymi możliwościami skryptowania i możliwościami szybkiego wprowadzania zmian projektowych. Ponieważ każdy z naszego zespołu jest biegły w tym narzędziu, i używamy go od 10 lat , mamy rozbudowaną bazę typowych elementów oraz procesy projektowe. Dzięki wypracowanej, przez wiele lat, metodologii jesteśmy w stanie bardzo dobrze się zintegrować z innymi narzędziami inżynierskimi – takimi jak pakiety do obliczeń Metodą Elementów Skończonych czy do obliczeń mechaniki płynów.

Przewidywanie osiągów jachtu jest ważnym elementem procesu projektowania jachtów. Nie poznaliśmy jeszcze nigdy armatora który, na etapie projektowania, mówiłby „zróbmy wolniejszy jach” czy „prędkość jest nie istotna”. Obliczenia osiągów sprowadzają się do rozwiązania równań ruchu jachtu. Wynikiem jest prędkość jachtu w funkcji wielu zmiennych (podstawa to kierunek oraz prędkość wiatru). W ogólnym przypadku jest to zadanie bardzo skomplikowane, a jakość wyników zależy wprost proporcjonalnie do założeń oraz parametrów wejściowych. Do obliczeń używamy następujących narzędzi:

• Wolfson unit VPP
• ORC VPP
• Nasz własny system VPP – zrobiony w Excelu

Każde, z powyższych narzędzi, ma swoje wady oraz zalety. W zależności od wymagań projektowych wszystkie, albo tylko niektóre są używane. Bardzo ważne jest zrozumienie tego co się chce osiągnąć. W przypadku typowych jachtów turystycznych (właściwie to innych niż typowo regatowe) przewidywanie osiągów jest obarczone sporym błędem związanym z następującymi aspektami:

• Masa oraz położenie środka ciężkości (dla różnych stanów)
• Jakość żagli
• Sztywność jachtu
• Zdolności załogi

Masa oraz położenie środka ciężkości

W zależności od tego jaka technologia budowy jest wykorzystywana, oraz od zdolności stoczni, masa samej konstrukcji może mieć zasadniczą zmienność. Zasadniczo największym problemem w określaniu masy jest wnętrze. Materiały dobrej jakości są ciężkie, a dobrej jakości oraz lekkie są bardzo drogie w wykonaniu. Zazwyczaj dopiero na etapie budowy można dokładnie określić masę wnętrza (chyba że zainwestuje się w dokładny projekt wykonawczy wnętrza – a nie tylko w ładne ilustracje). Ten sam problem jest właściwie ze wszystkimi systemami hotelowymi. Masa samych przewodów elektrycznych na jachcie wielkości 60 stóp wynosi 300 do 400kg. Zazwyczaj największy błąd w założeniach jest właśnie w masie oraz w położeniu środka ciężkości. Jedne z projektów w których braliśmy udział pokazał że 24m jacht kompozytowy faktycznie ważył 40 ton, a masa projektowa wynosiła 36 – czyli różnica 10%. Masa i położenie środka ciężkości ma bezpośredni wpływ na stateczność. Moment prostujący (jako funkcja przechyłu) jest czymś co definiuje wprost ile dana jednostka może nieść żagli, w danych warunkach wiatrowych. Innymi słowy – ma to przełożenie na osiągi. Jachty regatowe zazwyczaj są projektowane na ciągły przechył 30 stopni, turystyczne natomiast na 25.

Żagle

W zależności od przeznaczenia jachtu, różne są optymalne żagle (dla tego samego planu ożaglowania). Nie każdy typ żagla (chodzi o materiał oraz projekt szczegółowy) jest optymalny dla każdego jachtu. Typowe jachty turystyczne maja jedne podstawowy zestaw żagli i czasem dwa-trzy dodatkowe (cos sztormowego i jakiś code 0).Taki zestaw musi wystarczyć na wszystkie warunki wiatrowe. Jachty regatowe natomiast maja często bardzo bogate zestawy, dzięki czemu konkretne żagle są optymalne na konkretne warunki wiatrowe (prędkość i kierunku wiatru pozornego). W zależności od przeznaczenia oraz typowych scenariuszy użytkowania (nieco inaczej wygląda pływanie pary na emeryturze od tego co robi typowa załoga czarterowa zmieniająca się co tydzień) inaczej wygląda sam plan pokładu oraz materiały i kroje żagli. Dla tego samego planu ożaglowania można mieć zestaw zoptymalizowany pod bardzo konkretne warunki, albo „uniwersalny”. Gdy dodać do tego ustawienie takielunku stałego okazuje się że obliczenia teoretyczne i praktyka mogą się bardzo rozmijać – jachty turystyczne są zazwyczaj wolniejsze od obliczeń.

Sztywność jachtu (mechaniczna – nie w rozumieniu stabilności)

Większe jachty wymagają sprawdzenia sztywności – ma to wpływ na szybkość jachtu. Nie wszyscy są świadomi faktu że podczas obciążania olinowania (i stałego i ruchomego) zarówno ono samo jak i jacht się odkształcają. W przypadku gdy jacht nie jest dostatecznie sztywny może nie być możliwości wybrania wszystkich lin do odpowiedniego poziomu. Żeby pokazać liczby – 100 stopowy jacht płynący pod wiatr odkształca się o około 100mm, w przypadku jachtu typowo turystycznego wartość ta może dochodzić do 300mm. Odpowiednie narzędzia do wybierania sztagów, napinania want itp. są bardzo ważne w przypadku jachtów regatowych, w przypadku turystycznych nie jest to praktyczne. Jest to jedne z aspektów pomijany w obliczeni ach osiągów. Ogólnie – nie istnieją jacht za „sztywne”.

Obliczenia numeryczne mechaniki płynów są narzędziem symulacji używanym do analizy opływu wokół kadłubów oraz elementów hydrodynamicznych (mieczy, płetw sterowych kilów itp.). W zależności od projektu, narzędzie to, jest używane albo jedynie do weryfikacji lub też optymalizacji różnych elementów projektu. Warto zaznaczyć że mamy tutaj do czynienia z narzędziem analiz a nie projektowania. Oznacza to że można jedynie sprawdzić opływ wokół danego kształtu a nie go zaprojektować. Możliwe jest zrobienie w pełni parametrycznych i automatycznych modeli które będą stosować techniki optymalizacyjne i w teorii zbiegać się w czasie do optymalnego rozwiązania – jest to jednak bardzo drogie i czasowo mało optymalne. Same obliczania numeryczne modeli z powierzchnią swobodną płynu (czyli kadłub na wodzie) są kosztowne numerycznie. Obliczenia jednego przypadku (dana geometria, położenie środka ciężkości oraz prędkość) mogą wymagają czasu liczonego w dniach lub tygodniach, zależnie od używanego sprzętu komputerowego. Powoduje to że obliczenia mechaniki płynów w dużym stopniu zależą od budżetu dostępnego w danym projekcie.

W bardzo wielu przypadkach o wiele efektywniejsze jest zainwestowanie w bardziej dokładny projekt konstrukcyjny. Warto zauważyć że zasadniczo w przypadku dwóch podobnych jachtów (geometria, plany ożaglowania oraz krzywe momentów prostujących przy małych przechyłach) szybszy jest ten który jest lżejszy.

W całym procesie projektowym warto zachować rozsądek i zrobić analizy tego co ma sens a co nie -  i patrzeć w kontekście globalnym projektu. Nawet ekstremalnie lekki jacht, ale z małom powierzchnią żagli będzie po prostu wolny.  

Metoda Elementów Skończonych. Jest to kolejne narzędzie symulacyjne, w tej chwili już powszechnie, używane w procesie projektowania jachtów. Mamy ponad 10 letnie doświadczenie wy używaniu pakietu ANSYS razem z dodatkiem ACP do analizy konstrukcji kompozytowych. Stadna derm jest u nas używanie skryptów na pazie języka Python, dzięki czemu proces analizy jest bardzo zautomatyzowany i jesteśmy w stanie robić bardzo dużo iteracji. Przykład 6m kilu do 24m jachtu pokazuje że optymalne rozwiązanie zostało osiągnięte po 160 iteracjach. Ponieważ wszyscy nasi inżynierowie biegle używają Cati do modelowania 3D, znacząco skracamy czas przygotowywania modeli do obliczeń.

Ponieważ mamy znacząco ilość narzędzi analitycznych, wymyślonych przez nas na nasze własne potrzeby, jesteśmy w stanie używać analiz MES bardzo często jako ostatni etap projektowy w celu jedynie weryfikacji i bardziej zaawansowanej analizy wytrzymałościowej – jak chociażby wyboczenia czy analizy drgań.

Zdolności załogi

Czynniki który jest najbardziej nie doszacowany. Załoga profesjonalna, z doświadczeniem, jest w stanie „wycisnąć” z jachtu jego maksymalne możliwości – czyli to co pokazują obliczenia. Ponieważ rzeczywistość jest nieliniowa, a ilość czynników wpływających na osiągi jest bardzo duża, nie do końca jest możliwe zastąpienie dobrej załogi, o osiąganie założonych prędkości (obliczanych dla idealnych warunków).

TG Yachts - Yacht Design & Engineering

ul. Konopnickiej 19, 05-822 Milanówek Poland