Системи рейтингу Конгресу з морських перегонів (ORC) як інструмент для яхтсмена

share on:

Змагання крейсерських яхт є найбільш видовищними у вітрильному спорті. Перехоплює подих, коли перегоновий флот яхт-красунь іде під повними вітрилами, заповнюючи увесь виднокрай. Вони є втіленням індивідуальності власника, поєднанням естетичних, дизайнерських і технологічних ідей, реалізованих чималою командою професіоналів та ентузіастів. Однак, як визначити переможця, як визначити найбільш вправну команду, коли яхти суттєво відрізняються одна від одної? Адже найбільша яхта, зазвичай, несе найбільше вітрил і майже завжди фінішуватиме першою. Це питання постало як тільки почали проводити перегони вітрильників та є актуальним і досі. З цього приводу є безліч публікацій і ще більше буде написано, але можна сказати напевне, що ідеальну систему рейтингу або, так званого гандикапу, навряд чи коли-небудь буде створено. Постійно вдосконалюються конструкції яхт, з’являються нові матеріали, розробляються інтелектуальні системи стратегічного і тактичного управління яхтами та інше. Певні підходи, які вважались прийнятними ще двадцять років тому, зараз безнадійно застаріли і навіть часто розглядаються як обмежуючий фактор у розвитку крейсерсько-перегонового вітрильництва. Одним із принципів, яким слідують системи рейтингу, є пошук оптимального балансу між точністю і справедливістю гандикапу та його практичністю в масовому використанні. Можна витратити дуже багато часу і задіяти дороге обладнання для визначення перегонових характеристик конкретних яхт із високою точністю та на їх основі призначити цим яхтам поправки для часу на дистанції (гандикап). Це буде виключно справедливий гандикап, який повністю врівноважить шанси на перемогу яхт, побудованих з використанням різних інженерних рішень, але він буде абсолютно не прийнятний для повсякденного використання через свою складність та вартість. З іншого боку, спрощені системи гандикапу, що базуються на елементарних моделях, хоч і є дуже зручними для використання, не можуть у принципі справедливо порівнювати класичні та сучасні вітрильні судна (рис.1).

Рис. 1. Еволюція моделі яхти Swan 36 від NAUTOR HOLDING SRL
https://www.clubswan36.com/

Одними з провідних сучасних систем рейтингу є системи Конгресу з морських перегонів (Offshore Racing Congress, ORC), де вдало поєднані комп’ютерне моделювання, доступні технології вимірювань, і простота реалізації та відкритість бази даних через глобальну мережу Internet. ORC є міжнародним органом, визнаним World Sailing (WS) як єдина повноважна організація, яка керує Міжнародною системою вимірювання (International Measurement System, IMS), системами рейтингу ORC (ORC International і ORC Club), правилами класів ORC Gran Prix і регламентами, пов’язаними з обміром і класами яхт. Системи рейтингу ORC Club і ORC International використовують систему вимірювання IMS як обмірну платформу і програму розрахунку швидкості (Velocity Prediction Program – VPP) для оцінки швидкості яхт, які різняться за розмірами, формою і конфігурацією корпусів та виступаючих частин (кілів, швертів, стерен, систем динамічної стабілізації), остійністю, розмірами рангоуту і вітрил, встановленням двигуна і багатьма іншими деталями, що впливають на теоретичну швидкість яхти.

Тож давайте розглянемо детальніше, що саме ORC пропонує для учасників перегонів та повноважних організаторів змагань. Напевно, варто почати з того, що Вітрильна федерація України (ВФУ) є національною повноважною організацією – членом World Sailing, на яку покладено організацію і розвиток вітрильного спорту в нашій країні. Для проведення змагань повноважні організатори керуються правилами вітрильницьких перегонів WS, правилами щодо обладнання у вітрильницьких перегонах WS, спеціальними правилами WS для морських перегонів відповідних категорій. Цілком природно, що, імплементувавши правила WS, варто використовувати і системи рейтингу, які визнані WS і за якими проводяться світові, континентальні та національні чемпіонати в різних країнах. У 2014 році ВФУ було запроваджено проведення національних рейтингових змагань крейсерсько-перегонових яхт за системами ORC. Для некваліфікаційних клубних змагань організатори можуть паралельно використовувати й інші системи рейтингу та формувати вільні групи без гандикапу (без обміру). Регламентовано тільки неухильне дотримання правил безпеки WS та правил перегонів.

Рис. 2. Мапа розповсюдженості систем рейтингу ORC за кількістю сертифікатів, виданих у відповідній країні у 2018 р. Кольори від білого до червоного відповідають величинам від 0 до 1547.

На рис. 2 наведено мапу розповсюдженості систем рейтингу ORC, де кольорами від білого до червоного позначено кількість сертифікатів (вимірювальних свідоцтв), виданих у відповідній країні (детальніше за посиланням). Загалом ORC охоплює 42 країни, у 30 з них працюють національні рейтинг-офіси, у тому числі і в Україні. Кількість сертифікатів ORC у загальнодоступній базі перевищує 100 тисяч. Найбільше сертифікатів (понад 1000 щорічно) випускається в Італії, Норвегії та Іспанії. На ці країни припадає близько 46% від усієї кількості сертифікатів. Україна, Болгарія, Литва, Польща знаходяться в середині переліку країн за кількістю сертифікатів, від 50 до 100 щорічно, і на ці країни припадає близько 11% від їх загальної кількості. Під патронатом ORC щорічно проводяться чемпіонати світу та Європи серед крейсерсько-перегонових яхт. Наприклад, в ORC чемпіонаті Європи 2018, що проходив у Лімасолі на Кіпрі, українська яхта Maestro посіла п’яте місце. А об’єднаний IRC/ORC чемпіонат світу 2020 прийматиме Нью-Йоркський яхт-клуб (Ньюпорт, Род-Айленд, США).

Якщо ви вирішили отримати сертифікат ORC, то що для цього потрібно і що, крім звичного для всіх перегонового бала (TMF – Time Multiplication Factor, коефіцієнта множення часу) отримаєте? Регламент видачі сертифікатів ORC нічим не відрізняється від регламентів в інших системах гандикапу. Для отримання сертифіката ORC власник яхти або його повноважний представник має забезпечити виконання необхідних вимірювань і направити заповнений протокол обміру до національного рейтинг-офісу (детальніше за посиланням). Там дані перевіряються, за необхідності уточнюються, за допомогою програмного забезпечення, наданого головним ORC-офісом, проводиться розрахунок і заявнику видається сертифікат. При цьому дані сертифіката автоматично розміщуються в загальнодоступній базі даних ORC – у службі Sailor Services. Щодо процедури вимірювання, то вона така сама, як і в інших системах – обмір вітрил, обмір рангоуту, обмір на воді (детальна інформація міститься у відповідних загальнодоступних документах на веб-сайті ORC та сайті ВФУ). Суттєвою відмінністю є тільки необхідність мати точну цифрову модель корпусу (так званий off-file). Сотні таких моделей серійних яхт наявні в базі ORC і, якщо ваша яхта одна з них, то для розрахунків використовується off-file з бази даних. В інших випадках проводиться лазерне або фотограмметричне сканування корпусу і створюється індивідуальний файл, який містить дані кількох десятків перерізів (шпангоутів), знятих на відповідних відстанях від штевня (рис. 3).

Рис. 3. Графічне зображення даних файлу корпусу яхти. Перерізи червоного та зеленого кольору відповідають лівому та правому бортам, сині точки позначають місця вимірювання висот борту при обмірі на воді. За посиланням доступна тривимірна модель.

Маючи сертифікат ORC, насамперед, яхтсмен отримує інструмент, який дозволяє оцінити перегонові характеристики яхти у порівнянні із суперниками при різних погодних умовах і курсах. По-друге, дані сертифіката та супутні таблиці дозволяють вибрати тактику проходження дистанції, вибирати оптимальні курси, правильно розкладати галси при лавіруванні, вибирати набір та налаштування вітрил відповідно до конкретних умов гонки. Є можливість моделювати поведінку яхти при проектуванні нових вітрил чи при зміні величини остійності, чи, скажімо, при зміні диференту, коли в перегонах яхта носитиме на транці важкий забортний двигун та інше.

І по-третє, звісно ж, яхта матиме справедливий рейтинг (гандикап), який дозволяє порівнювати результативність проходження дистанції з результативністю яхт-суперниць у конкретних вітрових умовах, які були при проходженні дистанції, і при конкретній конфігурації дистанції (наборі курсів). Це є можливим за рахунок того, що в основі систем рейтингу ORC лежать розраховані за даними IMS обміру індивідуальні поляри яхти – кругові діаграми, які для вибраних швидкостей вітру відображають прогнозовану швидкість яхти на всіх курсах (рис. 4).

Рис. 4. Полярна діаграма прогнозованих швидкостей яхти для швидкостей вітру від 6 до 20 вузлів (криві від центра назовні, відповідно). Сині криві – яхта йде під передніми вітрилами, зелені – яхта несе спінакер. Точками позначено оптимальний курс відносно вітру для чистого лавірування на навітряний знак і курси на знак, що знаходиться точно під вітром. Перехрестями позначено курси, при яких рекомендовано ставити/прибирати спінакер
Рис. 5. Табличне подання полярної діаграми яхти, зображеної на рис. 4

У сертифікаті ORC поляри яхти наведено у вигляді таблиці швидкості (рис. 5). Як бачимо, прогнозована швидкість яхти розраховується для 7 різних швидкостей істинного вітру (6–8–10–12–14–16–20 вузлів) і 8 кутів істинного вітру (52°–60°–75°–90°–110°–120°–135°–150°). Також наведено значення двох кутів оптимальної швидкості яхти за генеральним курсом (VMG) для чистого лавірування (0°) і напряму на підвітряний знак (180°). На полярі (рис. 4) ці кути позначені точками на кривих швидкості при різній швидкості вітру. Цю ж інформацію продубльовано в іншій таблиці, де зазначено норми часу на проходження однієї милі (секунди на милю). Аналіз поляри яхти дозволяє зрозуміти взаємозв’язок між трьома найважливішими параметрами, що визначають ефективність яхти на дистанції: швидкість вітру, кут вітру та максимальна швидкість яхти за цих умов. Причому, для зручності, поляру розділено на дві частини, які відображають істинний та вимпельний вітер. За формою кривих легко якісно оцінити вигідні курси та зміну поведінки яхти при посиленні вітру, а також оцінити ефективність вітрил. На полярі кольорами кодуються криві швидкості для стакселя/генуї, летючих вітрил (code 0), симетричних/асиметричних спінакерів. Добре видно точки (курси), де варто міняти одні вітрила на інші. Крім того, за полярами добре видно кути до вітру, при яких швидкість яхти є оптимальною за генеральним курсом, ці дані допомагають визначати оптимальний курс на знак при зміні галсу на протилежний. Наприклад, якщо при вітрі 10 вузлів найефективнішим курсом за вітром є 156°, то при зміні галсу найвигідніше повернути на 48°, то ж і робити цей поворот потрібно тоді, коли пеленг на знак відповідатиме 48° (з урахуванням дрейфу).

Також часто виникає питання: що вигідніше – взяти риф чи максимально виплощити вітрила? Загалом, якщо дозволяє остійність яхти, вигідніше йти з максимально плоскими вітрилами, ніж зменшувати площу вітрил і знижувати висоту центра вітрильності. Однак це багатопараметрична задача і за суб’єктивними відчуттями важко прийняти правильне рішення. На рис. 6 показано приклад розгорнутої таблиці поляр ORC, де крім швидкості і напряму вітру вказані кут крену яхти та рекомендовані відносні зменшення сумарної площі вітрил та виплощування. Фактор рифлення (reef), рівний 1, означає, що площа вітрил не зменшується. Оскільки це лінійна величина, то щоб визначити відсоток, на який варто зменшити площу, її потрібно піднести до квадрату. З таблиці видно, що при швидкості вітру 14 вузлів на гострих курсах для цієї яхти вигідно виплощувати вітрила з коефіцієнтом зменшення кривизни («пуза») від 0,61 до 0,74. При цьому тяга вітрил зменшиться прямо пропорційно величині коефіцієнтів, а сила дрейфу – пропорційно їх квадрату. Ефективність таких налаштувань можна оцінити за величиною крену яхти.

Рис. 6. Приклад розгорнутої таблиці поляр для швидкості істинного вітру 14 вузлів (TWS). TWA – кут істинного вітру, BTV – швидкість яхти, VMG – швидкість за генеральним курсом, AWS, AWA – швидкість та кут вимпельного вітру, Heel – крен, Reef – відносне зменшення площі вітрил, Flat – відносне виплощування вітрил. Виділені оптимальні кути чистого лавірування на вітер та за вітром

Таким чином, графічні та табличні поляри яхти дозволяють яхтсменам краще зрозуміти потенціал яхти, оптимальні налаштування і курси в конкретних вітрових умовах і слугуватимуть орієнтирами для досягнення максимальної ефективності на дистанції. Але тут слід зауважити, що прогнозовані поляри є тільки дуже хорошою відправною точкою. Для досягнення найкращого результату потрібно мати і фактичні поляри яхти. За наявності відповідного каліброваного взаємопов’язаного обладнання (румбо-анемометр, лаг, GPS, бортовий комп’ютер) порівняння розрахункових і фактичних поляр є штатною функцією. Якщо таке обладнання на яхті відсутнє, то ручного анемометра (чи інформації від яхти з анемометром) та смартфону з відповідним програмним забезпеченням буде достатньо. Наприклад, програма WindRace дозволяє записувати поляри максимальних швидкостей, а програма iRegatta, крім запису фактичних поляр, має функцію визначення ефективності яхти в конкретних умовах на основі порівняння з теоретичною полярою, вказує оптимальні курси для VMG (рис. 7) та ін. При цьому швидкість та напрям вітру можна як зчитувати з бортових сенсорів, так і вводити вручну. Повністю автоматично, з використанням обладнання на борту, це робить, наприклад, програма Seaman Tec. На скриншоті показано хмару точок, які ілюструють швидкість яхти на різних курсах при вітрі 14 вузлів, та відповідну криву апроксимації поляри. Звісно, інформативними будуть навіть ручні записи значень швидкості при відповідних вітрових умовах, але краще перекласти збір статистичних даних на гаджети, а команді зосередитись на курсах, швидкості та суперниках. Протягом сезону можна зібрати достатньо інформації для репрезентативного порівняння поляр ORC та фактичних поляр, що дозволить оптимізувати налаштування яхти та підвищити її ефективність у перегонах.

Рис. 7. Скриншоти програм для смартфонів, які автоматизують роботу з реальними та розрахунковими полярами яхти

Оптимізація налаштувань яхти за розрахунковими та фактичними полярами – це єдиний шлях у математичній системі рейтингу «покращити свій бал». Системи рейтингу ORC ніяк не обмежують інженерно-технічні рішення в конструкції яхт (крім тих, які впливають на безпеку) і практично немає прогалин, де дизайнери могли б «обхитрувати систему». Максимальна ефективність яхти на дистанції – це те, до чого потрібно прагнути. Адже суть гандикапу в ORC полягає в урівноважуванні шансів на перемогу за швидкостями яхт у розрахункових полярах. Яка різниця між прогнозованою швидкістю вашої яхти із суперником у певних вітрових умовах, така у вас і «фора». Наприклад, якщо перегони проходили при швидкості вітру 14 вузлів і яхти-суперниці чітко на всіх курсах досягали своїх прогнозованих швидкостей, зображених відповідною кривою, то і виправлений час у них буде однаковий. Якщо ж в однієї яхти якісніші вітрила, вона краще збалансована, команда витримує оптимальну тактику в перегонах та ще й «забирає вітер» і змушує помилятись суперника, а інша яхта, будучи більш швидкохідною, допускає багато помилок і в результаті «відставання» від своїх прогнозованих швидкостей (target speeds) у неї більше, то і виправлений час у неї буде більший, ніж у суперника.

У практичному застосуванні рейтингів ORC, звісно ж, ні яхтсменам, ні організаторам перегонів не потрібно працювати з полярами безпосередньо. На основі поляри (матриці прогнозованих швидкостей) пропонуються різні варіанти обрахунку виправленого часу відповідно до вітрових умов, форми дистанції і відмінностей між яхтами в перегонових групах. Гандикапи і виправлений час можуть бути отримані різними методами – від одночисельного і трійки чисел, заснованих на формулах «час на час» (ToT) і «час на дистанцію» (ToD), до автоматизованих методів, таких як гандикап за кривою швидкості (Performance Curve Scoring – PCS).

Всі ці методи обрахунку й інструменти для аналізу поляр і кривих швидкостей реалізовані в програмі ORC Scorer (рис. 8). Програма є обов’язковою до застосування згідно з Правилами проведення чемпіонатів ORC, поширюється безкоштовно і напряму взаємодіє з базами даних вебсайту www.orc.org. Вона автоматично отримує таблиці характеристик яхт (так звані RMS-файли), відображає сертифікати, повністю забезпечує процедуру підрахунку результатів серій перегонів у різних групах і дивізіонах та публікує зведені таблиці результатів перегонів на сайті ORC для публічного доступу й аналітики з боку головного офісу. Для безпосередньої обробки результатів перегонів Інтернет-з’єднання не потрібне, програма працює автономно.

Рис. 8. Робоче вікно програми ORC Scorer.

Підрахунок результатів за кривою швидкості (кривою ефективності яхти) – це найпотужніший інструмент рейтингової системи ORC. Унікальна риса, яка робить її принципово іншою і значно точнішою в порівнянні з рештою існуючих систем гандикапу. Саме криві швидкості дозволяють перейти від поляри прогнозованих швидкостей до величин гандикапу для дистанції конкретної форми. Крива швидкості – це норми часу в секундах, за які яхта повинна проходити одну морську милю при заданій швидкості вітру. В сертифікаті ORC наведено чотири криві швидкості для типових дистанцій: навітряно-підвітряної, кругової, довгої прибережної та дистанції без використання спінакерів. Схожі криві швидкості програма ORC Scorer розраховує для дистанцій довільної форми. Потрібно тільки задати напрям і довжину відрізків дистанції та напрям вітру на них. При цьому швидкість вітру програма визначає за часом проходження дистанції яхтою, що фінішувала першою. Також швидкість вітру на відрізках дистанції можна задавати, якщо проводились відповідні заміри.

Як це працює? На рис.9 показано принцип побудови кривої швидкості для навітряно-підвітряної дистанції. Маючи оптимальні швидкості лавірування проти вітру і за вітром з розрахункової поляри яхти, програма вираховує середні значення норм часу при проходженні половини дистанції проти вітру і половини за вітром для швидкості вітру від 6 до 20 вузлів. Далі ці величини використовуються при розрахунках виправленого часу. До речі, це найзручніша форма дистанції для перевірки відповідності розрахункової поляри яхти реальній. Досить знати відстань між навітряним і підвітряним знаками, час проходження дистанції і значення швидкості вітру.

Рис. 9. Принцип розрахунку кривої швидкості яхти для навітряно-підвітряної дистанції. Криві Beat і Run – норми часу на милю при лавіруванні проти вітру і за вітром відповідно до кутів лавірування і значень VMG у діапазоні швидкостей вітру 6 – 20 вузлів. Червона крива – результуюча крива швидкості, за якою оцінюється ефективність яхти на дистанції цього типу

Тепер, до прикладу, «зберемо» перегонову групу з п’яти яхт і зобразимо на графіку не самі криві швидкості, а різницю між ними і кривою найшвидшої яхти групи в перегонах при швидкості вітру, скажімо, 8 вузлів (рис. 10). У цьому випадку найшвидшою в групі за таких умов є яхта Aerola. При відніманні кривої швидкості Aerola від самої себе отримаємо вертикальну пряму, що перетинає вісь часу в нулі. Для інших яхт значення абсцис кожної точки їх кривої швидкості відповідає величині «фори» перед Aerola для відповідних швидкостей вітру. Аналізуючи різницю в часі між кривими, бачимо, що яхта Aerola має «привозити» яхті GoFast 25 с на кожній милі перегонів на навітряно-підвітряній дистанції при швидкості вітру 6 вузлів. А вже при 20 вузлах навпаки, яхта GoFast повинна вигравати у Aerola 33 с на кожній милі, оскільки є більш швидкісною за такого вітру. Тепер, щоб встановити переможця в перегонах, які проходили при швидкості вітру 8 вузлів, нам потрібно зменшити час кожної яхти на дистанції на величину «фори», відмічену стрілками, помножену на довжину дистанції в милях. Це є добре відома формула «час на дистанцію» (ToD):

виправлений час = час на дистанції – (ToD Delta × довжина дистанції), де ToD Delta = ToD яхти – ToD найшвидшої яхти

Для найшвидшої яхти виправлений час дорівнює часу на дистанції. Відповідно, якщо перегони проходили при іншій швидкості вітру, то і значення ToD Delta будуть іншими для яхт цієї групи. Наведені порівняння, розрахунки та ранжування в таблиці результатів програма ORC Scorer робить автоматично. Ще раз зазначу, що при такому методі підрахунку результатів немає потреби вимірювати швидкість вітру в серії коротких перегонів. Натомість важливим є виміряти довжину дистанції з точністю ± 20 м, що не становить труднощів, враховуючи загальнодоступну точність позиціонування за GPS ± 5 м.

Таким чином, використання кривих швидкості дозволяє коректно порівнювати яхти в різних вітрових умовах, враховуючи те, що при збільшенні швидкості вітру різні яхти прискорюються по-різному. І очевидно, що за такого підходу для оцінки суперників перед стартами яхтсменам потрібно використовувати сім параметрів, а не один, як це пропонують емпіричні та статистичні системи рейтингу. На практиці це реалізовується дуже просто – програма ORC Scorer розраховує таблиці порівняння яхт (рис. 10). У таблицях для кожної швидкості вітру наведено норми часу в секундах. Інтерактивна версія таблиць оприлюднюється організаторами перегонів на веб-сайті регати або її можна зібрати самостійно в базі ORC Sailor Services, маючи смартфон. В інтерактивній таблиці достатньо одного кліка, щоб отримати дані, аналогічні рис.11. Червоним кольором позначаються секунди на милю дистанції, на які у наведеному прикладі яхта Olviya має випереджати відповідні яхти. Знаком мінус позначено «фору» для Olviya. І не буде нічого дивного в тому, якщо Olviya в двох коротких перегонах фінішує майже одночасно з яхтою MG-30, але в одному випадку посяде місце перед нею, а в іншому – за нею. В таблиці видно, що на межі швидкості вітру 12–14 вузлів Olviya за «ходами» починає випереджати MG-30 і вже вона має «привозити» MG-30 по дві секунди кожної милі.

Рис. 10. Таблиця порівняння норм часу для навітряно-підвітряної дистанції при підрахунку результатів за кривими швидкості
Рис. 11. Різниця в кривих швидкості (нормах часу на милю) для яхт однієї перегонової групи

Не потрібно лякатись, що доведеться аналізувати безліч таких таблиць. За правилами чемпіонатів ORC при проведенні континентальних чи національних чемпіонатів змагання повинні складатися із серії перегонів на коротких навітряно-підвітряних дистанціях (тривалістю 60–90 хв.) та довгої маршрутної гонки тривалістю 10–12 год. для найповільнішої яхти. Тому до вже наведеної таблиці додасться ще тільки одна – для маршрутних перегонів, де криві швидкості, найімовірніше, конструюватимуть під конкретну форму дистанції та прогнозні напрямки вітру. Реальні напрямки віт ру коригуватимуться після закінчення перегонів за рапортами капітанів яхт чи суддів на дистанції. У випадку коли будуть підстави застосовувати спрощені методи підрахунку результатів, наприклад, трійки чисел (triple number), то для зазначених двох типів дистанції розраховуватимуться відповідні таблиці для діапазону швидкостей вітру, при якому проходитимуть перегони згідно з метеопрогнозом.

Коли і як можна застосувати спрощені методи підрахунку результатів за системами рейтингу ORC International/Club, яка кореляція з емпіричними та статистичними системами рейтингу, коли застосовувати криві швидкостей типових дистанцій, а коли обов’язково потрібно конструювати власні криві, як це впливає на розподіл місць у заліку, як набір вітрил та інші обмірні параметри яхти впливають на розрахункову поляру яхти, порівняння реальних і розрахункових поляр на прикладі українських яхт, Інтернет-системи менеджменту перегонів та інші питання можуть бути висвітленні в продовженні цієї публікації. Ця ж публікація покликана привернути увагу наших яхтсменів до сучасного підходу у вітрильницьких перегонах, який охоплює цілісну систему від набору міжнародних правил, настанов та регламентів у проведенні змагань, системи вимірювань і до систем рейтингу та інструментарію для обслуговування перегонів і роботи з налаштуваннями яхт та об’єктивної оцінки суперників ще до початку перегонів.


Текст: Петро Литвин
Фото: Сергій Поліщук

Leave a Response