tiistai 9. kesäkuuta 2009

Kannattaako leikata?

Kysymys, joka nousee säännöllisesti esiin erityisesti purjevenekeskusteluissa on, kannattaako purjehtiessa ajaa suoraan haluttuun suuntaan vai ensin yhteen suuntaan ja sen jälkeen toiseen suuntaan. Kannattaako esimerkiksi tiukassa sivutuulessa ajaa ensin ylemmäs, jotta sen jälkeen voisi ajaa spinaakkerilla kohti merkkiä?

Vastaus tähän kysymykseen on aika monimuotoinen. Tarkastellaan aluksi vakiotuulta ja tilannetta, jossa veneen polaari on tunnettu ja sille päästään.

Veneen nopeuden eri tuulikulmilla ja tuulennopeuksilla antaa ns. polaari. Mittasääntöjen alla kilpaileville veneille polaari lasketaan erityisen ohjelmiston avulla rungon ja purjeiden mittausten perusteella. 

Tulos 1: Jos polaari on konkaavi, leikkaaminen ei kannata.

Konkaavisuus tarkoittaa, että kahta tuulikulmaa vastaavien nopeuksien välissä olevia tuulikulmia vastaavat nopeudet ovat aina suurempia kuin kahta tuulikulmaa vastaavien nopeuksien miten tahansa painotettu keskiarvo. Matemaattisesti ilmaistuna polaari on (aidosti) konkaavi, jos

a  v(twa1) + (1-a)  v(twa2)  < v(a twa1 + (1-a) twa2)

kaikilla a:n arvoilla 0:sta 1:een, missä v on veneen nopeus ja twa on tosituulikulma.

Oletetaan, että olisi olemassa twa1:n ja twa2:n välissä tuulikulma, jota vastaavaan suuntaan päästäisiin etenemään tietyssä ajassa t pidemmälle ajamalla ensin twa1:ä vastaavaan suuntaan aika t1 ja sitten twa2:a vastaavaan suuntaan aika t2. Luonnollisesti t1+t2=t. Mikäli näin olisi, leikkaaminen kannattaisi. Lisäksi tietysti vaaditaan, että twa2 valitaan niin että päädytään lopuksi tuulikulmaa twa3 vastaavalle suunnalle. Oletetaan että twa1 < twa3 < twa2.

Edettäessä tuulikulmalla twa1 aika t1 kuljetaan tuulikulman twa3 suunnassa matka

s1=v(twa1) t1 cos(twa3-twa1)

ja vastaavasti edettäessä tuulikulmalla twa2 aika t2 kuljetaan tuulikulman twa3 suunnassa matka

s2 = v(twa2) t2 cos(twa2-twa3)

yhteensä matka on

s= s1+s2 = v(twa1) t1 cos(twa3-twa1) + v(twa2) t2 cos(twa2-twa3)

Sijoittamalla t2=t-t1 ja jakamalla t:llä puolittain saadaan
v=v(twa1) t1' cos(twa3-twa1)  + (1-t1')v(twa2) t2 cos(twa2-twa3)≤
t1' v(twa1)' + (1-t1')v(twa2)

Koska polaari oli konkaavi, on
v(twa1)*t1' + (1-t1')v(twa2) < v(t1' twa1 + (1-t1') twa2)

kaikilla t1' ja erityisesti siis myös sillä t1', jolla t1' twa1 + (1-t1') twa2 = twa3.

Entä sitten kun polaari ei ole konkaavi? Tällöin tietysti leikataan. Yleisimmät tapaukset ovat
  • Kryssiminen (tuulikulman 0 nopeus 0 korvataan ajamalla parasta mahdollista vmg:tä eri halsseilla vuorotellen) 
  • Lenssillä spinnulla leikkaaminen (plattiksen pienempi nopeus korvataan ajamalla vmg:n maksimoivaa leikkauskulmaa vuorotellen eri halsseilla)
  • Polaari voi olla ei-konkaavi myös paikallisesti esimerkiksi tuulikulmalla, jolla genua vaihtuu spinnuun.  Tätä suuntaa ei pidä tällöin ajaa, vaan ensin on leikattava jommalla kummalla purjeella. 
  • Käytännössä polaarille ei aina päästä. Venetrimmit eivät ole kunnossa tai esimerkiksi aallokko vaikeuttaa merkittävästi tiettyihin suuntiin ajamista. 
Mitkä ovat ne suunnat, joihin tällöin pitää ajaa? Vastaus piilee kryssissä ja lenssissä, joilla kummallakin haetaan suurinta mahdollista nopeuden projektiota tietyn tuulikulman (0 astetta ja 180 astetta) suunnalle. Näin tulee toimia myös muilla tuulikulmilla: haetaan ne kulmat jotka tuovat veneen lopulta tarvittavalle suunnalle JA joita vastaavat nopeuksien projektiot halutulla suunnalla maksimoivat summansa. 

Tehtävä on käytännössä vaikea. Kannattaakin ajaa nopeampi suunta ensin siinä toivossa, että tuuli kääntyisi eikä hitaampaa suuntaa tarvittaisi ollenkaan, ja käännyttävä hitaalle suunnalle viimeistään kun merkki on sillä.