Design of a physical and interactive real-time Simulator based on a dynamic VPP as a support tool for sailing yacht design and operation

Abstract

La evaluación del rendimiento y el entrenamiento son dos de los componentes principales en los deportes tecnificados de alto nivel. Recientemente, las competiciones de vela de alto rendimiento se han visto obligadas a cambiar con la aparición y el uso de los “foils” y las restricciones de entrenamiento, incluidas más a menudo dentro de las reglas de las competiciones. Para responder a estas nuevas situaciones, se debe desarrollar una nueva herramienta de diseño y entrenamiento. Hasta ahora, la evaluación del rendimiento en barcos de vela se realizaba calculando el equilibrio de fuerzas y momentos utilizando un programa de predicción de velocidad (VPP). Este procedimiento es más que capaz con veleros convencionales, pero la naturaleza dinámica de los barcos con “foils” ha obligado al desarrollo del VPP en el dominio del tiempo para permitir el análisis dinámico de este tipo de barcos en busca de un mayor rendimiento. Con el fin de mejorar las capacidades de análisis dinámico del VPP y agregar la capacidad de ser utilizado durante el entrenamiento, se propone una nueva herramienta que cumple con esos requisitos: el simulador. A lo largo de este trabajo, se ha discutido el concepto del simulador identificando sus componentes fundamentales, a saber: • El VPP en el dominio del tiempo. • La plataforma de movimiento. • El sistema de visualización. • La interfaz de usuario física para la operación del simulador. Se exploran los diferentes usos y la aplicabilidad de este concepto para identificar los beneficios potenciales de una herramienta de este tipo en un entorno de alto rendimiento. Los diferentes componentes son analizados, identificando problemas específicos en cada área y proponiendo diferentes soluciones. Todo este trabajo permite proponer un simulador como entorno modular para ser utilizado en el diseño y entrenamiento en competiciones de vela de alto rendimiento. ----------ABSTRACT---------- Performance assessment and training are two major components in technified high-level sports. Recently, high-performance sailing competitions have been forced to change with the use of the foiling technology and the training restrictions, more often included within competition rules. To answer those new situations, a new design and training tool has to be developed. Up until now, the performance assessment was made calculating the balance of forces and moments using a Velocity Prediction Program (VPP). This procedure was more than capable of dealing with conventional displacement sailboats but the dynamic nature of foiling boats compelled the development of a time-domain VPP for dynamic analysis towards a better performance. In order to improve the dynamic analysis capabilities of the VPP and to add the ability for it to be used for training, a new tool is proposed to fulfil those requirements: the simulator. Throughout this work the concept of the simulator has been discussed identifying its fundamental components, namely: • The time-domain VPP. • The motion Platform. • The visualization system. • The physical user interface for the simulator operation. The different uses and applicability for this concept are explored in order to identify the potential benefits of such a tool in a high-performance environment. The different components are analysed, identifying specific problems in each area and proposing different solutions. All of this work allows proposing a modular framework of a simulator to be used in highperformance sailing boat design and training.