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Ratios Velero Diseño

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Esta página intenta proporcionar explicaciones de las razones de tensiones velero básicos utilizados para comparar los barcos con los otros. Parte de ella es mi interpretación de lo que he leído en los libros, artículos y páginas web que me refiero a continuación. No pretendo saber nada de estos temas por lo que, al igual que con todo lo que lee en Internet, le toca a usted para evaluar lo que vale. Yo sugiero que busque en las fuentes de las que me refiero, así como fuentes adicionales, y sacar sus propias conclusiones. -DHP

Dimensiones básicas:

Dimensiones en Barco = eslora, LWL, B, Disp, etc.

Rig Dimensiones = I, J, P, E, etc.

Tamaño de las Velas = LP, Area

RATIOS:

HSPD = velocidad de casco

SA / D = Área de la vela Displacement Ratio

D / L = Desplazamiento Longitud

BR = Ratio de lastre

L / B = Longitud / haz Ratio = Eslora / Manga

LWL / B = eslora en flotación / haz Ratio

LWL / BWL = eslora en flotación / Waterline haz Ratio

WPA = flotación Area

WPL = flotación Cargando

CWP = Coeficiente de la linea de flotación Plano

itWP = Momento de Inercia de la linea de flotación Plano

OR = Ratio Voladizo

CSF = Capsize Screening Fórmula

MCR = Motion Confort Relación

M / F = Principal / triángulo de proa Ratio

LPS = Límite de estabilidad positiva

Cp = Coeficiente prismático

MT1 = Momento Recorte

LBS / In = Libras por inmersión pulgadas

FUENTES:

Libros (Click aquí para más libros ...)

Brewer, Ted (1994) Comprensión cuarto Diseño Boat Ed, International Marine

Bruce, Peter (1999) Adlard Coles 'Heavy Weather Vela 30 Aniversario Ed, International Marine

Chapelle, Howard I. (1967) La búsqueda de la velocidad bajo la vela 1700-1855, WW Norton & Company

Gerr David (1992) La naturaleza de los Barcos, International Marine

Garrett, Ross (1996) La Simetría de Vela: La física de la navegación por un Navegantes, Sheridan Casa

Johnson, Peter (1971) Guía del dueño de un yate a la Regla Clasificación, náutico Publishing Co.

Larsson, Lars y Rolf Eliasson (1994) Principios de diseño de yates, McGraw Hill

Marchaj, C.A. (1964) Teoría y práctica de vela, Dodd, Mead & Company

Marchaj, C.A. (1996) Navegabilidad: El Factor Olvidado, Adlard Coles Nautical / sierpe

Marshall, Roger (1986) Sailors una guía para Veleros Producción, Hearst Marinos Libros

Comité Técnico de la Cruising Club of America, John Rousmaniere Ed (1987) Características deseables e indeseables de offshore Yates, WW Norton & Company

artículos

Calder, Nigel, (2001) manga y calado, Ocean Navigator, 114: 84-88

Calder, Nigel, (2001) Desplazamiento Verdadero, Ocean Navigator, 116: 92-100

Calder, Nigel, (2001) Evaluando Estabilidad, Ocean Navigator, 118: 74-80

Calder, Nigel, (2004) crujir los números, Vela, abril de 2004, Vol 35 # 4: 57-61

Empacher, Dieter (1997) Por los números: La importancia de las relaciones de diseño en la descripción de desempeño de los buques, Ocean Navigator, 85: 64-66

Gerr David (2004) Estable by Design, Vela, septiembre de 2004, Vol 35 # 9: 68-73

Marshall, Roger (2000) Conformar una Casco Marino, Ocean Navigator, 107: 56-63

Sitios Web

Arquitectura Naval basada en la Web de la marina americana

La página de datos de diseño esencial de Michael Kasten

John Holtrop Barco Diseño Página

Ted Brewer Presenta Una cartilla en Diseño de Yates

Brewer por los números (Good Old Revista Barco)

Rendimiento Parámetros Cruising por Rodney S. Johnstone (J / Barco Designer)

Explicación de D / L y SA / D por Joel Blanco, NA junio 1997

De Doug Axtell Bristol Yates Página

Vela Calculadora de Carl

Diseño Quilla moderna por Charles Mason

La comparación de los ratios de Jay E. París

Estabilidad y la curva GZ por Peter Nielsen

En busca de la estabilidad de fuga, Sail Magazine, julio 1999

Graham Radford Yacht Design, DISCUSIÓN ESTABILIDAD

US Sailing Keelboat Course y Info

NSC - Keel Barco métricas Calculadora

Barco Dimensiones (arriba)

Eslora = Longitud total. longitud de proa a popa sin contar las proyecciones de los púlpitos o mástiles.

LWL = eslora en flotación. Longitud en la línea de flotación cuando la embarcación está en reposo.

B = total de la viga. La más amplia parte del barco

BWL = manga de flotación. La más amplia parte del barco en la línea de flotación.

D = Proyecto. Deepest alcance de casco, típicamente distancia inferior de la línea de flotación a la parte inferior de la quilla.

Disp = Desplazamiento. (peso del barco), el peso del agua displced por el barco.

Lastre. peso de lastre

SA = Área de la vela. Área de principal y el triángulo de proa sobre la base de I, J, P, E dimensiones.

Rig Dimensiones (arriba)

Para la balandra básica hay cuatro figuras para describir el tamaño de la plataforma: I, J, P y E.

I = Altura triángulo de proa. Esta es la distancia desde la línea de corte (borda) a la parte superior del polipasto para el más alto vela de proa. De la regla IOR es el más alto de los siguientes: la intersección del estay de proa (o una extensión de la misma) y el borde delantero del mástil (o una extensión de la misma), el centro del ojo para el spinnaker o driza de foque bloque. Esto es un poco confuso (y por qué no habría de serlo?) Y usted puede tener dificultades para encontrar un velero que en realidad le puede decir lo que representa esta dimensión.

J = triángulo de proa Base. Esta la distancia desde la parte delantera del mástil hasta el punto en el estay de proa se cruza con el cizallamiento.

P = Vela mayor alzamiento. Esta es la distancia beween las bandas negras en el mástil.

E = Vela mayor del pie. Esta es la distancia beween las bandas negras en el brazo.

Velas de mesana (en yola o ketch) se miden como velas mayores con las dimensiones llamados PY y EY.

Tamaño de las Velas (arriba)

LP = Luff Perpendicular. Esta es una perpendicular desde el grátil de una vela que pasa por el puño de escota. Esta dimensión se utiliza para determinar el tamaño nominal por ciento de una vela. El tamaño por ciento de una vela es la relación de LP / J. Si el LP es de 15 pies y la J es de 10 pies de la vela es un 150%. Esto no refleja el tamaño de la vela en comparación con el triángulo de proa 100%. No tiene en cuenta la longitud del grátil. Dos velas de proa con el mismo LP tendrán el mismo tamaño ciento independientemente de las longitudes de gratil. Uno podría tener un grátil que era la mitad de la longitud de la otra y por lo tanto ser la mitad del área de la otra, pero aún ser del mismo tamaño por ciento.

Si las longitudes de los lados de la vela que se conoce el LP se pueden encontrar a partir de la siguiente fórmula perímetro:

LP = sanguijuela * sin (2 * acos (sqrt (P2 * (P2-pie) / orzar * sanguijuela)))

donde: P2 = 1/2 perímetro = 1/2 * (orzar + sanguijuela + pies)

Área de velas se calcula utilizando formas básicas de triángulos sin dar cuenta de cucaracha o hueco sanguijuela.

Área de la vela mayor es medio pie * orzar o medio orzar * pie.

Área Headsail es medio orzar * LP.

Si no se conoce el LP del área de la vela se puede encontrar a partir de la siguiente fórmula que utiliza el perímetro:

SA = sqrt (P2 * (P2-Luff) * (P2-sanguijuela) * (P2-pie)

donde: P2 = 1/2 perímetro = 1/2 * (orzar + sanguijuela + pies)

HSPD = Casco velocidad (arriba)

HSPD = SQRT (LWL) * 1.34

Esta es la velocidad del casco teórico para un casco de desplazamiento (como la mayoría de los barcos de vela). Es una función de la longitud de la onda creada por el barco mientras se mueve a través del agua. Velocidad de la onda es una función de la longitud de onda, longitud de onda más larga es más rápido. Barcos más largos hacen que las ondas más largas. Dado que las ondas más largas son barcos más rápidos que hacen que las ondas más largas son más rápidos [Garrett]. La velocidad del casco puede no ser una figura tan precisa como la fórmula lleva a creer (1,34 suena bastante precisa no es cierto?). LWL no es estática. Como los talones barco puede aumentar. Los barcos que corren mayores con grandes voladizos utilizado este para conseguir algo extra LWL-un medido para vencer a las reglas de calificación del día. A medida que el barco va más rápido de la proa y la popa se sumergen profundamente en la onda hecha por el barco. Esto también aumenta la línea de flotación. En el siglo 19 velocidades velero se expresan a menudo con un factor de velocidad del casco. Un barco puede tener un factor de velocidad de 1,17, lo que significa que puede hacer que una velocidad de 1,17 x sqrt (lwl) [Chapelle]. Hay condiciones en las que se puede superar la velocidad del casco teórica. Navegar por una ola, por ejemplo. He tenido mi barco (LWL = 21.6 pies, HSPD = 6,25) surf a 10 nudos en las ondas. Al navegar o cepillado del casco no está en modo de desplazamiento. Así que la velocidad del casco puede ser un poco de un blanco móvil.

SA / D = Área de la vela Displacement Ratio (arriba)

SA / D = SA / (Disp / 64) 2/3 [HP-41 Programa]

Este ratio es un indicador de la cantidad de área de la vela de un barco tiene relación con ella de desplazamiento. Un barco con un valor más alto se acelerará más rápido y llegar a la velocidad del casco con menos viento. En igualdad de condiciones, el barco con el más alto SA / D será un intérprete aire mejor luz. Esto es básicamente un poder de medida de peso.

D / L = Desplazamiento Longitud (arriba)

D / L = (Disp / 2240) / (0,01 * LWL) 3 [Programa HP-41]

La relación de longitud de desplazamiento es una medida del potencial de la velocidad de un barco. Para los barcos de desplazamiento (la mayoría de los barcos de vela), el potencial de velocidad es una función de la longitud de la línea de flotación (a menos que su cepillado o navegar por una ola). Barcos línea de flotación más largas pueden ir más rápido. Barcos más ligeros aceleran más rápido y alcanzan la velocidad del casco con menos viento. En igualdad de condiciones, el barco con la menor D / L será un intérprete aire mejor luz. Desplazamiento inferior también hará un barco más sensible a la carga. 2,000 libras de artes tendrán un efecto mayor en el rendimiento de un barco de 10.000 libras que para un barco de 20.000 libras.

Estas dos relaciones juntos (SA / D y D / L) pueden dar una buena comparación de dos barcos de la velocidad potencial con relación a otra (todos en igualdad de condiciones, por supuesto). Si el barco A tiene una SA / D de 19 y una de DL 230, y el barco B tiene una SA / D de 16 y un DL 230, el barco A será probablemente un bote de aire mejor luz. Como los tubos de viento de hasta el barco A probablemente será acortando la vela antes de barco B y la efectiva SA / D puede entonces ser el mismo. La ventaja del barco A entonces desaparece. Sin embargo, el potencial de la velocidad no es todo lo que hay para el rendimiento.

BR = relación de lastre (arriba)

BR = lastre / Disp

La relación de lastre es una medida del porcentaje de un desplazamiento barcos tomado por el lastre. Se puede dar alguna indicación de cómo rígido o licitar puede ser un barco. Tenga en cuenta que no tiene en cuenta la ubicación del lastre o de la forma del casco de la embarcación. Dos barcos pueden tener las mismas relaciones de lastre con muy diferentes momentos adrizantes. Si los cascos son los mismos, el barco A con todas sus lastre en una bombilla en la parte inferior de la quilla será más rígido entonces el barco B con un proyecto de quilla larga de bajo fondo a pesar de que pueden tener la misma BR. Barcos de carreras tienden a tener barcos de crucero más alta luego del BR.

L / B = Longitud / Relación de Beam (parte superior)

L / B = Eslora / Manga

Esto es simplemente la longitud total dividido por el haz.

LWL / B = Waterline relación longitud / Beam (parte superior)

LWL / B = LWL / Manga

Esta es la longitud de la línea de flotación dividido por el haz global. Todos los demás factores son iguales (por supuesto que nunca lo son) el barco más largo será más rápida (en el modo de desplazamiento, no planeo / surf). Manga de flotación podría ser interesante saber pero no es una figura comúnmente reportado.

LWL / BWL = eslora en flotación / Relación de la linea de flotación Beam (parte superior)

LWL / B = LWL / Manga

Esta es la longitud de la línea de flotación dividido por el haz de la línea de flotación. Manga de flotación no es una figura comúnmente reportado. Una estimación aproximada se puede hacer mediante la adopción de 90% de la viga en general, pero esta relación varía con la forma del casco.

WPA = flotación Area (arriba)

WPA factor de finura = LWL x BWL x casco

Esta fórmula da una aproximación. BWL se puede aproximar como viga x 0,90 y el factor de finura casco (mi mandato) es de aproximadamente 68% para veleros ended finas y el 71% para veleros ended completas (Gerr). O, si usted sabe los LBS / IN inmersión puede trabajar hacia atrás para obtener la WPA por la fórmula:

LBS / IN * 12/64 = WPA.

WPL = flotación Cargando (arriba)

WPL = Desplazamiento / flotación Area

WPL = DISP / WPA

Cargando flotación es el desplazamiento dividido por el área de flotación. Según David Gerr, flotación de carga es un buen indicador de la comodidad en una vía marítima (Ver "La Naturaleza de Barcos" por David Gerr, cap 14). Cuanto menor sea la flotación de cargar el rápido movimiento vertical de la aceleración para un desplazamiento dado. Eso significa que el barco va a bob arriba y abajo más rápido y ser más incómodo que un barco con el mismo desplazamiento, sino una WPL superior. Considere la posibilidad de un tablón de madera en el borde vs plana sobre el agua y cómo se comportaría en oleadas. La única diferencia entre los dos en las diferentes orientaciones es la WPL.

CWP = Coeficiente de la linea de flotación Plane (arriba)

CWP = WPA / LWL x BWL

El coeficiente de la línea de flotación Plane es la relación entre el área del plano de agua a la zona rectangular definida por los tiempos de eslora en flotación la línea de flotación Es básicamente el porcentaje de esa superficie realmente absorbido por el casco.

itWP = Momento de Inercia de la linea de flotación Plane (arriba)

itWP = (CWP2 / 11,7) * * LWL BWL3

El Momento de Inercia de la linea de flotación Plane es una medida de la estabilidad. Es la resistencia de la embarcación para ser enrollado. Cuanto mayor es el Momento de Inercia y menor el centro de gravedad mayor es la estabilidad (Gerr - Sail 9/04). Los aumentos de estabilidad con el cubo de la BWL tan pequeños aumentos en la viga crean grandes aumentos en la estabilidad.

OR = Ratio Voladizo = (Longitud total - Waterline Longitud) / Waterline Longitud (arriba)

O = (LOA-LWL) / Eslora

Esta es la longitud total menos la longitud línea de flotación dividido por la longitud total. Un valor mayor indica voladizos largos. Un valor de 0 significaría sin voladizos. Barcos con voladizos largos tienen más reserva de flotabilidad. También, como un barco se mueve más rápido de la proa y la popa ondas se mueven a los extremos de la embarcación. Voladizos más largos permiten las olas se hacen más largos. El ratio de proyección ha sido influenciado por normas de calificación. Bajo las reglas que penalizan LWL más de LOA voladizos desarrollados. La norma IMS ha llevado a voladizos más cortos. Voladizos moderados son considerados por algunos como bueno para los barcos que naveguen océano. La reserva de flotabilidad ayuda a mantener el arco de sumergirse en las ondas y ayuda a reducir el pitcheo.

CSF = Proyección Capsize Fórmula (arriba)

CSF = Manga / (Disp / 64,2) 1/3 [-41 HP Programa]

La fórmula de detección de vuelco es una figura un tanto polémico. Se llegó a existir después de la carrera Fastnet 1979 en Inglaterra, donde una tormenta destrozado la flota carrera. El club de crucero de América (CCA) armó un comité técnico que analizó los datos de barcos raza. Ellos vinieron con esta fórmula de comparar los barcos con base en los datos disponibles. Un valor más bajo se supone para indicar un barco es menos probable que volcar. un valor de 2 se toma como un punto de corte para aceptables para ciertos comités de carrera. Sin embargo, esto es un punto de corte arbitrario basado en el rendimiento de los barcos en el '79 Fastnet. La CSF no tiene en cuenta la forma del casco o la ubicación de lastre. El CCA caracteriza a la fórmula como "peligrosa". Ellos van a decir que "Si bien la fórmula de selección zozobra pone un límite a exceso de haz, que es importante para una buena gama de estabilidad, que no controla de otro determinante principal, lastrado. Con datos sólo simples, esto es lo más lejos que podamos ir ". Arquitecto Naval Robert Perry llama, "... demasiado simplista para ser siempre exacta, pero es una de las formas populares de la actualidad de mirar idoneidad en alta mar de un barco." (Vela Magazine, noviembre 2001, p.44). Cualquiera de los dos barcos tendrán el mismo valor CSF si su desplazamiento y la viga son los mismos. Uno podría tener un casco ligero con 50% de lastre en un bulbo en la parte inferior de un ocho aleta pie, el otro podría tener un pesado casco con 20% de lastre en un 2 pie de profundidad de la quilla de longitud completa. Las características de estabilidad de los dos barcos serán drásticamente diferentes a pesar del valor CSF idénticos.

MCR = Motion Confort Ratio (arriba)

MCR = DISP / (0,65 * BEAM4 / 3 (0,7 * LWL + 0,3 * LOA)) [Programa HP-41]

Esta relación fue inventado por Ted Brewer que dicen de los que soñaba para arriba "en broma", como una medida de la comodidad de movimiento de un barco. Un barco que tiene un movimiento más corky se considera menos cómodo, entonces uno menos afectados por la acción de las olas. Un valor más alto es mejor (si te gusta la comodidad). Barcos más pequeños y beamier tienden a tener una relación más baja. Esta es la mejor opción para comparar barcos de tamaño similar. A pie de página 26 debe probablemente no se compara con un pie de página 40 utilizando esta relación. La relación es un factor de Loa y LWL y puede asumir que los barcos con voladizos largos tienden a tener secciones transversales en forma de copa que proporcionan flotabilidad más gradual a medida que se sumergen. Sin embargo, un barco como un Valiant 42 tiene una larga LWL por su carta de acuerdo y tiene presente más sección transversal en forma de copa. La relación también favorece el desplazamiento (superior da resultado más grande) y no hay contabilidad para la distribución del peso. También no tiene en cuenta manga de flotación, un valor que puede ser muy informativo, pero rara vez está disponible en hojas de estadísticas.

M / F = Principal / triángulo de proa Ratio (arriba)

Área / F = vela mayor M / 100% de área triángulo de proa

Hice esto para comparar el tamaño de la principal a la foretriange. Esto realmente no te dice nada acerca de las características de funcionamiento de un barco, pero te podría decir acerca de la relativa facilidad de manejo de la vela para barcos de tamaño similar. Un valor más alto significa que el principal es más grande en proporción a la superficie de la vela estándar. Esto ha cambiado de ida y vuelta con los años. El Pearson Triton (mediados de los 60) tenía una gran vela mayor, la P30 (mediados de los 70) tenía una pequeña. En estos días una gran cantidad de barcos están volviendo a grandes velas principales (por ejemplo, J / 32). Mi P26 tiene una pequeña vela mayor y yo a veces pienso en ello como una aleta de compensación para el gran génova.

LPS = Límite de estabilidad positiva (arriba)

También conocido como AVS, el ángulo de estabilidad nula.

El límite de estabilidad positiva (LPS) es el ángulo de balanceo en la que ya no derecho en sí mismo y convertirse en un barco invertida (zozobró). Si un barco con un LPS de 120 grados rueda allá de este punto se seguirá rodar y quedar invertida. El LPS es una medida estática de la estabilidad y se calcula a partir de la relación geométrica entre el centro de gravedad (CG), el centro de empuje (que se mueve como los rollos de barco) y la altura metecentric (GM). Es un cálculo complicado compuesto por los arquitectos navales. Veleros típicos producidos a partir de principios de los años 70 en tienen de LPS en el rango de 100 a 120 grados. Los diseños típicos de los años 30 y 40 (por ejemplo, muchos Alden diseña) tienen LPS en el rango de 160 grados. El Offshore Racing Council (ORC) mide LPS de las valoraciones del SIV y requiere un mínimo de 120 grados para la participación en regatas oceánicas. El LPS de por sí es una imagen incompleta de la estabilidad. El tamaño relativo de lo positivo a las áreas negativas de la curva de estabilidad (una parcela de enderezamiento momento vs ángulo de balanceo 0-180 grados) también deben ser examinados. Los efectos de la dinámica en la estabilidad también influirán en el rendimiento real de la embarcación. Una plataforma de pesada puede ayudar a prevenir la zozobra al resistir el rodillo hasta que la energía de las olas ha pasado. Pero también tendrá un efecto negativo en LPS. En la edición del 30 aniversario de Adlard Coles '"Heavy Weather Sailing" (Peter Bruce Ed.) Que comparó dos barcos de 28,5 pies de la misma clase, uno con una plataforma convencional y el otro con foque enrollador y en asta principal enrollador . El LPS fue de 127 grados en el convencional y 96 grados en el rodillo equipado. El mástil principal en rodillo era probable que el componente principal de la reducción, pero yo no subestimar los efectos de algunos de los sistemas Enrollador génova enrollables pesada mayores.

Cálculo de los AVS para el Pearson 10M

Cp = Coeficiente prismático (arriba)

Cp = (desplazamiento / 64) / (zona central, x LWL)

El coeficiente prismático es la relación entre el volumen real bajo el agua de la embarcación y un prisma imaginario a partir de la zona de la cuaderna maestra x LWL. Ese es el volumen de la embarcación tendría si no se estrechan a proa y popa del área de la sección transversal más grande. Cascos de desplazamiento requieren un Cp entre 0,51 y 0,56 para la mejor eficiencia con 0.54 como el óptimo (Gerr). El Cp es una medida de la finura de los extremos de la embarcación. Un bloque de madera tendría un Cp de 1. barcos de cepillado de alta velocidad tienen Cp en el rango de 0,72 hasta 0,78 porque llevan la zona central, como máximo hasta el final a popa para proporcionar una superficie de planeo grande.

MT1 = Recorte Moment (arriba)

En el momento de recortes es el momento en el pie * libras requeridas para cambiar el ajuste buque por 1 ". Si el valor es 1.000 pies * libras que se necesita 100 libras a 10 metros de la CG para cambiar el ajuste por 1".

LBS / IN = Libras por inmersión pulgadas (arriba)

Esta es la cantidad de sumar o restar a la embarcación para cambiar la inmersión por una pulgada peso. Si el LBS / IN es 1000 añadiendo 1,000 libras de engranajes o queso (o plumas) hará que el barco se siente una pulgada más en el agua. Si conoce el área de flotación (WPA) se pueden encontrar los LBS / IN por la fórmula:

LBS / IN = WPA * 64/12

Inglés

Sailboat Design Ratios

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This page attempts to provide explanations for the basic sailboat design ratios used to compare boats with one another. Some of it is my interpretation of what I have read in the books, articles, and web pages I refer to below. I do not claim to know anything about these subjects so, as with anything you read on the internet, it's up to you to evaluate it's worth. I suggest you look at the sources I refer to, as well as additional sources, and draw your own conclusions. -DHP

BASIC DIMENSIONS:

Boat Dimensions = LOA, LWL, B, Disp, etc.

Rig Dimensions = I, J, P, E, etc.

Size of Sails = LP, Area

RATIOS:

HSPD = Hull Speed

SA/D = Sail Area Displacement Ratio

D/L = Displacement Length

BR = Ballast Ratio

L/B = Length/Beam Ratio = LOA/Beam

LWL/B = Waterline Length/Beam Ratio

LWL/BWL = Waterline Length/Waterline Beam Ratio

WPA = Waterplane Area

WPL = Waterplane Loading

CWP = Coefficient of the Waterline Plane

itWP = Moment of Intertia of the Waterline Plane

OR = Overhang Ratio

CSF = Capsize Screening Formula

MCR = Motion Comfort Ratio

M/F = Main/Foretriangle Ratio

LPS = Limit of Positive Stability

Cp = Prismatic Coefficient

MT1 = Trimming Moment

LBS/IN = Pounds per inch immersion

SOURCES:

Books ( Click here for more books...)

Brewer, Ted (1994) Understanding Boat Design 4th Ed, International Marine

Bruce, Peter (1999) Adlard Coles' Heavy Weather Sailing 30th Anniversary Ed, International Marine

Chapelle, Howard I. (1967) The Search for Speed under Sail 1700-1855, WW Norton and Company

Gerr David (1992) The Nature of Boats, International Marine

Garrett, Ross (1996) The Symmetry of Sailing: The Physics of Sailing for Yachtsmen, Sheridan House

Johnson, Peter (1971) Yachtsman's Guide to the Rating Rule, Nautical Publishing Co.

Larsson, Lars and Rolf Eliasson (1994) Principles of Yacht Design, McGraw Hill

Marchaj, C.A. (1964) Sailing Theory and Practice, Dodd, Mead & Company

Marchaj, C.A. (1996) Seaworthiness: The Forgotten Factor, Adlard Coles Nautical / Tiller

Marshall, Roger (1986) A Sailors Guide to Production Sailboats, Hearst Marine Books

Technical Committee of the Cruising Club of America, John Rousmaniere Ed (1987) Desirable and Undesirable Characteristics of Offshore Yachts, W.W. Norton & Company

Articles

Calder, Nigel, (2001) Beam and Draft, Ocean Navigator, 114: 84-88

Calder, Nigel, (2001) True Displacement, Ocean Navigator, 116: 92-100

Calder, Nigel, (2001) Assesing Stability, Ocean Navigator, 118: 74-80

Calder, Nigel, (2004) Crunching the Numbers, Sail, April 2004, Vol 35 #4:57-61

Empacher, Dieter (1997) By the numbers: The significance of design ratios in describing vessel performance, Ocean Navigator, 85: 64-66

Gerr David (2004) Stable by Design, Sail, September 2004, Vol 35 #9:68-73

Marshall, Roger (2000) Shaping an Offshore Hull, Ocean Navigator, 107: 56-63

Web Sites

US Navy Web-based Naval Architecture

Michael Kasten's Essential Design Data page

John Holtrop's Boat Design Page

Ted Brewer Presents A Primer on Yacht Design

Brewer by the numbers (Good Old Boat Magazine)

Performance Cruising Parameters by Rodney S. Johnstone (J/Boat Designer)

Explanation of D/L and SA/D by Joel White, N.A. June 1997

Doug Axtell's Bristol Yachts Page

Carl's Sailing Calculator

Modern Keel Design by Charles Mason

Comparing the Ratios by Jay E. Paris

Stability and the GZ Curve by Peter Nielsen

In search of vanishing stability, Sail Magazine, July 1999

Graham Radford Yacht Design, STABILITY DISCUSSION

US Sailing Keelboat Course and Info

NSC - Keel Boat Metrics Calculator

Boat Dimensions (top)

LOA = Length Overall. length from stem to stern not counting projections of pulpits or spars.

LWL = Waterline Length. Length at Waterline when the boat is at rest.

B = Overall Beam. Widest part of boat

BWL = Beam Waterline. Widest part of boat at the waterline.

D = Draft. Deepest extent of hull, typically bottom distance from waterline to bottom of keel.

Disp = Displacement. (weight of boat), the weight of the water displced by the boat.

Ballast. weight of ballast

SA = Sail Area. Area of main and the foretriangle based on I, J, P, E dimensions.

Rig Dimensions (top)

For the basic sloop there are four figures to describe the size of the rig: I, J, P and E.

I = Foretriangle Height. This is the distance up from the shear line (gunwale) to the top of the hoist for the highest headsail. From the IOR rule it is the highest of the following: the intersection of the headstay (or an extension of it) and the front edge of the mast (or an extension of it), the center of the eye for the spinnaker or jib halyard block. This is a little confusing (and why shouldn't it be?) and you may have hard time finding a sailmaker who can actually tell you what this dimension represents.

J = Foretriangle Base. This the distance from the front of the mast to the point where the headstay intersects the shear.

P = Mainsail Hoist. This is the distance beween the black bands on the mast.

E = Mainsail Foot. This is the distance beween the black bands on the boom.

Mizzen sails (on yawl or ketch) are measured as mainsails with the dimensions called PY and EY.

Size of Sails (top)

LP = Luff Perpendicular. This is a perpendicular from the luff of a sail running through the clew. This dimension is used to determine the rated percent size of a sail. The percent size of a sail is the ratio of LP/J. If the LP is 15 feet and the J is 10 feet the sail is a 150%. This does not reflect the sail size as compared to the 100% foretriangle. It does not account for luff length. Two headsails with the same LP will have the same percent size regardless of the luff lengths. One could have a luff that was half the length of the other and therefore be half the area of the other but still be the same percent size.

If the lengths of the sides of the sail are known the LP can be found from the following perimiter formula:

LP=leech*sin(2*acos(sqrt(P2*(P2-foot)/luff*leech)))

where: P2 = 1/2 perimeter = 1/2 * (luff + leech + foot)

Area of sails is calculated using basic triangle shapes without accounting for roach or leech hollow.

Mainsail area is 1/2 foot * luff or 1/2 luff * foot.

Headsail area is 1/2 luff * LP.

If the LP is not known the sail area can be found from the following formula that uses the perimiter:

SA=sqrt(P2*(P2-Luff)*(P2-leech)*(P2-foot)

where: P2 = 1/2 perimeter = 1/2 * (luff + leech + foot)

HSPD = Hull Speed (top)

HSPD = SQRT(LWL) * 1.34

This is the theoretical hull speed for a displacement hull (like most sail boats). It is a function of the length of the wave created by the boat as it moves through the water. Wave speed is a function of wavelength, longer wavelength is faster. Longer boats make longer waves. Since longer waves are faster boats that make longer waves are faster [Garrett]. The hull speed may not be as precise a figure as the formula leads you to believe (1.34 sounds pretty precise doesn't it?). LWL is not static. As the boat heels it can increase. Older racing boats with long overhangs used this to get some extra un-measured LWL to beat the rating rules of the day. As the boat goes faster the bow and stern are immersed deeper in the wave made by the boat. This also increases waterline. In the 19th century sailing ship speeds were often expressed with a hull speed factor. A ship might have a speed factor of 1.17, meaning it can make a speed of 1.17 x sqrt(lwl) [Chapelle]. There are conditions where you can exceed the theoretical hull speed. Surfing down a wave for example. I have had my boat (LWL=21.6 feet, HSPD=6.25) surfing at 10 knots on waves. When surfing or planing the hull is not in a displacement mode. So hull speed may be a bit of a moving target.

SA/D = Sail Area Displacement Ratio (top)

SA/D = SA / (Disp / 64)2/3 [ HP-41 Program ]

This ratio is an indicator of how much sail area a boat has relative to it's displacement. A boat with a higher value will accelerate faster and get to hull speed with less wind. All else being equal, the boat with the higher SA/D will be a better light air performer. This is basically a power to weight measure.

D/L = Displacement Length (top)

D/L = (Disp / 2240) / (0.01*LWL)3 [ HP-41 Program ]

The displacement length ratio is a measure of a boat's speed potential. For displacement boats (most sailboats), speed potential is a function of waterline length (unless your planing or surfing down a wave). Longer waterline boats can go faster. Lighter boats accelerate faster and reach hull speed with less wind. All else being equal, the boat with the lower D/L will be a better light air performer. Lower displacement will also make a boat more sensitive to loading. 2000 lbs of gear will have a larger effect on performance for a 10,000 lb boat than for a 20,000 lb boat.

These two ratios together (SA/D & D/L) can give a good comparison of two boats speed potential relative to one another (all other things being equal of course). If boat A has a SA/D of 19 and a DL of 230, and boat B has a SA/D of 16 and a DL of 230, boat A will probably be a better light air boat. As the wind pipes up boat A will probably be shortening sail before boat B and the effective SA/D may then be the same. Boat A's advantage will then disappear. However, speed potential is not all there is to performance.

BR = ballast ratio (top)

BR = Ballast / Disp

The ballast ratio is a measure of the percentage of a boats displacement taken up by ballast. It can give some indication of how stiff or tender a boat may be. Note that it takes no account of the location of the ballast or of the hull shape of the boat. Two boats can have the same ballast ratios with very different righting moments. If the hulls are the same, boat A with all it's ballast in a bulb at the bottom of the keel will be stiffer then boat B with a long shoal draft keel even though they may have the same BR. Racing boats tend to have higher BR's then cruising boats.

L/B = Length/Beam Ratio (top)

L/B = LOA / Beam

This is simply the length overall divided by the beam.

LWL/B = Waterline Length/Beam Ratio (top)

LWL/B = LWL / Beam

This is the waterline length divided by the overall beam. All other factors being equal (of course they never are) the longer boat will be faster (in displacement mode, not planing/surfing). Waterline beam might be interesting to know but it is not a commonly reported figure.

LWL/BWL = Waterline Length/Waterline Beam Ratio (top)

LWL/B = LWL / Beam

This is the waterline length divided by the waterline beam. Waterline beam is not a commonly reported figure. A rough estimate can be made by taking 90% of the overall beam but this ratio varies with hull form.

WPA = Waterplane Area (top)

WPA = LWL x BWL x hull fineness factor

This formula gives an approximation. BWL can be approximated as Beam x .90 and the hull fineness factor (my term) is about 68% for fine ended sailboats and 71% for full ended sailboats (Gerr). Or, if you know the LBS/IN immersion you can work backwards to get the WPA by the formula:

LBS/IN * 12 / 64 = WPA.

WPL = Waterplane Loading (top)

WPL = Displacement / Waterplane Area

WPL = DISP / WPA

Waterplane Loading is the displacement divided by the waterplane area. According to David Gerr, waterplane loading is a good indicator of comfort in a seaway (See "The Nature of Boats" by David Gerr, Ch 14). The lower the waterplane loading the faster the heave acceleration for a given displacement. That means the boat will bob up and down faster and be more uncomfortable than a boat with the same displacement but a higher WPL. Consider a plank of wood on edge vs flat on the water and how it would behave in waves. The only difference between the two in the different orientations is the WPL.

CWP = Coefficient of the Waterline Plane(top)

CWP = WPA / LWL x BWL

The Coefficient of the Waterline Plane is the ratio of the water plane area to the rectangular area defined by the waterline length times the waterline It is basically the percentage of that area actually taken up by the hull.

itWP = Moment of Intertia of the Waterline Plane(top)

itWP = (CWP2 / 11.7) * LWL * BWL3

The Moment of Intertia of the Waterline Plane is a measure of stability. It is the resistance of the boat to being rolled. The greater the Moment of Intertia and the lower the center of gravity the greater the stability (Gerr - Sail 9/04). The stability increases with the cube of the BWL so small increases in beam create large increases in stability.

OR = Overhang Ratio = (Overall Length - Waterline Length) / Waterline Length (top)

OR = (LOA-LWL) / LOA

This is the overall length minus the waterline length divided by the overall length. A larger value indicates longer overhangs. A value of 0 would mean no overhangs. Boats with longer overhangs have more reserve buoyancy. Also, as a boat moves faster the bow and stern waves move to the ends of the boat. Longer overhangs let the waves get longer. The overhang ratio has been influenced by rating rules. Under rules that penalize LWL more then LOA longer overhangs developed. The IMS rule has lead to shorter overhangs. Moderate overhangs are considered by some to be good for ocean voyaging boats. The reserve buoyancy helps keep the bow from submerging in waves and helps reduce pitching.

CSF = Capsize Screening Formula (top)

CSF = Beam / (Disp/64.2)1/3 [ HP-41 Program ]

The capsize screening formula is a somewhat controversial figure. It came into being after the 1979 Fastnet race in England where a storm shredded the race fleet. The Cruising Club of America (CCA) put together a technical committee that analyzed race boat data. They came up with this formula to compare boats based on readily available data. A lower value is supposed to indicate a boat is less likely to capsize. a value of 2 is taken as a cut off for acceptable to certain race committees. However this is an arbitrary cutoff based on the performance of boats in the '79 Fastnet. The CSF takes no account of hull shape or ballast location. The CCA characterizes the formula as "rough". They go on to say that "While the capsize screening formula places a limit on excess beam, which is important for good stability range, it does not control for another main determinant, ballasting. With only simple data, this is as far as we can go." Naval Architect Robert Perry calls it,"...far too simplistic to be always accurate, but it is one of the currently popular ways of looking at a boat's offshore suitability." (Sailing Magazine, Nov. 2001, p.44). Any two boats will have the same CSF value if their displacement and beam are the same. One could have a light hull with 50% ballast in a bulb at the bottom of an eight foot fin, the other could have a heavy hull with 20% ballast in a 2 foot deep full length keel. The stability characteristics of the two boats will be drastically different despite the identical CSF value.

MCR = Motion Comfort Ratio (top)

MCR = DISP / (.65*BEAM4/3(.7*LWL+.3*LOA)) [ HP-41 Program ]

This ratio was invented by Ted Brewer who say's he dreamed it up "tongue in cheek" as a measure of the motion comfort of a boat. A boat that has a more corky motion is considered less comfortable then one less affected by wave action. A higher value is better (if you like comfort). Smaller and beamier boats tend to have a lower ratio. This is best used to compare boats of similar size. A 26 footer should probably not be compared to a 40 footer using this ratio. The ratio is a factor of LOA and LWL and it may assume that boats with long overhangs tend to have wineglass shaped cross sections which provide more gradual buoyancy as they are immersed. However, a boat like a Valiant 42 has a long LWL for it's LOA and possesses this more wineglass shaped cross section. The ratio also favors displacement (higher gives larger result) and there is no accounting for distribution of weight. It also takes no account of waterline beam, a value that can be quite informative but is rarely available on stat sheets.

M/F = Main/Foretriangle Ratio (top)

M/F = mainsail area / 100% foretriangle area

I made this up to compare the size of the main to the foretriange. This doesn't really tell you anything about the performance characteristics of a boat but it might tell you about relative ease of sail handling for similar sized boats. A higher value means the main is larger in proportion to the standard sail area. This has changed back and forth over the years. The Pearson Triton (mid 60's) had a large mainsail, the P30 (mid 70's) had a small one. These days a lot of boats are going back to large main sails (e.g. J/32). My P26 has a little main sail and I sometimes think of it as a trim tab for the big genoa.

LPS = Limit of Positive Stability (top)

Also known as AVS, the angle of vanishing stability.

The limit of Positive stability (LPS) is the roll angle at which a boat will no longer right itself and become inverted (capsized). If a boat with an LPS of 120 degrees rolls past this point it will continue to roll and become inverted. The LPS is a static measure of stability and is calculated from the geometric relationship between the center of gravity (CG), the center of buoyancy (which moves as the boat rolls) and the metecentric height (GM). It is a complicated calculation made by naval architects. Typical sailboats produced from the early 70's on have LPS's in the 100-120 degree range. Designs typical of the 30's and 40's (e.g. many Alden designs) have LPS in the 160 degree range. The Offshore Racing Council (ORC) measures LPS for IMS ratings and requires a minimum of 120 degrees for participation in offshore races. The LPS by itself is an incomplete picture of stability. The relative size of the positive to negative areas of the stability curve (a plot of righting moment vs roll angle from 0-180 degrees) should also be examined. The effects of dynamics on stability will also influence the actual performance of the boat. A heavy rig can help prevent capsizing by resisting the roll until the wave energy has passed. But it will also have a negative effect on LPS. In the 30th anniversary edition of Adlard Coles' "Heavy Weather Sailing" (Peter Bruce Ed.) they compared two 28.5 foot boats of the same class, one with a conventional rig, the other with roller furling jib and in-mast roller furling main. The LPS was 127 deg for the conventional and 96 deg for the roller equipped. The in mast roller main was likely the major component of the reduction but I would not under-estimate the effects of some of the older heavy roller furling headsail systems.

Calculating the AVS for the Pearson 10M

Cp = Prismatic Coefficient (top)

Cp = (displacement / 64) / (midship area x LWL)

The Prismatic Coefficient is the ratio between the actual underwater volume of the boat and an imaginary prism made from the midship section area x the LWL. That's the volume the boat would have if it didn't taper fore and aft of the largest cross section area. Displacement hulls require a Cp between .51 and .56 for best efficiency with .54 as the optimum(Gerr). The Cp is a measure of the fineness of the ends of the boat. A block of wood would have a Cp of 1. High speed planing boats have Cp in the 0.72 to 0.78 range because they carry the max midship area all the way aft to provide a large planing surface.

MT1 = Trimming Moment (top)

The trimming moment is the moment in foot*lbs required to change the vessel trim by 1". If the value is 1000 ft*lbs it takes 100lbs at 10 feet from the CG to change the trim by 1".

LBS/IN = Pounds per inch immersion (top)

This is the amount of weight added or subtracted to the boat to change the immersion by one inch. If the LBS/IN is 1000 adding 1000 lbs of gear or cheese (or feathers) will make the boat sit one inch lower in the water. If you know the waterplane area (WPA) you can find the LBS/IN by the formula:

LBS/IN = WPA * 64 / 12