Dieses Projekt, gestartet Mai/Juni 2009, hat das Ziel, Messdaten von WSA und Yacht in Fahrt aufzuzeichnen. Es handelt sich dabei um kontinuierliche Messungen von:

- Windfahnenrotationswinkel (Vane rotation angle)
- Scheinbarer Wind (apparent Wind angle)
- Krängung (Heel)
- Ruderwinkel (Rudder angle)
- Kurs der Yacht über Grund (COG)
- Geschwindigkeit der Yacht über Grund (SOG)

Mit diesen Daten - auch über längere Zeiträume aufgenommen - lassen sich verschiedene Bedingungen und Einstellungen analysieren. Es ist damit möglich, Ansatzpunkte für eine Optimierung der WSA hinsichtlich spezieller Bootscharakteristik (wendig / träge, Luvgierigkeit usw...) bei speziellen See-, Kurs- und Windbedingungen zu ermitteln. Weiterhin lässt sich das Verhalten von elektrischen Autopiloten bei unterschiedlichen See- und Windbedingungen mit dem Steuerverhalten einer WSA direkt und unter identischen Bedingungen vergleichen, ebenso wie mit manueller Steuerung.

Das Projekt umfasst Messhardware, d.h. die Sensoren für die oben genannten Parameter, sowie Messoftware, letztere in Delphi geschrieben. Die Winkelmessdaten kommen von Winkelaufnehmern (Potis), die mechanisch über Schlauchkupplungen mit den entsprechenden Achsen - und elektronisch mit einem 8-Kanal Analog-zu-USB-Interface und einem Notebook verbunden sind. Die Kurs- und Geschwindigkeitsdaten kommen über RS232 per NMEA-Protokoll aus einem GARMIN 12 GPS. Als Recorder für die Daten dient ein Notebook-Computer, ausgestattet mit einer Software zur parallelen Aufnahme der kombinierten NMEA / Analogdaten. Es werden Videoaufnahmen von Kompass und Selbststeueranlage parallel zur Datenaufnahme durchgeführt, um das kurzfristige Kursverhalten, welches nur ungenügend durch die sekündlichen GPS-Daten aufgelöst wird, festzuhalten.

Voraussetzungen: Meines Wissens stammt die erste Veröffentlichung von ähnlichen vergleichenden Messdaten von Jan Alkema (NL), der in den 80ern mit einem Dreikanalschreiber Kommpasskurs, scheinbaren Wind und Ruderwinkel auf Papier aufzeichnete. Er konnte damit nachweisen, dass bereits eine einfache Windfahne-zu Pinne Steuerung (QME-ähnlich) gegenüber dem damals eingesetzten Pinnenpiloten erhebliche Kursstabilitätsvorteile aufwies: Jan Alkema's Messungen
Allerdings hat sich auch die Software und die Technik der Autopiloten entscheidend weiterentwickelt, so dass es an der Zeit ist, solch einen Vergleich zugunsten heutiger intelligenter Autopiloten zu wiederholen - ich setze dabei auch voraus, dass die Unterschiede zwischen WSA und modernem Autopilot im Steuerverhalten auch unter schwierigeren Bedingungen weit weniger gravierend ausfallen werden, als mit der von Alkema vor Jahrzehnten verwendeten Technik.

Sponsoren: Ich bedanke mich ganz herzlich bei Bastian Hauck, der mit freundlicherweise ab 2010 einen neuen, funktionsfähigen Pinnenpiloten eines namhaften Herstellers zu Test- und Vergleichszwecken für eine bis zwei Saisons zur Verfügung stellt!

Messergebnisse: Erste Messergebnisse wurden im Herbst 2009 im Windvane Forum veröffentlicht und diskutiert: Messdatenaufnahme unter Segeln und WSA.
Ein weiteres Ergebnis der Messdatenaufnahme war die Entwicklung der aktiven Gierdämpfungsmechanik, die auch mit dem Meßsystem in ihrer Wirkung verifiziert wurde. Das Messystem diente weiterhin der Verifikation und Verfeinerung der Simulationssoftware für Windselbststeueranlagen.

HARDWARE

Das System ist aufgebaut unter Einsatz preiswerter marktgängiger Komponenten, der Spritzwasserschutz aus einfachen Sperrholzteilen - also ganz im Rahmen des Eigenbaus. Jeder, der einen Lötkolben sein eigen nennt, kann die Hardware für ca 80 Euro nachbauen. Auf moderner ausgerüsteten Yachten mit NMEA-Sensorik kann bis auf den Windfahnen- und den Rudersensor einiges an selbstgefertigter Mechanik entfallen: Krängung und scheinbarer Wind kommen dann ebenfalls von den entsprechenden Gebern im NMEA-Bordnetzwerk.

MECHANIK

Es werden gebaut:
- Krängungsaufnehmer
- Zwei Windfahnen zur Messung der Richtung des scheinbaren Windes
- Ruderwinkelaufnehmer
- Windfahnenwinkelaufnehmer

Alle Aufnehmerachsen werden kugelgelagert. Ein Schutz des Lagers gegen Regen - und Spritzwasser wird aufgeklebt, der später mit einer Plastikkappe abgedeckt ist. Die Potentiometer werden regen- und spritzwassergeschützt in Sperrholzgehäuse montiert; die Aufnehmerachsen über kurze Schlauchstücke (Aquarienschlauch) mit den Potiachsen verbunden. Die Schlauchkupplung gleicht Fehlertoleranzen des Gehäuses aus, und dient gleichzeitig als Rutschkupplung bei Überdrehen der Potiachse.

SOFTWARE

Eine GPS-Repeatersoftware aus meiner eigenen Feder für den GARMIN 12 GPS wurde aufgefrischt, und um den Analogdatenaufnahmeteil ergänzt. Programmiersprache: Delphi.

Die grafische Visualisation der Messdaten wird aus der Simulationssoftware für WSA entlehnt. Die Messdaten lassen sich sowohl online während der Fahrt und auch nachträglich damit ansehen und auswerten. Die online-Auswertung umfaßt eine Statistik über einen grafisch ausgewählten Messzeitraum mit Mittelwertbildung, Standardabweichung, Maximalabweichung vom Mittelwert, gemittelter kurzfristiger Kurstreue (15 sek-Maxim.) usw....

GPS-Repeater für die Garmin NMEA-Daten. Der Garmin 12 wird dazu auf NMEA/NMEA im Setup/Interface - Menü eingestellt.

Damit werden sekündlich neue Kurs- und Geschwindigkeitsdaten vom GPS aufgenommen.

Bei Start der Messung wird die Systemzeit des Rechners auf GPS-Zeit eingestellt.

Die laufend eintreffenden NMEA-Daten werden angezeigt, Auswahl der COM-Schnitstelle des Rechners für den GPS-Anschluss.

Setzen der COM-Schnittstelle des Rechners auf den Anschluss des Analog-USB-Konverters.

Fortlaufender Eintrag der digitalisierten Rohdaten (10 Bit auflösung).

Eingabe von Kalibrierdaten, zweipunkt-Kalibrierung jedes Messkanals in beliebiger Aufnehmerstellung.

Anzeige des aktuellen Winkelwertes der jeweiligen Aufnehmer.

Die Datenaufnahme erfolgt für alle Kanäle jede zehntel Sekunde.

grafische Visualisation der Winkeländerungen über die Zeit.

Der Grafikframe ist der gleiche, der auch die Simulationsdaten aus dem Computermodell zeichnet.

Rot: Windfahnenwinkel,

Hellblau: Ruderwinkel

Violett: Krängung

Dunkelblau: scheinbarer Wind

Für diesen Screenshot wurden alle Potis manuell in ihrer Stellung verändert.

Der Kurs und Geschwindigkeit des Bootes erscheint in schwarzer Farbe, sobald über den NMEA-Kanal entsprechende Messwerte hereinkommen.

Oben in der Grafik ist die als Zeitbasis vom GPS-Gerät vorgegebene UTC.

Die Grafik ist scoll- und spreizbar, Speichern- Laden-Routinen erlauben die Ansicht von aufgenommenen Messungen.