ISO 12215-8:2009
(Main)Small craft — Hull construction and scantlings — Part 8: Rudders
Small craft — Hull construction and scantlings — Part 8: Rudders
ISO 12215-8:2009 gives requirements on the scantlings of rudders fitted to small craft with a length of hull of up to 24 m, measured according to ISO 8666. It applies only to monohulls. ISO 12215-8:2009 does not give requirements on rudder characteristics required for proper steering capabilities. ISO 12215-8:2009 only considers pressure loads on the rudder due to craft manoeuvring. Loads on the rudder or its skeg, where fitted, induced by grounding or docking, where relevant, are out of scope and need to be considered separately. Scantlings derived from ISO 12215-8:2009 are primarily intended to apply to recreational craft including charter craft.
Petits navires — Construction de coques et échantillonnage — Partie 8: Gouvernails
L'ISO 12215-8:2009 prescrit des exigences d'échantillonnage des gouvernails installés sur les petits navires d'une longueur de coque inférieure ou égale à 24 m, mesurées conformément à l'ISO 8666. Elle s'applique uniquement aux monocoques. L'ISO 12215-8:2009 ne prescrit aucune exigence concernant les caractéristiques du gouvernail nécessaires à une bonne manoeuvrabilité. L'ISO 12215-8:2009 prend uniquement en compte les charges de pression s'exerçant sur le gouvernail du bateau lors des manoeuvres. Les charges sur le gouvernail ou sur son aileron, lorsqu'il existe, induites par l'échouage ou l'échouement, le cas échant, sont en dehors du domaine d'application et nécessitent d'être prises en compte séparément. Les échantillonnages établis à l'aide de l'ISO 12215-8:2009 sont principalement destinés à s'appliquer sur les bateaux de plaisance, y compris les bateaux de location ou de «charter».
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 12215-8
First edition
2009-05-15
Small craft — Hull construction and
scantlings —
Part 8:
Rudders
Petits navires — Construction de coques et échantillonnage —
Partie 8: Gouvernails
Reference number
ISO 12215-8:2009(E)
©
ISO 2009
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ISO 12215-8:2009(E)
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Published in Switzerland
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Contents Page
Foreword. v
Introduction . vi
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions. 1
4 Symbols . 2
5 Design stresses . 4
5.1 Rudder material. 4
6 Rudder and steering arrangement, rudder types . 5
6.1 General. 5
6.2 Rudder types . 6
7 Design rudder force calculation. 10
7.1 General. 10
7.2 Force F and corresponding load case . 11
1
7.3 Force F and corresponding load case . 12
2
8 Rudder bending moment and reactions at bearings . 13
8.1 General. 13
8.2 Analysis of spade rudder (Type I). 13
8.3 Analysis of skeg rudders (Types II to V) . 14
9 Rudder design torque, T . 16
10 Rudder and rudder stock design . 17
10.1 Load bearing parts of the rudder . 17
10.2 Metal rudder stock material . 17
10.3 Design stress for metal rudder stock . 18
10.4 Required diameter for solid circular metal rudder stocks . 18
10.5 Vertical variation of the diameter of a Type I rudder (spade). 18
10.6 Round tubular stocks. 19
10.7 Non-circular metal rudder stocks . 20
10.8 Simple non-isotropic rudder stocks (e.g. wood or FRP). 21
10.9 Complex structural rudders and rudder stocks in composite. 21
10.10 Check of deflection of Type I rudder stocks between bearings . 21
11 Equivalent diameter at the level of notches.22
12 Rudder bearings, pintles and gudgeons. 22
12.1 Bearing arrangement. 22
12.2 Clearance between stock and bearings . 23
13 Rudder stock structure and rudder construction . 24
13.1 Rudder stock structure . 24
13.2 Rudder construction. 24
13.3 FRP rudder blades. 24
13.4 Non-FRP rudder blades. 25
14 Skeg structure. 25
14.1 General. 25
14.2 Design stress . 25
Annex A (normative) Metal for rudder stock . 26
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ISO 12215-8:2009(E)
Annex B (normative) Complex composite rudder stock design . 30
Annex C (normative) Complete calculation for rudders with skeg . 32
Annex D (informative) Geometrical properties of some typical rudder blade shapes . 36
Annex E (informative) Vertical variation of diameter for Type I rudders . 39
Annex F (informative) Type I rudders — Deflection of stock between bearings . 41
Bibliography . 44
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ISO 12215-8:2009(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies
(ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO
technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been
established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and
non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the
International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO 12215-8 was prepared by Technical Committee ISO/TC 188, Small craft.
ISO 12215 consists of the following parts, under the general title Small craft — Hull construction and
scantlings:
⎯ Part 1: Materials: Thermosetting resins, glass-fibre reinforcement, reference laminate
⎯ Part 2: Materials: Core materials for sandwich construction, embedded materials
⎯ Part 3: Materials: Steel, aluminium alloys, wood, other materials
⎯ Part 4: Workshop and manufacturing
⎯ Part 5: Design pressures for monohulls, design stresses, scantlings determination
⎯ Part 6: Structural arrangements and details
⎯ Part 8: Rudders
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ISO 12215-8:2009(E)
Introduction
The reason underlying the preparation of this part of ISO 12215 is that standards and recommended practices
for loads on the hull and the dimensioning of small craft differ considerably, thus limiting the general worldwide
acceptability of craft. This part of ISO 12215 has been set towards the lower boundary range of common
practice.
The objective of this part of ISO 12215 is to achieve an overall structural strength that ensures the watertight
and weathertight integrity of the craft.
The working group considers this part of ISO 12215 to have been developed applying present practice and
sound engineering principles. The design loads and criteria of this part of ISO 12215 may be used with the
scantling determination equations of this part of ISO 12215 or using equivalent engineering methods such as
continuous beam theory, matrix-displacement method and classical lamination theory, as indicated within.
Considering future development in technology and craft types, and small craft presently outside the scope of
this part of ISO 12215, provided that methods supported by appropriate technology exist, consideration may
be given to their use as long as equivalent strength to this part of ISO 12215 is achieved.
The dimensioning according to this part of ISO 12215 is regarded as reflecting current practice, provided the
craft is correctly handled in the sense of good seamanship and equipped and operated at a speed appropriate
to the prevailing sea state.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 12215-8:2009(E)
Small craft — Hull construction and scantlings —
Part 8:
Rudders
1 Scope
This part of ISO 12215 gives requirements on the scantlings of rudders fitted to small craft with a length of hull,
L , of up to 24 m, measured according to ISO 8666. It applies only to monohulls.
H
This part of ISO 12215 does not give requirements on rudder characteristics required for proper steering
capabilities.
This part of ISO 12215 only considers pressure loads on the rudder due to craft manoeuvring. Loads on the
rudder or its skeg, where fitted, induced by grounding or docking, where relevant, are out of scope and need
to be considered separately.
NOTE Scantlings derived from this part of ISO 12215 are primarily intended to apply to recreational craft including
charter craft.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated
references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced
document (including any amendments) applies.
ISO 8666, Small craft — Principal data
ISO 12215-5:2008, Small craft — Hull construction and scantlings — Part 5: Design pressures for monohulls,
design stresses, scantlings determination
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
3.1
design categories
sea and wind conditions for which a craft is assessed by this part of ISO 12215 to be suitable, provided the
craft is correctly handled in the sense of good seamanship and operated at a speed appropriate to the
prevailing sea state
3.1.1
design category A (“ocean”)
category of craft considered suitable to operate in seas with significant wave heights above 4 m and wind
speeds in excess of Beaufort Force 8, but excluding abnormal conditions such as hurricanes
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ISO 12215-8:2009(E)
3.1.2
design category B (“offshore”)
category of craft considered suitable to operate in seas with significant wave heights up to 4 m and winds of
Beaufort Force 8 or less
3.1.3
design category C (“inshore”)
category of craft considered suitable to operate in seas with significant wave heights up to 2 m and a typical
steady wind force of Beaufort Force 6 or less
3.1.4
design category D (“sheltered waters”)
category of craft considered suitable to operate in waters with significant wave heights up to and including
0,3 m with occasional waves of 0,5 m height, for example from passing vessels, and a typical steady wind
force of Beaufort Force 4 or less
3.2
loaded displacement mass
m
LDC
mass of the craft, including all appendages, when in the fully loaded ready-for-use condition as defined in
ISO 8666
3.3
sailing craft
2/3
craft for which the primary means of propulsion is wind power, having A > 0,07(m ) where A is the total
S LDC S
profile area of all sails that may be set at one time when sailing closed hauled, as defined in ISO 8666 and
expressed in square metres
NOTE 1 For the headsails, A is the area of the fore triangle.
S
NOTE 2 In the rest of this part of ISO 12215, non-sailing craft are called motor craft.
4 Symbols
For the purposes of this document, unless specifically otherwise defined, the symbols given in Table 1 apply.
NOTE The symbols used in the annexes are not listed in Table 1.
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ISO 12215-8:2009(E)
Table 1 — Symbols, coefficients, parameters
(Sub)clause/table
Symbol Unit Designation/meaning of symbol
concerned
2
A m Total area of the moving part of the rudder 6.2.1, 6.2.3
2
A m Rudder effective area (Types II to IV) 6.2.3
0
2
A m Rudder blade area (Types II to IV) or top blade area (Type V) 6.2.3
1
2
A m Bottom rudder blade area (Type V) 6.2.3
2
2
A m Rudder skeg area [only used to determine type (see Figure 3)] 6.2.3
3
c m Rudder chord length at centre of area level 6.2.1, 6.2.2
c m Length of the top chord (Type I) 6.2.1
1
c m Length of the bottom chord (Type I) 6.2.1
2
co m Compensation at top chord (distance from LE to rotation axis) (Type I) 6.2.2
1
co m Compensation at bottom chord (distance from LE to stock CL) (Type I) 6.2.2
2
d mm Required solid stock diameter 10.4
d mm Inner diameter of tubular stock 10.6
i
d mm Outer diameter of tubular stock 10.6
o
F N Final side force on rudder 7.1
F N Side force on rudder in design category sea state 7.2
1
F N Side force on rudder during a turn at speed in slight sea 7.3
2
h m Height between rudder top and centre of hull bearing 6.2.1
b
h m Height between rudder top and centre of area 6.2.1
c
h m Height between rudder top and centre of skeg bearing (Type V) 6.2.3
d
h m Height between rudder bottom and centre of skeg bearing (Type V) 6.2.3
e
h m Height between centre of upper bearing and a point inside the hull (Type I) 6.2.1
in
h m Height between bottom of spade and a point outside the hull (Type I) 6.2.1
ou
h m Average height of rudder blade (see Figure 1) 6.2.1
r
h m Height of skeg from hull attachment to skeg bearing (Types II to V) 6.2.3
s
h m Height between centres of hull (lower) bearing and upper bearing 6.2.1
u
k 1 Rudder bending coefficient 6.2.1
b
k 1 Coefficient lowering force for flat or wedge rudder blade shape 7.3
FLAT
k 1 Coefficient lowering force due to gap hull/rudder top 7.2
GAP
k 1 Length displacement coefficient 7.2
LD
k 1 Coefficient for skeg deflection 8.3.4
S
k 1 Coefficient considering extra load due to sea in design categories A and B 7.2
SEA
k 1 Coefficient considering lower required service in design categories C and
SERV
7.3
D
k 1 Coefficient lowering design stress for F 7.3
SIG 2
k 1 Coefficient considering lower usage of craft with damage survey 7.2
USE
k 1 Fibre type factor 13.3.1.2
5
L m Effective length of the skeg 8.3.4
S
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Table 1 (continued)
(Sub)clause/table
Symbol Unit Designation/meaning of symbol
concerned
L m Length at waterline, according to ISO 8666 in m conditions 7.2
WL LDC
M Nm Bending moments on the rudder stock or skeg 8
M , M Nm Bending moments at skeg or hull 8.3.4
S H
m kg Loaded displacement mass 3.2, 7.2
LDC
r m Horizontal distance from rudder force to stock axis 6.2.1
r m Minimum value of r 9
min
R , R , R N Reaction force at upper bearing, hull bearing, skeg bearing, respectively 8
U H S
t mm Skin thickness of tubular or hollowed closed section Table 6
T Nm Torque (twisting moment) on the rudder stock 9
u m Longitudinal distance from leading edge to stock axis at centroid chord 6.2.1
V knots Maximum speed of craft in calm water, m conditions 7.3
MAX LDC
2
w kg/m Minimum fibre mass per area of rudder blade 13.3.1.2
z m Effective bending moment lever z = k ⋅ h + h 8.2.1
b b b r c
z m Equivalent bending moment lever 10.4
eq
α 1 Tip chord to root chord ratio (c /c) 6.2.2
2 1
Λ 1 Geometric aspect ratio of the rudder 6.2.1, 6.2.3
2
σ N/mm Direct stress (ultimate, yield, design) 5
2
τ N/mm Shear stress (ultimate, yield, design) 5
χ 1 Ratio between reaction at skeg and rudder force 8.3.2
5 Design stresses
5.1 Rudder material
Values of design stresses shall be taken from Table 2
Table 2 — Values of design stresses
Stresses in newtons per square millimetre
Direct stresses
Combined
Material
Tensile/compressive Shear Bearing
stresses
σ τ σ
d d db
22
a
min σ ; 0,5 σ 0,58 τ 1,8 σ
()
Metals yu σ + 3τσu
d d
d
22
Wood and fibre-reinforced ⎛⎞ ⎛ ⎞
στ
0,5 × σ 0,5 τ 1,8 σ
+< 0,25
u u d ⎜⎟ ⎜ ⎟
plastics (FRP) ⎜⎟ ⎜ ⎟
στ
⎝⎠uu⎝ ⎠
a
Steel, stainless steel, aluminium alloys, titanium alloys, copper alloys (see Annex A). In welded condition for welded metals.
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ISO 12215-8:2009(E)
In Table 2,
⎯ σ is the design tensile, compressive, or flexural strength (as relevant);
d
⎯ σ is the ultimate tensile, compressive, or flexural strength (as relevant);
u
⎯ σ is the yield tensile, compressive, or flexural strength (as relevant);
y
⎯ σ is the design bearing strength;
db
⎯ τ is the design shear strength;
d
⎯ τ is the ultimate shear strength.
u
Additional requirements are given in Annex A (metals) and Annex B (composites)
For wood and composites, the strength values of the relevant annexes of ISO 12215-5 shall be used.
6 Rudder and steering arrangement, rudder types
6.1 General
6.1.1 General definition
The rudder and steering arrangement comprises all components necessary for manoeuvring the craft, from
the rudder and the rudder operating gear to the steering position.
Rudder and steering equipment shall be arranged so as to permit inspection.
NOTE It is good practice that the rudder keeps the steering effect after grounding (for example, a spade rudder with
the stock not going down to the bottom enables the rudder blade to break without bending the stock).
6.1.2 Multi-rudder arrangement
If the craft has several rudders, the following requirements apply to each one of the rudders.
NOTE On sailing craft, twin rudders, frequently canted outwards, are not usually protected from contact with floating
objects by the keel, a skeg, the hull canoe body at centreline, etc. This is particularly the case for the windward rudder,
close to the waterline, that can also be hit by breaking waves and can therefore support a part of the craft's weight. It is
therefore current practice to have twin rudders installed on sailing craft that are significantly stronger than required in this
part of ISO 12215, which only considers loads from normal lift forces. This enhanced strength is not quantified here.
6.1.3 Vertical support
The rudder stock or blade shall be supported vertically with limited axial upwards movement.
6.1.4 Hard over stops
Rudder stocks that are, or can be, actuated by a remote steering system (i.e. not directly by the tiller) shall be
fitted with hard over stops, angled at 30° to 45° from zero lift position (usually at centreline). This also applies
to rudders only actuated by a tiller of design category A and B.
Hard over stops can act on the rudder, the tiller, the quadrant, or any device directly connected to the rudder.
NOTE The need for stops is both to avoid excessive angle of attack and lift when running backwards and to avoid
excessive range of movement of the steering system.
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ISO 12215-8:2009(E)
6.1.5 Actuating system of the rudder
The following devices shall be able to transmit the rudder torque, T, defined in Clause 9, without exceeding
their design stress, as defined in Clause 5:
⎯ the actuating device that turns the rudder including the tiller, rudder arm and quadrant;
⎯ the connection between the rudder stock and the actuating device (cone, square, key, etc.);
⎯ the stops provided at either end of the tiller, rudder arm or quadrant stroke.
The connection between the rudder stock and the actuating device shall be designed to ensure alignment
between the rudder blade and the tiller, actuating arm, etc. and allow a visual instant checking of this
alignment.
6.1.6 Emergency tiller
Any component of the emergency tiller, where fitted, shall be able to transmit a rudder torque of 0,5 T, where T
is defined in Clause 9, without exceeding its design stress defined in Clause 5.
6.2 Rudder types
This part of ISO 12215 is applicable to five types of rudder configuration: Type I to Type V, as shown in
Figures 2 and 3. In all cases except case I c, the rudder blade is taken as rectangular or trapezoidal.
6.2.1 Type I (spade) rudders (see Figures 1 and 2)
The main variables are as follows:
⎯ A is the rudder (spade) area;
2
h
r
⎯ Λ = is the rudder geometric aspect ratio (1)
A
where h is the average height of the rudder;
r
⎯ h is the height between rudder top and centre of hull bearing;
b
⎯ c and c are, respectively, the top and bottom chords or their natural extension;
1 2
⎯ co and co are the top and bottom compensation, respectively, i.e. the distance, measured from fore to
1 2
aft, between the leading edge and the rotation axis;
⎯ c is the chord length at the height of the centroid of rudder area;
⎯ h is the height between rudder top and centroid of rudder area (this is the position where the rudder force
c
is considered to act);
⎯ h and h are, respectively, any local height outside and inside the centre of hull bearing to be used in
ou in
Figure 5;
⎯ k is the rudder bending coefficient with k = h /h ;
b b c r
⎯ r is the horizontal distance between the position of the resultant of the rudder force (taken at rudder
centroid) and the rudder's rotational axis, as defined in Table 6, and shall not be taken less than r ;
min
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ISO 12215-8:2009(E)
⎯ u is, for Type I (spade) rudders, the horizontal distance from fore to aft, from the leading edge to the
rudder rotational axis at the height of centroid of rudder area (i.e. the geometric centre of the profile area);
u is positive if the leading edge is forward of the axis (see Figure 2 Types I a, I b, or I c) or negative in the
opposite case (see Type I d).
6.2.2 Rudder spade with trapezoidal shape
For spade rudders with a trapezoidal (or close to) shape some values are easily calculated as follows:
cc+
12
Ah= is the area of a trapezoidal spade; (2)
r
2
h 12+ α
c
k== for a trapezoidal spade; (3)
b
h 3(1+ α)
r
c
2
where α = is the taper coefficient.
c
1
See Table 3.
Table 3 — Calculated values of k for a trapezoidal spade as a function of c /c
b 2 1
c /c = α
1,00 0,90 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20
2 1
k
0,50 0,49 0,48 0,47 0,46 0,44 0,43 0,41 0,39
b
hk=×h (4)
cb r
cc=−k()c−c for a trapezoidal spade (5)
1b 1 2
u=−co k()co− co for a trapezoidal spade (6)
1b 1 2
The value of h can also be determined graphically, as shown in Figure 1.
c
Figure 1 — Graphical determination of centroid, CS, of a trapeze
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ISO 12215-8:2009(E)
Type I a: Typical fast motor craft spade rudder with low aspect ratio and cut out top aft to avoid ventilation
Type I b: Near-rectangular shape
Type I c: Semi-elliptical shape typical on performance sailing craft
Type I d: Transom-hung spade rudder
NOTE The marking with a shaded circle shows the geometric centre of surface. The rudder force is located at the
same height, but at a distance 0,3 c aft of the chord's leading edge.
Figure 2 — Spade rudders: Type I
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ISO 12215-8:2009(E)
6.2.3 Rudder types II to V (see Figure 3)
The dimensions are the same as for spade rudders, except that:
⎯ A is the total area of the moving part of the rudder, divided into A and A in Type V;
1 2
⎯ A is the skeg area (only used to determine the type in Figure 3);
3
⎯ h is the average height of the rudder;
r
2
h
r
⎯ Λ = is the effective rudder geometric aspect ratio (7)
A
0
where A is the rudder effective area (moving part plus effective part of the skeg, see Table 4);
0
⎯ c = A /h is the mean chord;
0 r
⎯ h is the height of the skeg/horn between hull and mid-skeg bearing for Type V and the lower bearing for
s
Types III and IV.
Table 4 gives values of A and A according to rudder type.
0
Table 4 — Rudder types and effective areas
Value
Type
A A
0
II A
III A A + A
1 1 3
IV A A
1 1
V A + A A + A + A
1 2 1 2 3
For Type V, h and h are the portions of h above and below the skeg bearing, respectively.
d e r
For Types II to V:
⎯ u is, for rudder Types II and IV, the horizontal distance, fore to aft, from the leading edge of the rudder to
the stock vertical axis at the height of centroid of rudder area. For rudder Types III and V, u is measured
aft of the leading edge of the partial or full narrow skeg (see Figure 3);
⎯ r is the horizontal distance between the position of the centroid of rudder area and the rudder's rotational
axis, as defined in Table 6, and shall not be taken less than r .
min
The rudders of Types II to V are considered to be held by three bearings (two bearings inside the hull and one
skeg bearing, see 8.3.1)
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ISO 12215-8:2009(E)
Type II Supported by skeg (solepiece) and skeg bearing Type III Narrow full skeg
Type IV Wide full skeg Type V Partial skeg
Figure 3 — Other rudder types: Types II to V
7 Design rudder force calculation
7.1 General
The design rudder force, F, shall be taken as follows:
⎯ for motor craft, the greater of F and F , defined in 7.2 and 7.3, respectively;
1 2
⎯ for
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 12215-8
Première édition
2009-05-15
Petits navires — Construction de coques
et échantillonnage —
Partie 8:
Gouvernails
Small craft — Hull construction and scantlings —
Part 8: Rudders
Numéro de référence
ISO 12215-8:2009(F)
©
ISO 2009
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ISO 12215-8:2009(F)
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ISO 12215-8:2009(F)
Sommaire Page
Avant-propos. v
Introduction . vi
1 Domaine d'application. 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions. 1
4 Symboles . 2
5 Contraintes de conception . 5
5.1 Matériau du gouvernail. 5
6 Disposition du gouvernail et du système de direction, types de gouvernail. 5
6.1 Généralités . 5
6.2 Types de gouvernail . 7
7 Force de conception pour le gouvernail .11
7.1 Généralités . 11
7.2 Force F et cas de chargement correspondant . 12
1
7.3 Force F et cas de chargement correspondant . 13
2
8 Moment de flexion et réaction aux paliers .14
8.1 Généralités . 14
8.2 Analyse des gouvernails suspendus (Type I). 14
8.3 Analyse des gouvernails avec aileron (Types II à V) . 15
9 Moment de torsion, T, sur le gouvernail. 17
10 Conception de la mèche de gouvernail.18
10.1 Parties travaillantes du gouvernail . 18
10.2 Matériau pour mèches de gouvernail métalliques . 18
10.3 Contrainte de conception pour les mèches métalliques. 19
10.4 Diamètre maximal requis pour les mèches métalliques circulaires pleines . 19
10.5 Variation verticale du diamètre pour les gouvernails de Type I (suspendus). 19
10.6 Mèches circulaires tubulaires . 21
10.7 Mèches métalliques non circulaires . 22
10.8 Mèches de gouvernails simples non isotropes (par exemple en bois ou stratifié) . 22
10.9 Mèches de gouvernails structurelles complexes/mèches en composite. 22
10.10 Vérification de la flèche entre les paliers des mèches de gouvernail de Type I . 23
11 Diamètre équivalent au droit des découpes . 23
12 Paliers de gouvernail, aiguillots et fémelots. 24
12.1 Dispositions structurelles du palier. 24
12.2 Jeu entre la mèche et les paliers. 24
13 Structure de la mèche et construction du gouvernail . 25
13.1 Structure de la mèche . 25
13.2 Construction du gouvernail. 25
13.3 Safran en stratifié. 26
13.4 Peaux de safran en un autre matériau que le stratifié . 26
14 Structure de l'aileron . 26
14.1 Généralités . 26
14.2 Contrainte de conception . 27
Annexe A (normative) Métal utilisé pour la mèche. 28
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Annexe B (normative) Conception de mèche complexe en composite. 32
Annexe C (normative) Calcul complet des gouvernails avec aileron . 34
Annexe D (informative) Propriétés géométriques de formes courantes de profil de safran. 38
Annexe E (informative) Variation verticale du diamètre de mèche de gouvernail de Type I . 41
Annexe F (informative) Gouvernail de type I — Déflexion de la mèche entre ses paliers . 44
Bibliographie . 47
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Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée
aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du
comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec
la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne
pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L'ISO 12215-8 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 188, Petits navires.
L'ISO 12215 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Petits navires — Construction
de coques et échantillonnage:
⎯ Partie 1: Matériaux: Résines thermodurcissables, renforcement de fibres de verre, stratifié de référence
⎯ Partie 2: Matériaux: Matériaux d'âme pour les constructions de type sandwich, matériaux enrobés
⎯ Partie 3: Matériaux: Acier, alliages d'aluminium, bois, autres matériaux
⎯ Partie 4: Ateliers de construction et fabrication
⎯ Partie 5: Pressions de conception pour monocoques, contraintes de conception, détermination de
l'échantillonnage
⎯ Partie 6: Dispositions structurelles et détails de construction
⎯ Partie 8: Gouvernails
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ISO 12215-8:2009(F)
Introduction
Les raisons ayant servi de base à la préparation de la présente partie de l'ISO 12215 sont que les normes et
les pratiques recommandées de détermination des charges sur la coque et du dimensionnement des petits
navires diffèrent considérablement entre elles, limitant ainsi l'acceptabilité des bateaux au niveau mondial. La
présente partie de l'ISO 12215 a été orientée vers les limites inférieures de la pratique courante.
L'objectif de la présente partie de l'ISO 12215 est d'obtenir une résistance générale de la structure qui garantit
l'étanchéité et l'intégrité du bateau contre l'envahissement.
Le groupe de travail considère que la présente partie de l'ISO 12215 a été développée en appliquant les
pratiques actuelles et des principes d'ingénierie valables. Les pressions de conception et critères de la
présente partie de l'ISO 12215 peuvent être utilisés avec les équations de détermination d'échantillonnage de
la présente partie de l'ISO 12215 ou en utilisant des méthodes d'ingénierie équivalentes telles que la théorie
du faisceau continu, la méthode de déplacement de la matrice et la théorie du feuilletage classique indiquées
ci-dedans.
En considérant les évolutions futures de la technologie et des types de bateau, ou de petits navires qui sont
actuellement hors du champ d'application de la présente partie de l'ISO 12215, et à condition qu'il existe des
méthodes s'appuyant sur une technologie appropriée, on peut accepter leur utilisation sous réserve que l'on
puisse vérifier que l'on obtient une résistance équivalente à celle exigée par la présente partie de l'ISO 12215.
Les dimensionnements correspondants à la présente partie de l'ISO 12215 sont considérés comme reflétant
la pratique courante, à condition que le bateau soit manœuvré avec le sens marin et à une vitesse appropriée
à l'état de la mer.
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NORME INTERNATIONALE ISO 12215-8:2009(F)
Petits navires — Construction de coques et échantillonnage —
Partie 8:
Gouvernails
1 Domaine d'application
La présente partie de l'ISO 12215 prescrit des exigences d'échantillonnage des gouvernails installés sur les
petits navires d'une longueur de coque, L , inférieure ou égale à 24 m, mesurées conformément à l'ISO 8666.
H
Elle s'applique uniquement aux monocoques.
Elle ne prescrit aucune exigence concernant les caractéristiques du gouvernail nécessaires à une bonne
manœuvrabilité.
La présente partie de l'ISO 12215 prend uniquement en compte les charges de pression s'exerçant sur le
gouvernail du bateau lors des manœuvres. Les charges sur le gouvernail ou sur son aileron, lorsqu'il existe,
induites par l'échouage ou l'échouement, le cas échant, sont en dehors du domaine d'application et
nécessitent d'être prises en compte séparément.
NOTE Les échantillonnages établis à l'aide de la présente partie de l'ISO 12215 sont principalement destinés aux
bateaux de plaisance, y compris les bateaux de location ou de «charter».
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application du présent document. Pour les
références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références non datées, la dernière édition du
document de référence s'applique (y compris les éventuels amendements).
ISO 8666, Petits navires — Données principales
ISO 12215-5:2008 Petits navires — Construction de coques et échantillonnage — Partie 5: Pressions de
conception pour monocoques, contraintes de conception, détermination de l'échantillonnage
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s'appliquent.
3.1
catégories de conception
conditions de mer et de vent auxquelles le bateau est considéré comme approprié par la présente partie de
l'ISO 12215, à condition que le bateau soit manœuvré avec le sens marin et utilisé à une vitesse appropriée à
l'état de la mer rencontré
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3.1.1
catégorie de conception A, «en haute mer»
catégorie de bateau considérée comme convenant pour une navigation sur des mers où l'on rencontre des
hauteurs significatives de vagues supérieures à 4 m et des vitesses de vent pouvant dépasser Force 8
Beaufort, à l'exclusion de conditions exceptionnelles comme les ouragans
3.1.2
catégorie de conception B, «au large des côtes»
catégorie de bateau considérée comme convenant pour une navigation sur des mers où l'on rencontre des
hauteurs significatives de vagues inférieures ou égales à 4 m et des vitesses de vent inférieures ou égales à
Force 8 Beaufort
3.1.3
catégorie de conception C, «à proximité des côtes»
catégorie de bateau considérée comme convenant pour une navigation sur des mers où l'on rencontre des
hauteurs significatives de vagues inférieures ou égales à 2 m et des vitesses de vent inférieures ou égales à
Force 6 Beaufort
3.1.4
catégorie de conception D, «en eaux abritées»
catégorie de bateau considérée comme convenant pour une navigation sur des eaux où l'on rencontre des
hauteurs significatives de vagues inférieures ou égales à 0,3 m, avec des vagues occasionnelles d'une
hauteur de 0,5 m, provenant par exemple d'un bateau passant à proximité, et des vitesses de vent typiques
stables inférieures ou égales à Force 4 Beaufort
3.2
masse de déplacement en charge
m
LDC
masse du bateau, y compris tous ses appendices, lorsqu'il est dans les conditions de charge maximale
définies dans l'ISO 8666
3.3
bateau à voiles
bateau dont le moyen principal de propulsion est la force du vent et dont la surface totale de profil, A , définie
S
dans l'ISO 8666 et exprimée en mètres carrés, de toutes les voiles pouvant être établies simultanément
2/3
lorsque le bateau est au près serré, est telle que A > 0,07 (m )
S LDC
NOTE 1 Pour les voiles d'avant, A est la surface du triangle avant.
S
NOTE 2 Dans la suite de la présente partie de l'ISO 12215, les bateaux autres que les bateaux à voiles sont
dénommés «bateaux à moteur».
4 Symboles
Pour les besoins du présent document, et sauf définition spécifique contraire, les symboles indiqués dans le
Tableau 1, classés par ordre alphabétique, s'appliquent.
NOTE Les symboles utilisés dans les annexes ne figurent pas dans le Tableau 1.
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Tableau 1 — Symboles, coefficients, paramètres
Article
Symbole Unité Désignation/signification du symbole ou paragraphe
concerné
2
A m Surface totale de la partie mobile du gouvernail 6.2.1, 6.2.3
2
A m Surface effective du gouvernail (Type II à IV) 6.2.3
0
2
A m Surface du safran (Type II à IV) ou de sa partie supérieure (Type V) 6.2.3
1
2
A m Surface de la partie inférieure du safran (Type V) 6.2.3
2
Surface de l'aileron de gouvernail [uniquement utilisée pour
2
A m 6.2.3
3
déterminer le type (voir la Figure 3)]
c m Longueur de la corde au niveau du centre de surface du gouvernail 6.2.1, 6.2.2
c m Corde haute d'un safran suspendu (Type I) 6.2.1
1
c m Corde basse d'un safran suspendu (Type I) 6.2.1
2
Compensation de la corde haute (distance du bord d'attaque à l'axe
co m 6.2.2
1
de rotation) (Type I)
Compensation de la corde basse (distance du bord d'attaque à l'axe
co m 6.2.2
2
de rotation) (Type I)
d mm Diamètre de mèche pleine requis 10.4
d mm Diamètre intérieur d'une mèche tubulaire 10.6
i
d mm Diamètre extérieur d'une mèche tubulaire 10.6
o
F N Force latérale finale s'exerçant sur le gouvernail 7.1
Force latérale sur le gouvernail par mer correspondant à la catégorie
F N 7.2
1
de conception
Force latérale sur le gouvernail dans un virage à vitesse rapide par
F N 7.3
2
mer modérée
Hauteur entre le sommet du gouvernail et le milieu du palier de
h m 6.2.1
b
coque
h m Hauteur entre le sommet du gouvernail et le centre de surface 6.2.1
c
Hauteur entre le sommet du gouvernail et le milieu du palier d'aileron
h m 6.2.3
d
(Type V)
Hauteur entre la base du gouvernail et le milieu du palier d'aileron
h m 6.2.3
e
(Type V)
Hauteur entre le milieu du palier haut et un point à l'intérieur de la
h m 6.2.1
in
coque (Type I)
Hauteur entre le bas de la pelle de gouvernail et un point à
h m 6.2.1
ou
l'extérieur de la coque (Type I)
h m Hauteur moyenne du safran (voir la Figure 1) 6.2.1
r
Hauteur de l'aileron entre sa liaison avec la coque et le milieu du
h m 6.2.3
s
palier d'aileron (Type II à V)
h m Hauteur entre milieu du palier de coque (palier bas) et le palier haut 6.2.1
u
k 1 Coefficient de flexion du gouvernail 6.2.1
b
Coefficient diminuant la force pour une forme plate ou en coin du
k 1 7.3
FLAT
gouvernail
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Tableau 1 (suite)
Article
Symbole Unité Désignation/signification du symbole ou paragraphe
concerné
Coefficient diminuant la force due à l'écart entre la coque et le
k 1 7.2
GAP
sommet du safran
k 1 Coefficient longueur/déplacement 7.2
LD
k 1 Coefficient de déflexion de l'aileron 8.3.4
S
Coefficient prenant en compte les efforts supplémentaires dus à la
k 1 7.2
SEA
mer en catégories A et B
Coefficient prenant en compte des conditions de service plus faibles
k 1 7.3
SERV
en catégories C et D
k 1 Coefficient diminuant la contrainte de conception pour F 7.3
SIG 2
Coefficient prenant en compte un usage plus modéré pour un bateau
k 1 7.2
USE
dont on surveille l'éventuel endommagement
k 1 Facteur de type de fibre 13.3.1.2
5
L m Longueur effective de l'aileron 8.3.4
S
L m Longueur de flottaison selon l'ISO 8666 en conditions m 7.2
WL LDC
M Nm Moment de flexion sur la mèche de gouvernail ou l'aileron 8
M , M Nm Moments de flexion au niveau de l'aileron, ou au niveau de la coque 8.3.4
S H
m kg Masse de déplacement en pleine charge 3.2, 7.2
LDC
Distance horizontale entre la force sur le gouvernail et l'axe
r m 6.2.1
de la mèche
r m Valeur minimale de r 9
min
Force de réaction aux paliers supérieur, de coque, ou d'aileron,
R , R , R N 8
U H S
respectivement
t mm Épaisseur de peau des profils tubulaires ou creux Tableau 6
T Nm Couple (moment de torsion) sur la mèche 9
Distance longitudinale entre le bord d'attaque et l'axe de mèche à la
u m 6.2.1
corde du centre de surface
V nœuds Vitesse maximale du bateau en eau calme et conditions m 7.3
MAX LDC
2
w kg/m Masse minimale de fibre par mètre carré pour les peaux du safran 13.3.1.2
z m Bras de levier effectif du moment de flexion z = k◊h + h 8.2.1
b b b r c
z m Bras de levier équivalent du moment de flexion 10.4
eq
α 1 Rapport de conicité du safran (c /c) 6.2.2
2 1
Λ 1 Allongement géométrique du gouvernail 6.2.1, 6.2.3
2
σ N/mm Contrainte directe (rupture, limite élastique, conception) 5
2
τ N/mm Contrainte de cisaillement (rupture, limite élastique, conception) 5
χ 1 Rapport entre la réaction de l'aileron et la force sur le gouvernail 8.3.2
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ISO 12215-8:2009(F)
5 Contraintes de conception
5.1 Matériau du gouvernail
Les valeurs des contraintes de conception doivent être prises selon le Tableau 2.
Tableau 2 — Valeurs des contraintes de conception
Contraintes en newtons par millimètre carré
Contraintes directes
Matériaux Contraintes combinées
Traction/compression Cisaillement Matage
σ τ σ
d d db
a 22
0,58 τ 1,8 σ
min (σ ; 0,5 σ )
Métaux
σ + 3τσu
y u d d
d
22
⎛⎞ ⎛ ⎞
στ
1,8 σ
0,5 × σ 0,5 τ
Bois et plastique renforcé de fibres
+< 0,25
u u d ⎜⎟ ⎜ ⎟
⎜⎟ ⎜ ⎟
στ
uu
⎝⎠ ⎝ ⎠
a
Acier, acier inoxydable, alliages d'aluminium, alliages de titane, alliages cuivreux (voir l'Annexe A). En conditions soudées pour les
métaux soudés.
Dans le Tableau 2,
⎯ σ est la contrainte de conception en traction, compression, ou flexion, selon le cas;
d
⎯ σ est la contrainte de rupture en traction, compression, ou flexion, selon le cas;
u
⎯ σ est la limite élastique en traction, compression, ou flexion, selon le cas;
y
⎯ σ est la contrainte de conception au matage;
db
⎯ τ est la contrainte de conception au cisaillement;
d
⎯ τ est la contrainte de rupture au cisaillement.
u
Des exigences supplémentaires sont données en Annexe A (pour les métaux) et en Annexe B (pour les
composites).
Pour le bois et les composites, utiliser les valeurs de contraintes données dans les annexes correspondantes
de l'ISO 12215-5.
6 Disposition du gouvernail et du système de direction, types de gouvernail
6.1 Généralités
6.1.1 Définitions générales
Le gouvernail et le système de direction comprennent tous les éléments nécessaires à la manœuvre du
bateau, situés entre le gouvernail et son dispositif de commande jusqu'au poste de pilotage.
Le gouvernail et le système de direction doivent être conçus et réalisés pour permettre leur inspection.
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NOTE Il est de bonne pratique de prendre des dispositions permettant au gouvernail de conserver son effet
directionnel après un talonnage (par exemple un gouvernail suspendu dont la mèche, ne descendant pas jusqu'en bas,
permet au safran de se casser sans tordre la mèche).
6.1.2 Gouvernails multiples
Si le bateau a plusieurs gouvernails, les exigences suivantes s'appliquent pour chaque gouvernail.
NOTE Sur les voiliers, les gouvernails doubles, souvent angulés vers l'extérieur, ne sont généralement pas protégés
contre les contacts avec des objets flottants par la quille, un aileron, le fond de la coque dans l'axe, etc. C'est
particulièrement le cas pour le gouvernail situé au vent, proche de la flottaison, qui peut également être frappé par des
vagues déferlantes, pouvant ainsi être amené à supporter une partie du poids du bateau. Il est en conséquence de
pratique courante d'avoir les gouvernails doubles installés sur les voiliers beaucoup plus échantillonnés qu'il n'est requis
dans la présente partie de l'ISO 12215, qui ne prend en compte que les chargements générés par des forces de portance
normales. Ce suréchantillonnage n'est pas quantifié ici.
6.1.3 Maintien vertical
La mèche ou le safran doivent être maintenus verticalement avec un mouvement axial limité.
6.1.4 Butées d'angle
Les mèches qui sont, ou qui peuvent être, actionnées par un système de télécommande (c'est-à-dire pas
directement par la barre franche) doivent être équipées de butées limitant l'angle de 30° à 45° de chaque bord
par rapport à la position de portance nulle (habituellement dans l'axe). Cela s'applique également aux
gouvernails uniquement dirigés par une barre franche des catégories A et B.
Ces butées peuvent agir sur le gouvernail, la barre franche, le croissant de gouvernail ou le secteur de barre,
ou tout système relié directement au gouvernail.
NOTE Le besoin de butées provient à la fois de la nécessité d'éviter un angle d'attaque et une portance excessive
lorsque la bateau navigue en marche arrière, et d'éviter une plage de mouvement excessive du système de commande de
barre.
6.1.5 Système d'orientation du gouvernail
Les systèmes suivants doivent être capables de transmettre le couple de torsion, T, défini à l'Article 9, sans
dépasser leur contrainte de conception, définie à l'Article 5:
⎯ le système qui oriente le gouvernail, y compris la barre franche, le bras de commande ou le secteur de
barre;
⎯ le dispositif de liaison entre la mèche et le système d'orientation du gouvernail (cône, carré, clavette,
etc.);
⎯ les butées disposées à chaque extrémité de la course de la barre franche, du bras de commande ou du
secteur de barre.
La liaison entre la mèche et le système de commande en rotation doit être conçu pour permettre l'alignement
entre le safran et la barre franche, le bras de commande, etc., et pour permettre une vérification visuelle
instantanée de cet alignement.
6.1.6 Barre franche de secours
Tout élément de la barre franche de secours, si elle existe, doit pouvoir transmettre le couple de torsion 0,5 T,
où T est défini à l'Article 9, sans dépasser sa contrainte de conception définie à l'Article 5.
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6.2 Types de gouvernail
La présente partie de l'ISO 12215 est applicable à cinq types de configuration de gouvernail: les Types I à V,
comme indiqué dans les Figures 2 et 3. Dans tous les cas, excepté le cas I c, le safran est considéré comme
ayant une forme rectangulaire ou trapézoïdale.
6.2.1 Gouvernail de Type I (suspendu) (voir les Figures 1 et 2)
⎯ A est la surface du safran;
2
h
r
⎯ Λ = est l'allongement géométrique du gouvernail (1)
A
où h est la hauteur moyenne du gouvernail;
r
⎯ h est la hauteur entre le sommet du gouvernail et le milieu du palier de coque;
b
⎯ c et c sont, respectivement, les cordes haute et basse, ou leur prolongement naturel;
1 2
⎯ co et co sont, respectivement, la compensation aux cordes haute et basse, c'est-à-dire la distance,
1 2
mesurée de l'avant vers l'arrière, entre le bord d'attaque et l'axe de rotation;
⎯ c est la longueur de la corde au niveau du centre de surface du gouvernail;
⎯ h est la hauteur entre le sommet du gouvernail et le centre de surface du gouvernail (on considère que
c
c'est en ce point que s'applique la force sur le gouvernail);
⎯ h et h sont les hauteurs d'un point quelconque respectivement situé à l'extérieur et à l'intérieur du
ou in
milieu du palier de coque utilisés dans la Figure 5;
⎯ k est le coefficient de flexion du gouvernail avec k = h /h ;
b b c r
⎯ r est la distance horizontale entre le point d'application de la force s'exerçant sur le gouvernail et son axe
de rotation, comme défini au Tableau 6. Cette distance ne doit pas être prise inférieure à r ;
min
⎯ u est, pour les gouvernails de Type I (suspendus), la distance horizontale, mesurée de l'avant vers
l'arrière, entre le bord d'attaque du gouvernail et son axe de rotation (soit le centre géométrique de la
surface de profil), mesurée à la hauteur du centre de surface; u est positif si le bord d'attaque est en
...
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