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Navegación de alto rendimiento

Lancha de 18 pies en el puerto de Kiel. La navegación de alto rendimiento se logra con una baja resistencia superficial hacia adelante —presente en catamaranes , hidroalas de ve...

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Lancha de 18 pies en el puerto de Kiel.

La navegación de alto rendimiento se logra con una baja resistencia superficial hacia adelante —presente en catamaranes , hidroalas de vela , barcos de hielo o embarcaciones de vela terrestre— ya que la embarcación obtiene potencia motriz con sus velas o aeroalas a velocidades que suelen ser superiores al viento tanto en ceñida como en popa. Navegar más rápido que el viento significa que el ángulo del viento aparente experimentado en la embarcación en movimiento siempre está por delante de la vela. [ 1 ] Esto ha generado un nuevo concepto de navegación, llamado "navegación con viento aparente", que implica un nuevo conjunto de habilidades para sus practicantes, incluyendo viradas en rumbos de popa. [ 2 ]

Historia

Frank Bethwaite ofrece la siguiente cronología de los avances clave en la tecnología de la navegación que proporcionaron los elementos esenciales de la navegación de alto rendimiento: [ 2 ]

  • Década de 1900: Surgieron los cascos de lastre móvil y de planeo.
  • Década de 1960: Se desarrollaron mástiles flexibles, sistemas de control para dar forma a las velas y conocimientos sobre cómo aprovechar los cambios de viento en las regatas.
  • Década de 1970: Los aparejos potentes, incluidas las velas rígidas , compensados ​​por la tripulación que se sujetaba mediante trapecios desde soportes o alas, permitieron navegar más rápido que el viento y virar a favor del viento.

Embarcaciones de vela de alto rendimiento

Catamarán hidroala Oracle con vela rígida en la Copa América 2013

Entre las embarcaciones de alto rendimiento capaces de superar la velocidad del viento real se incluyen los catamaranes de vela y las embarcaciones de vela con hidroalas. Los barcos de hielo y las embarcaciones de vela terrestre también suelen ser capaces de hacerlo. Asimismo, existen vehículos impulsados ​​por el viento que pueden viajar más rápido que el viento, como el Blackbird , propulsado por rotores , pero que quedan fuera del alcance de este artículo.

barcas

A partir de 1975, los skiffs de 18 pies navegaban a favor del viento a mayor velocidad que la del viento. Esto significaba que tenían que virar, en lugar de trasluchar, para cambiar de rumbo. [ 3 ] Otros skiffs que pueden navegar más rápido que el viento incluyen el 29er y el 49er , ambos diseñados por Julian Bethwaite . [ 4 ]

Multicascos

En 2013, se anunció una nueva clase de catamarán para la Copa América que puede alcanzar más del doble de la velocidad del viento. [ 5 ] Se esperaba que los catamaranes utilizados para la Copa América de 2013 navegaran contra el viento a 1,2 veces la velocidad del viento real y a favor del viento a 1,6 veces la velocidad del viento real. [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] Demostraron ser más rápidos, con un promedio de aproximadamente 1,8 veces la velocidad del viento y picos ligeramente superiores a 2,0. [ 9 ]

El catamarán Extreme 40 puede navegar a 35 nudos (65 km/h; 40 mph) con vientos de 20 a 25 nudos (37 a 46 km/h; 23 a 29 mph) . [ 10 ] El catamarán de alto rendimiento de clase C internacional puede navegar al doble de la velocidad del viento. [ 11 ]    

Hidroalas

Hay muchas variedades de hidroalas de vela . Algunos ejemplos de monocascos son el International Moth , el Laser y el AC75 . Los catamaranes de la Copa América han utilizado hidroalas desde 2013. [ 12 ] Otros catamaranes con hidroalas incluyen la Clase A, [ 13 ] la Clase C, [ 14 ] el Nacra 17, el Nacra F20, [ 15 ] y el GC32. [ 16 ]

En 2009, el trimarán hidroala Hydroptère estableció el récord mundial de velocidad en el agua a 50,17 nudos (92,9 km/h) , navegando a aproximadamente 1,7 veces la velocidad del viento. [ 17 ] [ 18 ] A finales de 2012, Vestas Sailrocket 2 logró un nuevo récord mundial absoluto de velocidad de 65,45 nudos (121,2 km/h) en el agua, a alrededor de 2,5 veces la velocidad del viento. [ 19 ]  

Barcos de hielo

Los barcos de hielo en el río Hudson de Nueva York en la segunda mitad del siglo XIX tenían hasta 69 pies (21 m) de largo y navegaban a una velocidad de hasta 107 millas por hora (172 km/h) , un récord que superaba a cualquier otro medio de transporte en 1885, establecido por el Icicle . Los diseños de barcos de hielo que datan de mediados del siglo XX en adelante generalmente consisten en un marco triangular o en forma de cruz, sostenido por tres cuchillas de patinaje llamadas "patines", con el patín de dirección en la parte delantera. Los patines están hechos de hierro o acero con bordes afilados, que se adhieren al hielo, evitando el deslizamiento lateral debido a la fuerza lateral del viento en las velas, a medida que desarrollan sustentación propulsora . Debido a su baja resistencia hacia adelante, los barcos de hielo pueden navegar típicamente a cinco o seis veces la velocidad del viento. [ 3 ] Los barcos de hielo clásicos y los Skeeters han alcanzado velocidades de 100–150 millas por hora (160–240 km/h) . Las velocidades récord son para un Skeeter: Das Boot , 155,9 millas por hora (250,9 km/h) [ 20 ] y para un barco de hielo clásico: Debutaunte , 143 millas por hora (230 km/h) . [ 21 ] [ 22 ]     

Embarcaciones de navegación terrestre

Navegando a favor del viento a 135° respecto al viento, una embarcación de vela terrestre puede navegar mucho más rápido que el viento. [ 23 ] La velocidad que se logra a favor del viento suele ser más del doble de rápida en comparación con la misma embarcación navegando directamente a favor del viento. [ 23 ] En 2009, el récord mundial de velocidad terrestre para un vehículo impulsado por el viento lo estableció la embarcación de vela Greenbird , navegando a aproximadamente tres veces la velocidad del viento [ 24 ] con una velocidad máxima registrada de 202,9 kilómetros por hora (126,1 mph ) . [ 25 ] 

Navegación con viento aparente

Si bien los barcos de hielo han podido superar la velocidad del viento, tanto a favor como en contra del viento, durante un siglo, esta capacidad solo se generalizó con la evolución de los skiffs de 18 pies en el tercer cuarto del siglo XX, cuando su velocidad se triplicó con respecto a la de la década de 1950. Las embarcaciones que navegan más rápido que la velocidad del viento, tanto a favor como en contra del viento, son capaces de virar a favor del viento porque el viento aparente siempre está delante del mástil. Esto dio origen al concepto de "navegación con viento aparente". [ 3 ]

Viento aparente

Viento aparente, V A , en un barco de hielo: A medida que el barco de hielo se aleja del viento, el viento aparente aumenta ligeramente y la velocidad del barco es máxima en el rumbo de través (C). Debido a un β pequeño , la vela se mantiene tensada en los tres rumbos.

El viento aparente es la velocidad del viento (dirección y rapidez), V A , medida a bordo de una embarcación en movimiento; es el efecto neto ( suma vectorial ) del viento de la embarcación , V B —el flujo de aire sobre la embarcación inducido por su velocidad sobre la Tierra (igual en magnitud, pero en dirección opuesta a la velocidad de la embarcación)— y el viento real , V T . El viento aparente medido a bordo de una embarcación en marcha, viajando en condiciones de calma, V T = 0 nudos, vendría directamente de frente y a una velocidad igual a la velocidad de la embarcación sobre el fondo (V A = V B + 0 = V B ). Si la embarcación viaja a V B = 10 nudos con un viento de cola de V T = -5 nudos, experimenta un viento aparente de V A = 5 nudos directamente en la proa (V A = V B + V T = 10 − 5). El viento aparente experimentado por una embarcación estacionaria es la velocidad del viento real. Si una embarcación navega a 90° respecto a un viento real de V T = 10 nudos, viajando a su vez a una velocidad que induce V B = 10 nudos, entonces el ángulo del viento aparente sería de 45° respecto a la proa y la velocidad del viento aparente sería de aproximadamente 14 nudos, calculada como: raíz cuadrada [(V B ) 2 + (V T ) 2 ] = raíz cuadrada [10 2 + 10 2 ] = 14,14. A medida que la embarcación se vuelve más rápida que el viento real, el viento aparente siempre está por delante de la vela. [ 26 ]

Cuando el ángulo de arrastre del casco es despreciable, las fórmulas para calcular V A y β (el ángulo del viento aparente) son: [ 27 ]

  • V A = raíz cuadrada {[V T cos (90° – ángulo del viento real)] 2 + [V T sen (90° – ángulo del viento real) + V B ] 2 }
  • β = 90° – arctan {[V T sen (90° – ángulo del viento real) + V B ] / [V T cos (90° – ángulo del viento real)]}

Vela

Una vela genera sustentación con un componente propulsor hacia adelante y un componente lateral, basado en un ángulo de ataque óptimo que está limitado por el viento aparente, V A , que se encuentra delante de la vela y aproximadamente alineado con ella. [ 28 ] [ 29 ]

Teorema Beta

β es el ángulo aparente del viento con respecto al rumbo sobre el agua. [ 26 ]

Garrett introduce el teorema beta (o teorema de rumbo) para comprender cómo el ángulo del viento aparente resulta de la interacción entre la fuerza impulsora del viento y la fuerza de resistencia del agua (o superficie dura). Es el resultado del efecto neto de dos elementos opuestos: la vela en el aire y la quilla en el agua. Al calcular la relación entre la sustentación y la resistencia de cada elemento en su medio, el movimiento resultante de la embarcación se reduce a un ángulo beta ( β ) entre el viento aparente y el rumbo sobre el agua. El casco (bajo el agua) y el aparejo (sobre el agua) tienen cada uno un ángulo de resistencia con respecto al medio que fluye a su alrededor (agua o aire), representados por λ y αm en el diagrama adjunto. La suma de estos dos ángulos de resistencia es igual a β, el ángulo entre el viento aparente y el rumbo navegado ( β = λ + αm ). Este teorema se aplica a cualquier rumbo. Una embarcación capaz de un ángulo β pequeño denota alta eficiencia y potencial para alta velocidad. [ 26 ] A medida que aumenta la velocidad de avance, β se hace más pequeño. En embarcaciones de vela con alerones subacuáticos efectivos, el ángulo de arrastre del casco, λ , se hace más pequeño con el aumento de la velocidad. Se vuelve insignificante en embarcaciones con hidroalas y es prácticamente inexistente en barcos de hielo y embarcaciones de vela terrestre. [ 30 ]

Límite del ángulo del viento aparente

Ángulo de arrastre total ( β ≈ ángulo del viento aparente) para embarcaciones de vela de alto rendimiento como una relación de V B a V T en un rumbo de 135° respecto al viento, alcanzado por dichas embarcaciones, como se muestra. [ 3 ]

En una circunstancia ideal de una superficie sin fricción y un perfil aerodinámico capaz de generar potencia, no existe un límite teórico para la velocidad máxima que puede alcanzar una embarcación de vela navegando a favor del viento, a medida que el ángulo aparente del viento disminuye. En realidad, tanto la eficiencia de la vela como la fricción (entre la embarcación y el medio sobre el que navega) establecen un límite superior. La velocidad se determina por la relación entre la potencia generada por la vela y la potencia perdida debido a diversas formas de resistencia (por ejemplo, la resistencia superficial y la resistencia aerodinámica). Paradójicamente, una vela más pequeña ofrece un mejor rendimiento a velocidades más altas. Sin embargo, una vela pequeña reduce la capacidad de una embarcación —incluso un velero de hielo— para acelerar a velocidades superiores a la del viento. El principal límite de velocidad en embarcaciones de vela de alto rendimiento es la resistencia de forma . Los esfuerzos por superar este límite se evidencian en los cascos aerodinámicos de los veleros de hielo de alto rendimiento y en las mejoras en la reducción de la resistencia en los veleros de planeo. Un velero de hielo rápido puede alcanzar un viento aparente de 7,5° y una velocidad seis veces superior a la del viento real en un rumbo de 135° respecto al viento. Bethwaite sugiere que este podría ser un límite práctico para una embarcación impulsada por velas. [ 3 ]

Puntos de navegación

Los puntos de navegación en los que las embarcaciones de vela de alto rendimiento pueden alcanzar las velocidades más altas y lograr la mejor velocidad efectiva [ 31 ] en un tramo de rumbo entre un rumbo de través (90° al viento real ) y un rumbo de popa (aproximadamente 135° alejado del viento real). Según Bethwaite, habiendo realizado mediciones comparativas en un viento real de 15 nudos (28 km/h; 17 mph) , un Soling de desplazamiento puede alcanzar velocidades ligeramente superiores al viento real y navegar a 30° del viento aparente, mientras que un Skiff de planeo de 18 pies alcanza velocidades de casi 30 nudos (56 km/h; 35 mph) con un viento aparente de 20° y un barco de hielo puede alcanzar 67 nudos (124 km/h; 77 mph) con un viento aparente de 8°. [ 2 ]      

En la navegación con viento aparente, el objetivo es mantener el viento aparente lo más adelantado posible para el rumbo navegado, con el fin de alcanzar el rumbo más rápido que cumpla con el objetivo [ 31 ] . Esto requiere una embarcación que pueda superar la velocidad del viento real, tanto a barlovento como a popa; esto permite que el viento aparente se mantenga muy por delante de la vela en los rumbos navegados, siendo los más rápidos los de través. Se debe evitar navegar demasiado a popa, donde el viento aparente se mueve detrás de la vela y la velocidad cae por debajo de la velocidad del viento real a medida que el rumbo tiende de un rumbo de través amplio a navegar perpendicularmente (a popa). [ 3 ]

Contra el viento

Dependiendo de la embarcación, el rumbo efectivo contra el viento puede desviarse de su punto más cercano al viento para permitir que la embarcación navegue a velocidad óptima. [ 3 ] Bethwaite explica que la navegación a alta velocidad exige una acción independiente tanto del timón como de la escota mayor, de modo que la persona al timón evita responder a las ráfagas y, en su lugar, afloja la escota mayor según sea necesario, aumentando así la velocidad efectiva de la embarcación en comparación con la técnica anterior de orientar la embarcación más contra el viento. [ 4 ]

A favor del viento

Según Bethwaite, navegar a favor del viento real a velocidades superiores a la del viento (con el viento aparente por delante de la vela) exige una reacción a las ráfagas distinta a la empleada anteriormente. Mientras que un navegante tradicional podría virar instintivamente hacia el viento aparente en una ráfaga, la respuesta correcta al navegar a favor del viento, a una velocidad superior a la del viento real, es virar en dirección opuesta a la ráfaga, dirigiéndose más a sotavento. Esto tiene el doble beneficio de reducir la fuerza de escora de la ráfaga y permitir que la embarcación navegue aún más rápido a favor del viento. [ 4 ]

Véase también

Referencias

  1. ↑ Jobson, Gary (1990). Tácticas de campeonato: Cómo cualquiera puede navegar más rápido, con más inteligencia y ganar regatas . Nueva York: St. Martin's Press. 323 págs . ISBN  0-312-04278-7.
  2. 1 2 3 Bethwaite, Frank (2007). Navegación de alto rendimiento . Adlard Coles Nautical. ISBN 978-0-7136-6704-2.
  3. 1 2 3 4 5 6 7 Bethwaite, Frank (2008). Navegación de alto rendimiento . Londres: Adlard Coles Nautical. ISBN 978-1-4729-0131-6OCLC 854680844​​ 
  4. 1 2 3 Bethwaite, Frank (12 de mayo de 2013). Técnica de manejo rápido . Nueva York: A&C Black. págs. 5–6 . ISBN  978-1-4081-7860-7.
  5. ↑ Cómo los yates van más rápido que el viento Gray, R. The Telegraph 26 de septiembre de 2013
  6. ↑ "Documento conceptual del reglamento de la clase multicasco AC34" (PDF) . 34.ª Copa América . Consultado el 14 de septiembre de 2010 .
  7. ↑ "Nuevos yates de alto rendimiento para la 34.ª Copa América" ​​(PDF) . 34.ª Copa América. 2 de julio de 2010. Consultado el 14 de septiembre de 2010 .
  8. ↑ El concepto de monocasco para la 34.ª Copa América requería un diseño que lograra 1,0 veces la velocidad del viento real en ceñida y 1,4 veces en popa, véase "Documento conceptual del reglamento de la clase monocasco AC34" (PDF) . 34.ª Copa América . Consultado el 14 de septiembre de 2010 .
  9. ↑ "Emirates Team New Zealand toma ventaja sobre ORACLE TEAM USA" . America's Cup Event Authority 2012-13. 7 de septiembre de 2013. Archivado del original el 21 de septiembre de 2013. Consultado el 8 de septiembre de 2013 .
  10. ↑ "Acerca de eXtreme 40" . eXtreme40. Archivado del original el 12 de agosto de 2010. Consultado el 25 de agosto de 2010 .
  11. ↑ "El mundo alado de los gatos C" . Revista Sail. Archivado del original el 14 de marzo de 2010. Consultado el 25 de agosto de 2010 .
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  13. ↑ Griffits, Bob (11 de febrero de 2014). "Worlds @Takapuna: Día 1, Informe de Bob Griffits | Asociación Internacional de Catamaranes de la División A" . www.a-cat.org . Consultado el 2 de agosto de 2020 .
  14. ↑ Block, Alan (22 de septiembre de 2013). "Los catamaranes 'Little Cup' con alerones se preparan para el prestigioso trofeo del Campeonato de Clase C" . www.yachtsandyachting.com . Consultado el 2 de agosto de 2020 .
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  16. ↑ "Los GC32 reemplazarán a los Extreme 40" . www.extremesailingseries.com . Consultado el 2 de agosto de 2020 .
  17. ↑ El récord de 500 metros fue de 51,36 nudos (95,12 km/h; 59,10 mph) , logrado convientos de 30 nudos (56 km/h; 35 mph) por Hydroptère , un trimarán hidroala , ver "Récords mundiales de Hydroptère" . Consejo Mundial de Récords de Velocidad a Vela. 23 de septiembre de 2009. Consultado el 25 de agosto de 2010 .    
  18. ↑ "Sitio web oficial de l'Hydroptère" . Archivado del original el 7 de octubre de 1999. Consultado el 25 de agosto de 2010 .
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  25. ↑ "Un coche propulsado por el viento bate un récord" . BBC News, Reino Unido. 27 de marzo de 2009. Consultado el 28 de enero de 2017 .
  26. 1 2 3 Garrett, Ross (1996). La simetría de la navegación: La física de la navegación para navegantes . Sheridan House, Inc. pág. 268. ISBN  978-1-57409-000-0.
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  • Consejo Mundial de Récords de Velocidad a Vela
  • Asociación Norteamericana de Navegación Terrestre
  • El Club Náutico de Hielo de los Cuatro Lagos