La navegación de alto rendimiento se logra con una baja resistencia de la superficie delantera (que encuentran los catamaranes , los hidroalas , los barcos de hielo o las embarcaciones de vela terrestres ), ya que la embarcación obtiene fuerza motriz con sus velas o alas a velocidades que a menudo son más rápidas que el viento tanto en ceñida como en contra del viento. puntos de vela a favor del viento. 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, incluido virar en los puntos de vela a favor del viento. [2]
Frank Bethwaite ofrece la siguiente cronología de avances clave en la tecnología de la navegación que proporcionaron los elementos esenciales de la navegación de alto rendimiento: [2]
Entre las embarcaciones de alto rendimiento que pueden superar la velocidad del viento real se incluyen los catamaranes de vela y los veleros con foils. Los barcos de hielo y las embarcaciones de navegación terrestre a menudo pueden hacerlo. También hay vehículos propulsados por viento que pueden viajar más rápido que el viento, como el Blackbird propulsado por rotor , que están fuera del alcance de este artículo.
A partir de ca. En 1975, los esquifes de 18 pies navegaban a favor del viento más rápido que la velocidad del viento. Esto significaba que tenían que virar, en lugar de trasluchar para cambiar de rumbo. [3] Otros esquifes que pueden navegar más rápido que el viento incluyen el 29er y el 49er , ambos diseñados por Julian Bethwaite . [4]
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 en ceñida a 1,2 veces la velocidad del viento real y a favor del viento a 1,6 veces la velocidad del viento verdadero. [6] [7] [8] Demostraron ser más rápidos, con un promedio de aproximadamente 1,8 veces la velocidad del viento con 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 internacional Clase C de alto rendimiento puede navegar al doble de la velocidad del viento. [11]
Hay muchas variedades de hidroalas de vela . Los ejemplos de monocascos incluyen el International Moth , el Laser y el AC75 . Los catamaranes de la Copa América han utilizado hidroalas desde 2013. [12] Otros catamaranes con foils incluyen Clase A, [13] Clase C, [14] Nacra 17, Nacra F20, [15] y GC32. [dieciséis]
En 2009, el trimarán hidroala Hydroptère estableció el récord mundial de velocidad de navegación en el agua con 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 de velocidad de 65,45 nudos (121,2 km/h) en el agua, alrededor de 2,5 veces la velocidad del viento. [19]
Los barcos de hielo en el río Hudson de Nueva York en la segunda mitad del siglo XIX medían hasta 69 pies (21 m) y navegaban a una velocidad de 107 millas por hora (172 km/h), un récord que superaba cualquier otro medio de transporte en 1885. , fijado por el carámbano . Los diseños de barcos de hielo que datan de mediados del siglo XX en adelante suelen consistir en un marco triangular o en forma de cruz, sostenido por tres patines llamados "corredores", con el patín de dirección al frente. Los patines están hechos de hierro o acero con bordes afilados, que se sujetan al hielo, evitando el deslizamiento lateral debido a la fuerza lateral del viento en las velas, a medida que desarrollan sustentación propulsora . Dada su baja resistencia hacia adelante, los barcos de hielo normalmente pueden navegar a cinco o seis veces la velocidad del viento. [3] Los barcos de hielo clásicos y los Skeeters han alcanzado velocidades de 100 a 150 millas por hora (160 a 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]
Al navegar a favor del viento a 135° del viento, una embarcación de navegación terrestre puede navegar mucho más rápido que el viento. [23] La velocidad a favor del viento es a menudo más del doble en comparación con la misma embarcación que navega directamente a favor del viento. [23] En 2009, el récord mundial de velocidad en tierra para un vehículo propulsado por el viento lo estableció el velero 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]
Mientras que los barcos de hielo han podido superar la velocidad del viento, tanto en ceñida como en sotavento durante un siglo, esta capacidad sólo se volvió rutinaria con la evolución de los esquifes de 18 pies en el tercer cuarto del siglo XX, cuando su velocidad se triplicó con respecto a la de los años cincuenta. . 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 por delante del mástil. Esto llevó al concepto de "navegación con viento aparente". [3]
El viento aparente es la velocidad del viento (dirección y velocidad), V A , medida a bordo de una embarcación de vela en movimiento; es el efecto neto ( suma vectorial ) del viento del barco , VB —el flujo de aire sobre el barco inducido por su velocidad sobre la Tierra (igual en magnitud, pero en dirección opuesta a la velocidad del barco)— y el viento verdadero , V T . El viento aparente medido a bordo de una embarcación movida, navegando en condiciones de calma, V T = 0 nudos, vendría directamente de delante y a una velocidad igual a la velocidad de la embarcación sobre el fondo (V A = V B + 0 = VB ) . 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 real del viento. Si una embarcación avanza a 90° con un viento verdadero de VT = 10 nudos, y viaja a una velocidad que induce VB = 10 nudos, entonces el ángulo del viento aparente sería de 45° con respecto a la proa y la velocidad del viento aparente sería de aproximadamente 14 nudos, calculado 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 va por delante de la vela. [26]
Cuando el ángulo de resistencia del casco es insignificante, las fórmulas para calcular V A y β (el ángulo del viento aparente) son: [27]
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 está hacia adelante y aproximadamente alineado con la vela. [28] [29]
Garrett presenta el teorema beta (o teorema del curso) como una forma de comprender cómo el ángulo del viento aparente resulta de la interacción entre la fuerza impulsora del viento y la fuerza resistente del agua (o superficie dura), el resultado del efecto neto de dos láminas contrapuestas, la vela en el aire y la quilla en el agua. Cuando se resuelve la relación entre sustentación y resistencia para cada uno en su medio, el movimiento resultante de la embarcación se resuelve en un ángulo, beta ( β ), entre el viento aparente y el rumbo sobre el agua. El casco (debajo del agua) y el aparejo de vela (sobre el agua) tienen cada uno un ángulo de arrastre con respecto al medio que pasa por ellos (agua o aire), son λ y α m en el diagrama adjunto. La suma de esos dos ángulos de resistencia es igual a β, el ángulo entre el viento aparente y el rumbo navegado ( β = λ + α m ). Este teorema se aplica a todos los puntos de vela. Un β pequeño denota alta eficiencia y potencial para alta velocidad. [26] A medida que aumenta la velocidad de avance, β se vuelve más pequeño; En las embarcaciones de vela con láminas submarinas efectivas, el ángulo de arrastre del casco, λ , se vuelve más pequeño al aumentar la velocidad, se vuelve insignificante en las embarcaciones de hidroala y esencialmente inexistente en los barcos de hielo y las embarcaciones de vela terrestre. [30]
Dadas las circunstancias ideales de una superficie sin fricción y un perfil aerodinámico que pueda desarrollar potencia, no existe un límite teórico a la velocidad a la que una embarcación de vela puede viajar sin el viento a medida que el ángulo del viento aparente se vuelve cada vez más pequeño. En realidad, tanto la eficiencia de la vela como la fricción proporcionan un límite superior. La velocidad está determinada por la relación entre la potencia desarrollada por la vela y la potencia perdida a través de diversas formas de resistencia (por ejemplo, resistencia superficial y resistencia aerodinámica). Idealmente, una vela más pequeña es mejor, ya que la velocidad aumenta. Desafortunadamente, una vela pequeña disminuye la capacidad de una embarcación, incluso un barco de hielo, de acelerar a velocidades más rápidas que el viento. El principal límite a la velocidad en las embarcaciones de vela de alto rendimiento es la resistencia al avance . Los esfuerzos para superar este límite son evidentes en los cascos aerodinámicos de los barcos de hielo de alto rendimiento y las mejoras en la reducción de la resistencia aerodinámica en los botes de planeo. Un barco de hielo rápido puede alcanzar un viento aparente de 7,5° y una velocidad de seis veces la velocidad del viento real en un rumbo que está a 135° del viento. Bethwaite sugiere que esto podría ser un límite práctico para una embarcación propulsada por velas. [3]
Los puntos de vela en los que las embarcaciones de alto rendimiento pueden alcanzar las velocidades más altas y lograr la mejor velocidad se cumplen en un tramo de rumbo entre un alcance de manga (90° con respecto al viento real ) y un alcance amplio (aproximadamente 135° de distancia del viento real). viento). Según Bethwaite, después de haber realizado mediciones comparativas con 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 30° con respecto al viento aparente, mientras que un avión de planeo 18 -foot Skiff 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]
Al navegar con viento aparente, el objetivo es mantener el viento aparente tan adelantado como sea posible durante el rumbo navegado para lograr el rumbo más rápido hasta el objetivo. Esto requiere una embarcación que pueda superar la velocidad real del viento, tanto en ceñida como en sotavento; esto permite que el viento aparente se mantenga muy por delante de la vela en los recorridos navegados, los más rápidos de los cuales son los tramos. Se debe evitar ir demasiado a favor del viento, 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 tramo amplio a un cuadrado (viento muerto). [3]
Dependiendo de la embarcación que navegue, el rumbo que se haya hecho con el viento puede alejarse de su punto más cercano al viento para permitir que la embarcación navegue a la velocidad óptima. [3] Bethwaite explica que la navegación a alta velocidad exige una acción independiente tanto del timón como de la escota de mayor, por lo que la persona al timón evita responder a las ráfagas y, en cambio, afloja la escota de mayor según sea necesario, aumentando así la velocidad del barco sobre la superficie. técnica anterior de apuntar la embarcación más hacia el viento. [4]
Según Bethwaite, navegar con el viento real a velocidades más rápidas que el viento (con el viento aparente por delante de la vela) exige una reacción a las ráfagas diferente a la empleada anteriormente. Mientras que un navegante tradicional podría virar reflexivamente hacia el viento aparente en una ráfaga, la respuesta correcta mientras se navega con viento más rápido que la velocidad real del viento es desviarse de la ráfaga, navegando más a favor del viento. Esto tiene el efecto doblemente beneficioso de aliviar la fuerza de escora de la ráfaga y permitir que la embarcación navegue aún más rápido con el viento. [4]
{{cite book}}: |work=ignorado ( ayuda ){{cite web}}: |last=tiene nombre genérico ( ayuda )