Un hidroala es una superficie de elevación, o lámina , que opera en el agua. Son similares en apariencia y propósito a los perfiles aerodinámicos utilizados por los aviones . Los barcos que utilizan tecnología de hidroala también se denominan simplemente hidroalas. A medida que un hidroala gana velocidad, los hidroalas levantan el casco del barco fuera del agua, lo que disminuye la resistencia y permite mayores velocidades.
El hidroala generalmente consiste en una estructura en forma de ala montada sobre puntales debajo del casco o sobre las quillas de un catamarán en una variedad de embarcaciones (ver ilustración). A medida que una embarcación equipada con hidroala aumenta la velocidad, los elementos del hidroala debajo del casco desarrollan suficiente sustentación para elevar el casco fuera del agua, lo que reduce en gran medida la resistencia del casco . Esto proporciona un aumento correspondiente en velocidad y eficiencia de combustible .
La mayor complejidad de su construcción y mantenimiento impide una adopción más amplia de los hidroalas. Los hidroalas son generalmente prohibitivamente más caros que las embarcaciones convencionales por encima de un cierto desplazamiento, por lo que la mayoría de las embarcaciones son relativamente pequeñas y se utilizan principalmente como transbordadores de pasajeros de alta velocidad, donde las tarifas relativamente altas de los pasajeros pueden compensar el alto costo de la propia embarcación. Sin embargo, el diseño es lo suficientemente simple como para que existan muchos diseños de hidroalas de propulsión humana . La experimentación y el desarrollo amateur del concepto son populares. [1]
Dado que el aire y el agua se rigen por ecuaciones de fluidos similares , aunque con diferentes niveles de viscosidad , densidad y compresibilidad , el hidroplano y el perfil aerodinámico (ambos tipos de láminas ) crean sustentación de manera idéntica. La forma de la lámina se mueve suavemente a través del agua, desviando el flujo hacia abajo, lo que, siguiendo las ecuaciones de Euler , ejerce una fuerza hacia arriba sobre la lámina. Este giro del agua crea una presión más alta en la parte inferior de la lámina y una presión reducida en la parte superior. Esta diferencia de presión va acompañada de una diferencia de velocidad, según el principio de Bernoulli , por lo que el campo de flujo resultante alrededor de la lámina tiene una velocidad promedio más alta en un lado que en el otro.
Cuando se utiliza como elemento de elevación en un hidroala, esta fuerza ascendente eleva el cuerpo de la embarcación, disminuyendo la resistencia y aumentando la velocidad. La fuerza de elevación finalmente se equilibra con el peso de la embarcación, alcanzando un punto en el que el hidroala ya no se eleva fuera del agua sino que permanece en equilibrio. Dado que la resistencia de las olas y otras fuerzas obstaculizadoras, como varios tipos de resistencia (física) en el casco, se eliminan a medida que el casco se eleva, la turbulencia y la resistencia actúan cada vez más en la superficie mucho más pequeña del hidroplano, y cada vez menos en el casco, creando una marcado aumento de la velocidad. [2]
Los primeros hidroalas utilizaban láminas en forma de V. Los hidroalas de este tipo se conocen como "perforantes de superficie", ya que partes de los hidroalas en forma de V se elevan por encima de la superficie del agua cuando están suspendidos. Algunos hidroalas modernos utilizan láminas en forma de T invertida completamente sumergidas. Los hidroalas completamente sumergidos están menos sujetos a los efectos de la acción de las olas y, por lo tanto, son más estables en el mar y más cómodos para la tripulación y los pasajeros. Este tipo de configuración, sin embargo, no es autoestabilizante. El ángulo de ataque de los hidroalas debe ajustarse continuamente a las condiciones cambiantes, un proceso de control realizado por sensores, una computadora y superficies activas.
La primera evidencia de un hidroala en un barco aparece en una patente británica concedida en 1869 a Emmanuel Denis Farcot, un parisino. Afirmó que "adaptando a los costados y fondo del buque una serie de planos inclinados o piezas en forma de cuña, que al impulsar el buque hacia adelante tendrán el efecto de levantarlo en el agua y reducir el calado". [3] El inventor italiano Enrico Forlanini comenzó a trabajar en hidroalas en 1898 y utilizó un sistema de láminas en forma de "escalera". Forlanini obtuvo patentes en Gran Bretaña y Estados Unidos por sus ideas y diseños. [4] [5]
Entre 1899 y 1901, el diseñador de barcos británico John Thornycroft trabajó en una serie de modelos con casco escalonado y lámina de proa única. En 1909, su empresa construyó el barco a escala real de 6,7 m (22 pies) de largo, Miranda III . Impulsado por un motor de 60 hp (45 kW), viajaba sobre una proa y una popa plana. Al posterior Miranda IV se le atribuyó una velocidad de 35 nudos (65 km/h; 40 mph). [6]
En mayo de 1904 se describió que se estaba probando un hidroala en el río Sena "en las cercanías de París ". [7] Este barco fue diseñado por el conde de Lambert . [8] Este tenía 5 aletas de paso variable en el casco debajo del agua, tan inclinadas que cuando el barco comienza a moverse "el barco se eleva y los aviones salen a la superficie" con el resultado de que "roza la superficie con poco más que el hélices debajo de la superficie". El barco tenía cascos gemelos de 18 pies de largo conectados por una sola cubierta de 9 pies de ancho y estaba equipado con un motor De Dion-Bouton de 14 HP ; se informó que el barco alcanzaba las 20 mph. Se afirmó que "el barco que se desplaza prácticamente sobre sus aletas se parece a un avión".
Un artículo de Scientific American de marzo de 1906 del pionero estadounidense de los hidroalas William E. Meacham explicó el principio básico de los hidroalas. Alexander Graham Bell consideró la invención del hidroavión (ahora considerado como un tipo distinto, pero que también emplea sustentación) como un logro muy significativo, y después de leer el artículo comenzó a esbozar conceptos de lo que ahora se llama hidroala. Con su ingeniero jefe Casey Baldwin , Bell comenzó experimentos con hidroalas en el verano de 1908. Baldwin estudió el trabajo del inventor italiano Enrico Forlanini y comenzó a probar modelos basados en esos diseños, lo que condujo al desarrollo de embarcaciones con hidroalas. Durante la gira mundial de Bell de 1910-1911, Bell y Baldwin se reunieron con Forlanini en Italia, donde viajaron en su hidroala sobre el lago Maggiore . Baldwin lo describió como algo tan suave como volar.
Al regresar al gran laboratorio de Bell en su finca Beinn Bhreagh cerca de Baddeck, Nueva Escocia , experimentaron con varios diseños, culminando con el HD-4 de Bell . Utilizando motores Renault , se alcanzó una velocidad máxima de 87 km/h (47 nudos; 54 mph), acelerando rápidamente, tomando olas sin dificultad, dirigiendo bien y mostrando buena estabilidad. El informe de Bell a la Marina de los Estados Unidos le permitió obtener dos motores de 260 kW (350 hp). El 9 de septiembre de 1919, el HD-4 estableció un récord mundial de velocidad marina de 114 km/h (62 nudos; 71 mph), que se mantuvo durante dos décadas. [9] Una réplica a escala real del HD-4 se puede ver en el museo del Sitio Histórico Nacional Alexander Graham Bell en Baddeck, Nueva Escocia.
A principios de la década de 1950, una pareja inglesa construyó el White Hawk , una embarcación hidroala propulsada por un jet, en un intento de batir el récord absoluto de velocidad en el agua. [10] Sin embargo, en las pruebas, White Hawk apenas pudo superar el récord de velocidad del HD-4 de 1919 . Los diseñadores se habían enfrentado a un fenómeno de ingeniería que limita la velocidad máxima incluso de los hidroalas modernos: la cavitación perturba la sustentación creada por las láminas a medida que se mueven a través del agua a una velocidad superior a 60 nudos (110 km/h; 69 mph), doblando la lámina de elevación. . [11]
El ingeniero alemán Hanns von Schertel trabajó en hidroalas antes y durante la Segunda Guerra Mundial en Alemania . Después de la guerra, los rusos capturaron al equipo de Schertel. Como Alemania no estaba autorizada a construir lanchas rápidas, Schertel se fue a Suiza , donde fundó la empresa Supramar. En 1952, Supramar lanzó el primer hidroala comercial, el PT10 "Freccia d'Oro" (Flecha Dorada), en el lago Maggiore, entre Suiza e Italia . El PT10 es del tipo de perforación de superficie, puede transportar 32 pasajeros y viajar a 35 nudos (65 km/h; 40 mph). En 1968, el banquero bahreiní Hussain Najadi adquirió Supramar AG y expandió sus operaciones a Japón, Hong Kong, Singapur, el Reino Unido, Noruega y Estados Unidos. General Dynamics de Estados Unidos se convirtió en su licenciatario y el Pentágono adjudicó su primer proyecto de investigación naval de I+D en el campo de la supercavitación . Hitachi Shipbuilding de Osaka, Japón, fue otro licenciatario de Supramar, así como muchos armadores y astilleros líderes en los países de la OCDE.
De 1952 a 1971, Supramar diseñó numerosos modelos de hidroalas: PT20, PT50, PT75, PT100 y PT150. Todos son del tipo de perforación de superficie, excepto el PT150 que combina una lámina de perforación de superficie hacia adelante con una lámina completamente sumergida en la ubicación de popa. Se construyeron más de 200 diseños de Supramar, la mayoría de ellos por Rodríguez (dirigido en ese momento por el ingeniero Carlo Rodríguez en Sicilia , Italia).
Durante el mismo período, la Unión Soviética experimentó extensamente con hidroalas, construyendo botes fluviales y transbordadores con diseños aerodinámicos durante el período de la guerra fría y hasta la década de 1980. Estos buques incluyen el tipo Raketa (1957), seguido por el tipo Meteor más grande y el tipo Voskhod más pequeño . Uno de los diseñadores/inventores soviéticos más exitosos en esta área fue Rostislav Alexeyev , a quien algunos consideran el "padre" del hidroala moderno debido a sus diseños de hidroala de alta velocidad de la década de 1950. [ cita necesaria ] Más tarde, alrededor de la década de 1970, Alexeyev combinó su experiencia en hidroala con el principio del efecto de superficie para crear el Ekranoplan . Las grandes inversiones en este tipo de tecnología en la URSS dieron como resultado la mayor flota civil de hidroalas del mundo y la fabricación del tipo Meteor, el hidroala de mayor éxito de la historia, con más de 400 unidades construidas.
En 1961, SRI International publicó un estudio sobre "La viabilidad económica de las embarcaciones de hidroala de pasajeros en el comercio interior y exterior de los Estados Unidos". [12] El uso comercial de hidroalas en los EE. UU. apareció por primera vez en 1961, cuando Harry Gale Nye, Jr. 's North American Hydrofoils encargó dos buques de pasajeros para dar servicio a la ruta desde Atlantic Highlands, Nueva Jersey, hasta el distrito financiero del Bajo Manhattan. [13]
En 1940 se diseñó y construyó una embarcación alemana VS-6 Hydrofoil de 17 toneladas , terminada en 1941 para su uso como capa de minas; fue probada en el Mar Báltico y produjo velocidades de 47 nudos. Probado con un barco eléctrico estándar durante los siguientes tres años, funcionó bien, pero no entró en producción. Al ser más rápido, podía transportar una carga útil mayor y era capaz de viajar sobre campos minados, pero era propenso a sufrir daños y era más ruidoso. [14]
En Canadá, durante la Segunda Guerra Mundial, Baldwin trabajó en un hidroala experimental de colocación de humo (más tarde llamado Comox Torpedo) que luego fue reemplazado por otra tecnología de colocación de humo y un hidroala experimental de remolque de objetivos. Los dos conjuntos de láminas delanteras de lo que se cree que es este último hidroala fueron rescatados a mediados de la década de 1960 de un casco abandonado en Baddeck, Nueva Escocia, por Colin MacGregor Stevens. Estos fueron donados al Museo Marítimo de Halifax, Nueva Escocia.
Las Fuerzas Armadas canadienses construyeron y probaron varios hidroalas (por ejemplo, Baddeck y dos buques llamados Bras d'Or ), que culminaron en el hidroala antisubmarino de alta velocidad HMCS Bras d'Or a finales de los años 1960. Sin embargo, el programa fue cancelado a principios de la década de 1970 debido a que el ejército canadiense se alejó de la guerra antisubmarina . El Bras d'Or era un tipo de superficie que perforaba bien durante sus pruebas, alcanzando una velocidad máxima de 63 nudos (117 km/h).
La URSS introdujo en su armada varias embarcaciones de ataque rápido basadas en hidroalas , principalmente:
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La Marina de los EE. UU . comenzó a experimentar con hidroalas a mediados de la década de 1950, financiando un velero que utilizaba hidroalas para alcanzar velocidades en el rango de 30 mph. [15] El XCH-4 (oficialmente, Experimental Craft, Hydrofoil No. 4 ), diseñado por William P. Carl, superó velocidades de 65 mph (56 nudos; 105 km/h) y fue confundido con un hidroavión debido a su forma. . [dieciséis]
La Marina de los EE. UU. implementó una pequeña cantidad de hidroalas de combate, como la clase Pegasus , desde 1977 hasta 1993. Estos hidroalas eran rápidos y estaban bien armados. [17]
La Armada italiana ha utilizado seis hidroalas de la clase Sparviero desde finales de los años 1970. Estaban armados con un cañón de 76 mm y dos misiles, y eran capaces de alcanzar velocidades de hasta 50 nudos (93 km/h). Se construyeron tres barcos similares para la Fuerza de Autodefensa Marítima de Japón .
Varias ediciones de la Copa América se han disputado con yates frustrados. En 2013 y 2017 respectivamente las clases de catamarán AC72 y AC50 , y en 2021 la clase AC75 de monocascos con foils con brazos basculantes.
El hidroala experimental francés Hydroptère es el resultado de un proyecto de investigación que involucra habilidades y tecnologías de ingeniería avanzadas. En septiembre de 2009, el Hydroptère estableció nuevos récords mundiales de velocidad en veleros en la categoría de 500 m, con una velocidad de 51,36 nudos (95,12 km/h) y en la categoría de 1 milla náutica (1852 m), con una velocidad de 50,17 nudos (92,91 km). /h). [18] [19]
El récord de velocidad de 500 m para veleros lo ostenta actualmente el Vestas Sailrocket , un diseño exótico que funciona en la práctica como un hidroala. [20]
Otro velero trimarán es el Windrider Rave. [21] El Rave es un trimarán hidroala de 17 pies (5,2 m) y dos personas disponible comercialmente, capaz de alcanzar velocidades de 40 nudos (74 km/h). El barco fue diseñado por Jim Brown.
El bote Moth ha evolucionado hacia algunas configuraciones de láminas radicales. [22]
Hobie Sailboats produjo un trimarán con foils de producción , el Hobie Trifoiler, el velero de producción más rápido. Los Trifoilers han alcanzado velocidades superiores a los treinta nudos.
Un nuevo diseño de kayak, llamado Flyak , tiene hidroalas que elevan el kayak lo suficiente como para reducir significativamente la resistencia, permitiendo velocidades de hasta 27 km/h (17 mph). Algunos surfistas han desarrollado tablas de surf con hidroalas llamadas foilboards , específicamente destinadas a surfear grandes olas mar adentro. [23]
Quadrofoil Q2 es una embarcación de recreo eléctrica de hidroplano biplaza y cuatro láminas. Su diseño inicial se fijó en 2012 y está disponible comercialmente desde finales de 2016. Impulsado por una batería de iones de litio de 5,2 kWh y propulsado por un motor de 5,5 kW, alcanza una velocidad máxima de 40 km/h y tiene 80 kilómetros de autonomía. [24] [25]
La Manta5 Hydrofoiler XE-1 es una bicicleta eléctrica Hydrofoil, diseñada y construida en Nueva Zelanda , que desde entonces ha estado disponible comercialmente para pedidos anticipados desde finales de 2017. [26] Propulsada por un motor de 400 vatios, puede alcanzar velocidades superiores a 14 km. /h con un peso de 22 kg. Una sola carga de la batería dura una hora para un ciclista que pesa 85 kg. [27]
Candela, una empresa sueca, está produciendo un barco a motor de hidroplano recreativo, que hace fuertes afirmaciones en cuanto a eficiencia, rendimiento y alcance. [28]
Los hidroplanos ahora se utilizan ampliamente en el kitesurf , [29] es decir, cometas de tracción sobre el agua. Los hidroplanos son una nueva tendencia en el windsurf [30] , incluida la nueva clase olímpica de verano, el IQFoil , [31] y, más recientemente, el Wing foiling , que son esencialmente una cometa sin cuerdas o una vela de mano. [32]
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Los Voskhods construidos por los soviéticos son uno de los diseños de hidroalas de pasajeros de mayor éxito. Fabricados en la Crimea soviética y más tarde en la Ucrania, están en servicio en más de 20 países. El modelo más reciente, Voskhod-2M FFF , también conocido como Eurofoil, fue construido en Feodosia para el operador de transporte público holandés Connexxion . [35]
A mediados de la década de 2010 se produjo un programa gubernamental ruso destinado a restaurar la producción de hidroalas de pasajeros. El Kometa 120M , basado en los modelos anteriores Kometa , Kolhida y Katran, se convirtió en el primero en entrar en producción, [36] inicialmente en la fábrica de Vympel en Rybinsk, y más tarde en el astillero More en Feodosiya. [37] Desde 2018, los barcos navegan por Sebastopol-Yalta y Sochi-Gelenzhik-Novorossiysk, con una conexión Sebastopol-Sochi en los planes inmediatos para 2021. [38] Al mismo tiempo, la Oficina Alekseyev comenzó a construir Valday más ligero y más pequeño. 45R , basados en un modelo de gran éxito Polesye , en su propia planta en Nizhny Novgorod, [39] los barcos de relativamente poco calado utilizados en el Ob y el Volga. El Meteor 120R , un desarrollo del Meteor , se convirtió en el hermano mayor del Valday, el primer barco botado en Nizhny Novgorod en agosto de 2021. [40]
El Boeing 929 se utiliza mucho en Asia para servicios de pasajeros, entre Hong Kong y Macao y entre las numerosas islas de Japón , también en la península de Corea . El usuario principal es la empresa privada de Hong Kong.
Los operadores actuales de hidroalas incluyen:
Actualmente, el principal operador de hidroplanos en Italia es Liberty Lines, que opera conexiones entre las islas más pequeñas de Sicilia con Sicilia y Calabria y entre Trieste y algunas localidades de la costa croata. SNAV opera conexiones entre Nápoles y las islas más pequeñas de Campania y, en verano, entre Nápoles y las Islas Eolias. En verano, Aliscost opera una conexión entre Salerno y algunas ciudades costeras de Campania y las Islas Eolias.
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