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Programa de predicción de velocidad

Un programa de predicción de velocidad ( VPP ) es un programa informático que resuelve el rendimiento de un velero en diversas condiciones de viento equilibrando las fuerzas del casco y la vela. Los VPP son utilizados por diseñadores de yates , constructores de barcos , probadores de modelos, navegantes , fabricantes de velas y también equipos de la Copa América , para predecir el rendimiento de un velero antes de su construcción o antes de modificaciones importantes.

Fondo

El primer VPP se desarrolló en el Instituto de Tecnología de Massachusetts a principios de la década de 1970, cuando el comodoro H. Irving Pratt financió una investigación para predecir el rendimiento "de un velero, dado el conocimiento de su casco, aparejo y geometría del plano vélico" .

Metodología

Los VPP son programas iterativos que requieren conjeturas fundamentadas de los parámetros iniciales para comenzar a funcionar. Generalmente los VPP se componen de dos mecanismos, un modelo de barco y un algoritmo de solución .

Las estimaciones iniciales de parámetros que incluyen la velocidad del barco (V s ), el ángulo de escora (Φ), el número de rizos y la planitud de la vela se ingresan en el modelo del barco . Utilizando estos parámetros de entrada, el algoritmo de solución calcula la diferencia entre la fuerza de propulsión de las velas y la fuerza de resistencia del casco. También calcula el momento adrizante creado por el casco y el ángulo de escora operativo.

Dado que no es probable que la fuerza de propulsión y la fuerza de resistencia sean iguales en la primera iteración, el algoritmo de solución tiene la responsabilidad de ajustar los parámetros de entrada y equilibrar las fuerzas hasta que produzca la máxima velocidad posible en cada ángulo de viento verdadero.

Modelo de fuerza hidrodinámica

Las fuerzas de resistencia que actúan sobre un casco y sus apéndices (quilla, timón y otras aletas) se pueden dividir en varios componentes más pequeños.

  1. Arrastre viscoso : este tipo de arrastre también se conoce como "fricción cutánea", ya que se cree que se deriva completamente de la resistencia a la fricción de las moléculas de agua que imponen una fuerza cuando se deslizan por la superficie mojada del casco y sus apéndices. Este tipo de resistencia aumenta proporcionalmente a la superficie mojada y es uno de los dos componentes constitutivos de la resistencia del casco.
  2. Resistencia residual : la resistencia residual incluye todos los demás tipos de resistencia restantes en un casco desnudo y en posición vertical en aguas tranquilas. La razón de esta agrupación es que de todos los tipos de resistencia hidrodinámica impuestos al casco de un barco en movimiento, sólo la resistencia viscosa puede aislarse limpiamente, ya que aumenta proporcionalmente al área de la superficie mojada. La resistencia residual, entonces, se compone principalmente de la resistencia a la formación de olas, la formación de remolinos y la separación a gran escala, todas las cuales son demasiado complejas para ser determinadas empíricamente dado el conocimiento previo de la geometría del casco. Estos tipos de resistencia sólo pueden determinarse mediante pruebas de modelos.
  3. Arrastre inducido : el arrastre inducido es el resultado de una superficie de elevación imperfecta o no infinita (en este caso, la quilla, el timón y cualquier otro apéndice). Cuando la elevación se genera en tres dimensiones, se forma un circuito de circulación cerrado que crea una corriente descendente. . Esta corriente descendente altera la velocidad de la corriente libre, girándola hacia abajo, hacia la corriente descendente. Este nuevo ángulo da como resultado un pequeño aumento en la resistencia ya que tiene un componente en la dirección de la corriente libre.
  4. Arrastre inducido por la escora : cuando un yate de vela escora, es necesario realizar ajustes en la resistencia base del casco debido a la geometría modificada del casco, todos los cuales quedan reflejados en este término. El primer cambio es la superficie mojada del casco, que dará como resultado una mayor resistencia viscosa si se aumenta. Sin embargo, lo más significativo son los cambios en la resistencia residual cuando se escora. La parte sumergida del casco ya no será simétrica y normalmente dará como resultado una mayor resistencia residual. Esto es particularmente cierto si hay cambios importantes en la relación manga-calado o en el centro longitudinal de flotabilidad.
  5. Resistencia añadida en las olas (R AW ): este elemento representa la resistencia derivada computacional o experimentalmente debido al movimiento de un yate en una mar encrespada. Esta resistencia puede considerarse un factor de la velocidad real del viento (V T ) o de las características físicas del yate.

Modelo de fuerza aerodinámica

  1. Levantamiento de velas
  2. Arrastrar velas
  3. Arrastre inducido

Resolución y optimización.

Los VPP resuelven el rendimiento de un yate resolviendo todas las fuerzas y momentos que actúan sobre el yate. Por simplicidad, se puede suponer que los momentos de cabeceo y guiñada son cero.

Presentación

Los VPP producen una gran cantidad de datos, por lo que la presentación de estos datos requiere una consideración especial. Si bien los resultados tabulares pueden ser valiosos para identificar valores específicos, la forma más común de presentar los resultados del VPP es mediante un gráfico polar. [1]

Usos

Diseño de yate de vela.

Handicap de velero

Los VPP son utilizados por una variedad de organizaciones de navegación para evaluar el rendimiento teórico de los barcos y luego asignar "desventajas" para permitir que barcos de diferentes estilos y tamaños compitan entre sí. Las reglas de discapacidad del IOR y del IMS fueron algunas de las primeras en adoptar los VPP. En los Estados Unidos, la regla de handicap más común es la regla PHRF, desarrollada y promovida por la Asociación de Vela de los Estados Unidos. [2] Si bien la mayoría de las otras reglas no tienen en cuenta el desempeño pasado, PHRF se diferencia al permitir a los patrones solicitar reducciones de hándicap después de una serie de malos resultados en las carreras. En Europa, el sistema de discapacidad más común utilizado hoy en día es la regla IRC. [3]

VPP comerciales

Ver también

Referencias

  1. ^ Carta polar Moonbeam VPP
  2. ^ "Flota de carreras de alto rendimiento de Estados Unidos". Asociación de Vela de Estados Unidos. Archivado desde el original el 10 de marzo de 2012 . Consultado el 4 de abril de 2012 .
  3. ^ "Clasificación IRC". IRC. Archivado desde el original el 23 de marzo de 2012 . Consultado el 4 de abril de 2012 .

enlaces externos