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Programa de predicción de velocidad

Un programa de predicción de velocidad ( VPP ) es un programa informático que calcula el rendimiento de un velero en diversas condiciones de viento equilibrando las fuerzas del casco y de las velas. Los VPP son utilizados por diseñadores de yates , constructores de barcos , probadores de modelos, regatistas , veleros y también equipos de la Copa América para predecir el rendimiento de un velero antes de que se haya construido o antes de realizar modificaciones importantes.

Fondo

El primer VPP se desarrolló en el Instituto Tecnológico de Massachusetts a principios de la década de 1970, cuando el comodoro H. Irving Pratt financió una investigación para predecir el rendimiento "de un yate de vela, 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. Por lo general, los VPP se componen de dos mecanismos: un modelo de barco y un algoritmo de solución .

En el modelo del barco se introducen estimaciones iniciales de parámetros como la velocidad del barco (V s ), el ángulo de escora (Φ), el número de rizos y la planitud de las velas . Con 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 propulsiva y la fuerza resistiva sean iguales en la primera iteración, el algoritmo de solución tiene la responsabilidad de ajustar los parámetros de entrada y equilibrar las fuerzas hasta producir la máxima velocidad posible en cada ángulo de viento real.

Modelo de fuerza hidrodinámica

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

  1. Resistencia viscosa : este tipo de resistencia también se conoce como "fricción superficial", ya que se cree que se deriva enteramente de la resistencia de fricción de las moléculas de agua que imponen una fuerza al deslizarse 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 que se presentan 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 que se imponen al casco de un barco en movimiento, solo se puede aislar claramente la resistencia viscosa, ya que aumenta proporcionalmente a la superficie mojada. La resistencia residual, por tanto, se compone principalmente de resistencia a la formación de olas, formación de remolinos y separación a gran escala, todas ellas demasiado complejas para determinarlas empíricamente dado el conocimiento previo de la geometría del casco. Estos tipos de resistencia solo se pueden determinar mediante pruebas con modelos.
  3. Resistencia inducida : la resistencia inducida es el resultado de una superficie sustentadora imperfecta o no infinita (en este caso, la quilla, el timón y cualquier otro apéndice). Cuando la sustentación se genera en tres dimensiones, se forma un bucle de circulación cerrado que crea una corriente descendente. Esta corriente descendente altera la velocidad de la corriente libre, al rotarla hacia abajo, en dirección a la corriente descendente. Este nuevo ángulo produce un pequeño aumento de la resistencia, ya que tiene un componente en la dirección de la corriente libre.
  4. Resistencia inducida por escora : cuando un velero se inclina, es necesario realizar ajustes en la resistencia base del casco debido a la geometría modificada del mismo, todos los cuales se engloban en este término. El primer cambio es el área de superficie mojada del casco, que dará como resultado una mayor resistencia viscosa si aumenta. Sin embargo, más significativos son los cambios en la resistencia residual cuando se inclina. La parte sumergida del casco ya no será simétrica y, por lo general, 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 mar abierto. 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. Elevación desde las velas
  2. Arrastre las velas
  3. Arrastre inducido

Resolución y optimización

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

Presentación

Los diagramas polares generan una gran cantidad de datos, por lo que su presentación requiere una consideración especial. Si bien los resultados en forma de tabla pueden ser valiosos para identificar valores específicos, la forma más común de presentar los resultados de los diagramas polares es con un gráfico polar.

Usos

Diseño de yates de vela

Hándicap de yates de vela

Los VPP son utilizados por una variedad de organizaciones de navegación para evaluar el rendimiento teórico de las embarcaciones y luego asignar "hándicaps" para permitir que embarcaciones de diferentes estilos y tamaños compitan entre sí. Las reglas de handicap IOR e 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 Navegación de los Estados Unidos. [1] Mientras que la mayoría de las otras reglas no tienen en cuenta el rendimiento pasado, PHRF se diferencia al permitir que los patrones soliciten reducciones de handicap después de una serie de malos resultados en las carreras. En Europa, el sistema de handicap más común que se usa hoy en día es la regla IRC. [2]

VPP comerciales

Véase también

Referencias

  1. ^ "Flota de regatas de hándicap de rendimiento de los Estados Unidos". Asociación de Vela de los Estados Unidos. Archivado desde el original el 10 de marzo de 2012. Consultado el 4 de abril de 2012 .
  2. ^ "Clasificación IRC". IRC. Archivado desde el original el 23 de marzo de 2012. Consultado el 4 de abril de 2012 .

Enlaces externos