Navegação de alto rendimento

Onde os iceboats foram capazes de exceder a velocidade do vento, tanto a favor como contra o vento durante um século, esta capacidade só se tornou rotina com a evolução dos Skiffs de 18 pés no terceiro quarto do século XX, quando a sua velocidade triplicou em relação à dos anos 50. As embarcações que navegam mais rápido que a velocidade do vento, tanto a favor como contra o vento, são capazes de atacar o vento para baixo porque o vento aparente está sempre à frente do mastro. Isto levou ao conceito de “navegação com vento aparente”.

Vento aparenteEditar

Artigo principal: Vento aparente
Vento aparente, VA, sobre um iceboat: À medida que o iceboat navega mais longe do vento, o vento aparente aumenta ligeiramente e a velocidade do barco é maior no largo alcance (C). Por causa de um pequeno β, a vela é mostrada para os três pontos de vela.

Vento aparente é a velocidade do vento (direção e velocidade), VA, medida a bordo de uma embarcação em movimento; é o efeito líquido (soma vetorial) do vento da embarcação, VB – o fluxo de ar sobre a embarcação induzido pela sua velocidade sobre a terra (igual em magnitude, mas em direção oposta à velocidade da embarcação) – e o vento verdadeiro, VT. O vento aparente medido a bordo de uma embarcação sob potência, viajando em condições calmas, VT = 0 nós, viria diretamente da frente e a uma velocidade que é a mesma da velocidade da embarcação sobre o fundo (VA = VB + 0 = VB). Se a embarcação viaja em VB = 10 nós com vento de cauda de VT = -5 nós, experimenta um vento aparente de VA = 5 nós directamente na proa (VA = VB + VT = 10 – 5). O vento aparente experimentado por uma embarcação estacionária é a verdadeira velocidade do vento. Se uma embarcação avança a 90° para um vento verdadeiro de VT = 10 nós, viajando ela própria a uma velocidade que induz VB = 10 nós, então o ângulo do vento aparente seria 45° fora da proa e a velocidade do vento aparente seria cerca de 14 nós, calculados como: raiz quadrada = raiz quadrada = 14,14. Como a embarcação se torna mais rápida que o vento verdadeiro, o vento aparente está sempre à frente da vela.

Quando o ângulo de arrasto do casco é insignificante, as fórmulas para calcular VA e β são:

  • VA = raiz quadrada {2 + 2}
  • β = 90° – arctan { / }

Vela PowerEdit

Artigo principal: Forças nas velas

Uma vela gera elevação com um componente propulsor para a frente e um componente lateral, baseado num ângulo de ataque óptimo que é limitado pelo vento aparente, VA, sendo para a frente e aproximadamente alinhado com a vela.

  • Decomposição da força do vento actuando sobre uma vela, gerando elevação.
    (FT = Força aerodinâmica total, L = Elevação
    D = Arrastamento, α = Ângulo de ataque)

  • Conversão da elevação para a propulsão.
    (FR = Força propulsiva, FLAT = Força lateral)

Teorema BetaEditar

β é o ângulo de vento aparente do curso sobre a água.

Garrett introduz o teorema beta (ou teorema do curso) como uma forma de compreender como o ângulo de vento aparente resulta da interacção entre a força motriz do vento e a força de resistência da água (ou superfície dura), o resultado do efeito líquido de duas folhas contra-atacantes, a vela no ar e a quilha na água. Quando se resolve a razão entre a elevação e o arrastamento de cada um no seu meio, o movimento resultante da embarcação à vela resolve-se para um ângulo, beta (β), entre o vento aparente e o curso sobre a água. O casco (abaixo da água) e o veleiro (acima da água) têm cada um ângulo de arrasto em relação ao meio que passa por eles (água ou ar), eles são λ e αm no diagrama anexo. A soma desses dois ângulos de arrasto é igual a β, o ângulo entre o vento aparente e o rumo velejado (β = λ + αm). Este teorema aplica-se a cada ponto de velejo. Um pequeno β denota uma alta eficiência e um potencial para alta velocidade. À medida que a velocidade de avanço aumenta, β torna-se menor; nas embarcações à vela com lâminas subaquáticas eficazes o ângulo de arrasto do casco, λ, torna-se menor com o aumento da velocidade, torna-se insignificante com as embarcações de hidrofoilização, e essencialmente inexistente para as embarcações de gelo e as embarcações à vela terrestre.

Limite do ângulo de ganho aparenteEditar

Ângulo de arrasto total (β ≈ ângulo de vento aparente) para embarcações à vela de alto desempenho como uma relação de VB para VT num curso de 135° fora do vento, alcançado por tais embarcações, como mostrado.

Dando uma circunstância ideal de uma superfície sem atrito e um aerofólio que pode desenvolver potência, não há limite teórico para a rapidez com que uma embarcação à vela pode viajar fora do vento à medida que o ângulo de vento aparente se torna cada vez menor. Na realidade, tanto a eficiência da vela como a fricção proporcionam um limite superior. A velocidade é determinada pela relação de potência desenvolvida pela vela sobre a potência perdida através de várias formas de arrasto (por exemplo, arrasto de superfície e arrasto aerodinâmico). Idealmente uma vela menor é melhor, à medida que as velocidades aumentam. Infelizmente, uma vela pequena diminui a capacidade de uma embarcação – mesmo um barco de gelo – acelerar a velocidades mais rápidas que o vento. O principal limite de velocidade em veleiros de alto desempenho é o arrasto de forma. Os esforços para ultrapassar este limite são evidentes nos cascos aerodinâmicos dos barcos à vela de alta performance e nas melhorias na redução do arrasto nos barcos a aplainar. Um iceboat rápido, pode alcançar um vento aparente de 7,5° e uma velocidade de seis vezes a verdadeira velocidade do vento em um curso que está 135° fora do vento. Bethwaite sugere que este pode ser um limite prático para uma embarcação movida por velas.

Pontos de velaEditar

Artigo principal: Ponto de vela

Os pontos de vela em que as embarcações de alto desempenho podem atingir velocidades mais altas e alcançar a melhor velocidade num intervalo de curso entre um alcance de viga (90° ao vento verdadeiro) e um alcance amplo (cerca de 135° longe do vento verdadeiro). Segundo Bethwaite, tendo feito medições comparativas num vento verdadeiro de 15 nós (28 km/h; 17 mph), um Soling de deslocamento pode atingir velocidades ligeiramente superiores ao vento verdadeiro e navegar a 30° do vento aparente, enquanto um Skiff de 18 pés atinge velocidades de quase 30 nós (56 km/h; 35 mph) a um vento aparente de 20° e um iceboat pode atingir 67 nós (124 km/h; 77 mph) a um vento aparente de 8°.

Na vela de vento aparente, o objectivo é manter o vento aparente tão para a frente, como prático, para o percurso navegado de forma a atingir o percurso mais rápido feito bom para o objectivo. Isto requer uma embarcação que possa exceder a verdadeira velocidade do vento, tanto para cima como para baixo; isto permite que o vento aparente permaneça bem à frente da vela nos percursos velejados, sendo o mais rápido a ser alcançado. A ser evitado é ir demasiado para baixo, onde o vento aparente se move atrás da vela e a velocidade desce abaixo da verdadeira velocidade do vento à medida que o percurso tende de largo alcance para quadrado (vento morto).

UpwindEdit

Dependente da embarcação velejada, o percurso feito bom para o vento pode tender a afastar-se do seu ponto mais próximo para o vento, a fim de permitir que a embarcação nave nave nave navegue a uma velocidade óptima. Bethwaite explica que a velejada a alta velocidade exige uma acção independente tanto do timão como da chapa principal, em que a pessoa ao leme evita responder às rajadas e, em vez disso, alivia a chapa principal conforme necessário, aumentando assim a velocidade da embarcação, que se tornou boa em relação à técnica anterior de apontar mais a embarcação para o vento.

Fora do ventoEditar

De acordo com Bethwaite, navegar fora do vento verdadeiro a velocidades mais rápidas do que o vento (com o vento aparente para a frente da vela) exige uma reacção diferente às rajadas do que a utilizada anteriormente. Enquanto um marinheiro tradicional pode reflexivamente dirigir-se para o vento aparente em uma rajada, a resposta correta ao velejar fora do vento, mais rápido do que a verdadeira velocidade do vento é desviar-se da rajada, dirigindo-se mais para baixo do vento. Isto tem o efeito duplamente benéfico de aliviar a força de inclinação da rajada e permitir que a embarcação nave nave navegue ainda mais rápido ao largo do vento.

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