Navegación de alto rendimiento
Mientras que los iceboats han sido capaces de superar la velocidad del viento, tanto en ceñida como en popa, durante un siglo, esta capacidad sólo se convirtió en rutina con la evolución de los Skiffs de 18 pies en el tercer cuarto del siglo XX, cuando su velocidad se triplicó respecto a la de los años 50. Las embarcaciones que navegan más rápido que la velocidad del viento, tanto a favor como en contra, son capaces de virar a favor del viento porque el viento aparente está siempre por delante del mástil. Esto dio lugar al concepto de «navegación con viento aparente».
Viento aparenteEditar
El viento aparente es la velocidad del viento (dirección y velocidad), VA, medida a bordo de una embarcación de vela en movimiento; es el efecto neto (suma vectorial) del viento de la embarcación, VB -el flujo de aire sobre la embarcación inducido por su velocidad sobre la tierra (igual en magnitud, pero opuesto en dirección a la velocidad de la embarcación)- y el viento verdadero, VT. El viento aparente medido a bordo de una embarcación a motor, viajando en condiciones de calma, VT = 0 nudos, vendría de directamente delante y a una velocidad que es la misma que la velocidad de la embarcación sobre el fondo (VA = VB + 0 = VB). Si la embarcación viaja a VB = 10 nudos con un viento de cola de VT = -5 nudos, experimenta un viento aparente de VA = 5 nudos directamente en la proa (VA = VB + VT = 10 – 5). El viento aparente que experimenta una embarcación estacionaria es la velocidad real del viento. Si una embarcación avanza a 90° con respecto a un viento verdadero de VT = 10 nudos, viajando ella misma 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 unos 14 nudos, calculada como: raíz cuadrada = raíz cuadrada = 14,14. Como la embarcación va más rápido que el viento verdadero, el viento aparente está siempre por delante de la vela.
Cuando el ángulo de arrastre del casco es despreciable, las fórmulas para calcular VA y β son:
- VA = raíz cuadrada {2 + 2}
- β = 90° – arctan { / }
Potencia de las velasEditar
Una vela genera una sustentación con una componente de propulsión hacia delante y una componente lateral, basada en un ángulo de ataque óptimo que está limitado por el viento aparente, VA, que está por delante y aproximadamente alineado con la vela.
-
Descomposición de la fuerza del viento que actúa sobre una vela, generando sustentación.
(FT = Fuerza aerodinámica total, L = Elevación
D = Arrastre, α = ángulo de ataque) -
Conversión de la sustentación en propulsión.
(FR = Fuerza de propulsión, FLAT = Fuerza lateral)
Teorema BetaEditar
Garrett introduce el teorema beta (o teorema del rumbo) como una forma de entender cómo el ángulo del viento aparente resulta de la interacción entre la fuerza motriz del viento y la fuerza de resistencia del agua (o superficie dura), el resultado del efecto neto de dos láminas que se contraponen, la vela en el aire y la quilla en el agua. Cuando se resuelve la relación entre la sustentación y la resistencia de cada una en su medio, el movimiento resultante de la embarcación a vela se resuelve en un ángulo, beta (β), entre el viento aparente y el rumbo sobre el agua. El casco (por debajo del agua) y el aparejo de vela (por encima del agua) tienen cada uno un ángulo de arrastre con respecto al medio que pasa por ellos (agua o aire), son λ y αm 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 + αm). Este teorema se aplica para cualquier punto de la vela. Un β pequeño denota una alta eficiencia y un potencial de alta velocidad. A medida que aumenta la velocidad de avance, β se hace más pequeño; en las embarcaciones de vela con láminas subacuáticas efectivas, el ángulo de arrastre del casco, λ, se hace más pequeño con el aumento de la velocidad, se hace insignificante con las embarcaciones de hidroplano, y esencialmente inexistente para los barcos de hielo y las embarcaciones de vela terrestre.
Límite de ángulo de viento aparenteEditar
Dada una circunstancia ideal de una superficie sin fricción y un perfil aerodinámico que pueda desarrollar potencia, no hay límite teórico a la velocidad que puede alcanzar una embarcación de vela frente al viento a medida que el ángulo de viento aparente se hace más pequeño. En realidad, tanto la eficiencia de la vela como la fricción suponen un límite superior. La velocidad viene determinada por la relación entre la potencia desarrollada por la vela y la que se pierde por las distintas formas de resistencia (por ejemplo, la resistencia superficial y la aerodinámica). Idealmente, una vela más pequeña es mejor, ya que la velocidad aumenta. Desgraciadamente, una vela pequeña disminuye la capacidad de una embarcación -incluso un bote de hielo- para acelerar a velocidades superiores a las del viento. El principal límite de la velocidad en las embarcaciones de vela de alto rendimiento es la resistencia a la forma. Los esfuerzos por superar este límite son evidentes en los cascos aerodinámicos de los botes de hielo de alto rendimiento y en las mejoras en la reducción de la resistencia en los botes de planeo. Un iceboat rápido puede alcanzar un viento aparente de 7,5° y una velocidad seis veces superior a la del viento real en un rumbo que está a 135° del viento. Bethwaite sugiere que éste podría ser un límite práctico para una embarcación impulsada por velas.
Puntos de velaEditar
Los puntos de vela en los que las embarcaciones de vela de alto rendimiento pueden alcanzar las velocidades más altas y lograr la mejor velocidad hecha buena en un tramo de curso entre un alcance de la viga (90 ° al viento verdadero) y un amplio alcance (alrededor de 135 ° lejos del viento verdadero). Según Bethwaite, tras realizar mediciones comparativas con un viento verdadero de 15 nudos (28 km/h; 17 mph), un Soling de desplazamiento puede alcanzar velocidades ligeramente superiores al viento verdadero y navegar a 30° del viento aparente, mientras que un Skiff de 18 pies de planeo alcanza velocidades de casi 30 nudos (56 km/h; 35 mph) con un viento aparente de 20° y un iceboat puede alcanzar 67 nudos (124 km/h; 77 mph) con un viento aparente de 8°.
En la navegación con viento aparente, el objetivo es mantener el viento aparente tan adelante, como sea práctico, para el curso navegado con el fin de lograr el curso más rápido hecho bueno para el objetivo. Esto requiere una embarcación que pueda superar la velocidad del viento real, tanto en ceñida como en popa; 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 alcances. Hay que evitar navegar demasiado a favor del viento, ya que el viento aparente se desplaza por detrás de la vela y la velocidad cae por debajo de la velocidad real a medida que el rumbo pasa de ser un largo alcance a ser un cuadrado (viento en popa).
En ceñidaEditar
Dependiendo de la embarcación que se navegue, el rumbo que se haga a favor del viento puede alejarse de su punto más cercano al viento para permitir que la embarcación navegue a una velocidad óptima. Bethwaite explica que la navegación a alta velocidad exige una acción independiente tanto de la caña del timón como de la escota de la mayor, por lo que la persona que lleva el timón evita responder a las ráfagas y, en su lugar, afloja la escota de la mayor según sea necesario, aumentando así la velocidad de la embarcación hecha buena con respecto a la técnica anterior de apuntar la embarcación más hacia el viento.
Fuera del vientoEditar
Según Bethwaite, navegar fuera del viento verdadero a velocidades más rápidas que el viento (con el viento aparente por delante de la vela) exige una reacción a las rachas diferente a la empleada anteriormente. Mientras que un navegante tradicional podría dirigirse reflexivamente hacia el viento aparente en una ráfaga, la respuesta correcta cuando se navega sin viento, a una velocidad superior a la del viento real, es alejarse de la ráfaga, dirigiéndose más a sotavento. Esto tiene el doble efecto beneficioso de aliviar la fuerza de escora de la ráfaga y permitir que la embarcación navegue aún más rápido sin viento.