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
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
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.
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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
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
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
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.