El Momento de Munk

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Pierre Gutelle en El Diseño de Veleros en la página 177 va y dice:

"el timón, por tanto, tiene que tener un tamaño suficientemente jrande como para que sin mover el timón,
el timón sea capaz de estabilizar el par detestabilizante del casco y la orza,
y teniendo en cuenta la reducción en el ángulo de ataque"

la traducción en inglés (de este libro editado en 1979 en francés) dice a continuación:
esta "phenomena [esta problema, carallo] is so complex",
este asunto es demasiado complejo, así que se lo dejamos a las generaciones venideras

Y estamos en el año 2017 y los manuales más habituales siguen guardando silencio

lo bueno es que en Pierre Gutelle el problema aparece planteado con claridad

Y fijado el problema a la luz del día ya está el grueso del terreno despejado para encontrar soluciones

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los dirigibles, los submarinos, los torpedos, los cohetes, los veleros pueden desarrollar un más o menos fuerte Momento de Munk

tiene este nombre por el ingeniero aeroespacial Max Michael Munk

https://en.wikipedia.org/wiki/Michael_Max_Munk

el Momento de Munk es una bendición en un buque mercante,
pues este momento desestabilizador facilita la maniobra del buque;
pero en un velero es un engorro para el cálculo del Equlibrio estable

curiosamente el Momento de Munk solo aparece en la Wiki en francés:

https://fr.wikipedia.org/wiki/Moment_de_Munk

Moment de Munk "en la hidrodinámica y la mecánica de fluidos explica el fenómeno por el que un objeto alargado tiende a desestabilizarse" y tiende a navegar atravesado al fluido

resulta que ante la duda un objeto alargado -un torpedo, un submarino, un velero- quiere girar y quiere moverse de lado, y quiere navegar atravesado al fluido, atravesado al aire o el agua

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(Dibujo de la Wikipedia para ilustrar el Equilibrio en un velero entre la fuerza del viento y la fuerza del agua)

Un tal Jester Gilbert bajo el título "Equilibrio" dice en el año 2016:

http://www.rsyc.org.uk/Uploads/Docum...thFigures1.pdf

"A mediados de 1920 la teoría del vuelo estaba más o menos completa (...)
y hoy en día un avión se puede diseñar con una precisión del 1% y, en cambio,
después de 40 mil años de navegación a vela no somos capaces de estimar con precisión la posición del mástil de un velero"

bueno, esto es un poco exagerado

El capítulo 8 -"Equilibrio"- del manual Principles of Yacht Design comienza con estas palabras:

"Uno de los problemas más difíciles en el diseño de veleros es encontrar la posición longitudinal de las velas en relación al cuerpo sumergido"

"el método del profesor Gerritsma para estimar la posición del CLR [dentro de la presión lateral del agua] tiende a dar un resultado muy a popa"

"Y la razón es que el casco contribuye a la posición del CLR aunque su contribución sea pequeña;
pero la presión del agua en el casco está muy lejos delante (very far forward)"

Efectivamente

La Fuerza del Momento de Max Michael Munk
es una fuerza tal vez pequeña; pero está en el Morro

La F del MMMM en tó el M

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Esto sería un velero ciñendo

-la Fuerza del Viento en las Alas es la Fuerza del Viento en las Velas

-el Timón de profundidad del avión es el Timón del velero

-y la fuerza de la gravedad es la Fuerza del agua en la Orza, es decir la orza y el timón tiran hacia barlovento equilibrando la fuerza del viento

falta el señor Munk, que sería un vectorcillo tirando del Morro hacia abajo, es decir tirando de la proa hacia barlovento



El Momento de Max Michael Munk en palabras sencillas y llanas es que la presión de la proa se va a un lado de la proa,
la presión se va de la nariz al moflete por así decirlo

Y esto ocurre cuando un dirigible, un submarino o un torpedo guiñan (yaw) o cabecean (pitch) y ocurre cuando un velero abate, y ocurre cuando guiña, y sobretodo ocurre cuando escora, y por supuesto ocurre cuando hace las tres cosas al mismo tiempo (la "fenómena es tan complicada" dijo Pierre Gutelle)

si el velero va navegando a motor en una mar plana hay una Alta presión relativa justo en la proa; pero si el velero escora entonces se rompe la simetría de la carena y la presión del agua se va a una banda de la proa y se despierta el señor Munk

en un gran Mercante el Momento de Munk es una bendita bendición, si no fuera por el señor Munk ... por los cohones sería capaz de virar tremendo mamotreto con un timón de chichimosqui (o de mosquinabo [el autor con estas expresiones se refiere a un tamaño pequeño]) en relación al tamaño de tal bicharraco ... un tremendo Mercante es capaz de virar porque la proa se tropieza con el agua, un tremendo Mercante es capaz de virar por la diferencia de presión entre la proa y la popa

en un Submarino el señor Munk tiene mucho peligro, porque si se le deja suelto el submarino daría una voltereta y lanzaría a la tripulación contra el techo si no fuera por el empenage/je de cola ...

https://fr.wikipedia.org/wiki/Empennage

el empenage/je de cola del submarino con su estabilizador horizontal y su estabilizador vertical desactivan al señor Munk

y en un Velero pues depende



el señor Munk cuando navega ciñendo con viento bonancible es un diablillo menor ...
pero desencadenados los elementos de la Naturaleza ...
bajando una Oooooola con Fuerza 10 ...
el señor Munk bien mojado se puede poner mu loco



(-mKwintólosmuetosdelseñorMunk)

(el velero expulsó a la tripulación y cruzó el Atlántico de vuelta, solo,
curiosamente al final del vídeo se ve cómo se da la vuelta,
la tripulación verbalizó y expresó su miedo, pero el velero ni se hundía ni tenía el mástil roto,
simplemente era un toro salvaje)

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Kensaku Nomoto

El manual Principles of Yacht Design en la página 171 de la cuarta edición (que es del año 2014) dice:

"El profesor Nomoto sugirió una mejora usando la teoría de cuerpos esbeltos para calcular la fuerza de la proa
[pero nosotros los autores de este manual no lo vamos a explicar, pa qué]"

Efectivamente, el querido profesor Kensaku Nomoto (que su velero se llamaba Haru Ichiban y que se cayó al mar y se ahogó) ...

Nomoto, K. Tatano, H., "Balance of Helm Sailing Yachts, a Ship Hydrodinamics Approach on the Problem", 6th Symposium on Development of Interest to Yacht Architecture (Amsterdam, 1979) páginas 64-89

... echó mano del Momento de Munk para mejorar la estimación de la posición del centro de la presión lateral del agua

Por su parte el difunto profesor Fabio Fossati (Aero-Hydrodynamics, página 162) va y dice: "El momento de guiñada (yaw) se calcula usando la fuerza lateral de la orza y del timón, y el momento de guiñada del casco se calcula con el Momento de Munk [y ya tá, ahí quedó]"

-jooooder, así cómo van a aprender los chavales

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En el 18 Yacht Symposium de la SNAME (Society of Naval Architects and Marine Engineers) en Annapolis en el año 2003 el profesor Keuning presentó su propuesta de cálculo de un Momento de Munk ampliado ("The Yaw Balance of Sailing Yachts Upright and Heeled")

la fuerza que calcula el profesor Keuning es un par como el momento puro de Munk que se representa como dos vectores: uno tirando de la proa pa un lado y el otro tirando de la popa para el otro lado

la cosa es que la fuerza calculada es equivalente a una fuerza tirando justo de la roda con una palanca del tamaño de la distancia de la roda al centro de gravedad

he hecho los cálculos para un botecito ligero de 1000 Newtons de fuerza lateral ciñendo con 4 grados de abatimiento y 20 grados de escora y resulta unos 88-102 Newtons, un 8,8-10% de la fuerza lateral sería el momento desestabilizador del casco, es mucho, más de lo que esperaba, la cifra es pequeña pero la palanca es bien grande

mi propuesta para estimar la fuerza lateral de la proa es tomar como ángulo de ataque el ángulo de la proa más el abatimiento y hacer una estimación mínima como Morro de Munk (= seno de alfa (ángulo de ataque) x 0,5 x pi x ancho del fuselaje que en este caso es el calado del casco, elevado al cuadrado x Presión dinámica) y la fuerza estaría cerca de la roda en 10% LwL, y hacer una estimación máxima como un cuerpo sustentador que en los datos desclasificados de la NASA vemos que se comporta como un Ala de bajo alargamiento pero Ala al fin y al cabo

https://es.wikipedia.org/wiki/Fuselaje_sustentador



El fuselaje o cuerpo sustentador fue la idea que le llevó a Matt el genio Layden a crear y parir el Paradox que no lleva orza: la fuerza lateral la produce el timón y la proa como fuselaje o cuerpo sustentador (Lifting body)

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(minuto 9.09: la orzada sin velas)

-"es pior, camarada, mucho pior"

(del conocido chiste de los dos rusos, uno dice: -"camarada, todo lo que nos habían contado del comunismo era falso", y el otro le contesta: -"pior, camarada, mucho pior, todo lo que nos habían contado del capitalismo era cierto")

Pues si el casco escorado desestabiliza al velero ... la cosa es mucho pior ... porque la Fuerza de la Tierra es jrande en comparación a la fuerza del viento

El velero de la primera, la segunda y la tercera edición de Principles of Yacht Design lo vemos que está navegando ciñendo con viento bonancible y es impulsado por una Fuerza que es el 2% del Desplazamiento

Un velero de 1000 kilos de masa es atraído por la Tierra con una Fuerza de (1000 x 9,8 =) 10000, Diez Mil Newtons redondeando, y avanza ciñendo con viento bonancible con una fuerza de 200-300 Newtons que es algo así como levantar 20-30 kilos

Ahora ponemos al velero a palo seco en una Ola con una pendiente de 10 grados para no exagerar, y la Fuerza de la Tierra impulsa al velero con una fuerza de 1730 Newtons, Mil setencientos treinta Newtons, y si lo ponemos en una Ola con 20 grados de pendiente ... la Fuerza de la Tierra será equivalente el 34% (!!!) del Desplazamiento

Total, lo que se ve en el vídeo: la proa se dirige rumbo al centro de la tierra, toda la presión se va a la proa, y el velero acaba tumbado de lado o incluso da la voltereta como el pequeño mercante del video

[hibrido]

Originalmente publicado por U25pies

mi propuesta para estimar la fuerza lateral de la proa es tomar como ángulo de ataque el ángulo de la proa más el abatimiento y hacer una estimación mínima como Morro de Munk (= seno de alfa (ángulo de ataque) x 0,5 x pi x ancho del fuselaje que en este caso es el calado del casco, elevado al cuadrado x Presión dinámica) y la fuerza estaría cerca de la roda en 10% LwL, y hacer una estimación máxima como un cuerpo sustentador que en los datos desclasificados de la NASA vemos que se comporta como un Ala de bajo alargamiento pero Ala al fin y al cabo

No acabo de entenderlo bien, ¿por qué utilizas un semi circulo de radio igual al calado para estimar la fuerza?
si eso es así no deberá estar aplicada al 10% de LwL sino a una distancia de un calado de la roda, no?
No soy ningún experto en esto, pero habiendo CFD's no parece que estas aproximaciones tengan mucha utilidad práctica.