Vela Conversaciones entre Newton y Bernouilli

[U25pies]

desviando el viento con una placa plana lo máximo que se consigue es un coeficiente de sustentación en dos dimensiones (Cl_2d) de 0,8

y luego hay que traducirlo a tres dimensiones siguiendo a Ludwig Prandtl

CL_3d = Cl_2d / (1 + (2 / AR))

AR, Alargamiento (Aspect Ratio) = envergadura del Ala elevada al cuadrado dividido entre la superficie del Ala

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

ejemplo de cálculo aerodinámico:

http://foro.latabernadelpuerto.com/s...6&postcount=66

[Keith11]

Al Prandtl este lo conozco yo!! de sus teorias de la torsión en el analisis estructural. No sabia que fue un guru de la aerodinamica

Aprovechando que el Pisuerga pasa por aquí... ¿tu podrias indicarme un texto donde explique como se distribuyen las fuerzas que van a los puños de una vela, a partir de la accion del viento que incide sobre ella y de la "forma de la vela" (profundidad de bolsa o relacion flecha/cuerda; posicion de la bolsa; y alabeo...)

Nada que sea sesudo... Tan solo una formulacion aproximada, para al menos tener un numero de referencia y poder estimar las cargas que actuan en los puntos de anclaje de las velas...

Saludos

[U25pies]

hola, Keith11, un saludo, pues no lo sé, lo que he leído es que hay que suponer una fuerza igual a la fuerza total de la vela

es difícil encontrar buenos libros y el foro BoatDesign tiene un buscador que es una castaña y es bajar a una mina de carbón

lo más directo es tener la suerte de encontrar lo buscado en un congreso como hiswa

http://www.hiswasymposium.com/symposium-papers

a ver si encuentro algo

[U25pies]

recuerdo que cuando en BoatDesign salió la discusión de la tensión en la escota de la Mayor la vieja guardia decía que las fórmulas tradicionales sobredimensionan una barbaridad, algo que encaja con la tradición en los barcos

he estado mirando la que usa Harken

http://www.harken.com/MainsheetLoading/

y viene a ser 2 veces la fuerza máxima (que ronda un coeficiente de 1,5) que al final viene a ser multiplicar x 3

así que como lo normal en un barco es multiplicar todo x 2 y x 3 me imagino que por eso nadie habla en concreto de cuánta tensión hay exactamente aquí y allá

[U25pies]

Coeficiente de Sustentación (CL)
Angulo de Ataque (AoA)
Alargamiento (AR, Aspect Ratio)

(bueno, con la escala del ángulo de ataque no sé qué carallo he hecho)

primer experimento

agarramos y metemos en el túnel de viento un Ala de alargamiento infinito, así, un Ala de tamaño infinito qué menos, es la más fácil de construir y estudiar pues es el Ala que va de pared a pared del túnel de viento

vamos subiendo el ángulo de ataque y va subiendo la sustentación hasta algo más de 1,6 con 15 grados y luego la sustentación se desploma

segundo experimento

metemos en el túnel de viento un Ala con un alargamiento de 10 (AR = 10) y resulta que se parece bastante al Ala de alargamiento infinito, pues el coeficiente de sustentación se aproxima a 1,5 con 15 grados de ángulo de ataque

bien

de aquí deducimos que con cada grado de ángulo de ataque se consigue entre 0,10 y 0,11 de coeficiente de sustentación

tercer experimento

metemos en el túnel de viento una solitaria Vela de alargamiento 2 (AR = 2)

y la Vela consigue un coeficiente de sustentación de alrededor de 1,5 con 30 grados de ángulo de ataque

y llega Ludwig Prandtl y hace una teoría que nadie entiende pero de esa teoría se deduce una sencilla fórmula que es capaz de explicar que las dos cosas obedecen a lo mismo

[U25pies]

cuarto experimento

nos ponemos a jugar con placas planas hechas de chapa, y vemos que lo máximo que se puede conseguir con una placa plana es un coeficiente de 0,8 en dos dimensiones

y ahora curvamos la chapa ... y -oh sorpresa- produce sustentación con un ángulo de ataque de cero patatero

fenómenos bien conocidos, pero que nadie te explica bien porque unos se van por nubes teóricas y otros se quedan atrapados en una nube de datos, y entre unos y otros los que buscamos hacer estimaciones reales en el mundo real acabamos con la cabeza caliente y los pies frío con tanta teoría que no hay nadie que entienda

por fortuna un día me topé con un buen aficionado/apasionado: un físico aficionado a los veleros a radiocontrol:

http://www.onemetre.net/Design/Design.htm

y entre todo el enredo teórico de siempre ... apareció lo que buscaba

cl_2d = 0,8 + 4 pi x (flecha / cuerda)

joooooder, asín sí

[U25pies]

así ya tenemos una caja de herramientas con 3 herramientas

una herramienta para traducir a tres dimensiones:

CL_3d = cl_2d / (1 + (2 / AR))

y dos herramientas para estimar el coeficiente de sustentación en dos dimensiones:

cl_2d = 0,10 x AoA

cl_2d = 0,8 + 4 pi x (flecha / cuerda)

la primera la usamos para orzas y timones y ángulos de ataque pequeños, y la segunda la usamos para velas y ángulos de ataque grandes

además tenemos que tener en cuenta dos cosas:

-es muy difícil conseguir un coeficiente (CL_3d) mayor de 1,5 con un Ala simple o una Vela solitaria, así que en principio 1,5 actúa como tope

-el embolsamiento más grande con el que podemos contar es la mitad del ángulo de ataque, no podemos calcular suponiendo el embolsamiento que nos de la gana porque no sería realista, ejemplo: con un ángulo de ataque de 20 grados podemos suponer un embolsamiento del 10% (0,10 = flecha / cuerda)

con esta pequeña caja de herramientas podemos montar y desmontar bastantes casos de Alas sencillas y Velas

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el primer modelo que se propagó fue el modelo de Hazen publicado en 1980, A Model of Sail Aerodynamics for Diverse Rig

y de ahí viene el actual modelo de ORC

http://www.orc.org/

el modelo de Hazen simplemente presupone que en ceñida la tripulación trima las velas hasta conseguir un coeficiente de 1,5 y si el barco escora mucho y no aguanta tanta fuerza entonces se aplana (Flat) las velas quitándoles embolsamiento y se reduce (Reef) la superficie vélica, aunque en realidad lo que se hace es aplanar, abrir y darle torsión/alabeado a las velas

la mayoría de los Programas de Predicción de la Velocidad (VPP) están basados en el fondo en el modelo de Hazen

el modelo de Hazen refleja cómo son los veleros de regatas: hay un montón de trapo y luego aplanar y aplanar y aplanar con tensión, tensión y más tensión

desde el punto de vista de un crucerista o transportista de latas de cervezas la forma de actuar de los regateros es un poco extraña

¿para qué narices quieren tanto trapo si después les sobra potencia/fuerza por todos lados?

Y es que la Sustentación, Lift, es la mitad de la película, la otra mitad de la película es la Resistencia aerodinámica: Drag, el arrastre

los regateros están obsesionados con el arrastre, están obsesionados con la resistencia aerodinámica, tanto que han impuesto sus obsesiones a todos los demás, así podemos ver cómo vamos navegando la tribu de los cruceristas: dingui colgando de un arco-portería, un toldo, un motor fueraborda, un cargador eólico, una placa solar, una tremenda capota ... y el palo/mástil agujereado para esconder las drizas no vaya a ser que una driza por fuera del palo roce mucho con el viento y frene al velero creando "resistencia aerodinámica parásita" ... y un palo/mástil alto alto rascando el cielo no vaya a ser que haya mucha "resistencia inducida" rumbo a la boya de barlovento

los así llamados 'cruceros' son como concepto barcos de regatas de los años 60-70-80 del siglo pasado pero con muebles, y últimamente con popa ancha y un poco más de timón

mi próximo velero será un barco optimizado para el honrado transporte de latas de cerveza y fabada y llevará un palo chiquitajo y al palo ni tocarlo, cerrado por los dos extremos, y las drizas por fuera

¿cuál es la mejor forma de optimizar un velero para la ceñida?

pues cortar el casco por la mitad (como los veleros deportivos que navegan top less sólo con la parte de abajo del casco) luego cortar la tripulación por la mitad y luego cortarle la cabeza al patrón, todo sea por reducir la resistencia aerodinámica