La Afirmación
Un examen riguroso de la geometría, la física y el comportamiento en condiciones reales de las instalaciones de timones auxiliares fuera de la línea de crujía.
— Declaración de marketing de circulación pública"Hace varios años, se realizaron diversas pruebas a través de la Universidad de Southampton para determinar si las instalaciones descentradas afectan el rendimiento. Las pruebas fueron concluyentes: al Hydrovane le resulta absolutamente indiferente su ubicación — siempre que disponga de 'agua limpia' con la que trabajar, el timón puede producir su determinada cantidad de fuerza de gobierno dondequiera que se encuentre instalado. Más importantes aún, sin embargo, son las experiencias reales en el agua. Aproximadamente el 80% de las instalaciones de Hydrovane en los últimos 20 años se han montado descentradas, y contamos con cientos de testimonios de clientes satisfechos. Las únicas ventajas de una instalación en el centro podrían ser la estética (para algunos barcos tradicionales) y quizás una mayor protección brindada por la quilla del barco."
La marca presenta como conclusión general que una instalación descentrada mantiene su eficacia, pero en esta afirmación no proporciona un documento técnico auditable de forma independiente ni un trabajo académico que presente el análisis vectorial, las ecuaciones, las condiciones de ensayo y los resultados cuantitativos necesarios para evaluar dicha conclusión de manera independiente.
La experiencia de los usuarios y el número de instalaciones constituyen observaciones operativas relevantes. Sin embargo, por sí mismos, no demuestran que una instalación de un timón auxiliar fuera de la línea de crujía sea geométricamente equivalente a una instalación centrada en todas las condiciones de funcionamiento.
Por tanto, la cuestión técnica no es si una instalación descentrada puede funcionar. Evidentemente, puede hacerlo. La cuestión relevante es si se mantienen la misma geometría de gobierno y la misma fuerza efectiva de gobierno cuando el timón se desplaza respecto de la línea de crujía, especialmente cuando cambian el ángulo de escora, la inmersión del timón, las condiciones de flujo y la dirección de las fuerzas aplicadas.
Esta distinción es importante a la hora de evaluar una afirmación técnica relacionada con los efectos de la geometría de instalación.
Una Cuestión de Física y Geometría
Esta afirmación no está respaldada por la evidencia disponible.
¿Por qué?
Los principios de la física y la geometría básica demuestran que una instalación descentrada producirá un resultado negativo. Cuanto mayor sea el barco, más pronunciado será el efecto.
La Física: Qué Ocurre Realmente Cuando el Barco Escora
Para calcular la altura h respecto a la horizontal — es decir, cuánto sale la pala del timón fuera del agua cuando el barco escora — se utiliza la función trigonométrica del seno:
Un ejemplo concreto
Si desplaza el autopiloto por veleta 40 cm de la línea de crujía y el barco escora 30°, perderá 20 cm de pala del timón en el agua.
Superficie Efectiva: El Costo Real
Si 20 cm de la pala salen del agua, la superficie efectiva se reduce del 30% teórico de la pala del timón auxiliar al 24%.
Si lo desplazamos 60 cm de la línea de crujía, el resultado es que habremos perdido aproximadamente un tercio de la superficie original.
| Desplazamiento de la línea de crujía | Ángulo de escora | Pérdida vertical (h) | Superficie efectiva | Pérdida vs. línea de crujía |
|---|---|---|---|---|
| 0 cm (línea de crujía) | 30° | 0 cm | 30% | — |
| 20 cm | 30° | 10 cm | 27% | −10% |
| 40 cm | 30° | 20 cm | 24% | −20% |
| 60 cm | 30° | 30 cm | 20% | −33% |
| 80 cm | 30° | 40 cm | 17% | −43% |
Por Qué Importa el Área Total de la Pala
Para adaptar los timones auxiliares a barcos de mayor eslora, los fabricantes de la industria han tenido que aumentar la superficie de sus palas de timón. Eso demuestra que el área total de la pala importa.
Por lo tanto, afirmar o fomentar activamente la instalación de un timón auxiliar fuera de la línea de crujía — independientemente del argumento que se utilice, ya sea una supuesta validación universitaria o el hecho de que miles de usuarios lo hacen — no es coherente con los principios básicos de la física y la geometría.
Punto clave: La física y la geometría básica demuestran que el resultado siempre será negativo. De hecho, cuanto mayor sea el barco, peor será el resultado.
Tamaño del Barco: Dónde Está el Límite
Barcos de hasta ~42 pies
En barcos de hasta, digamos, 42 pies, se puede desplazar el autopiloto por veleta de la línea de crujía — hasta unos 30 cm — y compensar parcialmente la pérdida de rendimiento utilizando una pala de timón más grande.
Esto, por supuesto, tiene un límite determinado por las cargas que los materiales deben soportar.
South Atlantic ofrece tres tamaños de pala de timón auxiliar precisamente para abordar esta realidad: darle al instalador la capacidad de recuperar el área perdida cuando un pequeño desplazamiento es inevitable.
Barcos más grandes
Pero en un barco más grande, esto simplemente ya no es una solución viable.
A menos que acepte que, con el timón regular, el sistema solo funcionará correctamente cuando el barco escore hacia uno de los dos lados.
Y eso, obviamente, no es aceptable.
Base técnica del análisis
Las conclusiones presentadas en este análisis se basan en principios fundamentales de física y geometría, junto con los resultados de estudios técnicos y académicos relevantes sobre las fuerzas que actúan sobre los timones, el comportamiento hidrodinámico, los efectos de la escora y la geometría de los sistemas de gobierno.
Estos estudios no necesariamente investigan específicamente el Hydrovane ni los timones auxiliares instalados fuera de la línea de crujía. Su relevancia reside en que establecen, de manera independiente, principios relacionados con el comportamiento de las superficies de control sumergidas y con las fuerzas hidrodinámicas que actúan sobre ellas.
Cuando estos principios se aplican a un timón auxiliar instalado fuera de la línea de crujía, la geometría de la instalación adquiere relevancia técnica. El desplazamiento lateral del timón introduce una variable geométrica adicional que interactúa con la escora del barco, la inmersión del timón, el flujo de agua y la dirección de las fuerzas hidrodinámicas.
Por lo tanto, el objetivo de este análisis no es cuestionar si una instalación descentrada puede funcionar. La experiencia real demuestra claramente que puede hacerlo
La cuestión técnica es más específica:
¿El desplazamiento de un timón auxiliar fuera de la línea de crujía mantiene inalteradas la geometría y las fuerzas efectivas de gobierno en todas las condiciones de navegación?
A la luz de los principios físicos y geométricos analizados a continuación, esta equivalencia no puede simplemente darse por supuesta. Los siguientes estudios y referencias técnicas proporcionan la base científica para este análisis.
Instale en la línea de crujía. Preserve toda el área efectiva de su timón auxiliar. Preserve su autoridad de gobierno cuando más lo necesite.
Technical Resources & Bibliography
Technical documentation covers the following references:
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Polytechnic University of Madrid (ETSIN), Department of Naval Architecture.
Zamora-Rodríguez, Izquierdo-Yerón and Botia Vera conducted experimental tests in a 100 m towing tank, complemented by CFD (Computational Fluid Dynamics) simulations, to investigate how vessel heel affects rudder hydrodynamic performance. The study demonstrates that the lateral force generated by a rudder varies significantly with the vessel's heel angle: it increases when the rudder is on the windward side and decreases when it is on the leeward side. The results also show that the rudder's degree of immersion and its orientation relative to the incoming flow are critical factors governing the steering force it can generate.
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TU Delft (Netherlands) — the most established research group in the field
Keuning, Vermeulen, Katgert and others, from the Ship Hydromechanics Laboratory at Delft, have a specific line of research on this subject, with two relevant papers:
“The Yaw Balance of Sailing Yachts Upright and Heeled” — uses data from the DSYHS (Delft Systematic Yacht Hull Series) and the DSKS (Delft Systematic Keel Series), systematic series of tests involving different hulls, keels and rudders, both upright and heeled. • “Optimization of Upwind Sailing Applying a Canting Rudder Device” — tests conducted at the Delft laboratory using a 1992 America's Cup model, measuring rudder force separately under upright and heeled conditions. Delft is probably the world's most widely cited academic center for sailing yacht hydrodynamics. Its systematic series (DSYHS) have been a standard reference in sailing yacht design since the 1970s.
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Australian Maritime College
“The Effect of Heel Angle and Free-Surface Proximity on the Performance and Strut Wake of a Moth Sailing Dinghy Rudder T-Foil” — experimental tests conducted in the towing tank at the Australian Maritime College. This is the most directly relevant study of all: it explicitly measures how heel angle and proximity to the free surface — that is, how close the rudder blade is to the air — affect rudder lift and drag, while varying immersion depth, angle and speed.
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Naval Surface Warfare Center (Carderock), USA
A paper presented at the 18th Chesapeake Sailing Yacht Symposium (2007) describes tests in which sailing yacht rudders were instrumented with strain gauges and tested in a towing tank at different speeds, heel angles, and wave conditions. The study explicitly documents the case in which, at approximately 15° of heel, the upper part of the rudder reaches the free surface — in other words, it experimentally examines precisely the phenomenon in question: what happens to the rudder blade as heel brings it closer to emerging from the water.
-
University of Duisburg-Essen (UDE), Germany, in collaboration with the Federal
Waterways Engineering and Research Institute (BAW) and the Development Center for Ship Technology
and Transport Systems (DST).
Numerical and Experimental Investigation of Rudder-Induced Hydrodynamic Forces
- Approach:
- Experimental investigation in a towing tank combined with CFD simulations to measure lateral forces, hinge moments, and pressure distributions at high angles of attack.
- Key contribution:
- Fundamental to understanding the behavior of a primary or auxiliary rudder when a vessel undergoes severe yawing and extreme maneuvering conditions, such as broaching — a critical situation encountered particularly in lightweight performance sailing yachts and ocean-going sailing vessels.
-
Technical University of Denmark (Danmarks Tekniske Universitet – DTU),
Department of Mechanical Engineering.
Core research team:
- Stig Staghøj Knudsen — Principal researcher and author of the PhD thesis.
- Jens Honoré Walther — Professor and principal project supervisor.
-
TENSTA Bretagne / GSea Design (Francia),
- Paper de INNOV'SAIL 2017 (4ta Conferencia Internacional de Innovación en Veleros de Alto Rendimiento, Lorient), firmado por investigadores de ENSTA Bretagne (doctores de la École Centrale Lyon, Universidad de Nantes, ENS Cachan) y GSea Design — la consultora que diseñó los apéndices de los catamaranes voladores de Oracle Team USA, Artemis Racing y Groupama en la America's Cup. El paper confirma como principio de diseño establecido que la altura del apéndice respecto a la superficie libre del agua es un parámetro crítico que modifica la distribución de cargas, y que evitar la ventilación (entrada de aire, que colapsa la sustentación hidrodinámica) es el objetivo que persiguen arquitectos navales y analistas de rendimiento para maximizar la eficiencia del apéndice.
-
Technical University of Denmark (DTU)
Dynamic Fluid-Structure Interaction (FSI) of Racing Sailboats
- Approach:
- Developed at DTU, this work applies fluid-structure interaction models incorporating flexible hulls, keels, rudders, and foils operating in waves.
- Key contribution:
- Demonstrates how rudder blade flex under extreme loading conditions alters the effective angle of attack and overall drag. In high-performance sailing yachts, the torsional stiffness of the rudder blade helps prevent cavitation and loss of steering control (stall).
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