Cuando Oracle Team USA y Emirates Team New Zealand compitieron en la bahía de San Francisco en 2013 con sus AC72, los espectadores vieron por primera vez en una competición importante veleros con alas rígidas de 40 metros de altura navegando a 44 nudos. No eran velas. Eran alas. Y revolucionaron la vela de competición.
Qué es una wing sail
Una wing sail es un mástil con perfil aerodinámico de sección rígida, similar al ala de un avión. A diferencia de una vela convencional —que es una membrana flexible que toma su forma por la presión del viento y los tensores del aparejo— el ala rígida tiene una forma fija diseñada para generar la máxima eficiencia aerodinámica en un rango de ángulos de navegación.
La diferencia fundamental respecto a una vela de tela está en el coeficiente de sustentación. Una vela de tela bien diseñada puede generar un coeficiente de sustentación (CL) de aproximadamente 1,5. Un ala rígida bien diseñada puede alcanzar CL de 2,5 a 3,5. Esto significa que, para el mismo área proyectada, el ala genera entre un 60% y un 130% más de fuerza propulsora que la vela de tela.
La estructura del ala del AC72
El ala de los AC72 tenía una altura de 40 metros (131 pies), la más alta que se haya usado en una competición de regata. Estaba dividida en una serie de secciones horizontales, cada una con su propio sistema de control.
El mástil: El elemento central del ala era el mástil rígido, de carbono, que giraba alrededor de su propio eje para orientar el ala respecto al viento. En lugar del tuning de tensores del aparejo convencional, los regatistas controlaban el ángulo del mástil completo.
Los flaps: Cada sección del ala llevaba un flap (aleta de borde de salida) que podía inclinarse de forma independiente respecto al cuerpo principal del ala. Ajustando el ángulo del flap, los tripulantes podían cambiar el perfil de sustentación del ala en esa sección, similar a los flaps de los aviones que cambian el perfil del ala durante el despegue y el aterrizaje.
El control hidráulico: El sistema de control de los flaps era completamente hidráulico. Los tripulantes generaban presión hidráulica —a través de palancas de mano en los AC72, o del innovador sistema de pedales en el AC50 de ETNZ— que accionaba los cilindros hidráulicos que movían los flaps.
Las transiciones: Las uniones entre secciones del ala eran elementos críticos de diseño. Si la transición no era suave, se creaban zonas de turbulencia que reducían la eficiencia del ala. Los equipos de la Copa América investigan estas transiciones con modelos computacionales (CFD) durante años.
Por qué el ala es más eficiente
La superioridad aerodinámica del ala rígida se debe a varios factores:
Perfil constante: El ala mantiene su perfil aerodinámico ideal en todo momento, independientemente de las variaciones de viento. Una vela de tela, bajo rafagas o cambios de dirección, se deforma momentáneamente y pierde eficiencia. El ala, al ser rígida, no se deforma.
Mejor ratio de aspecto: Las alas de los AC72 tenían una relación entre la altura y la cuerda (ratio de aspecto) muy alta, similar a las alas de planeadores y aviones de alta eficiencia. Este ratio alto significa menos resistencia inducida (la resistencia que acompaña inevitablemente a la generación de sustentación).
Control tridimensional: La posibilidad de ajustar el perfil del ala independientemente en cada sección permite optimizar el perfil para las condiciones exactas de cada momento. Una vela de tela tiene un perfil esencialmente uniforme a lo largo de su altura.
El problema de seguridad: no se puede arriar
La gran debilidad del ala rígida es que no puede arriarse. Una vela convencional puede amainarse en pocos segundos en caso de viento excesivo. El ala solo puede “despresorizarse”: los flaps se abren al máximo para que el viento fluya a través sin generar sustentación, pero el ala sigue siendo un objeto enorme que recibe la presión del viento.
Durante los entrenamientos del AC34 en San Francisco, esta limitación tuvo consecuencias trágicas. El vuelco del AC72 de Artemis Racing y la muerte de Andrew Simpson pusieron de manifiesto que las alas rígidas en condiciones de viento extremo creaban situaciones de emergencia muy difíciles de gestionar.
Las modificaciones de seguridad introducidas después del accidente —limitadores de inclinación de los foils, procedimientos de emergencia para el vuelco— no eliminaban el problema fundamental: si el barco volcaba con el ala rígida en posición extendida, el rescate era extremadamente complicado.
El regreso a las velas de tela en el AC75
Para el AC36 y el AC37, con los AC75, se eligió volver a las velas de tela. La decisión estuvo motivada principalmente por razones de seguridad y de coste: las alas rígidas eran extraordinariamente caras de construir (varios millones de euros cada una), no podían transportarse con el barco y requerían procedimientos de manejo portuario muy complejos.
Las velas de tela del AC75 son, sin embargo, velas de alta tecnología: laminados de carbono con mylar, perfiles optimizados por CFD, y superficies casi tan eficientes como un ala rígida en el rango de ángulos de uso habitual. La diferencia de rendimiento entre el ala rígida y las mejores velas de tela actuales se ha reducido significativamente gracias a los materiales y al diseño computarizado.
El legado de las wing sails
Aunque los AC75 han vuelto a las velas de tela, el legado de las alas rígidas vive en la forma en que los diseñadores de velas piensan el problema. Las herramientas de CFD desarrolladas para optimizar las alas rígidas se aplican hoy al diseño de las velas de tela de alta tecnología. Los conceptos de control tridimensional del perfil se han trasladado al diseño de los sistemas de tuning de las velas modernas.
Las wing sails del AC34 y el AC35 fueron el laboratorio más avanzado de aerodinámica de vela de la historia, y sus enseñanzas siguen resonando en cada vela de competición que se diseña hoy.