Le carene a V profondo

di Renato Levi

Qualsiasi nuovo progetto porta vantaggi e svantaggi. Un progetto che segna un passo avanti può essere definito quello in cui i vantaggi superano gli svantaggi. Credo che gli scafi a V profondo siano uno dei pochi casi in cui poco si può dire delle qualità negative dato che queste vengono eclissate da quelli che sono gli attributi positivi.

Non è pensabile che uno scafo veloce d’altura (sia da turismo che da gara) possa avere altro che un forte diedro o un V profondo. Tuttavia quando questo tipo di scafo è stato introdotto circa dieci anni fa c’era, comprensibilmente, molta gente che non era convinta  fosse veramente superiore a quelli più convenzionali a fondo svergolo o monoedrici con diedro moderato.

Sono tuttavia sorpreso che non sia ancora stato detto o scritto molto per criticare questa forma base di scafo.

Naturalmente ci sono buoni e cattivi esempi, ma dopo aver preso in considerazione tutti e solamente gli esempi che avuto successo noi potremmo giungere ad un confronto realistico. Le critiche come per esempio:

• “sì, ma questi scafi richiedono una potenza enorme per spingerli”
• “rollano terribilmente”
• o da parte dei costruttori: “questi pattini sono difficili da mettere”.

Secondo il mio parere queste critiche non detraggono in alcun modo i meriti effettivi degli scavi a V profondo, inoltre non tengono in considerazione tutti i problemi:

i pattini, per esempio, possono essere difficili da costruire ma, indipendentemente dalla loro necessità, da un punto di vista di efficienza contribuiscono ad irrigidire il fondo e in tal modo consentono una riduzione della struttura altrove (ad esempio nello spessore dello scafo, nelle ordinate e così via).

Ritengo necessario chiarire alcuni termini – come sfondo svergolo, sezione costante (o monoedrica) e V profondo – che sono usati spesso anche in modo sbagliato per descrivere i tipi di scafi. Il fatto è che sovente questi termini vengono applicati in modo inesatto. Uno scafo a V moderato con pochi pattini disposti sul fondo viene talvolta erroneamente definito come V profondo.

In queste pagine adotterò la seguente classificazione per le imbarcazioni veloci, dove per veloce intendo dire:

barche che hanno un rapporto velocità-lunghezza superiore a 5 [V/L > 5] in cui la lunghezza L và intesa in piedi mentre la velocità và intesa in nodi (miglia marine per ora).

1. Fondo svergolo: uno scafo che entra a prua con un diedro notevole e che si appiattisce progressivamente verso poppa dove è piatto o quasi.
2. Sezione costante o monoedrica: uno scafo con una sezione planante costante nella parte poppiera (angolo superficie planante fino a 15 gradi o quasi).
3. V profondo: uno scafo che ha diedro di almeno 20 gradi allo specchio di poppa con sezioni più o meno costanti ma con pattini longitudinali.

Forse la maggior critica agli scafi V profondo è che essi richiedono parecchia potenza per planare e che la loro velocità potenziale in acque calme non è altrettanto alta come quella di scafi a sfondo svergolo o a V moderato.

Questo argomento deriva naturalmente dalla teoria che una superficie piana, plana più efficientemente che una inclinata.

Ciò nonostante nelle gare offshore degli anni scorsi si è dimostrato che riguardo alla velocità gli scafi a V profondo presentano dei vantaggi sui fondi svergoli o a V moderato anche in acque calme dato che alcune di queste gare si sono svolte in condizioni che teoricamente sarebbero dovute essere in favore di questi tipi di scafi. La risposta indubbiamente dipende dal fatto che mentre questi scafi a V moderato possono raggiungere velocità più elevate in condizioni di calma a velocità inferiori, diciamo al di sotto di V/L = 5 questo non è il caso con rapporti velocità/lunghezza più elevati. In termini semplici la planata è dovuta alla spinta esercitata sul fondo quando questo preme una massa d’acqua verso il basso.

I fattori principali che regolano la spinta sono: la velocità di avanzamento, la superficie del fondo che dà la spinta verticale e l’angolo di attacco. Man mano che la velocità aumenta sia la superficie che l’angolo di incidenza o tutt’è due saranno ridotti per sollevare un determinato peso. Per ottenere l’equilibrio quando si plana la posizione longitudinale del centro di spinta idrodinamica rimane il medesimo in relazione al baricentro longitudinale (LCG) tenuto conto delle concessioni da farsi per i componenti la spinta.

A scopo di comparazione si assumerà che diversi tipi di scafo in esame abbiano:

• lo stesso peso
• le medesime dimensioni “aspect ratio” da fermo
• il medesimo LCG (baricentro longitudinale) verso poppa
• Anche la spinta, profondità ed angolo saranno gli stessi

All’inizio della planata, la maggiore area di sollevamento della sezione poppiera più piatta degli scafi a V moderato consente una entrata in planata più rapida con un minor angolo di incidenza, che non gli scafi a V profondo. L’entrata in planata viene pertanto raggiunta più facilmente e quindi con minor consumo di potenza. Man mano che la velocità aumenta ambedue i tipi di scafo riducono il loro angolo di attacco.

Alle velocità più elevate che noi consideriamo, questa riduzione di incidenza è maggiore nel caso di scafi con fondo svergolo o a V moderato che non quelli a V profondo, poiché le superfici piane o pressoché piani di planata per i primi tipi non consentono di ridurre progressivamente la superficie bagnata (non è infatti possibile ridurre la larghezza bagnata). Si giunge ad un punto quando le sezioni prodiere ben a V che contribuiscono poco o niente a dare una spinta verticale sono forzate entro l’acqua (aumentando la lunghezza bagnata) e l’imbarcazione diventa instabile sia verticalmente (delfinamento) che lateralmente (coricamento).

La resistenza in questo momento viene anche aumentata al minimo angolo di incidenza che è sostanzialmente inferiore all’optimum. Nel caso degli scafi a V profondo l’evoluzione degli eventi man mano che la velocità aumenta è diversa).

Qui la superficie di spinta verticale effettiva viene ridotta a causa della diminuzione della superficie bagnata provocata dal fatto che lo scafo si solleva completamente fuori dall’acqua. Lo scafo assume un maggiore angolo di incidenza in modo da raggiungere la spinta idrodinamica richiesta da questa ridotta superficie di sostentamento effettiva, mentre a sua volta il maggior angolo di incidenza riduce la lunghezza bagnata, è possibile che a circa la medesima velocità relativamente levata, lo scafo a V profondo possa avere una maggiore superficie bagnata di planata (resistenza dovuta all’attrito) proporzionale a 1/cos B e che da questo punto di vista può essere meno efficiente l’angolo di incidenza per ottenere la planata maggiore sarà prossimo all’optimum ed il guadagno da questo, per tanto sarà maggiore che non la perdita derivante dalla superficie bagnata forse leggermente aumentata.

Questo non tiene in considerazione l’effetto giocato dai pattini longitudinali che in questi scafi a V profondo riducono la superficie di planata e l’assetto, fattori che contribuiscono senza dubbio all’efficienza di questo tipo di forma ad alta velocità. Parlerò di questo punto comunque in maggiori dettagli nella seconda parte di questo articolo, quando (a titolo di curiosità) descriverò dell’opportunità di appiattire la superficie di planata per velocità elevatissime.

(V/L > 20)

Una semplice spiegazione della capacità degli scafi a V profondo di mantenere velocità elevate in acque mosse dipende dal fatto che ai rapporti elevati di velocità/lunghezza a cui si è fatto riferimento queste imbarcazioni possono lasciare l’acqua parzialmente o completamente quando incontrano un’onda ed il punto d’impatto al rientro è normalmente nella parte posteriore, ne consegue che se la sezione poppiera è piatta questi impatti saranno maggiori che se questa fosse a V, gli scafi con sfondo svergolo e a V moderato per tanto devono rallentare la marcia prima degli scafi a V profondo.

Anche se noi assumiamo che le condizioni non siano abbastanza mosse perché l’imbarcazione lasci l’acqua, avremo comunque un comportamento meno confortevole nel caso dello scafo con superfici piatte. Se noi guardiamo il diagramma della distribuzione della pressione possiamo vedere che c’è una maggior concentrazione di pressione nel caso di scafi a fondo piatto. Ogni cambiamento di assetto rispetto alla superficie dell’acqua sarà in questo caso corretto più bruscamente producendo un movimento di impatto violento e assoggettando la struttura dello scafo a sforzi considerevoli.

Le sezioni prodiere a V profondo che si trovano normalmente negli scafi a fondo svergolo possono rendere l’imbarcazione molto bagnata anche se queste sezioni hanno una certa svasatura.

Gli scafi a V profondo inoltre assicurano una migliore stabilità direzionale che non quelli a V moderato. Questo può essere d’importanza relativamente minore quando si marcia con il mare in prua o al traverso mentre è un attributo essenziale quando si deve marciare con mare in poppa. La mancata differenza in spinta verticale tra le sezioni prodiere e poppiere degli scafi a V moderato (poppa piatta e prua a V profondo) possono in certe condizioni produrre una notevole oscillazione del centro di resistenza laterale.

Questa estrema mancanza di equilibrio tra le sezioni di poppa e di prua, provoca uno spostamento verso prua nel centro di resistenza laterale quando lo scafo scende dalla cresta di un’onda entro il cavo. La prua tende ad immergersi nell’onda seguente con un risultante temporaneo rallentamento, sebbene l’elica spinga costantemente.

A questo punto la poppa avrà la tendenza, a causa della posizione estremamente spostata in avanti del centro di resistenza laterale in relazione al baricentro, a sbandare tanto a destra che a sinistra. Se questo sbandamento non viene controllato immediatamente con una correzione del timone (ammettendo che ciò sia possibile) l’imbarcazione si traverserà ed in casi estremi la poppa supererà la prua con i pericoli che possono derivare.

L’introduzione di una deriva spesso aiuta in questi casi portando il centro di resistenza laterale all’indietro poiché presenta una superficie verticale nella porzione poppiera dello scafo che riduce la rapidità dello sbandamento. Anche con questa superficie di deriva comunque è spesso estremamente faticoso e occorrono nervi saldi per mantenere questi scafi in rotta. Gli scafi a V profondo non soffrono di questa instabilità direzionale, poiché hanno sezioni relativamente piene a prua e sezioni a V profondo a poppa.

La morbidezza in virata ad elevata velocità è un altro fattore positivo degli scafi a V profondo.

Questo attributo può essere parzialmente spiegato dal fatto che le condizioni variabili di assetto che possono verificarsi durante una virata a causa delle irregolarità della superficie dell’acqua il movimento longitudinale del centro di resistenza laterale è minimo se confrontato rispetto a quello di uno scafo a V moderato. In effetti questo significa che le varie forze che agiscono su uno scafo che vira cambiano poco una in relazione all’altra nel caso di uno scafo a V profondo. La virata è pertanto più controllata.

Tale comportamento nella virata è anche dovuto al fenomeno di inclinazione laterale verso l’interno della virata. Tale inclinazione è pronunciata nel caso degli scafi a V profondo, quando la distribuzione della pressione trasversale sotto lo scafo permette alla forza centrifuga di essere ben contenuta dalle forze esercitate sullo scafo dal o dai timoni. E non c’è l’effetto dovuto allo spigolo esterno alla virata che in questo caso si trova ben fuori dall’acqua.

Nel caso di scafi a V molto profondo l’inclinazione durante la virata può essere eccessiva provocando inconvenienti come il fatto che le eliche possono uscire dall’acqua. Questo può essere facilmente controllato per mezzo di cunei agli spigoli.

Questi cunei entrano in gioco solo durante le virate ed hanno l’effetto di controllare l’inclinazione.

Nel caso di scafi a fondo piatto, dall’altra parte, c’è una tendenza dell’inclinazione verso l’esterno con il risultato che lo spigolo esterno preme contro l’acqua con la possibilità in casi estremi di provocare il rovesciamento.

Tale effetto può essere ridotto in un certo modo smussando lo spigolo ma non può in ogni caso essere eliminato completamente. Timoni molto profondi sono spesso necessari per evitare questa tendenza.

Articolo pubblicato sul periodico “Mondo Sommerso” – luglio 1969 e qui riprodotto per g.c. dell’autore