Progettazione di carene nautiche efficienti

di Franco Harrauer

Triangolo del “Roker” o flesso positivo

Le riviste della nautica da diporto ci propongono magnifiche fotografie di altrettante bellissime barche che in velocità, con la loro potenza, provocano spettacolose scie e fendono le acque con fantastici baffi di schiuma. Non voglio dedicare le seguenti mie note all’ attenzione dei bravissimi fotografi tesi a cogliere l’attimo più favorevole per immortalare una bella immagine, bensì ai progettisti e costruttori, ai quali spero vengano sottoposte le foto prima della loro pubblicazione.

L’assetto di una imbarcazione e la sua scia spesso tradiscono difetti di progettazione che, se non si palesano nell’immagine, si manifestano nell’efficienza.

Nella geometria di carena, l’angolo ottimale di assetto longitudinale Beta é in funzione dell’angolo di diedro e questo, a sua volta, lo é del coefficiente di velocità V/Rad di L coefficiente che empiricamente può variare da 3 a 8, per diedri allo specchio di poppa compresi tra i 16° ed i 25°.

Renato Levi nella formulazione di questi dati evidenzia che L (lunghezza al galleggiamento) é un parametro valido per scafi a dislocamento. Pertanto, conoscendo la dinamica dei fluidi, la carena planante esige altre considerazioni.

L’angolo di assetto ottimale oscilla nello spazio tra due estremi negativi non molto distati tra di loro, spazio determinato dalle relazioni e le posizioni dei seguenti punti:

Delta: Baricentro del dislocamento
Ld: Centro di sollevamento dinamico
Lh: Centro di sollevamento idrostatico
Lt: Centro di sollevamento totale

Ora, questo angolo ottimale é anche in funzione della velocità e spesso viene superato alle basse velocità, mentre é molto piccolo a quelle alte.

Nel primo caso l’angolo troppo grande, genera forte resistenza dovuta all’onda di pressione sulla linea di stagnazione. Inoltre a bassa velocità, un fattore negativo può essere quello di un carico unitario (Kg X mq.) troppo elevato
Nel secondo caso l’assetto troppo piatto fa aumentare la superficie bagnata e la conseguente resistenza

Faccio un’ esempio di carichi elevati:

un aereo da caccia supersonico del tipo F 104 Starfighter, che ha una superficie alare di soli 18mq, per volare avrebbe bisogno di 722 Kg x mq e di una pista di oltre 3000 metri con una velocità di 300 nodi, dato il suo peso al decollo di 13 tonnellate.

Diciamo avrebbe, in quanto in realtà con una potenza di 7000 Kg/spinta ed una generosa superficie di ipersostenta mento, decolla in uno spazio e ad una velocità decisamente minore.

Questo esempio ci riporta alla necessità di usare elementi ipersostentatori per aiutare il decollo, oltre che l’assetto longitudinale e trasversale, in una imbarcazione planante, visto che tendenzialmente i dislocamenti aumentano in modo inversamente proporzionale alle potenze applicate.

Le architetture delle sovrastrutture con linee aerodinamiche e prue basse ed affilate, possono indurre in errore nell’apprezzamento dell’assetto più o meno cabrato “, per usare ancora un termine aereonautico; assetto che è sempre riferito alla linea di base L.B. o linea di chiglia, invisibile sott’acqua; ma guardando la “coda”, si può capire, anche da una fotografia, se l’imbarcazione naviga correttamente.

Una coda lunga e piatta è sempre indice di un bilanciamento perfetto e di una minima resistenza all’avanzamento.

L’assemblea che ha celebrato il 50° anniversario dell’Associazione Nazionale dei Progettisti Nautica da Diporto, della quale nel 1972 sono stato uno dei fondatori assieme a Pietro Baglietto, Paolo Caliari, Renato Levi ed un gruppo di progettisti, ho inviato il seguente messaggio:

Meno design e più tecnologia.

Al messaggio diretto ai progettisti, ai cantieri costruttori e adesso in buona misura anche ai fotografi ed editori, posso aggiungere:

Occhio alla coda

Rio de Janeiro 2004

P.S.:
Alle figure 1 – 2 – 3, che rappresentato le caratteristiche delle code alle varie velocità, ho voluto aggiungere la figura 4, che svela un piccolo segreto per diminuire la resistenza. Il “flesso positivo” o “Roker” è ormai il “segreto di Pulcinella”!! Molte volte in sede di progetto, questo artifizio si é reso necessario per imbarcazioni molto veloci.

Come abbiamo visto, l’angolo di assetto ottimale Beta, consente una riduzione della superficie bagnata mediante un “sollevamento” di tutto lo scafo, con conseguente riduzione in larghezza di quest’ultimo, ma non in lunghezza. Si può ridurre questa lunghezza e concentrare tutto il peso su un triangolo relativamente piccolo, la cui altezza é indicata in R. Questo triangolo é il “Roker” o flesso positivo, una specie di “zeppa al rovescio”. “L’angolo Beta” aumenta di un paio di gradi, ma lo scafo é ormai quasi tutto fuori dall’acqua come un F 104 Starfighter, su pochi metri quadrati di superficie di sostentamento ed una coda perfetta.

Un ‘ultimo particolare che Pulcinella deve sapere: é necessaria una grande potenza!

Nomenclatura termini tecnici usati nel presente articolo con una premessa:

Innanzi tutto dobbiamo distinguere i significati delle parole Pressione e Forza nel loro concetto vettoriale, cioe’ di Direzione e Intensità..

Delta: Baricentro del dislocamento o Peso totale = Centro geometrico del peso totale (barca ferma in assetto orizzontale longitudinale e trasversale come se fosse appesa appesa ad una gru)
Ld: Centro di sollevamento dinamico = Centro geom. dell’area che sostiene il Delta in velocità
Lh: Centro di sollevamento idrostatico = Centro geom. del volume che sostiene la barca in galleggiamento da ferma
Lt: Centro di sollevamento totale = Centro geom. di Ld + Lh
L: Sollevamento dinamico = Forza di sollevamento dello scafo in corsa
F: Pressione normale fondo scafo = Pressione idrostatica di sollevamento dello scafo in corsa

Sembra evidente, dall’esame del parallelogramma delle forze e pressioni, che per far volare a bassa velocità il piccolo biplano con la sua grande resistenza aereodinamica, e’ sufficiente poca potenza. Invece per l’ F104, aerodinamicamente molto efficiente per il volo supersonico, sono necessari più di 7.000 Kg/spinta.

Ma l’ F 104 ha un’ala “Roker”