Le Resistenze all’Avanzamento – 2^ parte
20 ottobre 2013
Mangusta 165′
20 ottobre 2013

Le Resistenze all’Avanzamento – i Plananti

                                                                                           Tecnologia e Tecnica                                                 dell’Ing. Dino Piacci

 

Le Resistenze all’Avanzamento sui Plananti

da: “Prestazioni, Alte Prestazioni, Maghi e Fattucchiere”

Abbiamo appena visto quante e quali  fonti di Attrito ci siano sui Dislocanti, la loro complessità, e quanto  influenzino la navigazione: ma non pensate che coi Plananti il discorso sia più semplice, anzi.

Nonostante su questi scafi non agiscano alcune delle Resistenze presenti sui primi, lavorare sugli Attriti resta comunque molto complesso, poiché subentrano altrettante leggi della fisica a fare da ostacolo, prima tra tutte quella che regola il sostentamento idrodinamico di uno scafo Planante.

Entrano quindi in ballo le geometrie di carena, equilibri, stabilità, angoli, e tutta una serie di altre cose che vedremo man mano che approfondiremo gli argomenti. Iniziamo specificando quali sono i fattori che incidono sull’Attrito e di conseguenza sulle prestazioni in generale.

E’ intuitivo che, trattandosi di scafi Plananti, è molto importante che questi abbiano un buon bilanciamento ed equilibrio, inteso come buon Assetto.

Non saprei se dire che un buon Assetto riduce l’Attrito, o che una riduzione di quest’ultimo favorisca  un Assetto adeguato !

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Comunque sia, come prima cosa si dovrà lavorare per realizzare un buon sostentamento, poiché, come vedremo, è proprio dalla mancanza di quest’ultimo che nasce si sviluppa la Resistenza di Superficie.

Cominciamo dai primi movimenti, quando l’imbarcazione Planante sale sull’onda di prua creata dallo scafo stesso, dando così inizio alla planata. Per capire quali siano i fattori e le forze in gioco durante il moto, osserviamo ciò che accade sotto una carena in questa fase. La prima ad entrare in campo è la ForzaF”, ovvero quella Forza che, agendo verticalmente dal basso verso l’alto, genera una Spinta di sollevamento idrodinamico dello scafo su cui agisce.

Perché sia efficace e sostenga correttamente l’imbarcazione con tutto il suo carico, è indispensabile che la carena abbia un’adeguata superficie planante. La Spinta che lo scafo riceve, infatti, “è proporzionale alla sua area moltiplicata per il quadrato della velocità”.

Purtroppo però, e per tante ragioni, su più di qualche barca questa superficie si rivela insufficiente.

Alcuni considerano il dislocamento, i consumi, o anche le prestazioni, al 40 o 50% del potenziale di carico (a volte anche meno), per cui oltre questi limiti la barca inizia a sedere; qualcuno altro risparmia sulle larghezze, in particolar modo sulle barche considerate veloci, convinto (a torto!) che la * larghezza influisca chissà quanto sull’Attrito e di conseguenza sulle prestazioni.

Risultato: un Attrito di Superficie che metà basta, perché la carena, non riuscendo a  staccarsi dall’acqua nella misura in cui dovrebbe, bagna più di quanto dovrebbe con conseguente calo di prestazioni e consumi di carburante da BOING 747.  Per non parlare poi della vita dei motori, costretti a raddoppiare il lavoro per la metà delle prestazioni.

Immaginate una barca all’ormeggio: tenendo conto del sollevamento del fondo dello scafo rispetto al piano orizzontale dell’acqua (per farla semplice): la superficie planante si può individuare mediamente in circa la metà dello scafo.

Ma c’è anche un’altra cosuccia che è proporzionale al quadrato della Velocità: l’Attrito! Ma al riguardo qualcuno può pensare: “se accelerando vado di più, vuol dire che la Resistenza diminuisce”.

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Certo ! Infatti è esattamente il contrario, come abbiamo appena visto. Tradotto in parole povere vuol dire che più vai e più hai bisogno di energia per avanzare.

Ma chi è al timone difficilmente se ne rende conto, bisognerebbe poter vedere la cosa dal punto di vista dei motori, e sentire cosa ne pensano loro ! E poi qualcuno ha il coraggio di parlare di consumi esagerati o di qualche trasudo d’olio dai motori; e vedi un po’ ! Se dovessero istituire il sindacato dei motori andremmo tutti a remi !

* in molti casi la larghezza determina anche una buona stabilità trasversale

Ma il calcolo per quantificare l’Attrito di Superficie, nel caso dei Plananti non è dei più semplici e attendibili, poiché i tanti parametri di riferimento, quali la quantità di superficie bagnata, l’ immersione, o l’assetto, tanto per citarne alcuni, variano al variare delle condizioni meteo e del mare, del carico di bordo e della velocità, per cui solitamente si prendono in considerazione situazioni intermedie che si confrontano poi con i parametri ed i risultati ottenuti attraverso altri calcoli.

Altra pausa riflessiva ! Abbiamo analizzato la prima delle Resistenze di uno scafo Planante, quella che nasce dallo scorrimento di una parte (almeno si spera) della carena sull’acqua durante la navigazione (Rs). 

Ricordate all’inizio quando chiedevo  perché un incudine non riceve la giusta spinta per rimanere a galla ? Dovrebbe rientrare anche lui nel principio di Archimede. Perché mai una vasca da bagno potrebbe galleggiare e un incudine no ?!

Semplice, proprio perché non ha una superficie adeguata e proporzionata al suo peso, quindi niente spinta, o meglio, spinta  irrilevante. Questo significa che se uno scafo gode di una Spinta idrodinamica adeguata al suo dislocamento, la parte di superficie a contatto con l’acqua sarà ridotta all’indispensabile.

deneki

Ok, allora è semplice ! No, non è così facile, purtroppo, e perché non sono tantissime quelle imbarcazioni sulle quali la teoria non è diventata pratica, e perché subentrano anche altri fattori a complicare le cose.

Una delle difficoltà da affrontare in sede progettuale è proprio quella di riuscire ad individuare la giusta porzione di carena che dovrà rimanere a contatto con l’acqua durante il moto; eccedere può comportare un aumento della Resistenza d’Attrito e dei carichi sul fondo dovuti alle considerevoli pressioni di planata.

Questa situazione può accentuare lo spostamento della massa d’acqua in senso trasversale al moto, già innescato dallo scorrere della “V” di carena sull’acqua (leggi: nell’acqua): maggiore è la componente laterale della massa d’acqua,  minore la Forza di sostentamento.

Ma siccome un buon sostentamento ed un buon assetto dipendono da tanti altri fattori legati l’un l’altro, che influiscono in qualche modo anche sulle Resistenze, questa è l’occasione buona per allargare l’analisi alle concause. A disposizione abbiamo la superficie bagnata e la velocità dell’imbarcazione, ai quali vanno aggiunti altri dati, quali la superficie frontale su cui impatta l’aria in navigazione, che è una componente considerata nella Rs (anche se di poco conto entro determinate velocità) ed è in relazione col Coefficiente aerodinamico.


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Mancano ancora quelli ben più importanti relativi alla condizione della carena (liscia, ruvida, o con quei mini-crateri creati dall’anti-vegetativa ma che influiscono come fossero vulcani !), e quelli della viscosità e della natura dell’acqua. Insomma, il procedimento non è quella che si dice “una passeggiata”

Ma non disperiamo, anzi, ringraziando ancora una volta er Sor Froude, ci avvaliamo dei risultati delle sue ricerche, per cui possiamo definire anche la Resistenza dovuta al tipo di fluido e di Superficie, con:

 

Raf  =  af S Vx

in cui Raf è la Resistenza d’attrito riferita ai fluidi; S  =  Superficie a contatto con l’acqua; V = Velocità; af ed x sono due costanti, la cui entità, riferita all’attrito dei fluidi, dipende anche dall’estensione e dalla natura della Superficie, come sopra accennato.

Le Resistenze prese in esame sin qui, comunque, sono solo quelle legate al tipo di scafo e alla sua natura, e sono niente in confronto ad un’altra specie di cui parleremo tra un po’.

Per avere un’idea della Ra sugli scafi a Catamarano, credo sia sufficiente osservare le immagini: è ben visibile quanto sia ridotta la superficie a contatto con l’acqua, appena sfiorata nell’estremità della zona poppiera.

tommy

Infatti, come abbiamo visto in apertura, uno scafo del genere non ha bisogno di una superficie planante vera e propria, in quanto il suo sostentamento nasce dalla portanza, o meglio, dall’aria che scorre e che viene compressa nel tunnel, che fa da lift allo scafo.

Concluderei qui il discorso sulle Resistenze legate al tipo di carena, fatta eccezione per gli scafi Plananti.

Su questi ultimi, infatti, c’è ancora un insieme di situazioni vincolate tra loro, che non vanno trascurate né sottovalutate, poiché dall’efficienza di una dipende l’entità delle altre, ed il risultato finale è subordinato anche alla validità delle scelte e dei vari allestimenti: la famosa armonia di cui parlavo prima.

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/i

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