Le condizioni evolutive delle navi: la manovra di evoluzione

La manovrabilità di una nave si verifica misurando i parametri di tempo e spazio per eseguire le manovre con rapidità e su percorsi brevi. In navigazione è importante la precisione di risposta tra l’intervento del pilota e il moto della nave. Tale precisione di risposta è principalmente legata alla corrispondenza biunivoca dell’angolo di barra \(\alpha\) del timone e il raggio del cerchio di evoluzione \(R\). La prova di evoluzione è realizzata, cominciando da una traiettoria rettilinea navigando alla velocità stabilita, facendo eseguire alla nave un moto circolare uniforme con il massimo angolo di barra del timone \((\alpha = 35°)\) .

Quando in una nave si porta il timone a un angolo di barra \(\alpha \) , si ha un moto trasversale con rotazione intorno a tre assi perpendicolari tra loro (Figura 1). Solo uno di tali moti, cioè la rotazione intorno all’asse verticale, è quello che si desidera ottenere; gli altri vanno considerati come secondari e indesiderabili.

Esaminiamo le forze (Figura 2) che provocano il moto della nave nel piano orizzontale e la rotazione intorno all’asse verticale \(Z\) (Figura 1) quando si porta il timone all’angolo di barra \(\alpha\). In tali circostanze occorre considerare tre differenti fasi di moto (Figura 3). La prima fase ha inizio quando si mette alla barra il timone e termina non appena la nave inizia a ruotare intorno all’asse verticale. Durante la seconda fase la velocità angolare di rotazione aumenta, mentre nella terza la velocità angolare rimane costante e la nave descrive il così detto “cerchio di evoluzione”. Tratterò separatamente ciascuna di queste tre fasi (Figura 3), che fanno parte della così detta “manovra di evoluzione”.

1a fase della manovra di evoluzione (Figura 2)

Quando il timone è al centro e la nave in rotta rettilinea, sulla nave agiscono solo la spinta \(S \) dell’elica e la resistenza \(W\) all’avanzamento della nave. Non appena si mette alla barra il timone, si genera una forza \(P\) che, per semplicità, si suppone agisca normalmente al piano di simmetria del timone e che abbia il suo punto di applicazione sull’asse di rotazione \(C\) del timone (Figura 2).

La componente longitudinale della forza \(P\) , generata dal timone \(P \cdot sin \alpha\) , agisce nella stessa direzione della resistenza \(W\) della nave e quindi ne ritarda la velocità. La componente trasversale \(P \cdot cos \alpha\) dà alla nave un moto trasversale (Figura 4) e provoca anche un momento \(P \cdot cos \alpha \cdot \overline{CG}\) (Figura 2). Tale momento deve vincere il momento d’inerzia di massa della nave insieme a quello di una certa quantità di acqua che circonda la nave (massa aggiunta) prima che inizi il moto di rotazione attorno all’asse verticale \(Z\) (Figura 1) passante per \(G\) . Nei primi momenti predomina la forza \(P \cdot cos \alpha\) che fa scarrocciare la nave a sinistra se si dà barra a dritta, senza alcuna apprezzabile rotazione attorno all’asse verticale \(Z\) (Figura 2).

Naturalmente questa fase dura soltanto per breve tempo, dopo di che ha inizio la seconda fase nella quale la nave inizia a volgere la prua a dritta sotto l’influenza della coppia \(P \cdot cos \alpha \cdot \overline {CG}\) . Se si assume che l’asse trasversale di rotazione \(Y\) relativo a piccoli angoli passi per il centro di galleggiamento, la componente longitudinale della forza, generata da timone \(P \cdot sin \alpha \) , genera un momento \(P \cdot sin \alpha \cdot E\) (Figura 4).

Questo momento sommato alla forza , generata dal timone per effetto dell’angolo \(\varphi\) (Figura 4), tendono a far appruare la nave, specialmente se si tratta di un’imbarcazione con un basso momento d’inerzia longitudinale della figura di galleggiamento.

Nella seconda parte dell’articolo sarà sviluppata la seconda fase della manovra di evoluzione.

Angelo Sinisi