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La ricerca e lo sviluppo delle forme della carena - parte 1

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La ricerca e lo sviluppo delle forme della carena

L’esecuzione di un progetto navale richiede sempre un’attenta valutazione globale dei requisiti prefissati e delle soluzioni via via intraprese. L’attuale sviluppo tecnologico impone di dedicare grande attenzione ai volumi impegnati per sistemare i locali alloggi e ai volumi utili per far funzionare i diversi componenti necessari al sistema nave. Anche la conoscenza di questi è necessaria per determinare la carena di una nave.


La ricerca e lo sviluppo delle forme della carena - parte 1
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La carena, com’è noto, è la parte immersa dello scafo, detta, con essenziale ed efficace definizione marinara, anche opera viva (Figura 1), poiché con le sue forme influenza direttamente la resistenza e il comportamento dell’imbarcazione durante il suo moto e rappresenta la parte vitale di ogni nave.

Nella scelta di una carena dislocante o planante per un grande motoryacht, come ben sa ogni progettista o armatore con un po’ d’esperienza, le discriminazioni maggiori sono dettate da parametri fondamentali quali le dimensioni dello scafo, il volume, il peso e velocità massima alla quale si desidera navigare. Questi, indubbiamente, sono input che il progettista riceve direttamente dall’armatore e sono le fondamenta, che non prescindono per motivi di sicurezza dalle condizioni di stabilità, sulle quali sviluppare dapprima l’opera viva e poi i layout interni ed esterni della barca,

Quando preferire l’una o l’altra carena? Per un’analisi sulla scelta di una determinata forma di carena proviamo a illustrare pochi semplici concetti che riguardano la resistenza al moto che un’imbarcazione incontra in acqua.

La resistenza al moto di un’imbarcazione o nave, qualsiasi ne sia la velocità, la grandezza e il tipo, dipende soprattutto da due principali fenomeni:

1)  l’attrito dell’acqua contro la superficie della carena (resistenza d’attrito);

2) la generazione, al passaggio dell’imbarcazione sull’acqua, di onde di superficie (resistenza d’onda) (Figure 2 e 3).


La ricerca e lo sviluppo delle forme della carena - parte 1
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A questi due principali fattori se ne devono aggiungere altri, meno condizionanti, ma comunque importanti che di seguito enunciamo:

3)  resistenza di forma,

4)  resistenza dell’aria,

5)  resistenza delle appendici,

6)  resistenza della carena sporca,

7)  resistenza per mare mosso.

Analizziamo, dunque, le prime due più importanti resistenze citate:

1)     La resistenza di attrito è sintetizzata da questa formula:


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Dove                                              

 

CF = coefficiente di resistenza di attrito

 

 

ρ   = densità dell’acqua di mare

 

 

S = superficie bagnata della carena

 

   

V   = velocità della nave

si calcola seguendo il metodo indicato da Froude, che consiste nell’assimilare la carena della nave a quella di una lastra piana avente:

-  per lunghezza, la lunghezza al galleggiamento della carena,
-  per superficie, la superficie di carena.

In realtà viste le difficoltà teoriche e pratiche di definire un metodo per calcolare la resistenza di attrito di una lastra piana, e vista l’utilizzazione di tale metodo nel campo dell’Architettura Navale, sono state assunte, per accordo tra i direttori delle Vasche, delle formule che non vogliono rappresentare la resistenza di attrito della nave, ma si devono intendere come soluzione per problemi d’ingegneria pratica.


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Le formule più usate per calcolare il coefficiente di resistenza, riportate in grafico nella Figura 4 in funzione del numero di Reynolds Rn , sono:

-  ITTC  (INTERNATIONAL TOWING TANK CONFERENCE 1957)


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questa formula è usata presso la vasca di Roma.

-  ATTC  (AMERICAN TOWING TANK CONFERENCE 1947)


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questa formula è usata presso le Vasche americane.     

- Formula di HUGHES


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- Formula di GRANVILLE


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 Come si può constatare dalle formule precedenti il coefficiente CF è funzione del numero di Reynolds  


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Dove                                              

 

V = velocità della nave

 

 

LWL = lunghezza al galleggiamento della nave

 

   

v = coefficiente di viscosità cinematica     


Il numero di Reynolds, definito come il rapporto tra le forze d’inerzia e le forze viscose, è un parametro adimensionale che esprime la condizione di “similitudine dinamica” in flussi interessati solamente alla viscosità.

2)  La resistenza d’onda e la resistenza di forma sono comunemente chiamate globalmente resistenza residua o d’onda. Una nave che si muove nell’acqua crea una formazione


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ondosa che la accompagna (Figura 5). Se la velocità con cui la nave avanza è costante, la formazione ondosa si conserva inalterata. La presenza di questa formazione genera una resistenza nel moto della nave che si chiama resistenza d’onda. In fase di progetto, una volta trovati i coefficienti idrodinamici validi per il progetto esecutivo, si utilizzano le carene sistematiche, come quelle del Taylor, per valutare la resistenza d’onda. Nella fase del progetto esecutivo è opportuno provare il modello della carena scelta in una Vasca Sperimentale.

Quando la resistenza d’attrito supera la resistenza d’onda? O al contrario quando la resistenza d’onda predomina sulla resistenza d’attrito?

Nella seconda parte verrà esplicitata la resistenza d’onda e i vari criteri di progettazione.


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Angelo Sinisi