Le forme della carena tonda - settima parte

Per realizzare il piano di costruzione, oltre ai dati ricavati nelle parti precedentemente pubblicate, servono ancora altri elementi importanti.

Dobbiamo realizzare la curva delle aree trasversali di tutte le sezioni da poppa a prora per mezzo della Tabella 5 della serie Taylor. In questo modo otteniamo una curva della distribuzione delle aree trasversali della carena simile ad una delle curve della Figura 17, la cui integrazione darà il volume \(\nabla=1650 m^3\), precedentemente trovato.

Con i grafici, come quelli della Figura 29 della Taylor Standard series, si trovano i valori del rapporto tra le semilarghezze, alle varie immersioni, e la semilarghezza massima alle varie ordinate del piano di costruzione in funzione del coefficiente prismatico \(C_P=0,64\).

Se si realizza un piano di costruzione con la poppa transom (Figura 30) bisogna stabilire l’immersione \(H_U\)al centro dell’area immersa dello specchio, che è funzione del suo relativo numero di Froude \(F_{nt}\), il cui valore ottimale è 5,0. Per cui

Altrettanto importante e utile, per la realizzazione del piano di costruzione della carena, è l’angolo di entrata e di uscita della figura del galleggiamento (Figura 9). Dopo aver definito tutte le semilarghezze alle varie immersioni e tutti quei dati prima descritti, si può costruire il piano di costruzione come quello della Figura 14. Nel realizzare il piano di costruzione, come già detto nella seconda parte de “Il progetto della carena”, l’avviamento di tutte le linee d’acqua della carena deve impedire o ridurre al massimo la formazione delle componenti di pressione e depressione agenti sulla carena. Queste generano un innalzamento oppure un abbassamento del livello dell’acqua quando il valore della pressione subisce una variazione positiva oppure negativa. 

La curvatura dello scafo influenza la distribuzione delle pressioni longitudinalmente causando un aumento della velocità in corrispondenza del corpo centrale e una diminuzione alle estremità. L’effetto dell’aumento è più sensibile di quello della diminuzione. Nella trattazione della resistenza d’onda abbiamo visto come l’avvicinamento delle linee di flusso a poppa provoca una pressione diretta da poppa a prora e, quindi, tendente a ridurre

la resistenza della carena. La presenza dello strato limite, dovuto alla viscosità del fluido, riduce questa componente traducendosi in un aumento della resistenza rispetto a quella che si avrebbe se il fluido fosse non viscoso. Tale aumento è detto “Resistenza Viscosa di Pressione” (Figura 31 a).

Se la curvatura vicino alla poppa diventa troppo marcata, il raggio di curvatura del ginocchio troppo piccolo o se ci sono altre discontinuità nella forma di carena, l’acqua può non essere più in grado di seguire lo scafo e si ha la rottura dei filetti fluidi con formazione di vortici tra lo scafo e il flusso di fluido non disturbato  (Figura 31 b).Il punto in cui ciò avviene è detto “punto di separazione” e la resistenza che ne consegue è detta “resistenza di separazione”. La separazione del flusso dello scafo può anche influire sulla distribuzione di pressione sullo scafo e alterare di conseguenza la resistenza viscosa di pressione.

Nella scelta delle dimensioni e dei coefficienti caratteristici di una carena dobbiamo anche tenere conto della tenuta al mare (SEAKEEPING). Una nave più lunga affronta meglio un mare agitato (Figura 8).

Inoltre un’eccessiva pienezza della carena di una nave favorisce la tendenza a subire danni a seguito d’impatti con le onde (SLAMMING). A questo proposito devono essere assolutamente evitate aree piatte sulla superficie del fondo a prora in modo che lo scafo possa penetrare meglio nelle onde quando beccheggia. Le forme di poppa influenzano in modo particolare l’assetto della nave in moto. Se le forme longitudinali sono tali da creare una pressione verticale dal basso verso l’alto si avrà un appruamento (Figura 32 b), al contrario, se le stesse creano una depressione, si avrà un appoppamento (Figura 32 c). Inoltre le forme di poppa si devono adattare al miglior compromesso di ottimizzazione dell’elica sia per la formazione della scia sia per annullare eventuali vibrazioni indotte dall’elica sullo scafo (Figura 32 a).

Come le forme di poppa anche quelle di prua hanno un’enorme importanza per il comportamento in mare, in  modo particolare quello ondoso. Infatti, il bulbo, sistemato a prora, genera un’interferenza con l’onda di prua in modo da abbassarla o annullarla (Figure 33) ed eventualmente migliorare anche la resistenza d’onda, influenzando anche la resistenza di forma (Figure 34 e 35). Nella Figura 35 si evince con chiarezza che, alla velocità di 28 nodi, la carena 1094-B2 ha una riduzione di potenza effettiva, rispetto alla carena 1094, di oltre il 10%. Inoltre è fatto il confronto tra le due carene e la carena equivalente della Serie Sistematica di Taylor. Il bulbo modifica la distribuzione di scia in corrispondenza del disco dell’elica poiché modifica il flusso attorno alla carena, rendendo più continuo l’andamento delle linee di flusso, attenuando di conseguenza i fenomeni vorticosi. 

La parte superiore del bulbo deve essere ben raccordata con il corpo della nave in modo tale che l’acqua, scorrendo sopra il corpo del bulbo, possa interferire con una zona di depressione (Figura 36), in modo favorevole con l’onda residua di prora.

Quando il bulbo è positivo o negativo per la resistenza di una carena? Ne parleremo nella parte successiva dell’articolo.

Angelo Sinisi