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La carena a spigolo o planante - prima parte

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La carena a spigolo o planante
La carena a spigolo o planante

L’idea di usare scafi capaci di scorrere sull’acqua, piuttosto che attraversarla, risale a molti anni fa. Il continuo miglioramento delle caratteristiche dei motori, l’intensificarsi delle esperienze, degli studi e dei rapidi progressi, non si può dire che abbiano risolto tutti i problemi inerenti agli scafi plananti, ma certamente hanno consentito di trovare migliori soluzioni per unità non solo di piccolo dislocamento, ma anche per il grande, cosa che fino a poco tempo fa era una speranza. Infatti, oggi scafi parzialmente plananti di grandi dimensioni sono utilizzati per il trasporto veloce in mare.

Figura 1
Figura 1

Nell’articolo precedente abbiamo visto i limiti delle carene dislocanti nel superare certe velocità, perciò per avere delle velocità relative elevate, è necessario usare le carene a spigolo o plananti. Uno scafo planante è quello che, in moto, trova il suo principale sostegno nella reazione dinamica dell’acqua. Essenzialmente, esso scivola o sfiora la superficie del mare (Figura 1) e ciò lo distingue da un normale scafo, che, viceversa, galleggia solamente e si apre la rotta nell’acqua.

Tra i principali pionieri nello studio delle carene plananti vi sono Lindsay Lord, A.B. Murray, E.P. Clement, Jim Soltz, Daniel Savitsky, M.M. Hoggard, M.P. Jones, J.B. Hadler, D.L. Blount e una parte importante è stata svolta da H.E. Saunders che ha sintetizzato e coordinato il lavoro di moltissimi studiosi. 

Figura 2
Figura 2

L’azione di una superficie planante (Figura 2) è simile a quella di un cuneo forzato sotto un peso allo scopo di alzarlo (Figura 2a). Una superficie planante inclina il suo piano forzando l’acqua in basso, e questa forza crea un campo di pressione che fa aumentare il livello dell’acqua ai lati della superficie stessa, parte della quale schizza via lateralmente in forma di lamina (Figura 2b). La parte anteriore, che si trova sopra la superficie liquida, è quella lungo cui il flusso è deviato all’indietro rispetto al moto della corrente. La componente delle pressioni che si sviluppano sotto la piastra è quella che si chiama spinta dinamica. 

Se chiamiamo \(\theta\) l’angolo di assetto, \(\Delta\) il carico o peso totale, \(N\) la componente delle forze perpendicolari al fondo (Figura 2a), in un fluido perfetto dove la resistenza d’attrito è uguale a zero, avremo che la resistenza al moto \(D_P\) sarà

\(D_p= \Delta \cdot tan \theta\)
 

Nel caso di un fluido reale (Figura 2c) invece, cioè quando è presente la resistenza di attrito \(D_F\), la resistenza totale sarà

\(D= \Delta \cdot tan \theta + \frac{D_F}{cos \theta}\)

Figura 3
Figura 3

La componente delle pressioni che si sviluppano sotto la piastra si chiama, generalmente, spinta dinamica. Quindi, è la spinta dinamica che ad alta velocità sostiene quasi l’intero peso delle barche plananti. In una carena a fondo piatto (Figura 3), come su una piastra investita da un flusso d’acqua, l’andamento longitudinale delle pressioni spiega il naturale assetto appoppato degli scafi plananti. Il punto di ristagno, dove la pressione raggiunge il suo massimo valore, si trova subito dopo l’intersezione della superficie dell’acqua con il fondo. Mentre a poppavia del suddetto punto la pressione va via diminuendo fino a raggiungere lo zero, a proravia una piccola quantità di liquido si muove in avanti formando il “baffo di prora”.

Detto baffo, allontanandosi dalla zona in cui è generato, si trasforma in spruzzo. Partendo dal punto di ristagno Q in corrispondenza della chiglia e procedendo verso i lati, cioè trasversalmente, la pressione dapprima si mantiene e poi cade piuttosto rapidamente fino a diventare quasi zero in corrispondenza degli spigoli.

Figura 4
Figura 4

Da quanto premesso i fattori in gioco nel progetto di una carena planante sono: peso, posizione del centro di gravità, velocità, spinta statica e dinamica dell’acqua, angolo d’assetto e resistenza al moto. Tutti questi fattori sono molto interdipendenti tra loro per ottenere quell’equilibrio dinamico ottimale relativo a un angolo di assetto tale da dare la minore resistenza possibile (Figura 4).

La larghezza, che per gli scafi plananti ha un ruolo di primaria importanza, simile a quello della lunghezza per gli scafi a dislocamento, ha, insieme all’assetto e all’angolo di rialzo del fondo, molta influenza sulla resistenza. Uno scafo è planante quando si verificano almeno le seguenti condizioni:

1) La spinta dinamica sostenga un peso che va dal 50% al 90% di quello totale;

2) L’assetto sia moderatamente appoppato (da 2° ai 6°), normalmente l’angolo ottimale è di circa 4°;

3) La lunghezza al galleggiamento e la superficie bagnata di carena siano molto inferiori ai loro rispettivi valori a scafo fermo.

Uno scafo planante come si comporta alle varie velocità? L’assetto come cambia in funzione della velocità? La prossima parte dell’articolo riguarda questi argomenti.

Angelo Sinisi

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