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La carena a spigolo o planante - seconda parte

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

Le forme di scafo più idonee per la navigazione in planata mal si conciliano con quelle classiche per la navigazione in dislocamento. Quindi, a bassa velocità o, per meglio dire, prima che si raggiunga la velocità di planata, lo scafo è soggetto a forti resistenze d’onda, di vortici e a noiosi spruzzi d’acqua.

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La prora, a causa di un forte angolo di assetto, rimane sospesa nell’aria e, se non si ha una riserva di potenza, lo scafo si trova di fronte ad una barriera di acqua che non potrà valicare. Se, viceversa, c’è ancora potenza disponibile,

Figura  5
Figura 5

lo scafo potrà superare la gobba (Figura 5) della curva di resistenza, la sua velocità aumenterà sensibilmente e la cresta dell’onda di prua si sposterà verso poppa. Questo arretramento dell’onda prodiera si accentua sempre di più man  mano che l’angolo di assetto diminuisce e la velocità aumenta.  

Con il diminuire dell’angolo di assetto diminuisce la resistenza dovuta all’inclinazione dello scafo e quest’ultimo si sopraeleva visibilmente rispetto alla sua posizione da fermo per la presenza della spinta dinamica. Contemporaneamente diminuiscono la resistenza d’onda e la resistenza d’attrito per il diminuire rispettivamente del volume dell’opera viva e della superficie bagnata. Lo scafo aumenta visibilmente la velocità senza richiedere altro aumento di potenza.

Figura 6
Figura 6

E’ stata raggiunta la velocità di planata che non è la velocità massima raggiungibile. La Figura 6 rende comprensibile in modo evidente quanto detto mettendo in evidenza la posizione verticale del centro di gravità, dell’immersione di prora e dell’immersione di poppa alle varie velocità, in funzione del numero di Froude \(F_n= \frac {V} {\sqrt{g \cdot L_{WL}}}\).

Infatti, per \(0<F_n<0,5\), date le forme di una carena planante, si formano degli effetti di depressione che affossano nell’acqua l’imbarcazione. Dopo \(F_n=0,5\) l’imbarcazione si appoppa per effetto della spinta dinamica raggiungendo la massima immersione della poppa. Aumentando la velocità e raggiunto il punto \(F_n ≂ 1,3\) si ha il massimo angolo di assetto in corsa ed è il punto in cui, avendo riserva di potenza, si supera la gobba di resistenza e l’imbarcazione, aumentando la velocità, riduce sempre di più l’angolo di assetto in corsa fino a raggiungere un equilibrio dinamico per \(F_n ≂ 2,1\).

Mentre lo scorrere via di una superficie planante in acqua tranquilla non può considerarsi un fenomeno d’urto, viceversa la caduta verso il basso della stessa, a seconda della velocità, può essere anche molto dannosa. Infatti, la superficie liquida è caricata così rapidamente che le forze di reazione che si sviluppano sotto la superficie planante sono molto grandi al punto da raggiungere il valore di forze d’urto che sarebbero oltremodo dannose alla struttura dello scafo.

Figura 7
Figura 7

Per ridurre questo fenomeno si rende il fondo, particolarmente nella zona di prora, non piatto, in modo da avere sezioni trasversali aventi l’aspetto di una V. La forma di carena bagnata di un’imbarcazione di questo tipo, schematizzata nella Figura 7, dove con A è indicata la superficie bagnata dall’acqua e con  AS  la superficie bagnata dagli spruzzi, e che si vede chiaramente nella Figura 1, che naviga con un piccolo angolo di asseto longitudinale, incontra l’acqua con un punto della chiglia, che è il vertice della V. In questa zona si forma un’onda di prora di piccola entità.

L’intersezione del livello dell’acqua calma con il fondo dello scafo si estende diagonalmente, secondo l’angolo della V, verso i lati e verso poppa (Figure 8), piuttosto che trasversalmente come nel caso del fondo piatto (Figura 3).

Figura 3 - Figura 8
Figura 3 - Figura 8

Il luogo dei punti di ristagno, dove la pressione raggiunge il suo massimo valore, giace vicino a questa intersezione e si estende in senso diagonale dal punto d’impatto della chiglia. La distribuzione trasversale, cioè dalla chiglia verso gli spigoli, delle pressioni del fondo è uguale a quella longitudinale della Figura 3.

Il diminuire rapidamente della pressione trasversale procedendo verso gli spigoli aiuta a capire come una carena planante stretta, cioè con una limitata larghezza degli spigoli, perde rapidamente la pressione del fondo che si crea nel punto di ristagno e nella zona a questo adiacente. Dal punto di vista di una superficie planante in acqua calma è chiaro quindi che la larghezza e la lunghezza sono due fattori molto importanti, e altrettanto rilevante è il loro rapporto conosciuto come “aspect ratio”, cioè rapporto di figura. 

Possiamo dire, quindi, che i fattori in gioco sono: peso, velocità, spinta dinamica e statica, angolo di assetto longitudinale, superficie bagnata e resistenza al moto. Tutti questi fattori sono molto interdipendenti tra loro e l’angolo d’assetto a sua volta dipende dalla posizione relativa, in senso longitudinale, del centro di gravità e del centro di pressione dinamica.

Nella Figura 9 sono schematizzate le principali forze che agiscono su di uno scafo planante, dove

Figura 9
Figura 9

  \(T\)    = spinta dell’elica agente sul cuscinetto di spinta; 
  \(T_X\) = forza orizzontale della spinta  T;
  \(T_Z\) = forza verticale della spinta  T;
  \(F\) = forza normale al fondo dovuta alla reazione idrodinamica dell’acqua;
  \(L\) = portanza;
 \(PC\) \(R_F/cos \theta;\)
 \(CD\) \(R_{APP}/ cos \theta;\)
 \(DE\) \(L \cdot tan \theta;\)
 \(R_F \) = resistenza di attrito;
\(R_{APP}\) = resistenza delle appendici;
  \(S_S\) = spinta statica;
  \(W\) = peso totale dello scafo;
 \(R_{AZ}\) = forza verticale dovuta alla resistenza dell’aria;
 \(R_{AX}\) = resistenza orizzontale dovuta all’aria
   \(\theta\) = angolo di assetto in corsa.

Date tutte le suddette forze, quale sarà la resistenza per le sole componenti orizzontali e per l’equilibrio verticale? Il prossimo titolo della terza parte dell’articolo sarà “L’equilibrio in corsa e la resistenza d’onda”.

Angelo Sinisi

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