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Lo scafo con carena a geometria variabile - terza parte

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Lo scafo con carena a geometria variable - terza parte
Lo scafo con carena a geometria variable - terza parte

La soluzione del problema fu: la “Carena a Geometria Variabile”. Cioè una carena formata da due carene sovrapposte, con angoli di rialzo del fondo diversi tra loro, fatti in modo tale che, raggiunta una certa velocità, la carena superiore potesse emergere completamente dall’acqua, per cui sarebbe rimasta bagnata solo la carena inferiore (Figura 7), che avrebbe avuto una larghezza di spigolo \(B_{C2}\) più stretta della larghezza \(B_{C1}\), come nella Figura 1, e quindi minore resistenza all’attrito. 

Figura 1: sezione trasversale del fondo
Figura 1: sezione trasversale del fondo

L’angolo del fondo \(\beta_2\) della carena superiore è una funzione dell’angolo del fondo \(\beta_1\) della carena inferiore e della velocità dell’imbarcazione.

Figura 7: confronto tra il fondo totale bagnato e quello inferiore di una carena a geometria variabile
Figura 7: confronto tra il fondo totale bagnato e quello inferiore di una carena a geometria variabile

Questo perché i filetti fluidi si staccano e si allontanano dalla carena inferiore in funzione dell’angolo del fondo e della velocità dell’imbarcazione come in Figura 8 . Inoltre, alle basse velocità, poiché le due carene sovrapposte del fondo sono bagnate, abbiamo una maggiore superficie e quindi un minor carico per centimetro quadrato, per cui si avrà una velocità di planata più bassa e di conseguenza, volendo, una velocità di crociera bassa.

Figura 8: sezione trasversale del fondo
Figura 8: sezione trasversale del fondo

Le difficoltà, nella realizzazione di due carene sovrapposte, erano due. La prima era quella di determinare la minima larghezza di spigolo \(B_{C2}\) della carena inferiore (Figura 1) , tale da non ridurre la stabilità dinamica in corsa. La seconda era la determinazione della dimensione della larghezza b e dell’angolo \(\beta_2\) (Figura 8) della carena superiore. La prima difficoltà si superava considerando il momento d’inerzia trasversale della figura di galleggiamento in corsa e la propria esperienza. La seconda utilizzando la Figura 9 , in cui sono rappresentate le streamline, che sono le forme delle linee libere di flusso causate dalla carena a V immersa, considerando l’angolo del fondo \(\beta \) variabile tra  0° gradi e  30° gradi.

Figura 9: streamline
Figura 9: streamline

Per utilizzare meglio questo grafico ho trasformato le curve in equazioni polinomiali 

β = 0

   Y/B = -2,466(X/B)3+3,783(X/B)2+0,239(X/B)

β = 10°

   Y/B = -2,2017(X/B)3+3,550(X/B)2+0,417(X/B)-0,002

β = 15°

   Y/B = -1,923(X/B)3+3,513(X/B)2+0,482(X/B)-0,001

β = 20°

   Y/B = -2,388(X/B)3+3,818(X/B)2+0,524(X/B)-0,001

β = 22,5°

   Y/B = -1,585(X/B)3+3,437(X/B)2+0,615(X/B)-0,001

β = 25°

   Y/B = -2,378(X/B)3+3,753(X/B)2+0,655(X/B)-0,001

β = 30°

   Y/B = -4,051(X/B)3+4,557(X/B)2+0,662(X/B)

Questa soluzione condusse alla realizzazione di un’imbarcazione di circa venti metri con una velocità superiore a 50 nodi, con molto volume per l’abitabilità e con la possibilità di mantenere anche basse velocità di crociera.

Cominciai lo studio della carena. Il risultato finale, dopo diversi tentativi, fu una carena con una lunghezza fuori tutto pari a 20,10 metri ed una larghezza massima di 5,25 metri. Per giungere a questo risultato una parte, se non la più importante, l’ha avuta il calcolo della resistenza. Prima di tutto calcolai la resistenza sulla carena inferiore ottenendo una resistenza d’attrito \( R_F\) , una resistenza d’onda \( R_R\) ed una potenza effettiva \(P_E={(R_T \cdot V) \over 75} \)

dove

PE = potenza effettiva;

RT = resistenza totale;

V = velocità dello scafo.

per campi di velocità tra 0 e 60 nodi, come riportato nel grafico in Figura 10.

Figura 10: curve caratteristiche della carena inferiore
Figura 10: curve caratteristiche della carena inferiore

Nella quarta ed ultima parte dell’articolo sarà evidenziato anche con le prove in vasca il vantaggio di una simile carena.

Angelo Sinisi

 

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