I parametri che influenzano l’evoluzione  della nave Superfici, velocità, inerzia dello scafo e dei suoi componenti: a volte anche dei dettagli...

 

 

 

I parametri che influenzano l’evoluzione  della nave
Superfici, velocità, inerzia dello scafo e dei suoi componenti: a volte anche dei dettagli possono condizionare la manovrabilità dell’imbarcazione di Francesco Popia

Durante le prove di evoluzione un elemento essenziale da tenere in considerazione sarà sicuramente la velocità della nave. È ovvio come, procedendo nella girazione e mantenendo le macchine costanti, la velocità andrà man mano diminuendo; questa riduzione può essere indicativamente del 20-30% con il timone alla banda, supponendo un rapporto fra l’area del timone e quella del piano longitudinale immerso compreso  fra 0,022 e 0,024. Con rapporti superiori la riduzione di velocità può raggiungere anche il 50%.
In generale è intuitivo come la riduzione di velocità incrementerà con l’aumentare dell’angolo di barra e con la superficie del timone. L’angolo di deviazione, introdotto nell’articolo pubblicato su Barche di giugno, p. 100, (i.e. l’angolo formato fra il piano longitudinale della nave e l’arco di cerchio descritto dal centro di gravità che una nave descrive durante la fase di evoluzione) aumenta, sebbene non proporzionalmente, con l’angolo di barra e con il rapporto fra l’area del timone e quella del piano longitudinale immerso e con il coefficiente prismatico della nave in quanto le forme piene offrono minore resistenza laterale. Il diametro del cerchio di evoluzione diminuisce all’aumentare dell’angolo di barra, con l’aumentare del rapporto dell’area di timone e piano longitudinale e con l’incremento del coefficiente prismatico della nave.
Empiricamente è stato dimostrato che il diametro del cerchio di evoluzione diminuisce in minima parte con il crescere della velocità, chiaramente a parità di angolo di barra; infatti, alle alte velocità, la nave risponde al timone un po’ meglio rispetto alle velocità ridotte. Quanto detto, sia chiaro, solo in linea generale.
Altre prove da effettuare in mare al fine di valutare, sempre empiricamente, la stabilità di rotta dell’imbarcazione consistono nel muovere il timone da una banda al centro per capire se la nave ha la tendenza a sorpassare la rotta voluta dovendo poi provare se l’imbarcazione mantiene la rotta con il timone fermo al centro. Quest’ultima diventa ancora più importante nel caso di scafo con singola elica, a causa della tendenza a girare per effetto della rotazione dell’elica stessa.
Qualora la nave tendesse a “scarrocciare” si dovrà aumentare la superficie di deriva e mai aumentare la superficie del timone, soluzione che amplificherebbe l’effetto negativo da eliminare. La superficie del timone dovrà essere aumentata nel caso di eccessiva stabilità di rotta che renderebbe difficoltosa la manovrabilità in virata.
Altro fattore che influenza la manovrabilità della nave è l’inerzia della massa della nave stessa: se Mt è il momento evolutivo del timone e Mr il momento della resistenza laterale, allora il momento risultante sarà pari a M = Mt – Mr.
Se I è il momento d’inerzia della nave rispetto all’asse verticale passante per il centro di rotazione e d l’angolo di cui ha girato dopo il tempo differenziale dt allora avremo:

Analizzando la formula è chiaro come un grande valore del momento d’inerzia sia dannoso per le qualità evolutive della nave: è possibile far diminuire il momento d’inerzia, a parità di massa, sistemando i pesi più a centro nave riferendosi in particolar modo a quei componenti di massa importante come catene, ancore, macchinari ecc.
Interessante è ora valutare l’inclinazione trasversale della nave: quando questa assume il moto curvilineo per effetto dell’azione sul timone, su essa agisce una coppia di forze formata dalla forza centrifuga che ha il suo punto di applicazione nel centro di gravità della nave G e dalla resistenza laterale della nave il cui punto di applicazione T è assunto a metà pescaggio.

La forza centrifuga in gioco sarà: . Detto d il braccio di leva uguale alla distanza fra il centro di applicazione della resistenza laterale e il centro di gravità della nave, il momento inclinante per l’angolo d sarà:

Ricorrendo alla curva di stabilità della nave si potrà, con questa formula, calcolare l’angolo di inclinazione che essa assumerà durante l’evoluzione. Tale inclinazione sarà verso l’esterno o verso l’interno del cerchio di evoluzione a seconda che G si trovi sopra o sotto T. All’azione di questo momento inclinante si dovrà aggiungere, o eliminare, il momento dato dall’elica delle imbarcazioni a una o tre eliche. Nel caso di due eliche con senso di rotazione contrario i loro due momenti si compenseranno; se, invece, allo scopo di accelerare l’evoluzione, quella interna è fermata (o invertita per la marcia indietro) gli effetti si andranno a sommare. Fino a ora si è assunto che la superficie del timone sia parte integrante del piano di deriva: ciò è corretto ma non si deve dimenticare come sul timone agisca una forza che è contraria alla resistenza laterale. Sarà quindi possibile modificare la tendenza allo sbandamento alzando o abbassando il centro di pressione sul timone, modificandone cioè la forma della superficie.
Se una nave ha il centro di gravità sopra il centro di resistenza laterale, quindi con la tendenza a sbandare verso l’esterno del cerchio di girazione, sarà possibile diminuirne l’effetto dando al timone una forma tale che il suo centro di gravità risulti più basso possibile e viceversa. Questo è il motivo per cui imbarcazioni con pesi concentrati verso l’alto sono caratterizzate da un timone più largo verso il basso, ma tale accorgimento è assunto per lo più per imbarcazioni di grosso tonnellaggio.