Coppa America, quell’1% che fa la differenza

Partiamo da questo presupposto: sugli AC 50, quando stanno “volando” sui foils, immerso in acqua c’è solo l’1% della barca. Questo ci dice subito che: su quell’uno per cento si combatte gran parte della battaglia progettuale. In secondo luogo si capisce che i nuovi catamarani dell’America’s Cup non sono più solo barche, me veri oggetti volanti.

Per capire cosa sta succedendo abbiamo chiesto una consulenza a chi queste cose le conosce bene e da vicino, il progettista e strutturalista Paolo Portinari, membro del team di progettazione di H3O Yacht Design.

L’aerodinamica conta sempre di più, e non parliamo solo della portanza dell’ala-vela: basti guardare come sono cambiati i profili di traverse e terrazze, sempre che li si possa ancora chiamare così. Su questo aspetto, però, i team sembrano molto allineati e mostrano soluzioni simili, per esempio, le controventature fra gli scafi sono carenate e le traverse sono sfruttate alla stregua di longheroni di profili alari asimmetrici in grado di generare portanza. Cosa che non accade con le parte immerse.

17/02/20 - Hamilton (BDA) - 35th America's Cup Bermuda 2017 - ORACLE TEAM USA - America’s Cup Class training (ACC)

ORACLE TEAM USA in allenamento a Bermuda 

Le nuove regole della Coppa non portano più all’evento clou dell’unvelig a ridosso delle prime regate (quando tutti, ad esempio, si aspettavano soluzioni miracolose come le alette di Australia II): non è più consentito coprire le appendici con i teli.

La verità è che l’idrodinamica delle alte velocità è estremamente sensibile a piccolissime variazioni geometriche e, senza avere adeguati riferimenti e una visione completa, l’osservazione dei dettagli è assai complessa: infatti, basta una modifica dell’incidenza dell’ala di meno di un grado per ottenere risultati macroscopici in termini di velocità e assetto; lo stesso discorso vale per una forma di profilo alare diversa dall’altra.

Ecco quindi che molte cose si sono già viste, almeno per quanto riguarda i team più avanti nella preparazione: OracleLand Rover Bar e Artemis.

Proprio la gestione degli angoli di incidenza di ali e alette dei timoni alle diverse velocità è causa dell’assetto longitudinale dei catamarani: all’aumentare della velocità l’incidenza del profilo deve diminuire e gli AC 50, per ora, quando corrono alla massima velocità stanno con le prue puntate verso il basso e le due poppe alte sull’acqua: un incedere curioso, quasi goffo.

Sempre restando in termini di regolamento, come si sa, sono consentiti due giochi di derive (più uno di rispetto) e i team hanno scelto tutti di crearne uno per poco vento (fino a 10 nodi) ed uno per venti più tesi. Nel corso della Coppa sarà possibile fare due tipi di interventi: in numero illimitato se prevedono modifiche al di sotto del 10% del foil (misurato sul suo peso complessivo); per quattro volte se la modifica supera il 30%.

Questo significa che: quello che vediamo ora in acqua è apparentemente molto simile alle versioni definitive, mancano solo poco più di due mesi e cambiare più del 30% significherebbe coinvolgere anche il ginocchio (il punto dove la deriva fa l’angolo tra la parte verticale e quella inclinato con angolo più o meno marcato verso la superficie del mare). La realizzazione di queste appendici è lunga, molto costosa e complessa. All’opposto può essere che si vedranno importanti cambiamenti sul 10% finale, quello dal gomito in poi (con una curvatura più o meno accentuata). Non è azzardato pensare che potremo anche vedere sistemi “sacrificali” a sgancio rapido come succede sugli alanti.

Infatti, dalla scorsa edizione della Coppa qualcosa è realmente cambiato nelle geometrie dei foil in modo macroscopico: mentre in precedenza si utilizzavano ali che, quando completamente estese, erano a V, i nuovi AC 50 hanno ali a L. Le prime avevano una distribuzione delle pressioni sul profilo studiata per garantire un’uniformità della portanza al variare dello sbandamento della barca, aiutando il compito dell’equipaggio nel mantenere stabilmente il volo, i secondi, invece, rendono il volo meno stabile, poiché a piccoli cambiamenti dell’angolo di sbandamento corrispondono repentine variazioni di portanza. Nelle ali a L, però, il vantaggio in termini di efficienza è grande, poiché tutta la forza generata dalla parte orizzontale dell’ala è utilizzata per sostentare la barca e tuta la forza generata dalla parte verticale dell’ala è utilizzata per diminuire lo scarrocci. Tutto sfrutta appieno i nuovi controlli di assetto concessi dal regolamento attraverso il movimento lungo l’asse trasversale dei timoni, ma aggrava ancora di più il compito dell’equipaggio, che deve prestare molta attenzione all’assetto longitudinale, ma anche a quello trasversale.

15/2/17- Emirates Team New Zealand sail their America's Cup Class race boat for the second day in Auckland New Zealand

Emirates Team New Zealand con il suo AC 50

Le forme strette e allungate, cioè dalla corda molto corta e dal grande allungamento, delle parti orizzontali delle ali sono dovute alla ricerca della massima efficienza, per ridurre la resistenza indotta dalle vorticosità che si creano all’estremità dell’ala. Tali vorticosità, oltre a generare resistenza, possono indurre una cavitazione anticipata, condizione disastrosa in termini di efficienza e prestazioni pure e che è un po’ il vero cruccio dei progettisti a causa delle alte velocità in ballo. Le ali da vento leggero estremizzano questi allungamenti e hanno profili dal doso leggermente più pronunciato per abbassare al minimo la velocità di decollo. Le ali da vento forte, invece hanno profili più piatti, ali un po’ più robuste e meno allungate, che tengono la risultante delle forze portanti più sottovento possibile per incrementare il momento raddrizzante.

Questi foils saranno anche molto, ma molto fragili, soprattutto considerando che si viaggia anche a 45 nodi. E su questo aspetto, le geometrie più estreme si giocheranno le sorti della Coppa.

Da segnalare, infine, un’ultima curiosità: ad oggi le derive di dritta e di sinistra non sono uguali. Questo per favorire l’accelerazione nel primo, importantissimo, bordo al traverso che porta dalla linea di partenza alla prima boa, fatto che renderà le barche, tanto nelle navigazioni di bolina quanto in quelle al lasco, più efficienti su un bordo piuttosto che sull’altro.