Teoria Navale

Planata, Dislocamento e Velocità Critica

(fonte http://it.wikipedia.org/wiki/Scafo)

Gli scafi si suddividono in:

  • Scafi dislocanti la spinta idrostatica che tiene la nave a galla dipende solamente dal principio di Archimede.
  • Scafi plananti raggiunta una certa velocità possono planare al disopra della superficie, raggiungendo velocità maggiori ma perdendo stabilità.

Differenze tra gli scafi

Gli scafi dislocanti infatti, raggiunta una certa velocità detta velocità critica, iniziano a creare dei vortici che provocano forte resistenza idrodinamica, non permettendo di accelerare ulteriormente se non con un enorme dispendio di energia.

La velocità critica in nodi è data dalla radice quadrata della lunghezza immersa dello scafo in piedi per il coefficiente 1,34:

Vc = 1,34 x (Lwl)^1/2

Considerando che le navi più grandi non superano in genere i 300 m di lunghezza, praticamente nessuna nave che non sia in grado di planare può superare i 40 nodi circa.

Fornendo un’adeguata quantità di energia però, una volta raggiunta una velocità pari a circa 1,5 o 2 volte la velocità critica (dipende dal peso e dalla forma dello scafo), la nave (purché abbia uno scafo predisposto, altrimenti la stabilità è troppo bassa) inizia a planare e può raggiungere velocità molto superiori: l’aliscafo, il windsurf e molti motoscafi possono planare sull’acqua.

Le barche a vela possono planare.

Un approfondimento (da Wikipedia)

La Velocità Critica (“Hull speed”) può essere pensata la velocità alla quale la lunghezza d’onda dell’onda di prua dell’imbarcazione (in modalità di dislocamento) è uguale alla lunghezza della barca.

Il meccanismo è questo: all’aumentare della velocità, la dimensione dell’onda di prua aumenta, e quindi anche la sua lunghezza d’onda. In questo modo, raggiunta una certa velocità, la velocità critica, una barca in navigazione in dislocamento puro apparirà intrappolata in una depressione dietro la sua grande onda di prua. Oltre a questo, alla velocità critica, le onde di prua e di poppa interferiscono costruttivamente, creando un’onda ancora più grande e aumentando quindi l’effetto dell’intrappolamento nella depressione tra due onde.

Anche se il termine “velocità critica” sembra suggerire che si tratta di una sorta di “limite di velocità ” per una barca, in realtà la resistenza dello scafo dislocante cresce regolarmente ma con pendenza crescente raggiungendo e superando la velocità critica, senza apprezzabili flessioni al raggiungimento della velocità critica. Una normale barca dislocante, non a dislocamento leggero, inizierà a salire la propria onda di prua all’avvicinarsi della velocità critica e non sarà in grado di arrampicarsi fuori dalla depressione creata e quindi non potrà mai raggiungere la velocità critica.

Il concetto di velocità critica non è usato nella moderna architettura navale, dove considerazioni di rapporto di velocità/lunghezza (“Speed/Lengh ratio”) o numero di Froude sono considerati più utili, in particolare lo Speed/Lengh ratio SL dato dal rapporto tra la velocità V e la radice quadrata della lunghezza al galleggiamento Lwl:

SL = V / (Lwl)^1/2

Si scopre così che uno scafo dislocante dalle forme piene è già in difficoltà a raggiungere un SL di 1,2 per effetto del treno di onde trasversali; ad un valore di SL di 1,35 c’è una ulteriore rapido incremento della resistenza dovuto alle onde divergenti che cresce ulteriormente fino a 1,5 per raggiungere un massimo in corrispondenza di un SL di circa 1,7.

Il rapido incremento della resistenza tra i valori 1,3 e 1,5 nelle barche del passato era sufficiente per essere apparentemente insuperabile e da li l’interpretazione della velocità critica come “velocità massima dello scafo”.

La resistenza dovuta alle onde create dipende drammaticamente sulle proporzioni generali e dalla forma dello scafo: disegni moderni che possono facilmente superare la “velocità critica” senza planare includono scafi con estremità molto fini, scafi lunghi e relativamente stretti e linee che “perforano le onde”. Questi accorgimenti sono comunemente realizzati su alcune canoe, barche a remi da gara, catamarani, traghetti veloci e altre navi commerciali, da pesca o militari basate su tali concetti.

Anche il peso della barca è fondamentale: influisce sull’ampiezza dell’onda, e quindi sull’energia trasferita dall’onda per una data lunghezza dello scafo.
Barche pesanti con scafi progettati per planare in genere non possono superare la velocità critica senza planare. Barche leggere, strette con scafo non progettato per planare possono facilmente superare la velocità critica senza planare, anzi, l’amplificazione sfavorevole dell’altezza dell’onda a causa dell’interferenza costruttiva diminuisce all’aumentare della velocità oltre la velocità critica. Ad esempio, i kayak da gara possono superare la velocità critica di oltre il 100 %, anche se non planano. Gli scafi semi-dislocanti di solito sono una via di mezzo tra questi due estremi.

Prossimamente:

  • La ricerca della barca più efficiente per il motore più piccolo
  • Come fa una barca a vela ad andare controvento

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