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Spediti sull’acqua, ma con stabilitàForme di scafo wave piercing a forte allungamento,contenimento del flusso sotto carena con pareti laterali immerse,

gradini e ventilazione del fondo per ridurre l’attrito: queste sono le possibili strade per realizzare mezzi navali ad alta velocitàdi Alberto Ascenzi, a.ascenzi@serimnet.com, www.serimnet.com

Esiste una imbarca-zione per certi aspettirivoluzionaria, ideale permissioni di volo e anfibie incondizioni meteomarine forza4-5. Può superare i 40 nodi,ma nel progetto colpisconosoprattutto la stabilità, lamanovrabilità e il seakeeping.

un programma di nuovecostruzioni della U.S. Navyche prevede l’acquisizione dioltre 50 unità di cui 24 giàcommissionate, 12 alla stessaGeneral Dynamics e 12 carat-terizzate da un monoscafo aspigolo alla Lockeed Martinassociata a Fincantieri Usa.

Nel campo dello yachting lestesse forme di scafo a trima-rano sono state utilizzate dalcantiere Austal di Henderssonin West Australia per la costru-zione del White Rabbit, unoyacht di 61,40 metri, largo15,4 che sviluppa una veloci-tà di 19 nodi con una potenzainstallata di 3.085 kW.Esaminando le foto rese pub-bliche dell’Independence sipossono rilevare caratteristi-che speci-

Independence ha un dead-weight di 608 ton, un volumeutile di 11.000 m3 e un pontevolo di 1.030 m2. Il progettosi basa su un’applicazionemilitare dei trimarani da tra-sporto car-pax dell’Austal, icui maggiori esempi sonoquelli della Fred Olsen Com-pany tipo BenchijiguaExpress in servizio alle Cana-rie, che a loro volta sono unaevoluzione dei catamaranitipo Bocayna.

Navi velociteoria

Si tratta di Independence,qualcosa di assolutamenteinnovativo da cui prenderespunto per lo studio di altriprogetti.È stata costruita dalla GeneralDynamics Corporation nelcantiere dell’Austal Usa diMobile (in Alabama) in base a

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nome dell’ammiraglio Zum-walt, a suo tempo convintosostenitore di grandi naviveloci a cuscino d’aria, siastato oggi assegnato a que-

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fiche diquesto progetto che ne fannoqualcosa di assolutamentenuovo rispetto a quantosiamo abituati a vedere.Innanzitutto colpiscono l’as-senza di onde divergenti, lamanovrabilità e la stabilità adalta velocità, prestazioni daattribuire alla configurazionetipo wave piercing delloscafo centrale, il cui rapportolwl/bwl è superiore a 17/1, allapresenza di un bulbo di prorae a due coppie di pinne attiveposizionate a prora e apoppa. I due scafi laterali assi-curano un forte incrementodella stabilità laterale e porta-no il rapporto di figura fuoritut-to a circa 4,5/1, a beneficiodei volumi utili e della superfi-cie del ponte volo. Per comesono posizionate le due cop-pie di pinne attive s’intuisceche esse contribuiscano signi-ficativamente a ridurre i moti dibeccheggio e a consentirebrusche virate in velocitàsenza sbandate laterali.La velocità di 40 nodi, a cuicorrisponde un quoziente diTaylor di 2, è ottenuta con unrapporto potenza/peso di22,34 kW/ton, valore nonbasso se confrontato conquello di uno scafo tradiziona-le con eliche immerse. Vienespontaneo un confronto congli incrociatori leggeri classeCapitani Romani costruiti nel1940 che avevano prestazioni

analoghe di velocità con unrapporto potenza/peso di 17kW/ton. Tuttavia non è la velo-cità l’elemento più appariscen-te, ma sono la stabilità, lamanovrabilità e il seakeeping.Qualche perplessità è datadal tipo di costruzione in legaleggera che potrebbe con iltempo creare problemi dirobustezza di scafo, soprat-tutto locale, per le sollecitazio-ni dovute sia alla configurazio-ne a trimarano sia a un gravo-so impiego militare.

Cosa si deveintendere per altavelocità? Il concetto è strettamentelegato alla dimensione delmezzo e al suo peso. Per pic-cole unità è possibile realizza-re un sostentamento dinami-co dello scafo in condizioni diplanata, ma aumentando ledimensioni – e quindi il peso –viene a mancare questo pre-supposto per il semplicemotivo che il peso aumentacon il cubo della dimensionementre la portanza dinamica,legata alla superficie, può cre-scere solo con il quadratodella medesima. Esiste unlimite fisico che non consentedi realizzare scafi plananti conun dislocamento superiorealle 200 tonnellate circa,anche se del tipo aliscafo adali profondamente immerse.Per dimensioni maggiori il

sostentamento dello scafo varicercato con altri mezzi, il piùefficiente dei quali è sicura-mente rappresentato da uncosiddetto cuscino d’ariacontenuto da una cortina fles-sibile perimetrale o da duepareti laterali rigide e cortine diprora e poppa. Mezzi di que-sto tipo non hanno limitidimensionali, dipendendosolo al binomio superficie epressione interna al cuscino.Se non possiamo disporre delsostentamento dinamicodobbiamo puntare su formedi scafo lunghe e strette ingrado di intersecare la

superficie liquida rimanendostabilmente ancorati a essa. Èla forma wave piercing tipicadei catamarani e dei trimaraniveloci come, nel nostro caso,è l’Independence. Un interessante esempio discafo wave piercing è statoadottato per il progetto deinuovi Ddg della U.S. Navyclasse Zumwalt (curiosocome il

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Scafo “tumblehome”migliorato

(segue da p. 92)

Scafo “tumblehome”

U.S. Navy dd(X) Zumwalt.

IndependenceScafo Lunghezza ft m127,80 • larghezza m28,40 • immersione massi-ma m 3,96 • dislocamentoa p.c. ton 2.784 • velocitàdi progetto 40 nodi •

costruzione leghe di allumi-nio • motori 2 Mtu 20V8000 di 9.100 kW (cv12.364,716) a 1.150giri/m, 2 Tag GE LM 2500da 22 MW, 4 idrogettiWartsila Lips (Usa)

(continua a p. 96)

Independence.

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sto tipo discafo molto diverso).I Ddg di questa classe sonocaratterizzati da un sottilescafo tipo “tumblehome”,forma utilizzata nel passatodai galeoni, che consente conle sue murate inclinate all’in-terno una ridotta mascheraradar (Stealth). Il progetto hasubìto forti critiche da partedegli architetti navali che attri-buivano a queste forme scar-se doti di stabilità in falla, percui è stato successivamentemodificato con l’aggiunta didue pareti laterali costituentidue pinne immerse. Un altro progetto di riferimen-to che merita attenzione è loStiletto, un mezzo plananteda 50 nodi della U.S. Navy lecui forme di scafo a 5 puntesono studiate in modo daincanalare l’onda di prora in

due tunnel sottocarena pertrasformare la sua energiadinamica in pressione disostentamento del mezzo.Per realizzare mezzi navali adalta velocità è necessarioquindi seguire queste strade:forme di carena wave piercinga forte allungamento, conteni-mento del flusso sotto carenacon pareti laterali immerse,gradini, cuscino d’aria ocomunque ventilazione delfondo per ridurre l’attrito, mul-tiscafi. Gli obiettivi sono ridur-re o eliminare la formazionedelle onde divergenti di prora,diminuire l’attrito, creare unacomponente di sostentamen-to dinamico, migliorare latenuta al mare.Ho ritenuto si dovesse opera-re in questa direzione e nel2000 elaborai, per conto di unnoto armatore argentino, ilprogetto di un trasportopasseggeri da 75 nodi conuno scafo a gradino avente laparte poppiera delimitata dapareti laterali e ventilata con

insufflazione d’aria. Per la pro-pulsione avevo previsto l’im-piego di eliche di superficie,ritenendo che solo così avreipotuto contenere il peso esuperare il muro di 60 nodi cuisono soggetti gli idrogetti dis-ponibili in commercio.Infatti per consentire velocitàmaggiori di 60-65 nodi, a mioavviso, l’unico propulsorepossibile è l’elica supercavi-tante di superficie: non esisto-no esempi di unità con pro-pulsione a idrogetto cheabbiano superato questo limi-te a eccezione di un mezzo acuscino d’aria da 100 ton, ilSes 100 A, progettato peruna velocità massima di 80nodi e provato alla metà deglianni ’70 del secolo scorsodalla U.S. Navy. La nave ebbeun lungo periodo di messa apunto che richiese l’adozionedi idrogetti a più stadi a flussomisto e sezioni d’ingresso allabocca a geometria variabile.Per contro, il Ses 100 B, conpropulsione a elica di superfi-

cie superò i 90 nodi, oltre 10in più della versione A, con unrendimento propulsivo totalemaggiore di 8 punti percen-tuali. Occorre dire che si trat-tava in questo caso di elichedi superficie a pale orientabilimolto speciali appartenentialla Serie 4281 del Nsrdc.L’elica è un propulsore che siadatta perfettamente allediverse condizioni operative diun mezzo militare che deve sìpoter sviluppare una velocitàelevata, ma che opera per lamaggior parte del tempo abasse andature. La corrispon-denza velocità/numero di giriconsente coefficienti di avan-

zo pressoché costanti anchea regimi molto differenti conun elevato rendimento ener-getico. Al contrario il rendimento del-l’idrogetto, essenzialmenteuna pompa, è legato alla por-tata d’acqua, come differenzadi quantità di moto tra labocca d’ingresso e quella diuscita, è massimo solo in uncampo molto ristretto di varia-zione di velocità all’imbocco,al di fuori del quale crolla. L’i-drogetto si presta molto beneper la propulsione di navicommerciali che operano avelocità costante, ma non èl ’ i d e a l e

Qui sopra, il Ses 100 B in navigazione.

Curve di efficienza approssimative per diverse

propulsioni

water jet

eliche parzialmentesommerse

eliche convenzionali

eliche supercavitanti completamente sommerse

Velocità nodi

Per

cent

uale

del

l’effi

cien

za p

ropu

lsiv

a

(segue da p. 94)

In alto, lo Stiletto, mezzo

planante da 50 nodi. Sotto, il

Ses 100 A.

L’alta velocità non significa nulla se nonè associata alle altre fondamentali qquuaalliittààmmaarriinnee per affrontare in sicurezza

condizioni operative anche molto gravose.

>>

(continua a p. 98)

Navi velociteoria

per unmezzo militare. Per migliorarele prestazioni in diverse condi-zioni di funzionamento sonostati studiati accorgimentiquali sistemi a più stadi ebocche d’ingresso a geome-tria variabile. Attualmente sto sperimentan-do forme di carena semipla-nanti che introducono, sullabase delle mie precedentiesperienze nel campo dell’altavelocità, i concetti presenti neitrimarani veloci dell’Austal, neinuovi Ddg e nello Stiletto (Usa).Il progetto è finalizzato allacostruzione di unità commer-ciali o da diporto nella taglia da26 a 36 metri di lunghezza perun campo di velocità che vada 15 a 25 nodi e fa parte diuna mia collaborazione conCantieri di Baia per la creazio-ne di un nuovo brand.Gli obiettivi sono gli stessi chehanno originato i progetti diriferimento, ossia grandesuperficie di piattaforma,bassa resistenza in regimesemiplanante, sostanzialeincremento delle qualità mari-ne di tenuta al mare e dimanovrabilità.

Le forme e i parametri di care-na sono quelli di base di unoscafo ottimizzato per un V/Ldi 2,5 (o se vogliamo per unFv=2, cioè al limite inferioredel regime di planata) modifi-cato in modo da avere uncentro di carena molto arre-trato, piccoli angoli d’ingressodi prora, estesa superficieportante di poppa e un chinesagomato per formare duepinne verticali.L’analisi fluidodinamica com-puterizzata (Cfd) ha dato risul-tati molto incoraggianti, con-validati da esperienze sumodello in scala 1/15 provatoin vasca navale. Il beneficioche si ottiene è spiegabile conuna più uniforme distribuzionedella pressione dinamica sulfondo, una riduzione dei suoivalori di picco e un decisoeffetto smorzante sui moti disussulto con mare in prora.Particolarmente significativa èla riduzione del 50% circa delvalore delle componenti verti-cali di accelerazione sul bari-centro, che passano da0,631 g a 0,297 g con unostato del mare forza 4.Si dimo-

Dal “Report delle prove presso la Sspa”

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Accorgimenti per la realizzazione di idrogetti per alta velocità

(segue da p. 96)

(continua a p. 100)

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stra inoltreche la resistenza totale all’a-vanzamento nel campo divelocità d’interesse è inferiorea quella dello scafo tradiziona-le migliore possibile aventestessa lwl e stesso disloca-mento, quindi direttamenteconfrontabile.Queste esperienze sono ilbanco di prova per lo sviluppofuturo di navi di dimensionimaggiori capaci di velocitàsuperiori ai 60 nodi, conforme di scafo simili a un trima-rano anche se più compatte etali da consentire migliori pre-stazioni di tenuta al mare, sta-bilità e manovrabilità. Ad alta velocità non è suffi-ciente studiare una buona

carena, anche le forme dell’o-pera morta assumono unaimportanza rilevante sia pergarantire un basso coefficien-te Cx di resistenza aerodina-mica, sia per tagliare le ondesenza opporre resistenza. Inparticolare la prora deve avereforme tondeggianti senzaslanci in modo da smorzare lepressioni d’impatto con leonde assicurando nel con-tempo una grande riserva digalleggiabilità per evitare diimmergersi. Un esempio diquanto detto è la propostache abbiamo elaborato peruno yacht di 59 metri proget-tato per una velocità di oltre60 nodi, di cui mostriamo laseguente immagine.

59 m Ocean Fast Cruiser

Modello di 29 m, scala 1/15 in prova, 90 ton, 22 nodi.

Confronto nuova carena con uno scafo semidislocante tradizionale

Diversa distribuzione delle pressioni sul fondo nei due casi

Riferimenti:11.. Janes, Surface Skim-mer, 197822.. Rosenblatt & Son. Inc,The Surface Effect Ship(PM-17)33.. Modern Ships andCraft, Naval Engineer Jour-nal, febbraio 198544.. Sspa, Report 2000,0420 del 12.12.200055.. Profjord, Report NO-1011 del 12.12.200066.. Rolla Sp Propellers Sa,Report 10_01 Le immagini di Indepen-dence e le notizie inerenti,riportate nella relazione,sono rese pubbliche suinternet.

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Confronto dei diversi angoli di assetto in corsa

Hw = 2 m, Pw = 6 s, V = 15 nodiMonohull Sidehull Delta

R media [N] 26552 24099 -2453R_f media [N] 5460 5834 373R_p media [N] 21092 18266 -2826

Immersione max (m) 1.326 0.272 -1.054Immersione min (m) -1.697 -1.095 -0.603

Accelerazione Lcg max (g) 0.631 0.297 0.334Accelerazione Lcg min (g) -0.888 -0.505 -0.383

Assetto max (deg) 4.644 3.776 -0.868Assetto min (deg) -7.756 -3.687 -4.069Confronto del comportamento con mare forza 4.

(segue da p. 98)