La fisica del barchino divergente

Porto in evidenza questo commento lasciato da mazzapioda nella pagina Cosa è la pesca con il barchino divergente .

E’ molto tecnico, non ho capito tutti i passaggi, ma la dimostrazione matematica è riferita ad imbarcazioni vere e proprie, ed il barchino divergente non lo è .  Ad esempio nel suo baricentro, a differenza di un catamarano vero, c’è praticamente assenza di peso .

mazzapioda nella premessa parla della divergenza del barchino, il fenomeno per cui tirandolo da terra si riesce a spingerlo al largo . Purtroppo non chiarisce cosa sia la scomposizione delle forze di traino, ma nonostante lui lo neghi a lettere maiuscole, io resto convinto che la differente misura delle due derive e la loro proporzione sia fondamentale per una corretta divergenza.

Tutto il resto del commento è riferito alle misure progettuali per evitare il ribaltamento del barchino, argomento comunque fondamentale, anche se è molto teorico e non vedo come applicarlo alla costruzione del barchino.

Ecco il commento di  mazzapiodaaspetto le vostre risposte, sono sicuro che potremmo aprire un argomento vasto ed interessante.

Stabilità

Quante ne ho sentiti di pareri sulla stabilità e il peso di un barchino. Concetti mischiati e scopiazzati uno con l’altro e poi espressi come se fossero risultati di calcoli statici. Piombatura, zavorra per non farlo rivoltare e dati messi li a casaccio. un’onda può rivoltare una portaerei con milioni di tonnellate.

Questo è generalmente un soggetto molto contestato e un pò incompreso quando si discute di qualità marine dei multiscafi ed è probabilmente la più grande paura che i marinai inesperti hanno riguardo a questo tipo di imbarcazioni.

SE VOLETE FARE gli esperti navali, attenetevi almeno a queste regole minimali.

La divergenza è data solo dalla scomposizione delle forze di traino: tirando il barchino in maniera eccentrica, per la scomposizione delle forze eccentriche, questo diverge.

Non contano nulla l’arrotondamento degli spigoli, la diversa massa d’acqua spostata dalla pala più grande rispetto quella più piccola. Le due strutture essendo collegante formano un corpo unico, con un baricentro unico per il quale NON HA NESSUNA IMPORTANZA LA DIVERSA DIMERNSIONE DELLE TAVOLE.

Mentre è vero che alcuni multiscafi si sono rovesciati, è chiaro da quanto sopra che ci siano differenti tipi di multiscafi, e non di meno ci sono differenti modi nei quali questi possono rovesciarsi.

Tenterò di mostrare che attraverso accurate analisi e con la reale comprensione dei fattori che contribuiscono alla vulnerabilità al rovesciamento, sia possibile progettare un multiscafo che sia estremamente difficile da rovesciare e uno che sia sicuro in tutte le condizioni.(Tenete a mente che fuori da qui ci può essere un’onda che può sopraffare qualsiasi imbarcazione)






Stabilità dinamica (al vento)

La stabilità statica è una misura della stabilità della barca in acqua ferma ed è data dalla seguente formula:

formula stabilità dinamica

formula stabilità dinamica

Dove:
D= Dislocamento (in Lbs)
CE=Altezza del Centro Velico oltre il Centro di Gravità (C.G.) in piedi (feet)
SF= Velocità del vento in Mn alla quale la barca deve ridurre le vele
SA=Superficie velica in piedi al quadrato
B= larghezza tra le due linee centrali degli scafi esterni in piedi

Questa formula dà al progettista una misura della stabilità come indicazione della capacità a portare vela quindi ad esempio la capacità della barca a resistere al rovesciamento per la sola azione del vento.

Ci sono due fattori che possono ridurre SF. Primariamente se la barca ha un alto angolo di sbandamento al punto di massima stabilità, (peggiore nei trimarani del tipo 2 e minima in tutti i catamarani) il corretto SF è dato sostituendo B nella 1 con la larghezza fuori tutto x il coseno dell’angolo di sbandamento. Tipici valori di SF possono variare tra 12 Mn/h per un catamarano da regata Formula 40 ad oltre 40Mn/h per multiscafi da crociera. I moderni e leggeri crociera/regata possono stare in un arco tra 24 e 30 Mn/h. E’ chiaro pertanto che a seconda dei differenti tipi di multiscafi elencati più sopra la stabilità iniziale può variare enormemente.

La Curva di stabilità e la stabilità in mare mosso

Il momento raddrizzante è la distanza dal centro di galleggiamento al centro di gravita x il peso apparente dell’imbarcazione. Questa è la propria fondamentale resistenza statica allo sbandamento. Le forze che fanno sbandare la barca possono venire dal vento o dalle onde.

La figura mostra le curve del momento raddrizzante per l’angolo di sbandamento per un tipico moderno catamarano e trimarano di 35’ regata/crociera di mio progetto. Il trimarano ha una larghezza fuori tutto di 32’ e il catamarano una larghezza di 23’.

momento raddrizzante catamarano

Il trimarano ha meno spazi interni ed è più leggero del catamarano ma, per la maggiore larghezza ha una stabilità massima più grande. E’ importante notare che la massima stabilità del trimarano si verifica ad un angolo di sbandamento di circa 20°, mentre il catamarano ha il massimo a circa 6°. Se il galleggiamento degli amas è ridotto a meno del 100% del peso della barca  la stabilità massima sarà ridotta non solo in proporzione alla riduzione di volume dell’ama, ma anche per l’effetto di aggiunta di dislocamento apparente per la pressione sottovento delle vele ad alti angoli di sbandamento. A 20° questo causerà una perdita di momento raddrizzante nell’ordine del 20%.
La figura che segue mostra le stessa curve del momento raddrizzante di un catamarano e di un monoscafo moderno da regata/crociera. L’energia richiesta da applicare all’imbarcazione per farla rollare da 0° al punto di rovesciamento (90° nel catamarano e 135° nel monoscafo) è data dall’area circoscritta dalla curva. Dal grafico è chiaro che l’energia richiesta per rovesciare il catamarano sia del 50% più grande che nel monoscafo. Naturalmente in entrambi i casi l’angolo iniziale di sbandamento ridurrà la riserva di stabilità disponibile, e nel trimarano questa riduzione di energia di resistenza al capovolgimento sarà più grande che in un catamarano.

confronto monoscafo e catamarano

confronto monoscafo e catamarano

 

Comunque in tutti i casi, perché si verifichi il capovolgimento, l’energia del vento e delle onde (uguale all’area sotto la curva del momento raddrizzante) deve essere trasferita all’imbarcazione sotto forma di energia di rotazione.

Nelle sole onde, se l’energia dell’impatto delle onde non è trasformata in energia di rotazione la barca non si rovescerà.

La seguente tabella mostra il dislocamento del catamarano del trimarano e del monoscafo considerati nel grafico.
Catamarano Trimarano Monoscafo
L.F.T. (in piedi) 35 35 33
Larghezza Max (in piedi) 23 32 10,8
Larghezza tra i centri scafo (in piedi) 17 29 –
Dislocamento (in libbre) 6700 5800 10080

Per primo consideriamo l’azione isolata delle onde. I test nella vasca hanno dimostrato che il rovesciamento dovuto all’azione delle onde non frangenti è impossibile.Pertanto quando un’imbarcazione giace a secco di vele l’impatto delle creste frangenti è la primaria forma di energia che si introduce nel sistema che può essere trasformato in energia di rovesciamento. Poiché il galleggiamento ed il peso dell’imbarcazione sono concentrati alle estremità della larghezza i multiscafi saranno più stabili al rollio che una semplice zattera. L’equazione 2 dà l’energia d’impatto trasferita alla barca dalle onde.

In un multiscafo con le derive sollevate il braccio di leva (r) è ridotto alla distanza tra il centro di resistenza laterale (CLR) dello scafo sottovento ed il centro d’impatto sul lato dello scafo sopravvento. Ovviamente questo è molto piccolo rispetto al braccio di leva quando la deriva è abbassata e quindi anche il momento dell’impatto trasferito alla barca è molto piccolo.

Secondariamente, particolarmente nel caso di un catamarano da crociera a ponte aperto il momento rotatorio d’inerzia è molto alto a causa della configurazione dello scafo. Anche Ia è alta fintanto che l’acqua caricata sullo scafo è a grande distanza dal centro di gravità.

Dunque questo tipo di cat riceve meno energia trasferita dall’impatto delle onde in energia ruotante. D’altro canto un trimarano con le derive alzate avrà ancora una piccola r e quindi un basso Mi, ma il momento rotatorio d’inerzia Ir è molto più basso che un cat, perché il peso è concentrato vicino al centro di gravità. Quindi in un trimarano a secco di vele verrà più energia di rotazione che in un catamarano.

L’equazione sopra mostra che in molti multiscafi, l’energia d’impatto non è trasferita in rotazione ed infatti virtualmente tutta l’energia è assorbita dallo scivolamento(surfing) laterale. Questo è esattamente lo stesso effetto che salva i più vecchi tipi di monoscafi dal rovesciamento da onde, l’unica differenza è che il monoscafo prima che la chiglia sia quasi parallela alla superficie dell’acqua e quindi si riduca il braccio di leva (r) permettendo all’energia di dissiparsi nel movimento laterale, dovrà sopportare uno scontro violento.

Il multiscafo che viaggia peggio in questa situazione è il trimarano con amas a poco volume di galleggiamento. Quando un’onda colpisce il lato della barca, dapprima rollerà più rapidamente e molto di più di un cat e se l’ amas si immerge al punto di affondare e quindi interrompendo il movimento laterale, tutta l’energia sarà trasferita nella rotazione e un rovesciamento è possibile. Anche avere chiglie fisse o lasciare abbassata la deriva sottovento aumenterà grandemente il rischio di capovolgimento da onde per tutti i tipi di multiscafi.

Naturalmente il problema può presentarsi quando sia necessario limitare la deriva laterale della barca per esempio quando ci sia un pericolo sottovento. In un catamarano questo può essere facilmente risolto con sicurezza abbassando la deriva sul lato sopravvento. Tutti gli altri tipi devono usare una ancora galleggiante. La scelta se filare l’ancora galleggiante da prua o dal lato dell’imbarcazione dipende dal tipo di barca e dalle condizioni. Diverse persone hanno scritto sull’argomento compresi i Cassanovas e Dick Newick, i quali entrambi hanno usato e sostengono questo metodo per controllare lo scarroccio e il rollio in condizioni di tempesta.


Ho verificato che il  contenuto di questo commento e le relative immagini sono state prelevate dal sito http://www.cantierino.it/Aarticoli/C-MHSeaVorthness/aaMHSeaVorth.html  a cui riconosco il credito .

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