L'effetto evolutivo dell'elica, chi lo conosce? [pag. 33]

Parte 2
Cosa può causare una resistenza maggiore se non l'attrito?

Riprendo questa domanda da precettistica affermativa e rispondo: La "resistenza maggiore" può causarla e la causa la deformazione ed il grado di resistenza alla deformabilità.

Anche per il fenomeno del quale si discute e per le risultanze imposte dalle condizioni dinamiche viscosità assoluta e cinematica, dove quest’ultima è il rapporto tra massa di fluido e la sua viscosità dinamica, sono fondamentali; la viscosità è un indicatore molto valido di resistenza alle deformazioni che una forma (scafo, elica od altro) incontra avanzando nel fluido con il quale interagisce.
Attriti ? Si ma quali e dove ?
Con l’aumento della velocità di scorrimento, perciò anche connessa velocità di deformazione, predominanti sono gli attriti che la deformazione induce all’inteno della massa di fluido e marginali fino al proporzionalmente trascurabili quelli di scorrimento tra fluido e superfice della forma che invece sono il riferimento comunemente diffuso ed usato con "dotti" saccentismi su superfici bagnate e loro attriti diretti.
Per dare sepoltura ad un’altro dei luoghi comuni tipo l'elica-vite tutte le volte che vi viene di usare “attrito” provate a sostituirlo con “deformazione” e analizzate che orizzonti probabilmente diversi e meno nebbiosi possono diventare visibili.

Chiede Van Bob:
“Vorrei richiamare un attimo il topic alla dimensione che richiede un contesto come il nostro. Non stiamo elaborando un trattato di fisica e non è un concorso dove chi esce con il voto più alto vince un kit portatile di sopravvivenza in mare.”
Hai ragione e per quello che mi riesce mi sforzo di adeguarmi; per il genere di “kit” da vincere dico che avrei un’altra convinzione su quale il più desiderato ma quale non lo dico.

Lo schema qui sotto prova a visualizzare in via quasi-tridimensionale quanto visibile su 2 dimensioni nello schema della parte 1 introducendo il motore e la sua rotazione contraria a quella dell’elica perchè (generalmente) agisce attraverso un riduttore a due assi; per ora sempre per entrobordo-linea d’asse e lasciando momentaneamente da parte la propulsione con elica brandeggiabile dove l'acuto richiamo di StefanoC al giroscopio con il suo momento di inerzia, la sua frequenza di rotazione e la connessa precessione possono inserire effetti evolutivi che con eliche brandeggiabili possono innescare effetti avvertibili.

L’osservazione su 3 dimensioni permette di apprezzare la distanza tra forze che su 2 dimensioni possono apparire complanari e magari ritenibili uguali, contrarie e compensate reciprocamente.
(vedi disegno 2b di un motore Boxer).
Nel disegno 2a la coppia di forze Re / Rm agiscono su un centro (qui non indicato) che è la risultante dell’interazione tra baricentro dinamico e centro di deriva laterale che in imbarcazioni plananti variano sensibilmente di posizione al variare della velocità.
Sarebbe da aggingere che variano anche in funzione di chi stà al timone.

Giusto Bobo?

Non esclusivamente ma particolarmente per imbarcazioni plananti le forze in azione variano di verso ed intensità secondo le variazioni di assetto longitudinale che a sua volta varia con la velocità ed il grado di accelerazione.

Con particolare riferimento ai vettori Va - VRf - VRe nel disegno 3 sono sintetizzate le forze primarie che agiscono sulla pala di un’elica dove lo schema 1 mostra le forze alla velocità nella quale quell’elica è nella condizione del massimo rendimento ottenibile (che non corrisponde necessariamente alla velocità massima possibile) mentre lo schema 2 mostra le stesse forze ad una velocità intorno a 25/30% di quella della condizione in schema 1.

Questo disegno 4 potrebbe (o dovrebbe ?) introdurre qualche realtà da tenere in conto rispetto a tutto quanto detto sopra.

Riassunto delle “cose” evitando di complicarle ulteriormente mettendoci anche cavitazioni e ventilazioni.

- Fino qui ho limitato alla condizione di velocità di avvio o minima.
- Fino qui ho limitato alla soluzione entrobordo con linea d’asse.
- C’è un elica che girando mette in movimento una massa d’acqua.
- Il movimento della massa d’acqua è una combinazione di moto rotazionale e assiale.
- Il rapporto tra massa con moto rotazionale e massa con moto assiale varia con le caratteristiche dell’elica, con il variare della sua velocità di rotazione e con la velocità di avanzo dello scafo.
- La minore o maggiore forza sviluppata dalla pala elica è funzione anche della minore o maggiore pressione del fluido nel quale agisce.
- Il valore della pressione e/o delle differenze di pressione del fluido in condizione statica passando in condizione dinamica aumenta esponenzialmente (e fino ad un dato limite) con l’aumento della velocità VRe di rotazione della pala.
- A velocità costante la resistenza all’avanzamento è quella propria dello scafo.
- In accelerazione alla resistenza all’avanzamento propria dello scafo si aggiunge quella di inerzia dovuta alla massa dello scafo da accelerare.
- Il tempo è la 4° dimensione nascosta.

Innestando la trasmissione con motore al minimo di 1000 g/m’ l’elica inizia a girare altrettanto al minimo a 500 g/m’, (con riduzione 1 : 2) giri che da zero raggiunge in un tempo t1.
Lo scafo con l’elica in rotazione costante a 500g/m’ accelera fino a raggiungere la velocità consentita dai giri in un tempo minore, uguale o maggiore del tempo t1.?
Rispetto alle 3 alternative quale sarà l’angolo ALFA di VRf ?
Quale risultati possono derivare dalle eventuali variazioni dell’angolo ALFA di VRf. ?

Sto cercando di capirci qualcosa ma è dura quindi con timore faccio una domanda: l'angolo alfa varia col regresso?

Io direi

Ad una certa velocità di rotazione (e quindi periferica), alla quale corrisponde una certa velocità di avanzo la VERA velocità con cui la pala vede il fluido deriva dalla composizione vettoriale delle due velocità. La VERA velocità è inclinata di un certo angolo alfa che è dato dalla somma algebrica di un valore fisso caratteristico dovuto alla forma reale della pala e dal rapporto delle due velocità [arctangente (Va / VRe)],
Ad una velocità maggiore la VERA velocità risulta inclinata diversamente rispetto alla pala perchè le componenti Va e VRe aumentano con leggi diverse mentre la forma della pala non cambia.

Quindi, a diverse velocità di avanzo e di rotazione si hanno diversi angoli alfa.

Dal momento che l'angolo alfa è proprio l'angolo d'attacco della pala (l'ho detta grossa?????? ) da cui dipende la portanza, se cambia alfa allora cambia anche la portanza e quindi le forze in gioco (sia come risultanti che come componenti) e così via.

Quindi, forse, imho, è il regresso che cambia quando cambia alfa, e non viceversa




Mo' me sparano a pallettoni ..........

Citazione:

1) Lo scafo con l’elica in rotazione costante a 500g/m’ accelera fino a raggiungere la velocità consentita dai giri in un tempo minore, uguale o maggiore del tempo t1.?
2) Rispetto alle 3 alternative quale sarà l’angolo ALFA di VRf ?
3) Quale risultati possono derivare dalle eventuali variazioni dell’angolo ALFA di VRf. ?

secondo colui "che pilota strano" :

1 ovviamente maggiore.... lo scafo ci mette più tempo ad accellerare di quanto ce ne metta l'elica, nel senso che l'elica arriva a 500 g/m' nel tempo t1 (qualche decimo di secondo?)
ma lo scafo, per arrivare alla velocità "target" di quel regime di giri, impiegherà un tempo assai maggiore, anche "concettualmente e logicamente" legato allo "sviluppo nel fluido" del lavoro svolto dall'elica

2 riposto il disegno

Nella sezione destra del disegno si osservano (in basso) i due vettori che determinano l'angolo ALFA: essi sono Va e Vre
VRe è "un dato": 500 g/m'
Va invece è una variabile, essa parte da 0 (barca immobile, anche se nel tempo T1 la barca in effetti qualche accellerazione l'avrà già subita... ma penso si possa approssimare a 0) ed arriva al massimo alla "velocità target" di quel regime, una velocità X che si può ipotizzare in 2 nodi, tanto per parlare pratico
ovviamente, quando Va= 0 (o quasi zero) l'angolo ALFA sarà molto molto elevato, sino al massimo teorico dell'angolazione stessa della pala dell'elica con la direzione del vettore VRe (che è perpendicolare all'asse dell'elica)
mentre quando Va sarà al suo target (il massimo raggiungibile alla data rotazione) Alfa sarà molto molto piccolo, ma mai secondo me pari a 0 (quanto minore in relazione alla maggiore viscosità del fluido in cui ruota l'elica, quindi tra aria e acqua ALFA maggiore in aria e minore in acqua?)

ignoro se il regresso c'entri tanto o poco, come causa o effetto
ma è indubbio che ad angoli ALFA elevati vi sia una grande discrepanza tra velocità teorica istantanea e velocità effettiva istantanea,
ma fermarsi qua (al "regresso") mi pare riduttivo in relazione al fattore "tempo", vale a dire all'accellerazione che subisce in avanti l'unità e che la accellera in un tempo T2 fino alla velocità di target per quel regime di giri.

secondo me il regresso è una misura che si riferisce ad altro, ad un sistema che ha una sua dinamica non perturbata da accellerazioni (intendo solo quelle relative alla velocità dell'unità),
a velocità fissa, insomma .... in altre parole secondo me ha poco senso parlare di regresso in un tempo T2 in cui, a causa della maggiore o minore viscosità in cui ruota l'elica, l'unità deve ancora raggiungere uno stato di velocità fissa.
dopo tale tempo si.... ma ci aiuta nel ragionare di effetto evolutivo? lo ignorof

3 a domanda ripongo domanda: l'ampiezza dell'angolo ALFA è in rapporto con quanto l'unità "deforma" il fluido in cui avanza?
più piano, e più leggera, avrà alfa minore e minori onde di scia
più veloce (parliamo per adesso di disclocamento) e più pesante avrà alfa maggiore e maggiori onde di scia?
mi torna in mente anche il Drel.... ma forse non c'entra nulla.

ora vado a cercare i cerotti...... sento già male per la ovvia rovinosa caduta

dubbio del giorno dopo:
"a posteriori" , non capisco se le tre domande cui ho provato a dare tre risposte sono poste lungo la strada che porta alla comprensione dell'effetto evolutivo, oppure se sono parte descrittiva ma fine a se stessa di uno degli scalini che Franco ci vuole fare percorrere....

solo il prosieguo me lo dirà.....

donno ha scritto:

Innestando la trasmissione con motore al minimo di 1000 g/m’ l’elica inizia a girare altrettanto al minimo a 500 g/m’, (con riduzione 1 : 2) giri che da zero raggiunge in un tempo t1.
Lo scafo con l’elica in rotazione costante a 500g/m’ accelera fino a raggiungere la velocità consentita dai giri in un tempo minore, uguale o maggiore del tempo t1.?

rispondo intuitivamente e probabilmente frettolosamente:
maggiore ... perché una parte dell'energia prodotta dall'elica non si trasforma in spinta ma "si perde" in ... effetto evolutivo :-)


Saluti
Enrico

Per e.bove.

E' una delle azioni in gioco ma ....
Fuochino !!

Citazione:

- A velocità costante la resistenza all’avanzamento è quella propria dello scafo.
- In accelerazione alla resistenza all’avanzamento propria dello scafo si aggiunge quella di inerzia dovuta alla massa dello scafo da accelerare.

Alla fine, leggendo e rileggendo il donno, mi sono soffermato su queste sue due affermazioni.
Posto che non è chiaro neanche a me cosa c'entri l'angolo alfa con il regresso, è possibile correlare, ai nostri fini, l'effetto evolutivo dell'elica con la velocità costante o con l'accelerazione?

Credo di si e infatti venendo alle domande:

Citazione:

Innestando la trasmissione con motore al minimo di 1000 g/m’ l’elica inizia a girare altrettanto al minimo a 500 g/m’, (con riduzione 1 : 2) giri che da zero raggiunge in un tempo t1.
Lo scafo con l’elica in rotazione costante a 500g/m’ accelera fino a raggiungere la velocità consentita dai giri in un tempo minore, uguale o maggiore del tempo t1.?
Rispetto alle 3 alternative quale sarà l’angolo ALFA di VRf ?
Quale risultati possono derivare dalle eventuali variazioni dell’angolo ALFA di VRf. ?

Anche secondo me è maggiore di t1. Perchè deve "accelerare" e quindi occorre aggiungere l'inerzia della massa dello scafo.
L'angolo alfa tende a zero ( lo raggiunge?) all'aumentare della Va.
In sisntesi, per semplificare (forse anche oltre il consentito) si può dire che l'effetto evolutivo è minimo in velocità costante e più elevato in accelerazione?

E poi, quello schema con le due pale in alto o in basso come influisce sull'effetto evolutivo? Lo "sbandamento" è maggiore o minore a seconda che le due pale si trovino in alto o in basso? ma in che modo?

Possiamo affermare che regresso ed effetto evolutivo sono le due facce della stessa medaglia, l'inefficienza dell'elica ?