Precisazioni sulle eliche by Franco Donno [pag. 7]

Per BRANCHIA
Il Joker 22 fu un mio progetto nel1986. In una foto si vede la prima carena e io in mezzo a Giuseppe Aiello, titolare della Joker, e Giorgio Conti, addetto alle vendite.
Nell’altra foto c’è il prototipo in prova con visibile la prua dei tubolari che non era quadra (perchè meno adatta alle prestazioni richieste) ma che poi venne rifatta “quadra” dal cantiere per motivi commerciali con il conseguente, ovvio, sbilanciamento tra i volumi di carena a prua e volume dei tubolari.
In seguito il cantiere arrangiò un allargamento “commerciale” della carena e successivamente anche un allungamento per ricavarne un nuovo modello
Il 650 non so da quante modifiche dell’originale sia poi venuto fuori per cui qualcosa di mio mi risulta essere rimasto ma non so quanto.
Dei clienti che ebbero il primo modello e poi passarono ai successivi mi dissero che le qualità di navigazione, pur sempre valide nella media dei concorrenti esistenti, non erano più quelle dell’originale.

Per GOMMOA
Tutti i siluri prima della consegna al cliente vengono provati con lanci in mare e “acchiappasiluri” era il soprannome dato in cantiere perchè il suo lavoro è quello di andare a ripescare in mare i siluri dopo questi lanci di collaudo.

BIGINO parte 2
Eravamo rimasti a “qualcosa di diverso rispetto alla corsa rettilinea c’è
Cosa?
C’è che l’aquilone tende a mettersi con la superfice in verticale e scopriamo che con la rotazione c’è una nuova grandezza fisica, un nuovo vettore che entra nel sistema, quello della FORZA CENTRIFUGA, che non c’era nella corsa rettilinea

Attaccato l’aquilone di lato per contrastare questo nuovo vettore, torniamo (intendo roby.vbi ed io) a far girare la superfice in cerchio e, rispetto alla corsa rettilinea, emerge che con la rotazione il sistema è sbilanciato e, sollecitato dalla forza centrifuga, fa flettere verso l’esterno l’asse del motore, anche l’asta dove è attaccata la corda di trazione tende a flettersi tirata dalla forza di portanza e, molto importante per i suoi effetti, la velocità del fluido che investe la superfice non è più uguale su tutta la superfice ma diventa tanto più alta quanto più ci si allontana dal centro di rotazione. Le stesse sollecitazioni e differenze di velocità radiale valgono anche per un ‘elica.

Essendo diversa la velocità del fluido sarà diversa, andando dal centro verso l’esterno, la distribuzione e la forza della portanza generata dalla superfice perchè la forza della portanza è ANCHE funzione della velocità.

La corsa rotatoria crea la forza centrifuga che agisce su tutto quello che ha un peso e tutto il sistema ne risente compreso il fluido aria che, piccolo, un peso lo possiede perciò ne subisce l’effetto; vincendo l’attrito che tende a trascinarla in rotazione l’aria inizia ad allontanarsi dal centro sfuggendo verso l’esterno incurvandosi e generando anche dei moti vorticosi.

Questo sistema sottoposto dalla rotazione a forza centrifuga ha un peso messo asimmetricamente rispetto al centro e questa asimmetria crea un effetto perturbante sbilanciato verso quel peso. Questo effetto perturbante si può annullare aggiungendo un’altro peso uguale al primo e simmetricamente opposto oppure dividendo a metà il sistema e mettendo opposte queste due metà.

Andiamo a bagnarci i piedi passando all’acqua e alle barche per mettere a bagno la superfice e vedere come si può muoverla per creare una portanza.
Possiamo usare un moto rettilineo, quello dei timoni di profondità sui sommergibili o quello degli aliscafi per sollevarsi, ma facendo correre la superfice a poppa la larghezza limitata costringe a un movimento alternativo dritta-sinistra come la coda di certi pesci o su-giù come le balene. Dovremmo anche mettere due superfici che si muovono in opposto per evitare che poppa della barca si metta a ballonzolare anche lei come un cane che scodinzola.

Inoltre trasformare il movimento rotatorio del motore in uno alternativo non è la migliore delle soluzioni, il meccanismo è complesso, nei momenti di inversione la velocità è zero perciò zero anche la spinta, il rendimento medio, non quello istantaneo dei momenti di velocità costante, basso.
Dal motore arriva un movimento rotativo, meglio non trasformarlo e ottenere la velocità necessaria alla superfice per generare la portanza con la stessa rotazione cioè, in termini tecnicamente più corretti, trasformare la potenza meccanica di un albero rotante in variazione della quantità di moto del fluido, una scelta che non deriva dalla necessita di far avvitare qualcosa, di fare un cacciavite subàcqueo, (molto “cool” il modello con bombole e Black-Berry incorporato) ma da quella di avere una spinta continua e non alternata con una meccanica più semplice ed affidabile.
Da qiu in avanti la superfice la chameremo PALA: all’inizio ne useremo UNA sola che è già nell’acqua, gira e mostra gli stessi effetti dell’aquilone quando girava intorno alla piazza.
Sono partito con la pala singola perchè si otterrebbero i migliori rendimenti se non ci fossero gli ostacoli dello sbilanciamento da compensare con un volume di contrappeso che aumenterebbe la resistenza all’avanzamento e se non ci fosse il periodico cambiamento di portanza e di conseguenti periodici sussulti e vibrazioni, provocato dal passaggio della pala dietro il piede e sotto la piastra anticavitazione o dietro la linea d’asse ed il relativo supporto e vicino alla carena.
Inoltre una sola pala di superfice adeguata sarebbe più pesante e più lunga, le sollecitazioni e gli sforzi meccanici sarebbero maggiori costringendo ad un aumento degli spessori che aumenterebbe la resistenza a pari portanza e il diametro necessario ad ottenere la superfice richiesta diventerebbe quasi certamente inaccettabile.
Come si vede nella foto la pala singola alla ricerca dei massimi rendimenti è stata adottata in alcuni generatori eolici ma nell’aria e con minori limiti nel diametro i problemi e le incompatibilità sono molto minori.
Per adesso restiamo ugualmente alla pala singola.

Peso sbilanciato e perturbante, flessioni, centrifugazione del fluido ed altre cose che derivano dal maggior peso specifico e viscosità dell’acqua, dal fluido che non arriva bello lineare ma scomposto dalla carena e da altre sue parti e dalla sua velocità che è DIVERSA da quella dello scafo.

Diversa ?
Si, diversa mentre diversa non lo è nel sistema Voight-Schneider nel quale tutta la lunghezza della pala lavora in un flusso con stessa velocità; un vantaggio per progettare il profilo di sezione della pala, uno svantaggio nel pescaggio e nella complicazione meccanica ma, come nella vita, anche nella tecnica non esiste una scelta che sia tutto perdita o tutto guadagno.
Meglio ricordarselo.

Finora c’era una superfice e un flusso singolo che la incontrava, adesso facciamo un’altro passo avanti verso più flussi che si combinano e partiremo dai due principali.
Poi arriveranno anche quelli al contorno e spero di riuscire ad essere abbastanza chiaro perchè le cose si complicheranno ancora e, tanto per rovinarvi un pò la giornata: iniziate a pensare alle eliche controrotanti !

Il flusso della corsa arriva alla pala dell’elica con una data velocità e la pala ha una sua velocità. Come nella bandiera sul gommone le due velocità, incontrandosi si combinano creando una terza velocità che, da qui in avanti, sarà per noi molto importante.
Forse adesso qualcuno comincerà a guardare le viti come si guarda chi ci ha fregato per anni. Che ne dici roby.vbi ?
O forse come a una cosa alla quale si voleva bene (semplice, comoda, ci ha anche fatto compagnia per anni, a qualcun’altro ha fatto comodo per altrettanti anni) e che forse dovremo abbandonare.
O forse una cosa che ci ha fatto spendere soldi in deludenti cambi di eliche, soldi che col senno di poi avremmo potuto rispamire o usare meglio magari destinandoli a cose tipo adozione a distanza di qualche bambino entrato nella vita nel posto sbagliato.
Signori, pausa caffè, “metabolizzazione” e “question time”.
E aspetto domande.

Franco.

Alla faccia del bigino! qua mettendo le parti insieme alla ci si può fare un testo di studio degno di un università! e che belle illustrazioni pure! complimenti Donno!
Se ho capito bene per ottenere il vento risultante dell'ultimo disegno si fa il calcolo del vento laterale al quadrato+vento corsa al quadrato tutto sotto radice? (se non ricordo male perchè i miei ricordi di geometria stanno svanendo), la stessa cosa si applica all'acqua e quindi al flusso che arriva all'elica dove il vento laterale è il flusso variato dalla carena e il vento corsa è il flusso legato al movimento. Ho capito bene?

Qui ci vorrà, almeno per me, qualche giorno in più per assimilare...

Per ora una domanda. C'entra anche l'effetto evolutivo dell'elica?
Immagino che le pale "inferiori" siano sottoposte a una risultante di forze maggiore rispetto a quelle superiori (cioè viene "messa in ombra" di meno), che comporta la deviazione della poppa nella stessa direzione in cui ruota l'elica....è così?
Nella pogettazione delle carene si tiene conto dell'effetto evolutivo? Nei fuoribordo è trascurabile?

Nei motori controrotanti le due forze tendono ad annullarsi?...

Mi scusi sig. Donno,
la domanda per me sorge spontanea!

Quindi in questi valori vettoriali centra, anzi e fondamentale anche il peso specifico del materiale di fattura dell'elica stessa?

Diciamo che un'elica in acciaio, ha una forza inerziale maggiore di una in alluminio, al di la della sua forma e la sua angolazione?

PER ALBERTO 1082
Grazie per i complimenti ma un testo universitario dà gli strumenti del “sapere per fare”, del «monodzukuri» bellissima espressione giapponese semplice e pragmatica che significa «realizzare (bene) cose», ed è altra cosa dalla mia chiaccherata che cerca di dare solo il “sapere per usare”, il capire se la spesa vale il beneficio.
Si, hai capito bene ma puoi trovare la risultante usando le funzioni trigonometriche o, più semplicemente, disegnando i vettori ed il quadrilatero relativo e misurando poi il valore ricercato.
La stessa cosa si applica all’acqua e le relative spiegazioni sono in arrivo.

PER GOMMOA
Certo le pale “inferiori” esercitano una forza maggiore perchè lavorano in flussi meno caotici ma anche perchè lavorano con un’immersione maggiore perciò in un fluido con più pressione, piu denso. Questa differenza può sembrare poca ma l’elica la vede diversamente; anche questa differenza crea degli sbilanciamenti dinamici che consigliano, insieme con tutte le altre problematiche (personalmente per i calcoli preliminari di un’elica uso una trentina di parametri con 600/700 variabili), di dividere un grosso “sbilanciamento” dinamico in tanti “piccoli” aumentando il numero delle pale ed accettando il relativo minor rendimento. Meglio una serie di piccole sberle di un unico pugno (un aiuto viene anche dal parastrappi che funziona soprattutto da ammortizzatore torsionale) valutando se la perdita da una parte è superata da vantaggi nell’altra:

Si, anche il disegno della carena dovrebbe tenerne il debito conto, dovrebbe far fronte alle RESPONSABILITA’ GLOBALI del progetto che riguardano anche il lato estetico, che può influire anche moltissimo sul prestazionale, per offrire la migliore sintesi tra bellezza e qualità funzionale, tra stile ed efficacia, mentre mi sembra che ultimamente le esagerazioni e le contraddizioni proprio nello styling stiano trasformando certe imbarcazioni in vere e proprie caricature sia estetiche sia nella funzione principale che dovrebbe essere quella di navigare al meglio possibile specialmente nelle condizioni più difficili.

Se per effetto evolutivo intendi la tendenza dello scafo a “tirare” da una parte.
Anche nelle eliche da corsa bipala (le uniche usate un tempo) che lavorano immerse anche meno della metà del diametro il “tirare” si verificava solo in barche non ben armonizzate nelle loro parti e non è questione di fuoribordo o entrobordo. Queste cose saranno esaminate nelle prossime parti.

Quando ho buttato li la storia delle eliche controrotanti non mi riferivo ai due motori ma alle eliche controrotanti su uno stesso asse. In questo caso uno dei punti salienti è il “recupero” della perdita di energia cinetica, o di parte della stessa, che deriva dal fatto che l’acqua dopo l’elica non viene solo accelerata all’indietro per spingere in avanti ma anche messa in rotazione, rotazione che non contribuisce alla spinta, anzi. Con le eliche controrotanti su uno stesso asse si “raddrizza” la rotazione recuperando parte dell’energia spesa per crearla, raddrizzamento che, per esempio, è normale prassi negli idrogetti dove dopo la girante c’è da sempre il raddrizzatore.

PER SAVIX
Ti scuso solo se non userai più il “sig.” )
Rispetto alle forze in gioco il momento d’inerzia dell’elica (che nel nostro caso non è una grande elica da nave o da rimorchiatore), cioè la forza necessaria per mettere in rotazione la sua massa, è praticamente trascurabile rispetto alla resistenza prodotta dall’acqua nella quale lavora.
Spiego meglio: se dai un’accelerata in acqua valuta quanto tempo è necessario per passare dal minimo a, poniamo, 4000 giri e poi valuta quanto tempo è necessario per fare la stessa cosa fuori dall’acqua, nell aria. Niente in confronto al tempo nell’acqua.
Pensa al tempo fuori dall’acqua ed alla sua possibile differenza nel portare agli stessi giri un’elica di alluminio o una d’acciaio; senza strumenti piuttosto sofisticati riusciresti a valutare la differenza ?
Ancora una cosa già che ci sono.
Le eliche di alluminio non sono poi cosi “da sfigati” come mi sembra molti ritengano e con qualche “lavoretto” fai-da-te che più avanti, quando avrete le informazioni necessarie a capire perchè farlo, spiegherò come fare, possono essere anche migliorate.

Ciao a tutti e a presto.
Franco.

Io fino a che Franco ci delizierà con i suoi bigini, e con ogni altro eventuale intervento, NON SPENDERO' più un euro.
Eliche, scafi, potenze...
La prossima volta che metterò mani al portafoglio sarà con una consapevolezza tale che ....

Grazie Franco!
(guarda che - da buon "vergine pignolo" - se poi vien fuori che la consapevolezza mi porta a considerare che non esiste il mezzo che mi piace, ti vengo a cercare!!! )

Grazie,Donno

Il concetto è molto chiaro è dettagliato.

Aspetterò dunque l'arrivo del "punto", per esporre la mia domanda.

Franco, guarda che ci sono sempre, con un po' meno disponibilità di tempo causa cambio lavoro ma sempre attento ai tuoi trattati.
Questo week end finalmente dovremmo andare in acqua (se finalmente il tempo sarà clemente...) e mi sa che più di una riflessione verrà fatta guardando la carena, i rapporti lunghezza/volumi, ecc, ecc.....da cui verranno dubbi, domande e sicuramente una rilettura di quanto hai postato.
Mi sa che lunedi ci si risente.

Complimenti (ma non ne hai bisogno), è un lavoro fantastico