Precisazioni sulle eliche by Franco Donno [pag. 10]

Per GOMMOA
aspetto il tuo lavoro !
Suggerisco che oltre a quali parametri vengono considerati ti muova anche su come vengono considerati.
E speriamo in molti differenti contributi ed esperienze informative.
Ciao.

donno ha scritto:

Per ER BALENA
Ciao Ernesto,
ottime considerazioni; la scelta dell’elica “giusta” andrebbe fatta avendo deciso il tipo di navigazione che si vuole fare, come la “manciata di nodi” che non si useranno, e le condizioni del mare nel quale lo si farà ma per questo prima dell’elica bisognerebbe poter scegliere lo scafo “giusto” con le caratteristiche prestazionali, carena ed altro, per quel tipo di uso e qui ti rimando anche alla risposta a Gommoa che sarà in arrivo fra poco.
Generalizzando e come dato di base frena più potenza un eccesso di superfice che un eccesso di passo e quando si è su rapporti peso/potenza intorno a 10/12 Kg/Hp la superfice delle eliche 3 pale in commercio, specie di quelle con minor passo e maggior diametro risulta generalmente più che sufficente se non eccessiva.
Se riguardi nei disegni, quelli relativi ai due passi e quelli più sotto a 3000 e 4000 giri, la variazione dell’incidenza dell’angolo ALFA cambia con il variare di giri e velocità noterai alcune evidenze:
1 - il valore del consumo varia in modo abbastanza correlato con il variare dell’incidenza. Il consumo è maggiore se l’incidenza diventa troppo piccola o troppo grande.
2 - ai massimi giri la 19 consuma di più per un incidenza troppo piccola ed assorbe la maggior percentuale di energia con la superfice. (vai anche a rivederti il disegno a pag.3 ; 0° di incidenza minima resistenza e nessuna portanza - 90° di incidenza massima resistenza e nessuna portanza)
3 - con lo scendere dei giri l’incidenza aumenta, per la 21” 7,37° a 4000 giri e16,009° a 3000 e il gradiente dell’incidenza va crescendo con il decrescere dei giri. Svilupperò meglio il concetto più avanti nel bigino comunque questo crescendo di incidenza ha un rateo minore nella 19” e, come vedrai dai dati che troverai nelle future parti, il consumo che a giri alti era inferiore con la 21” scendendo di giri diventa inferiore per la 19”.
4 - ho letto in un post, non so se sul “nostro” forum o “l’altro”, affermare anche con una buona dose di arroganza che per consumare meno a velocità più basse bisogna usare un’elica di passo lungo rinunciando a prendere tutti i giri ed ad un pò di velocità massima. Una specie di “overdrive” di una volta.
I dati e le realta tecniche smentiscono anche questa leggenda metropolitane che gira nella nautica.

La differenza di consumo che riporti, 54,3 a 46,8, è notevole ma non è poi così rilevante se riferita al rapporto consumo/tempo di percorrenza, cioè alle miglia per litro perchè la differenza vera è:
0,677 litri/ora x 35.88 nodi - elica da 21”
0,683 litri/ora x 32,70 nodi - elica da 19”
La valutazione del consumo meglio farla come valore non assoluto ma specifico, cioè col rapporto consumo/ spazio percorso.

Per GOMMOA
Tu hai messo il dito sul problema dell'informazione, uno dei più grossi punti dolenti del settore, forse il più grosso, .
Vedrò di spiegare il mio parere ma le risposte alle tue domande precise ed importanti devono essere ben articolate perciò mi prendo un pò più di tempo per prepararle.

mi sto arenando ho gia riletto un paio di volte e riflettuto altrettante notti,ma.....................
un motore portato come nel tuo caso a 5000 giri non dovrebbe avere lo stesso consumo a pari regime di rotazione indipendentemente dall' elica?

cambia qualcosa in questo punto tra il mio vecchio carburatori 2t ed i motori ad iniezione?
lo sò probabilemnte corro , ma qui non capisco .

Poi :

se un motore viene venduto in diverse potenze , non dovrebbe essere ottimizzato per la massima ?
la conseguenza + logica sarebbe che i depotenziamenti utilizzerebbero un piede sovradimensionato , con i conseguenti maggiori atriti della parte immersa.
Tu invece mi suggerisci il contrario

ciao
eros

donno ha scritto:

Nelle eliche frena più giri un eccesso di superfice delle pale che un eccesso di passo e nelle 2 eliche usate valori di carico in kg e di hp per ogni cm2 di superfice delle pale sono abbastanza lontani da quelli dei limiti tecnicamente accettabili allora, con l’elica da 21” ho fatto una prova non ufficiale, la fornitura delle imbarcazioni doveva essere fatta con materiali e parti standard normalmente reperibili come ricambi, diminuendo la superfice al bordo di uscita di circa il 7,5% all’intorno del 70% del raggio e creando un piccolo flap (quello usualmente chamato “orecchietta”) più altre piccole cose nel bordo d’entrata vicino al mozzo.

Sarebbe molto interessante qualche nozione in più su come e in che punto modificare la superficie della pala e come realizzare un'orecchietta.
Nel mio caso ho due eliche, una 17" in alluminio e una 19" inox. Secondo me quella giusta sarebbe nel mezzo e da tempo sto pensando di modificare la 19 ma non so da dove iniziare.
Una domanda: nell'esempio che hai fatto l'elica è stata modificata riducendo la superficie o anche il diametro? Questo riferito a quanto dici che un'elica a minor diametro sviluppa una maggiore velocità e minor attrito sulla piastra anticavitazione.
Grazie

Da come mi sembra di capire ha fatto qualcosa che mi ricorda una ballistic con quel suo bordo di uscita tagliato dritto e orecchiato...

donno ha scritto:

Per GOMMOA
aspetto il tuo lavoro !
Suggerisco che oltre a quali parametri vengono considerati ti muova anche su come vengono considerati.
E speriamo in molti differenti contributi ed esperienze informative.
Ciao.

Ho aperto un topic parallelo qua:
https://www.gommonauti.it/ptopic12263_prove_di_riviste_di_auto_e_prove_delle_riviste_di_nautica_un_confronto.html?highlight=
vediamo cosa succede

Una curiosità, giusto per sentirmi meno solo: qui nel forum c’è qualcuno che di notte dorme o siamo un pò tutti una cricca di “désaxes”, di spostati, gente un pò stramba ?

PER EROS
Bella domanda, proprio poco “arenata”.
IN GENERALE
Un presupposto da avere sempre davanti nel dissertare di eliche, nel fare questo esperimento mentale, è che la trasformazione della potenza nella richiesta quantità di moto avviene in un sistema non rigido che, in quanto tale, agisce utilizzando un numero maggiore di variabili in un contesto più articolato rispetto ad un sistema rigido.
Questo richiede di non analizzare un solo lato del problema ma tutti per sintetizzare il miglior compromesso possibile per il tipo di servizio che si richiede, di non limitarsi al bianco e al nero ma di maneggiare e combinare quelli tra l’infinita gamma di grigi che possono esserci utili tra questo bianco e questo nero.
RISPOSTE
Pensa all’auto; stai andando a 5000 giri (che non sono i massimi possibili; sei a una specie di velocità di crocera come lo scafo e la sua condizione di riferimento) su strada in piano e con una certa apertura di acceleratore. Inizia una leggera salita. Per mantenere gli stessi 5000 giri devi spingere di più sull’acceleratore e a parità di giri e velocità adesso consumi di più.
Diverso ai giri massimi dove più di quello non puoi “aprire”.
Pensa sempre all’auto; la potenza viene trasmessa alle gomme che la trasferiscono all’asfalto con, semplificando, un’aderenza avvertibilmente costante e sufficente, in un certo senso la conversione della potenza in quantità di moto avviene in un sistema che possiamo considerare “rigido” (un sistema “rigido” è un treno a cremagliera); su strada ghiacciata la rigidità del sistema diminuisce e ai soliti 5000 giri la velocità sarà minore causa slittamenti; per fare lo stesso percorso, per ottenere lo stesso risultato, ci vorrà più tempo che significa anche più consumo.
A parità di giri inferiori al massimo ottenibile il consumo varia con il variare della potenza assorbita dal sistema.

L’alimentazione ad iniezione consente comunque risparmi di consumo anche notevoli rispetto a quella con carburatore e anche qui possiamo dire che l’iniezione è un sistema più rigido, perciò più controllabile ed uniformabile ai risultati desiderati rispetto al carburatore.

Il piede con i relativi margini di sicurezza potrebbe essere mediato per la serie di diverse potenze alle quali è destinato o potrebbe invece essere sottodimensionato per le potenze maggiori.
A parità di piede e velocità la resistenza all’avanzamento, all’acqua, è la stessa per le varie potenze mentre gli “attriti” dell’eventuale sovradimensionamento potrebbero anche essere minori perche il piede eventualmente “sovradimensionato” lavorerebbe con minor carico specifico, con un minor momento torcente da trasmettere con le conseguenti minori pressioni; non dimenticare che non ci riferiamo a un piede per 200 CV fatto girare da un 40CV.
Inoltre l’ipotesi di discussione messa sul tavolo era quella di motori che DEVONO usare eliche da scegliere nello stesso ventaglio e che DEVONO girare alla stessa velocità “VRe”. Per ottenere prestazioni d’uso medio, non di velocità massima, dello stesso livello con meno costo e consumo la potenza MASSIMA minore (poi c’è la curva di potenza e la curva di assorbimento dell’elica ai vari regimi) potrebbe essere la scelta più soddisfacente.
Tutto potrebbe essere ulteriormente e anche molto migliorabile da una scelta di scafo con una carena concepita per lo stesso servizio.
Si torna al problema delle proposte esistenti e dell’informazione ma qui dobbiamo limitarci a discutere sulle eliche, non sulle carene.

PER MARCO57
Il riferimento non era all’attrito.
La maggior distanza dalla piastra anticavitazione, o da altre parti che in diverso modo possono influire sulla linearità del fluido permette alle pale di lavorare in una condizione meno disturbata, di minor vorticosità.
Che un’elica di minor diametro sviluppa maggior velocità non l’ho proprio detto.
Anzi.
Anche se come enunciato assoluto potrebbe sembrare corretto dire è che “minore è il diametro più piccola è l’elica” anche questo sarebbe sbagliato perchè (relativizzazione !) più piccola dove? Potrebbe contenere in un minor diametro pale ma più larghe perciò una maggiore superfice.
Sarebbe sempre definibile più piccola ?
Ho fatto questo giochino di parole per rafforzare ancora e il più possibile il sospetto verso questi tipi di affermazioni assolute e, repetita juvant, per ricordare di fare sempre i riferimenti di scelta o di giudizio su tutto il contesto che genera il risultato.
Affermare perciò che un’elica più piccola sviluppa maggior velocità sarebbe una regola assoluta non formulabile perche in quel caso i vari parametri non sarebbero relativizzati tra di loro e quello che sto cercando di fare è proprio di mettere in guardia verso dogmatismi assoluti e totalmente privi di qualunque valenza scentifica tipo l’elica a 4 pale è da “tiro”, quella a tre pale da velocità; la resistenza all’avanzamento di una barca planante è resistenza di attrito, minore è la superfice bagnata maggiore la velocità, etc.

Un elica usata per ottenere la maggior possibile velocità è quella con il diametro ne minore ne maggiore ma adatto, se vuoi “giusto” per far interagire il vettore “Va”, il vettore “VRe” per ottenere l’angolo di incidenza ALFA con il rapporto portanza/resistenza adatto ad ottenere la velocità richiesta con la migliore efficenza possibile, per ottenere il carico specifico adatto (per esempio in kg/cm2) rispetto alla resistenza totale all’avanzamento (per esempio in kg) etc.
Il diametro dell’elica influisce sulla velocità angolare “VRe” e di conseguenza sull’angolo ALFA di incidenza, sulla superfice totale delle pale (a parità di “tipo” di pale e di rapporto tra superfice totale del disco contenente l’elica e superfice delle pale un diametro più piccolo da anche minor superfice delle pale).

Nel disegno c’è la modifica fatta all’elica ma anche qui attenzione: la modifica è stata quella adatta a quella specifica necessità, con quella barca, con quel tipo di elica, con quel carico e per quelle necessità d’uso.
Come soluzione di massima può essere l’indirizzo da seguire nel caso di un elica con passo adatto ad ottenere un adeguato angolo di incidenza ma con una superfice un pò ampia relativamente agli altri parametri.
Se mi mandi un pò di dati riscontrati con le due eliche e una foto di fronte e di fianco, come le foto della polizia, delle due vedrò di studiarci su qualcosa da usare anche per qualche altro suggerimento di possibili modifiche generalizzabili, che possano essere utili per molti altri.

VAN BOB
Non l’avevi vista perciò non potevi saperlo ma modifica fatta è di genere diverso.
Le eliche Ballistic, come anche altre della stessa vocazione d’uso, sono spinte soprattutto verso l’ottenimento di maggiori velocità assolute anche, forse dovrei dire sopratutto, attraverso forme e parametri adeguati a funzionare con la piastra anticavitazione al pelo o sopra il pelo dell’acqua con la relativa diminuzione di resistenza e l’aumento di velocità che ne deriva.
Ho scritto sembrerebbe perchè le nelle altrui e mie esperienze con scafi da alta velocità ma non da corsa gli stessi obbiettivi sono stati raggiunti con forme meno “esotiche” e i confronti non hanno certificato una superiore validità di quel bordo di uscita.
La maggior altezza del motore ovviamente diminusce il momento trimmante il che non è una buona cosa specie per barche con la prua molto caricata e/o con tendenza al bow-steering. Richiedono un baricentro statico abbastanza arretrato e sono comunque eliche specializzate da abbinare a carene altrettanto studiate per poterne usare la specializzazione prestazionale.
Il profilo di uscita con il taglio netto che interessa il bordo di uscita nella parte che ha la maggiore velocità VRe sembrerebbe fatto per poter ridurre la cavitazione percentuale che in quella zona è sempre presente e che aumenta con l’aumentare della velocità angolare.
Sono le 3 di mattina e adesso vado a dormire.
Ci vado più contento perchè adesso so che non solo a pensare alle barche a queste ore.
Franco.

Innanzitutto grazie per la tua risposta e ti assicuro che non sei l'unico a passare le ore piccole colpito da questo virus e pensando a barche e motori

Mi precipito a risponderti e a mandarti qualche foto dell'elica in questione, mai sperato di esser colpito da si tanto onore!

Ricopio qui sotto i dati delle prove che ho fatto quest'estate con le 2 eliche, ed avevo anche aperto un topic sulla prova del gommone in questione
https://www.gommonauti.it/ptopic8787_prova_focchi_510_bf90vtec.html?highlight=focchi&start=30
perchè non riuscivo a capire i dati di regresso che risultavano negativi agli alti regimi.

Le prove sono state fatte su una base di circa un miglio tra 2 boe nel canale di Portovecchio sia in andata che in ritorno facendo poi la media per ovviare a problemi di vento che in verità era abbastanza debole.
Carico: 50 lt. di benza e 10 di acqua, 2 ancore con catena a prua, equipaggio: 1 persona.
Le misurazioni sono state fatte con GPS Lowrance 4900 e antenna Nmea4000 esterna confermate da speedometro +/- 1/2 nodo

Elica 17 alluminio

giri..........velocità...........regresso%
3500.........19.4.................7.68
4000.........22.8.................5.06
4500.........26.5.................1.92
5000.........29.7.................1.07
5500.........32.5.................1.59
6100.........36.4.................0.61......wot + trim

Elica 19 acciaio

giri..........velocità...........regresso%
3500.........20.7.................11.9
4000.........24.0.................10.6
4500.........28.9...................4.3
5000.........35.4..................-5.5
5500.........37.0..................-0.3
5900.........39.0...................1.5......wot + trim
6000.........40.2...................0.2......wot + trim con 40 kg. di meno a prua.

Dati a parte il comportamento del mezzo è decisamente diverso con le 2 eliche.
Con la 17 alluminio il gommone è esageratamente scattante, quasi difficile regolare i giri di fino in particolar modo attorno ai 5000 giri quando entra il Vtec.
Arriva trim neutro a 5800 giri a una velocità attorno ai 36 nodi e trimmando positivo raggiunge facilmente i 6100 guadagnando pochissimo.
Con la 19 inox il comportamento è decisamente diverso. Più lento in ripresa, più sensibile al trim, il motore sale regolarmente fino a 5200 giri trim neutro e poi ha bisogno di molto trim positivo e un lungo lancio per arrivare a 6000 giri toccando i 40 nodi circa. A mio avviso l'elica è leggermente lunga e l'uso pesante del trim serve per salire nella fascia alta di giri dove il motore Honda fa entrare il Vtec che riesce a spingere l'elica ai massimi regimi. Infatti senza l'uso del trim la velocità max. si attesta attorno ai 36 nodi come con la 17.
Personalmente preferisco il comportamento del gommone con l'elica più lunga perchè a pari velocità è più silenzioso e più "morbido" da guidare, oltre a una maggiore sensibilità al trim, penso che una superfice minore delle pale mi permetterebbe di raggiungere i regimi massimi più facilmente.

Grazie ancora per le risposte

Marco

ciao Franco,

so che parliamo principalmente di eliche per FB ma nel voler "capire" il più possibile.... ovvero quel che il mio piccolo e povero cervello riesce a recepire
mi chiedevo l'effettiva utilità del sistema duoprop.

Da quello che ho letto finora e spero di aver in minima parte recepito mi sembra di vedere solo svantaggi per un tale sistema, restando nel campo delle prestazioni - intese si come velocità ma soprattutto come efficienza del sistema propulsivo in toto.

A parte la maggiore superficie che hanno 2 eliche al posto di una (ma va ) mi domandavo se la seconda elica - che riceve un flusso decisamente turbolento e "viziato" non solo dallo scafo e dal piede ma anche dalla prima elica - avesse effettivamente una utilità, se non quella di evitare la tendenza dello scafo a virare verso una direzione, ai fini delle prestazioni velocistiche e/o di consumi o efficienza che dir si voglia.

grazie mille,
Ciopper

ciopper8 ha scritto:

...duoprop.

Da quello che ho letto finora e spero di aver in minima parte recepito mi sembra di vedere solo svantaggi per un tale sistema, restando nel campo delle prestazioni - intese si come velocità ma soprattutto come efficienza del sistema propulsivo in toto....

Probabilmente dico una stupidaggine (anche se spero di no), ma dalla mera analisi delle foto riportate da ciopper sembrerebbe quasi che le due eliche abbiano caratteristiche di pala e misure diverse.

Potrebbe (sempre ipoteticamente) essere che l'accelerazione impressa dalla due eliche sia diversa. Sempre ipoteticamente (con buone probabilità di prendere cantonate) la prima elica accellererebbe il fluido in modo minore rispetto alla seconda. Se fosse il contrario, la seconda elica incontrerebbe un fluido già accellerato oltre la sua capacità, girando a vuoto o quasi (ma forse sto trascurando il fatto che la prima elica oltre che accellerare il fluido lo "avvita" al contrario ).

Quindi (sempre per puerile analisi visiva) ipotizzerei che (e adesso la sparo !) la prima elica accelleri il flusso fino ad una certa velocità (fruttando certe caratteristiche di passo ed area di pala), la seconda termini il lavoro di accelerazione del fluido iniziato dalla prima elica, generando un lavoro di squadra che, evidentemente, fornisce un "compromesso" valido per certe applicazioni.

Probabilmente (un po' per gli attriti in acqua, un po' per la frammentazione delle masse messe in rotazione, un po' per il parziale lavoro "in flussi turbolenti") non si tratta di un sistema votato al raggiungimento di particolari punte velocistiche, ma creato per spostare grosse imbarcazioni lavorando sulla coppia motrice e, possibilmente, parzializzare l'effetto evolutivo sull'imbarcazione (anche se questo sistema viene montato anche su doppie motorizzazioni).

La cantonata potrebbe essere alle porte se, nella foto, le eliche sembrassero diverse a causa della loro posizione relativa. Magari sono uguali e solamente "sembrano" diverse...

interessantissimo, e tutto sommato, comprensive spiegazioni, a patto di dover rileggere, varie volte, i passaggi piu' ostici, soprattutto per chi a scuola non eccedeva in matematica e formule... mi sono accorto questa mattina dell'argomento e l'ho letto tutto di un fiato... ho quasi mal di testa!!
E' vero che gli scafi da corsa hanno le eliche quasi a filo d'acqua, e questo e' il motivo per cui ne alzano molta ?
complimenti all'ing. Donno!!!