Crociera e Velocità
Introduzione
Sono varie le motivazioni che possono far preferire una barca stretta a una barca larga o viceversa. Perciò è curioso che geometrie e forme diverse, come la larghezza massima di uno scafo, possano far ottenere risultati dinamici e prestazionali del tutto simili. Accadeva già nei primi anni del secolo scorso, quando gli skimming dishes americani sfidavano in regata i plank on edge inglesi mostrando prestazioni compatibili e dando vita alla diatriba, ormai centenaria, che contrappone i sostenitori delle barche larghe a quelli delle barche strette. Il confronto è arrivato ai nostri giorni, rinnovato grazie alle moderne tecnologie progettuali e costruttive che hanno rimesso in gioco argomentazioni vecchie di decenni. Oggi la progettazione è più mirata e meno dispersiva di quanto accadeva una volta e le specifiche iniziali, che definiscono profondamente ogni yacht, trovano sempre più spesso completa soddisfazione nel prodotto finito. Ci si aspetterebbe quindi che gli yacht più recenti e destinati allo stesso impiego si assomiglino tutti fra loro, cosa che avviene solo in parte, più spesso a causa di mode o di regolamenti di stazza che non per reali esigenze progettuali. Limitandosi a considerazioni legate unicamente alle forme di carena e alle scelte attuate da diversi progettisti all’inseguimento del miglior compromesso per una barca da crociera veloce, è interessante notare quanto una dimensione macroscopica come la larghezza dellacarena, finisca per contraddistinguere un progetto. Di fatto, il baglio massimo, più o meno indirettamente, influisce su parametri sostanziali come, per esempio, il coefficiente prismatico o la superficie bagnata piuttosto che la massima immersione del corpo canoa. La tipologia della barca da crociera veloce è sicuramente la più diversificata e raccoglie da sempre non solo interessanti one off, ma anche produzioni in serie all’avanguardia; alla base di ciò vi è sicuramente la considerazione che il concetto stesso di crociera veloce è passibile di diverse interpretazioni. Per questo motivo è stato scelto di confrontare tra loro cinque tipologie di unità per la “crociera veloce” di lunghezza che si aggira intorno ai dodici metri. Vogliamo ribadire che ci siamo fermati a barche che possono concretamente essere usate per il diporto da equipaggi di buona esperienza che sappiano esprimere le corrette prestazioni ma non verso tipologie più esasperate o da regata come potrebbero essere i nuovi open 40. La scelta è caduta su tipi di yacht che coprono un ventaglio abbastanza ampio di impiego e di concezione: dalla barca d’epoca concepita su forme di carena raffinate come quelle che Olin Stephens ha disegnato per lo swan 41 prodotto dal 1973 al 1977, passando per un glorioso fast cruiser come il Jeanneau Sun Fizz di Philippe Briand della prima metà degli anni ottanta, fino alla barca moderna per regatare in Irc del tipo del nuovo First 40 di Bruce Farr, per arrivare, infine, ai due estremi opposti come possono essere la larga Azurée 40 di Giovanni Ceccarelli, proposta anche con chiglia basculante e foils retrattili, e la strettissima carena messa a punto dallo Studio Luca Brenta per il suo B42. Azurée 40 ha interni completi da crociera, compresa l’aria condizionata, mentre il B42 è indirizzato all’uso giornaliero, con buone finiture ma poche dotazioni.
Largo/leggero stretto/pesante
Il tipo di navigazione per cui si ottimizza una barca influenza il disegno delle sue forme di carena, quindi il piano velico e le appendici. Esistono geometrie migliori per specifiche condizioni di navigazione: questo, per esempio, è evidenziato da due tipologie di moderni yacht da regata come gli Iacc delle recenti edizioni della Coppa America e i Volvo 70, barche a vela che dal punto di vista architettonico e concettuale si trovano ai due estremi opposti della scala evolutiva dello yacht design. Gli Iacc hanno saputo mettere in gioco eccezionali doti boliniere, i Volvo 70 impressionano per prestazioni con venti portanti, registrando velocità medie che, solo fino a qualche anno fa, erano dominio dei multiscafi più spinti. A prescindere dal forte controllo esercitato dalle formule di stazza sull’architettura degli Iacc e dei Volvo 70 si possono estrarre considerazioni abbastanza generali da questi due tipi di barche a vela. Non è un caso, infatti, che gli yacht nati sotto il regolamento Iacc, relativamente pesanti e dotati di un raddrizzamento dato quasi esclusivamente dalla zavorra, abbiano scafi strettissimi e con linee di carena votate al contenimento della resistenza d’onda fino ai limiti più alti del regime dislocante. Non è neppure un caso che i Volvo 70 siano leggerissimi, larghi e con forme di carena pensate per generare un sostentamento dinamico che consenta di superare con una certa agilità la velocità di carena; la loro rigidità alla tela è garantita sì dalla possibilità di basculare la deriva, ma anche da una stabilità di forma molto sviluppata. Dal punto di vista statico, si possono fare considerazioni scontate, ma del tutto valide. Non è certo un fatto trascurabile che una barca larga offra volumi interni maggiori e ampie superfici calpestabili esterne, una stabilità di forma più alta, quindi un momento raddrizzante intenso soprattutto nei primi gradi di sbandamento. Dal punto di vista dinamico, una barca stretta può mettere in gioco equilibri legati a un movimento in acqua che, in certe situazioni specifiche,può essere tanto migliorativo da non far troppo rimpiangere la perdita di spazio vivibile a bordo. In effetti, il moto ondoso e l’azione del vento sulle vele affrontati alle diverse andature introducono forze che non sono costanti e che innescano movimenti fortemente dipendenti dalle caratteristiche inerziali e geometriche della barca stessa. Ne sono esempi il periodo caratteristico di beccheggio, quello di rollìo, ne sono una prova anche instabilità dovute al rollìo nelle navigazioni al lasco: caratteristiche che si riescono qualitativamente a prevedere in fase progettuale e che contribuiscono a definire, quantomeno a grandi linee, le forme delle carene più adatte a dati impieghi. Seppure imbarcazioni estreme, gli Iacc e i Volvo 70 sono definiti dagli stessi parametri progettuali che un designer si trova a dover pesare e calibrare ogni volta che deve tirare le linee di una barca a vela. I fast cruiser moderni, oggigiorno quasi del tutto svincolati dalle forme imposte dal regolamento Ims, devono avere un range di impiego più ampio di quanto non sia quello richiesto da una barca da regata che nasce per i percorsi a bastone piuttosto che per navigare quasi esclusivamente al lasco. Questo fatto premia forme e soluzioni che si avvicinano al miglior compromesso, stimolando i designer a ricercare architetture sempre più raffinate, a volte, addirittura miscelando le soluzioni che più tradizionalmente parrebbero essere agli antipodi. In quest’ottica, che vede l’analisi esasperata di un compromesso che sia il migliore possibile, sembra quasi una soluzione scontata quella, per esempio, adottata dallo Studio Luca Brenta che per il B42 ha disegnato una carena strettissima come può essere quella di un Coppa America, ma ha tenuto un dislocamento estremamente leggero come vuole lo stile dei Volvo 70 piuttosto che dei recenti Open 60: il risultato è una barca molto boliniera, ma anche in grado di planare al lasco. Qual è la giusta via? È difficile se non impossibile indicare una rotta progettuale che sia univoca e anche credibile, rimane il fatto che una buona barca a vela è quella che vanta coerenza progettuale e costruttiva: se è vero che il B42 bolina in maniera eccezionale, è altrettanto vero che chi decide di volerci navigare dodici ore con vento teso e la barca sdraiata a 30 gradi, deve essere ben conscio che la qualità della vita a bordo non sarà mai come quella, per esempio, che ci potrà essere sull’Azurée 40 che, largo e poco sbandato, permette maggior comfort pur sacrificando qualche grado al vento e qualche decimo di nodo. Per questo il B42 è nato come daysailer, nonostante interni raffinati e accoglienti, e l’Azurée 40 come barca adatta anche a lunghe navigazioni. Rimane credibile l’idea che, come vuole la tradizione dello yacht design, barche dedicate a navigare con venti portanti poco numeroso e amatoriale si trovi a navigare al lasco a più di 20 nodi tra grandi onde: è allora lecito domandarsi quale sia la coerenza tra il mezzo e l’equipaggio. Lo stesso vale per una barca stretta e affilata che bolina sbandata tanto da mettere la falchetta in acqua, portata da un equipaggio che, bagnato e fortemente vincolato nei movimenti, è salpato con l’idea di godersi una tranquilla crociera. Il concetto di sicurezza in crociera, e più in generale di navigazione a vela, esula dalle intenzioni di questo articolo seppure rappresenti un aspetto su cui è doveroso ragionare nella fase di definizione delle specifiche ancor prima che in sede progettuale.
La prova
Il distinguo fra imbarcazioni larghe e strette, già un po’ troppo grossolano quando si confrontano fra loro yacht della stessa categoria e della stessa generazione, può divenire oggetto di curiose elucubrazioni quando lo si esamina passando per l’osservazione dell’evoluzione progettuale nel corso degli anni: sono macroscopiche le modifiche che il tempo ha delineato su alcuni parametri geometrici caratteristici. Un esempio è il coefficiente prismatico (Cp) il parametro che indica il riempimento del solido regolare che contiene la carena: più è pieno più il Cp è alto. Mentre in una vecchia barca stretta poteva essere molto basso, per una barca moderna è più spesso alto, una curiosità che si rispecchia in esigenze d’impiego ben diverse. Il Cp delle barche Iacc per esempio, molto strette in relazione alla lunghezza è molto alto, che indica estremità molto piene e sezioni maestre poco immerse. In questo articolo abbiamo preso ad esempio alcune imbarcazioni per la crociera veloce intorno ai dodici metri di lunghezza, che coprono un ventaglio temporale e architettonico abbastanza ampio. Non avendo a disposizione i dati originali di progetto abbiamo disegnato cinque scafi fortemente ispirati ad altrettanti importanti progetti che sono i testimoni di tipologie e tempi, riferimenti nel campo dell’ evoluzione progettuale: lo Swan 41 di Olin Stephens prodotto dalla prima metà degli anni settanta, lo Jeanneau Sun Fizz di Philippe Briand della prima metà degli anni ottanta, il nuovo Bénéteau First 40 di Bruce Farr, il B42 dello Studio Luca Brenta e l’Azurée 40 di Giovanni Ceccarelli, quest’ultimo proposto anche con chiglia basculante e foils retrattili. Come è possibile osservare dalle linee d’acqua e dai relativi piani velici, le cinque imbarcazioni, pur appartenendo tutte alla categoria dei fast cruiser, sono caratterizzate da sostanziali differenze nelle forme degli scafi, delle derive e dei piani velici (Figura 1). Due carene strette tipo quella dello Swan 41 e del B 42 hanno in realtà un’ impronta in acqua ben diversa, fatto che ne qualifica il comportamento in navigazione ma anche l’evoluzione che c’è stata. Fra i diversi scafi si nota una netta differenza nella disposizione dei volumi immersi, caratteristica che influenza direttamente la forma dell’onda di carena e quindi la resistenza all’ avanzamento nelle diverse andature e alle diverse Dimensioni generali velocità. È doveroso specificare che la tipologia costruttiva impiegata per le cinque barche, per motivi di costi o per disponibilità tecnologica, ha influenzato inevitabilmente la progettazione delle barche stesse. Questo è un aspetto di cui spesso si tiene poco conto nelle discussioni di banchina, talvolta fondate più su impressioni emotive che dati di fatto. C’è una tendenza a negare il valore dell’evoluzione che c’è stata, invece sarebbe bene tenerne conto. Prestazioni e geometrie Confrontando con l’uso di un Vpp (velocity prediction program) le prestazioni dei cinque tipi di yacht presi come esempio, si ottengono risultati interessanti. Si vede subito quanto le barche ottimizzate a soddisfare esigenze puramente prestazionali siano veloci già con pochi nodi di vento reale (Figura 2). Con soli tre nodi d’aria lo stretto tipo del B 42 è il più veloce ad ogni andatura, grazie fondamentalmente a forme di carena che mantengono una resistenza ridotta anche a bassi numeri di Froude. In effetti, una carena stretta, le cui sezioni sono abbastanza arrotondate offre una contenuta superficie bagnata, fatto che migliora nettamente la componente della resistenza dovuta all’attrito, dominante alle basse velocità. L’Azurée 40, nonostante una superficie velica molto sviluppata, con poco vento è superiore per prestazioni solo in certe andature al meno tirato First 40, complice sicuramente uno scafo largo e piatto che genera molta superficie bagnata. In condizioni di poco vento, evidentemente, pagano un forte dazio alle performance le barche più pesanti e meno invelate, quelle, cioè, in cui il bilancio fra resistenza e la potenza massima è sfavorevole. All’aumentare dell’intensità del vento il divario prestazionale fra i due tipi più performanti, il B 42 e l’ Azurée 40, e i tipi più votati alla crociera cresce, mentre è curioso notare come un buon compromesso come il tipo del nuovo First 40 rimanga sempre a metà strada fra le soluzioni più sportive e quelle meno sportive (Figura 3). Si può forse affermare che il First 40, barca totalmente abitabile, è la corretta evoluzione del tipo “cruiser racer” tradizionale, sempre più veloce e tutto sommato anche sicuro dei 40 piedi che lo hanno preceduto. Con molto vento pare evidente il vantaggio del tipo dell’Azurée 40 dotato di chiglia basculante, che sembra capace di planare più agevolmente di quanto riesca a fare il tipo del B 42 nelle andature da 90 a 130 gradi al vento reale, mentre nella bolina e nel gran lasco vanno a predominare le forme affilate del B 42 (Figura 4).Un’indicazione di questi risultati viene già dall’osservazione delle curve di resistenza all’avanzamento all’aumentare del numero di Froude, e quindi all’ aumentare della velocità della barca stessa. Si vede, infatti, che alle basse velocità la carena del tipo dello Swan 41 pare essere la più efficiente, mentre la peggiore è proprio quella larga e dalle sezioni piatte del tipo dell’Azurée 40, una conseguenza, come già accennato, della sviluppata superficie bagnata (Figura 5). In realtà, le differenze di resistenza all’avanzamento nel campo delle basse velocità, cioè quelle inferiori alla velocità di carena (numero di Froude inferiore a 0,4), non sono poi così marcate come si evidenzia una volta che il numero di Froude supera il valore di 0,35. Nel campo delle alte velocità, infatti, si crea un ampio divario fra le carene leggere e dalle forme pensate per facilitare l’ingresso in planata e quelle più pesanti, che restano inevitabilmente dislocanti, come si vede dalla differenza di resistenza fra la carena tipo dello Swan 41 e quelle dei tipi dell’Azurée 40 e del B 42 (Figura 6). È curioso e doveroso osservare a quali angoli di sbandamento queste imbarcazioni riescono a sviluppare le prestazioni definite dalle curve di velocità. La forma stretta dello scafo del tipo del B 42 paga un raddrizzamento di forma molto basso, mentre la sua altissima percentuale di zavorra concentrata nella grossa torpedine comincia a lavorare all’aumentare dell’ angolo di sbandamento, fatto che distingue il tipo del B 42 come quello che sbanda di più. All’estremo opposto di questo confronto c’è il tipo dell’Azurée con chiglia basculante, che grazie anche ad un raddrizzamento di forma importante, risulta sbandare molto poco, al limite niente, a qualsiasi andatura (Figura 7 e Figura 8).Con vento intenso emerge l’equilibrio di barche del tipo del Sun Fizz e ancor di più dello Swan 41, che mantengono uno sbandamento limitato e quindi un comfort di bordo sicuramente maggiore di quanto non accada con il tipo del B 42 (Figura 9). L’aspetto dello sbandamento è in ogni caso evidenziato dalle curve di raddrizzamento statico che confermano quanto più o meno si evince dai grafici precedenti: a piccoli angoli di sbandamento le forme larghe del tipo dell’ Azurée 40 premiano un grande raddrizzamento, mentre man mano che il baglio massimo si riduce ed aumenta il raddrizzamento di peso rispetto a quello di forma, il picco massimo si sposta verso angoli di sbandamento maggiori (Figura 10). Allo stesso modo, si nota come l’angolo AVS (Angle of Vanishing Stability), cioè l’angolo di sbandamento al quale il raddrizzamento è nullo, è decisamente maggiore nei casi in cui il raddrizzamento di peso prevale su quello di forma. Nel caso specifico, si vede come il tipo del B 42 sia in grado di raddrizzarsi da solo fino ad uno sbandamento di ben 155°, cosa che, con chiglia basculata, l’ Azurée 40 riesce a fare solo fino a 115°. In realtà, l’aspetto del raddrizzamento statico più interessante è forse quello legato all’area sottesa fra la curva di stabilità nella zona negativa e l’asse orizzontale del grafico, che è indicativa dell’energia necessaria alla barca per raddrizzarsi da una scuffia a 180 gradi. È evidente quanto l’area sottesa dal diagramma del tipo del B 42 sia piccola rispetto a quella del tipo dell’Azurée 40: a barca capovolta, basta davvero poco perché il B 42 riesca a ritornare in posizione corretta, mentre è decisamente più laborioso raddrizzare l’Azurée 40. Si può far risalire queste due barche alle due grandi famiglie dei moderni Coppa America, che via via sono diventati sempre più stretti alla ricerca di forme scorrevoli, e a quella degli open oceanici, dove per prime sono state sperimentate le chiglie basculanti, le zavorre liquide e che favoriscono in ogni modo le andature portanti e la planata sacrificando la bolina. Sono proprio queste barche che hanno mostrato di non gradire la posizione capovolta dalla quale faticano a riprendersi, ma in condizioni estreme dell’oceano Indiano. In questo caso è proprio la chiglia basculante a creare una asimmetria che favorisce il raddrizzamento con i movimenti indotti dalle onde. Dopo queste considerazioni, è interessante osservare quanto simili siano le prestazioni dei tipi dell’Azurée 40 e del B42, nonostante geometrie e architetture molto diverse. Quello che il tipo del B 42 paga al tipo dell’ Azurée 40 in comfort dovuto ad uno sbandamento accentuato, lo guadagna in termini di prestazioni nelle condizioni di navigazione con venti leggeri. Dando un’occhiata alle statistiche di carena che raccolgono una casistica delle geometrie più diffuse, si può osservare come i due tipi di barche da crociera veloce più estremi, siano proprio quelli che si discostano maggiormente dalle medie tabulate. Nel caso del rapporto fra lunghezza e larghezza (Figura11) si vede come il tipo dell’Azurée 40 esca addirittura dal campo definito dalle statistiche, mentre contro tendenza sembra essere il tipo del B 42 che, estremamente stretto, non segue l’andamento che vede aumentare il baglio al diminuire dell’età del progetto. Per quanto riguarda il diagramma che mette in relazione il pescaggio del corpo canoa alla lunghezza, (Figura 12) si nota quanto la riduzione del dislocamento negli anni, dovuta sì ad un’innovazione della concezione progettuale, ma oprattutto alla disponibilità di tecniche costruttive più evolute, abbia prodotto un’ampia riduzione dell’immersione dello scafo, anche nel caso del tipo del B 42, che è molto stretto al alleggiamento. Una condizione meglio espressa del diagramma che mostra una relazione fra il dislocamento e la lunghezza dello scafo (Figura 13). Molto interessante ai fini prestazionali dei tipi di barche presi in considerazione è la relazione fra dislocamento e peso della zavorra, (Figura 14) che incide considerevolmente sulle capacità raddrizzanti dei singoli yacht. È curioso come questa relazione abbia portato a diminuire la percentuale di zavorra nei progetti più recenti, con eccezione del tipo del B 42, dove la quantità di zavorra supera il 50 per cento del dislocamento totale. In effetti, le torpedini poste alle estremità di pinne di deriva sempre più profonde hanno reso più efficiente la zavorra imbarcata, mentre la larghezza degli scafi ha incrementato il raddrizzamento di forma. Quanto appena descritto è esasperato nel tipo dell’Azurée 40 con deriva basculante; la possibilità di ruotare la deriva sopravvento migliora l’efficienza della zavorra imbarcata, tanto più che è possibile ridurne ulteriormente la quantità a favore di un risparmio considerevole sul dislocamento finale e quindi, come si vede dai grafici della velocità, un miglioramento generale delle prestazioni. Basta confrontare fra loro le prestazioni del tipo dell’Azurée 40 con e senza deriva basculante.