NOCCHIERO

Nocchiero
Appunti Architettura Navale a cura del
Prof. Natalino Usai
Gli organi di governo
La propulsione navale
I vari tipi di propulsione nella storia
Il Remo
Stanga, asta lunga e diritta di legno (frassino o faggio), cilindrica da una parte
fin quasi a metà e dall'altra terminante in forma piatta, per far leva nell'acqua
e muovere un'imbarcazione. Si divide in tre parti: Girone, Ginocchio, Pala.
Un moderno remo
Antica nave romana
Ruota a pale
E’ stato il primo tipo di propulsore dopo l’avvento della macchina a vapore.
Formata da una ruota a cui venivano applicate delle pale intorno al suo
perimetro.
Presentava numerosi problemi soprattutto in fase di rollio.
A turno le due ruote uscivano fuori dall’acqua riducendo notevolmente la spinta
propulsiva.
Oggi vengono usate solo su alcuni battelli fluviali.
Le ruote a pale di Leonardo da Vinci
La ruota a pale delle prime navi a vapore
La vela
Superficie di tela opportunamente distesa e sostenuta a bordo in modo da ricevere
la pressione dell'aria dovuta al vento e da trasmetterla alla nave o ad altro
galleggiante come forza motrice. Gli effetti dell'urto dell'aria sulla superficie
della vela supposta piana, non considerando cioè le deformazioni che essa subisce
per la cedevolezza della tela e per il modo nel quale è stabilita, si possono
immaginare come prodotti da una forza continua applicata nel centro di pressione,
che, quando la direzione del vento è normale alla superficie della vela, coincide
col suo centro di figura, ed è invece spostato dalla parte di sopra vento quando è
obliqua. In quest'ultimo caso, che è il più generale, l'effetto utile è dato dalla
componente di tale forza in direzione normale alla superficie della vela, mentre
l'altra componente, parallela alla superficie stessa, non ha effetto utile.
quadra
aurica
Fiocco
Strallo
Breve storia dell’elica
L'elica iniziò a sostituire la propulsione a ruota attorno alla metà del XIX secolo. Già
nel 1775 David Bushnell utilizzò per la prima volta un'elica a propulsione manuale nel
suo progetto di sottomarino, il Turtle; attorno al 1827 l'ingegnere ceco Josef Ressel
sperimentò la prima applicazione di propulsione con elica navale a vapore nel porto di
Trieste. All'epoca, per andare da Trieste a Venezia ci volevano ben 19 ore. Cercando uno
sponsor per costruire una nave a elica, trovò un uomo d'affari inglese che gli rubò i
piani e qualche settimana dopo una domanda di brevetto fu depositata in Inghilterra
con le stesse caratteristiche. Da lì nacquero gli esperimenti similari condotti nel 1836,
da parte di Francis Pettit Smith, e nel 1839, ad opera di John Ericsson, che permise ad
una nave di attraversare l'Atlantico in quaranta giorni.
Nel 1849 una gara di "tiro alla fune" tra due navi di uguale potenza ma una con ruota
ed una con elica dimostrò definitivamente la convenienza dell'elica. Le prime
applicazioni prevedevano spesso eliche ad una o due pale, spesso molto espanse e quasi
sempre in combinazione con la tradizionale ruota, considerata ancora più affidabile.
Alla fine dell'Ottocento, comunque, l'elica era già divenuta la soluzione propulsiva
principe nelle applicazioni navali.
Accoppiata a partire dalla seconda guerra mondiale coi nuovi motori a combustione
interna, l'elica trova recenti e sempre più diffuse applicazioni combinate dieselelettriche.
L'elica manuale di
Bushnell, 1775.
Definizione di elica
L'elica (o elica propulsiva o propulsore ad elica) è un organo intermediario in grado
trasformare la potenza meccanica di un albero rotante in variazione della quantità
moto di un fluido, allo scopo di generare una propulsione secondo il principio
azione e reazione. Il moto impresso al fluido è detto elicoidale e risulta essere
combinazione di un moto assiale e di un moto rotazionale.
di
di
di
la
L'elica è estesamente utilizzata per la propulsione sia in ambito nautico che in ambito
aeronautico, ma anche nella ventilazione, da cui i ventilatori, quindi indispensabili
per il condizionamento e ventilazione di ambienti, e sono quindi montate in tutte le
macchine, motori, compressori ed elettrodomestici che hanno necessità di raffreddamento
e estrazione di aria tra cui anche tutti i computer.
Caratteristiche generali dell’elica
Forma e struttura
Un'elica è costituita da due o più elementi fluidodinamici chiamati pale, le quali si
comportano come "ali rotanti" che impongono una variazione di quantità di moto nella
direzione della velocità di avanzamento, al contrario delle ali convenzionali, la cui
variazione di quantità di moto è normale alla direzione di avanzamento. Le pale sono
calettate su un mozzo, collegato all'albero rotante.
Le caratteristiche geometriche delle pale determinano poi quali saranno le
caratteristiche del propulsore, con particolare riferimento ai campi di velocità di
funzionamento, alla potenza propulsiva e alle caratteristiche del fluido per l'ottimale
funzionamento.
Le eliche vengono progettate e costruite con struttura in:
legno;
metallo (acciaio, bronzo o alluminio);
materiali compositi.
Parametri dell'elica
Profilo di una pala, ove:
β
è l'angolo di calettamento geometrico;
α è l'angolo d'attacco;
αi è l'angolo di incidenza indotta;
Vt è la velocità di rotazione della sezione d'elica;
Vo è la velocità di moto;
Vr è la velocità relativa;
Ve è la velocità effettiva;
w è la velocità indotta.
Struttura dell’elica
Faccia
Dorso
Spigolo di uscita
Spigolo di entrata
La struttura dell’elica è composta delle
Seguenti parti :
-Asse porta elica
-Mozzo (Ogiva la parte terminale)
-Le pale
Asse
portaelica
La pala e composta dalle seguenti parti.
-Faccia
-Dorso
-Spigolo di entrata
-Spigolo di uscita
Oggiva
Le eliche sono caratterizzate da una serie di parametri fisici utili a descriverne le
proprietà ed il comportamento.
Il Passo
Il passo geometrico o teorico:
E’ la grandezza che esprime la distanza percorsa da un'elica in un giro, si esprime come:
la distanza teoricamente percorsa trascurando la cedevolezza del fluido e perciò
corrispondente alla distanza che l'elica percorrerebbe se si muovesse all'interno di un
corpo solido (la formulazione matematica del passo geometrico è p = tan(β) x 2πr, si noti
che non compare la velocità di avanzamento);
Un'elica è:
a passo uniforme se ogni sezione presenta lo stesso valore del passo (quindi il
calettamento geometrico delle sezioni diminuisce all'aumentare della loro distanza dal
mozzo),
a passo vario o passo non uniforme se le sezioni presentano diversi valori del passo,
a passo fisso se il valore del passo geometrico non può essere cambiato,
a passo variabile se esso può essere modificato tramite servomeccanismi;
passo reale:
E’ invece l'avanzamento effettivo dell'elica dopo un giro in condizioni normali ed è
sempre inferiore al passo geometrico (e ovviamente dipende dalla velocità di
avanzamento).
Regresso:
E’ la differenza tra passo geometrico e passo reale.
Elica a passo variabile
Regresso
Corda o corda locale:
E’ il parametro rappresentativo della larghezza del profilo e risulta variabile con la
distanza dal mozzo, a causa del fatto che la velocità lineare a cui è soggetta l'elica
varia con il raggio; il disassamento laterale del centro della corda rispetto al raggio
dà il rovesciamento (o skew) della pala.
Velocità di rotazione:
E’ la velocità con cui ruota attorno al mozzo una sezione di pala dell'elica.
dove ω è la velocità angolare (in radianti al secondo) r la distanza dal mozzo, n il
numero dei giri al minuto ed infine il versore t indica la direzione tangenziale al
disco dell'elica
Velocità relativa:
E’ la somma della velocità di moto e della velocità di rotazione.
Velocità effettiva,
:
E’ la somma della velocità relativa e la velocità indotta.
Angolo di calettamento o angolo di calettamento geometrico:
E’ l'angolo che la corda forma con il piano dell'elica, perpendicolare all'asse del mozzo:
la variazione dell'angolo di calettamento al variare della distanza dal mozzo è detta
svergolamento.
Angolo di calettamento aerodinamico:
E’ l'angolo tra l'asse di portanza nulla del profilo dell'elica forma con il piano
dell'elica, cioè l'angolo con cui il fluido indisturbato intercetta il profilo
fluidodinamico.
Angolo d'attacco, angolo di incidenza o angolo di incidenza locale:
E’ angolo tra la velocità effettiva e la corda del profilo.
Il rapporto di funzionamento:
E’ il rapporto tra la velocità, la frequenza di rotazione dell'elica e d il diametro
dell'elica.
Rendimento effettivo:
E’ il rapporto tra la potenza utile prodotta dal sistema e la potenza assorbita:
Rendimento propulsivo:
E’ il rapporto tra la potenza utile prodotta dal sistema e la potenza necessaria ad
impartire alla massa di fluido agente sul motore, nell'unità di tempo, la variazione di
quantità di moto che produce la spinta.
L’elica marina
E’ il propulsore più diffuso per le sua alta qualità propulsiva. Può avere un minimo
di due pale fino ad massimo di sei a seconda della sua velocità di rotazione.
Anche il suo diametro può variare dai pochi centimetri per le piccole unità fino
ai dieci metri per le eliche delle super petroliere.
Le particolari forme delle moderne pale, che aumentano la superficie propellente
garantiscono il minimo regresso e quindi minori consumi.
Caratteristiche tecniche
Nel caso di applicazioni marine le eliche devono essere studiate con particolare cura
rispetto all'ambiente liquido nel quale andranno ad operare. Inoltre, ad esclusione
di particolari applicazioni, per ragioni di sicurezza contro l'impatto di corpi
esterni, le eliche marine sono sempre poste nella zona poppiera delle imbarcazioni.
Le eliche marine (ad esclusione del caso particolare dei sottomarini), operano in
prossimità della superficie di separazione tra due fluidi (aria ed acqua), soggetta
alla generazione di fenomeni ondosi. Questo induce effetti di alterazione sul moto
del fluido lungo la carena dell'imbarcazione e sull'elica. Similmente l'elica deve
essere posta ad una sufficiente immersione per non incorrere nell'effetto superficie
libera, consistente in una massiccia produzione ondosa nella quale va a scaricarsi il
campo di pressione prodotto dall'elica, riducendo la spinta prodotta.
Inoltre un'eccessiva vicinanza tra lo scafo e le pale può provocare colpi di pressione
ed indurre vibrazioni sull'intero complesso nave-elica. In gergo tecnico, la distanza
tra il diametro massimo dell'elica e la carena viene chiamata clearence, termine
utilizzato nella letteratura tecnica inglese e americana.
La sensibile differenza di pressione dell'acqua all'aumentare della profondità fa
infine sì che le pale dell'elica, nel corso di una rotazione, si trovino ad operare in
zone con caratteristiche differenti e differente campo di pressioni, in ciò inducendo
ulteriori disuniformità di spinta (spinta laterale) e momenti vibratori estesi
all'asse rotante
Una moderna elica marina a quattro pale
Vari tipi di eliche
La cavitazione
Un particolare fenomeno cui possono andare incontro le eliche marine è la cavitazione,
cioè la formazione di micro-bolle di gas nelle zone di massima depressione. Tali microbolle, migrando rapidamente verso le zone a maggior pressione finiscono poi per
impattare e collassare sulla superficie della pala, provocando un vistoso effetto sia
erosivo sia corrosivo, per la reattività dei gas disciolti. I danni provocati da tale
fenomeno sono facilmente identificabili con una serie di piccoli e profondi fori nella
zona interessata da cavitazione.
Inoltre, la scia di bolle altera il campo di velocità e pressioni sulla pala stessa,
comportandosi come una sorta di cuscino sul quale devia il flusso di corrente,
modificando
quindi
la
portanza
della
pala
ed
il
rendimento
dell'elica.
Per la sua correlazione con la tensione di vapore dell'acqua e dunque alla pressione, la
cavitazione risulta legata ai seguenti parametri:
Immersione - e dunque al battente idrostatico;
Frequenza di rotazione - e dunque al campo di pressioni generato dalle pale.
La cavitazione può dunque essere combattuta aumentando l'immersione dell'elica,
riducendone la frequenza o, in generale, aumentando il rapporto tra spinta ed area
espansa, cioè la spinta specifica per unità di superficie (in altre parole utilizzando
un'elica con pale più grandi e dunque meno caricate). Le eliche marine si dividono
quindi tra:
Eliche non cavitanti, progettate per operare in assenza di cavitazione;
Eliche a limite di cavitazione, progettate per operare normalmente in assenza di
cavitazione;
Eliche supercavitanti, progettate per operare normalmente in presenza di cavitazione;
Eliche supercavitanti di superficie, progettate per operare ad elevatissimi livelli di
cavitazione e con periodiche fuoriuscite in superficie.
Eliche cavitanti di un panfilo
Parametri delle eliche marine
Rendimento di elica isolata:
rappresenta il rendimento dell'elica in assenza della carena:
Rendimento idrodinamico:
rappresenta l'effettivo rendimento dell'elica in accoppiamento con la carena:
Dove VA = V(1-w) rappresenta la velocità di avanzo, cioè la velocità effettivamente
percepita dall'elica e ridotta, rispetto alla reale velocità della nave, per effetto
della scia.
Diametro:
E’ il diametro di un ipotetico cerchio che unisce le estremità delle pale. La scelta del
diametro è determinata principalmente dal numero di giri dell'elica e dalla quantità
di potenza disponibile all'elica. Il diametro generalmente aumenta con l'aumentare
delle dimensioni dell'imbarcazione.
Superficie propellente:
Superficie delle pale dell’elica proietta su un piano perpendicolare
All’asse dell’elica.
Un’immagine che da l’idea dell’avvitamento dell’elica nell’acqua
Altri tipi di eliche
Elica a mantello
Elica ingabbiata all’interno di un cilindro. Ha il vantaggio di proteggere l’elica e di
Incanalare la corrente aspirata all’interno del cilindro aumentando la quantità di
acqua respinta dall’elica.
Alcuni tipi di eliche a mantello hanno un particolare meccanismo che le consente
di ruotare sull’asse verticale escludendo l’uso Del timone.
Viene particolarmente usara dai rimorchiatori.
Elica di manovra
Piccola elica con asse di rotazione trasversale situata all’interno di un tunnel a
prua e qualche volta anche a poppa.
Utilissima per le manovre di Avvicinamento e distacco dalla banchina.
Eliche ad asse orientabile (Azipod)
Il primo propulsore Azipod risale al 1990.
Il sistema Azipod è posizionato in un pod montato esternamente allo scafo, che combina
sia la funzione propulsiva che di governo dell’elica centrale, del timone e delle eliche
di manovra. La possibilità di riunire in un unico gruppo sistemi di norma installati
separatamente consente di recuperare spazio a bordo da destinare a scopi diversi.
Grazie alla collocazione del propulsore Azipod sotto lo scafo della nave è possibile
ottenere un risparmio del 10% sui consumi di carburante rispetto ai sistemi di
propulsione diesel-elettrici con linea alberi convenzionale.
Nel 2002 l’azipod è stato innovato con il sistema CRP Azipod. La tecnologia CRP (contrarotating propeller) impiega una coppia di eliche coassiali controrotanti (una destrorsa
e una sinistrorsa) e si implementa installando un sistema Azipod al posto del timone su
una nave con linea alberi convenzionale.
Questa soluzione è particolarmente adatta per i traghetti o altre navi veloci che
necessitano di un’elevata efficienza propulsiva.
Nel 2004 il sistema CRP Azipod è stato installato su due imbarcazioni realizzate per
Shin Nihonkai Ferry, il principale operatore di traghetti del Giappone. L’azienda ha
registrato un risparmio di carburante del 20% e un incremento della capacità di
trasporto del 15% rispetto alle navi di pari dimensione equipaggiate con motori diesel.
I sistemi Azipod vengono installati su una varietà di imbarcazioni tra cui navi da
crociera di lusso, yacht, traghetti, piattaforme di perforazione, petroliere artiche,
navi rifornimento per le piattaforme offshore e rompighiaccio.
Due enormi azipod
Il sistema CRP Azipod
Il Cicloide
Il propulsore Voith Schneider noto anche come unità cicloidale è uno speciale sistema
di propulsione marina. È altamente manovrabile, in grado di cambiare la direzione
della sua spinta quasi istantaneamente. È ampiamente utilizzato su rimorchiatori e
traghetti.
Nel fondo della nave è presente un piatto circolare, in grado di ruotare attorno ad
un asse verticale, dal quale sporgono una serie circolare di pale verticali di forma
appropriata. Ogni pala può ruotare a sua volta attorno ad un asse verticale. Un
ingranaggio interno cambia l'angolo di attacco delle pale in sincronia con la
rotazione del piatto, in modo che ogni pala possa fornire la spinta in qualsiasi
direzione. L'angolo di attacco di tutte le pale viene cambiato in modo sincronizzato,
in modo tale che la spinta propulsiva di ciascuna pala vada a sommarsi a quella delle
altre pale così da rendere massima la spinta stessa in una precisa direzione.
Schema di propulsione del Cicloide
L'idrogetto
E’ un sistema di propulsione nautico complementare associato ad un propulsore che gli
fornisce la potenza necessaria per il funzionamento. È quindi un impianto meccanico
di elica intubata integrato con ugello di uscita/direzione. È stato inventato da
William Hamilton in Nuova Zelanda, il quale nel 1939 fondò la società omonima ancora
in attività e che attualmente produce sistemi ad altissime prestazioni per mezzi
nautici e navi veloci
Viene assemblato in specifiche imbarcazioni in sostituzione delle eliche tradizionali,
permettendo così di realizzare mezzi nautici con prestazioni molto elevate. L'elica
vera e propria è in pratica un elicoide metallico o in composito intubato a cui l'acqua
viene convogliata da una apertura posta sotto lo scafo. Tale sistema favorisce quindi
la navigabilità in bassi fondali, oltre ad offrire una più elevata manovrabilità in
sterzata, poiché l'acqua viene convogliata nella direzione di sterzo attraverso
l'ugello di uscita. La società leader è la HamiltonJet in Nuova Zelanda ed in Italia
viene prodotto dalla Castoldi Jet. Nelle navi ed imbarcazioni viene generalmente
montato in posizione esterna nello specchio di poppa, mentre nelle moto d'acqua è
integrato nella carena.
Uno dei mezzi che si è imposto all'attenzione dei media negli anni '90 in ambito
internazionale è il Destriero, che montava 3 idrogetti KaMeWa, nave veloce
rivoluzionaria, progettata ed utilizzata per infrangere il record di attraversamento
dell'Oceano Atlantico per il prestigioso trofeo Nastro Azzurro. Altre navi che
equipaggiano idrogetti sono i traghetti super veloci della Tirrenia Scatto, Guizzo e le
unità Jupiter attualmente non più operativi. Uno dei modelli più performanti in
assoluto operanti in Italia è il traghetto super veloce con tecnologia a penetrazione
d'onda (Wave piercing) Pescara Jet della SNAV prodotto dalla australiana Incat. In
ambito militare equipaggia diverse moderne vedette della Guardia di Finanza e
Guardia Costiera, in particolare le unità di ricerca e salvataggio (SAR) CP 803 dei
cantieri Codecasa. Sempre in Italia è da segnalare la casa produttrice di motori
fuoribordo Carniti, che fu la prima azienda a installare questo sistema di propulsione
su questo genere di motore.
Il motore idrogetto
Il Destriero
Effetti evolutivi dell’elica
Gli effetti evolutivi dell’elica sono causati dalla componente trasversale della
corrente respinta. Sulle grandi unità subentra anche la diversa densità dell’acqua in
cui si trovano rispettivamente la pala superiore e quella inferiore. Le due pale
incontrano resistenze diverse che si ripercuotono sul mozzo spostando la poppa
trasversalmente.
Per le eliche destrorse (rotazione in senso orario) la tendenza è quella di spostare la
poppa a dritta e quindi la prua a sinistra.
Il pratica il tipo di leva è uguale a quella del remo dove il fulcro è sulla pala del
remo. Nell’elica il fulcro della leva e sulla pala e più l’acqua è densa maggiore è la
resistenza.
Il miglior metodo per ricordarsi l’effetto evolutivo dell’elica è quello di immaginare
l’elica che tocca il fondo marino.
Gli effetti evolutivi raggiungono il loro massimo valore all’inizio del moto quando
l’elica gira ma la nave è ancora ferma. Sono quindi particolarmente utili nelle
manovre di avvicinamento o allontanamento dalla banchina.
Acqua poco densa
Resistenza della pala
superiore
Acqua molto densa
Senso di rotazione
destrorso
Risultate delle due
resistenze applicata
al mozzo
Resistenza della pala
inferiore
Accostata
Effetto evolutivo dell’elica
La nave bielica
Navi fornite di due eliche situate ad ugual distanza dal piano diametrale. Normalmente
le due eliche girano in senso inverso : in senso orario quella di dritta ed in senso
antiorario quella di sinistra, in tal modo gli effetti evolutivi delle due eliche si
annullano.
Il grande vantaggio delle navi bi-eliche è la manovrabilità, infatti per accostare
possono utilizzare oltre al timone le stesse eliche. Le navi con due eliche hanno il
vantaggio di poter manovrare meglio utilizzando oltre il timone le stesse eliche.
Un altro vantaggio è quello di poter comunque navigare in caso di avaria di uno dei
due motori
Lo svantaggio delle navi bi-eliche invece è il maggior costo di utilizzo, infatti quasi
tutte le navi da carico utilizzano un solo motore e quindi una sola elica riducendo il
costo di esercizioLe navi passeggeri e le navi militari sono tra i tipi che più utilizzano la propulsione
bielica.
Spinta propulsiva
Dell’elica di sinistra
SS
Spinta propulsiva
Dell’elica di dritta
SD
Piano
diametrale
R
Resistenza
SD
b
Accostata a sinistra
Elica di sinistra ferma
Momento accostante SD b
SS
Accostata a dritta
Elica di dritta ferma
Momento accostante SS b
b
R
R
Il timone
Il timone è l'organo che serve per governare la nave, ossia per guidarla sulla rotta
prescelta e per evitare gli ostacoli che si presentano sul cammino.
Per prima cosa osserviamo che la facilità di inclinare il timone, ovvero come si dice in
gergo metterlo alla banda, deriva la possibilità di governare la nave e pertanto esso è
collegato con dispositivi e apparecchiature che consentono di farlo ruotare di angoli più o
meno ampi attorno ad un asse verticale che si definisce Asse di rotazione del timone.
Le qualità manovriere di una nave dipendono dal coefficiente di finezza e in modo
particolare dal rapporto tra la superfice del timone e il piano di deriva.
Quindi, partendo da un dato che è sempre fornito dal committente, il progettista deve
ricavare le caratteristiche del timone che lo soddisfano e inoltre, una volta prefissate
dette caratteristiche, deve procedere per definire quelle grandezze che influiscono da un
lato sul proporzionamento strutturale del timone e dall'altro sulla potenza dell'impianto
che lo dovrà governare.
I due quesiti del progetto del timone coinvolgono un campo dell'idrodinamica navale assai
vasto, che potrebbe essere sintetizzato brevemente con l'espressione "Il progetto
idrodinamico del timone".
La puntualizzazione e la successiva analisi dei fattori che entrano in gioco nel problema
del timone, richiede una trattazione assai approfondita.
Moderno timone compensato e minuto di flap
Parti del timone
Il timone si compone di una parte a superficie piana detta pala, sulla quale l'acqua
esercita la sua pressione, poi da un'asta detta testa che serve per inclinarlo da una
parte o l'altra. Sembra superfluo dire che testa e pala sono saldamente collegati,
mentre la testa entra nello scafo attraverso la losca e si innalza fino al locale della
macchina del timone, ove si trovano i macchinari che permettono di mettere il timone
alla banda
Il passaggio della testa attraverso la losca deve essere realizzato in modo da non
ostacolare la rotazione del timone, impedendo nel contempo ogni infiltrazione d'acqua
all'interno dello scafo. La losca è quindi costituita, nel suo complesso, da una robusta
struttura tubolare e stagna sulla cui estremità superiore è installato un cuscinetto e
un pressatrecce.
Sull'estremità superiore della testa è rigidamente applicato un pezzo molto robusto che
si chiama barra e che serve per collegare il timone con i meccanismi predisposti per la
sua manovra. La barra può assumere diverse forme, ma la sua presenza è indispensabile
per poter applicare sulla testa del timone il movimento per portarlo e mantenerlo alla
banda.
La pala è normalmente formata da un telaio resistente e da lamiere che lo rivestono in
modo da assicurare una perfetta impermeabilità all'acqua. Nel telaio si distingue un
fusto o anima che possiamo riguardare come prolungamento della testa, e un rovescio o
spalla che si identifica con il alto poppiero del timone e si collega al fusto mediante
due o più bracci orizzontali.
Tipi di timoni
I
-
principali ti di timone sono fondamentalmente quattro:
Ordinario
Sospeso
Semicompensato
Compensato
Il timone ordinario ha tutta la pala a
poppavia dell’asse di rotazione
Il timone sospeso non poggia sul
calcagnolo ed ha un sistema di sostegno
all’interno della losca.
Nel timone semi-compensato una parte
della pala si trova a proravia
dell’asse di rotazione ma non si estende
per tutta l’altezza
Nel timone compensato la parte a
proravia dell’asse si estende per tutta
l’altezza
Sistemazioni per la manovra del timone
Agghiaccio:
Dispositivo che collega il timone alla macchina che serve per manovrarlo
(meccanicamente oppure con un sistema idraulico). Gli agghiacci tradizionali, in disuso,
sono costituiti dalla barra e dal frenello (il cavo che trasmette il movimento dalla
ruota alla barra).
Macchina del timone:
meccanismo destinato ai imprimere la necessaria forza al timone. E’ detto anche
servomotore.
Servomotore:
Apparato che trasforma i comandi manuali nei movimenti meccanici necessari al governo
del timone.
Il servomotore elettrico è sostanzialmente un motore collegato all’agghiaccio,
normalmente di tipo rigido. Il servomotore elettroidraulico, generalmente installato
sulle navi più moderne, è costituito da un’elettropompa a portata variabile e da un
dispositivo di asservimento. L’elettropompa, mossa da un motore a giri costanti, può
variare improvvisamente il regime di portata, da minimo a massimo, ed invertire i
flussi di olio idraulico che comandano d’agghiaccio. Questi complessi, spesso
caratterizzati
da
elevati
livelli
tecnologici,
sono
chiamati
timonerie
elettroidrauliche
Il telemotore:
In riferimento ai diversi tipi di trasmissione utilizzabili tra la ruota di governo ed
il dispositivo di comando della macchina del timone si distinguono:
telemotori mecanici; telemotori idraulici; telemotori elettrici
I telemotori meccanici possono essere flessibili (se agiscono con cavi e catene) o rigidi
(se agiscono con aste, snodi, ingranaggi, giunti cardanici). Sono in disuso perchè
superati dagli altri tipi che consentono minor sforzo per il timoniere, maggior
precisione di movimento, eliminazione dei pressatrecce per il passaggio dei comandi
attraverso le paratie stagne, contenimento della rumorosità.
Telemotori idraulici:
Già in uso sulle navi a vapore, trasmettono il movimento attraverso una piccola pompa,
sistemata all’interno della stessa timoneria.
La trasmissione è assicurata da due tubicini, attraverso i quali scorre il fluido, messo
in movimento dalla pompa.
Sul dispositivo di asservimento del servomotore, agisce un motore idraulico a
stantuffo, mosso dal fluido idraulico in pressione. L’efficienza del telemotore
idraulico è legata alla presenza del fluido ed alla tenuta del circuito. E’, quindi,
necessario vigilare sul livello e le guarnizioni.
Telemotori elettrici:
Largamente impiegati sulle navi moderne, consistono in un sistema di connessione
elettrica tra l’asse della ruota (oppure, leve e pulsanti) ed un piccolo motore collegato
alla timoneria. Questo sistema si presta nel migliore dei modi all’installazione di
apparecchiature per il governo automatico della nave (giropilota, pilota automatico).
L’angolo di barra:
E’ l’angolo di inclinazione del timone rispetto alla linea di mezzeria. E’ rilevato
dall’indicatore dell’assiometro, installato nella colonnina. L’assiometro è un ruotismo
collegato al movimento della ruota. Le navi moderne dispongono, inoltre, di indicatori
elettrici ed elettronici che ricavano l’angolo del timone direttamente all’agghiaccio.
Scontri o repulsori:
Hanno lo scopo di impedire che il timone superi l’angolo di inclinazione massima
prevista. Il tipo più semplice consiste in due blocchi d’acciaio che limitano
l’oscillazione della barra o, direttamente,del timone. L’impiego di trasmissioni
elettriche ed idrauliche impone, però, tecniche capaci di bloccare od arrestare il
servomotore.
Il freno:
Meccanico, idraulico od elettromagnetico, consente di bloccare il timone in caso di
necessità. E’ particolarmente utile nel caso di avaria all’agghiaccio.
Teoria del timone
Leggenda:
R – Resistenza all’avanzo
S – Spinta propulsiva
G – Centro di girazione
O – Centro di rotazione del timone
P – Pressione dell’acqua sul timone
C – Centro di pressione del timone (punto di applicazione della
pressione)
dr – Angolo di barra
P cos dr – componente della P che produce lo scarroccio
P cos dr (OG) Momento evolutivo
P sen dr – Componente della P che produce una diminuzione della
velocità sommandosi a R
R
G
dr
S
P cos dr
O
braccio
P cos dr
P
dr
C
dr
P sen dr