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Sistemi di stabilizzazione d’assetto per le navi

Sistemi di stabilizzazione d’assetto per le navi

Una navigazione priva di movimenti oscillatori longitudinali e trasversali (beccheggio e rollio) dovuti alle onde marine, è stato sempre il sogno di ogni marinaio. Nella storia della navigazione diversi cantieri, anche italiani, hanno progettato alcuni sistemi per porvi rimedio.
 

I principali movimenti dell’unità in navigazione sono il beccheggio, il rollio ed il sussulto. Sistemi specifici sono stati studiati soprattutto per l’attenuazione del rollio. Le azioni e le reazioni subite dalla nave sono attribuibili quasi interamente a variazioni di spinta, che si verificano quando le onde si muovono lungo di essa.
 

Si può affermare che il massimo momento di beccheggio avviene in corrispondenza dei nodi dell'onda, mentre la massima forza di sussulto ha luogo sulla cresta e sui cavi dell'onda.
 

Il beccheggio (fig.1) Si tratta di tutte quelle oscillazioni che si hanno in direzione di prua e di poppa, per esempio quando una nave sale e ridiscende un'onda.


  Fig.1


 

Il rollio (fig.2) Sono invece tutte le oscillazioni che avvengono nel senso della larghezza. Essendo una nave molto più lunga che larga ne consegue che le oscillazioni laterali siano le più facili da provocare.


E' proprio il rollio laterale la causa principale del mal di mare, specialmente quando accade in un mare poco o leggermente mosso.
 

   Fig.2


 

Proprio per limitare il mal di mare e aumentare il confort dei passeggeri, alcuni transatlantici furono dotati di sistemi antirollio, così come molte navi di oggi.
 

Il moto di rollio è il più pericoloso perché compromette la stabilità della nave ed è perciò quello sul quale si sono fatti i primi tentativi di controllo e riduzione, ma attualmente sulle navi veloci si è manifestata la necessità di intervenire anche sul movimento di beccheggio soprattutto per problemi di abitabilità, oltre che di mantenimento delle condizioni ottimali per un’alta velocità di crociera.
 

In realtà questi sistemi furono inventati tempo prima per ragioni ben diverse, per applicazioni sulle navi da guerra. Cercando infatti di limitare il rollio si poteva puntare correttamente per primi i cannoni e l'artiglieria verso la nave avversaria. Chi puntava meglio per primo, sopravviveva.
 

Ecco i vari sistemi antirollio, partendo dal più antico:
 

Ripartizione  del  carico: (fig.3)  Risale all’epoca dei Romani, in alcuni casi in cui se ne presenta la necessità, viene usato ancora oggi. Si tratta di stivare il carico, soprattutto quando è uguale alla metà della capacità della nave o addirittura quando è inferiore alla metà stessa, nei ponti più alti e ai loro lati onde riuscire a creare una sorta di contrappeso nel momento in cui lo scafo si trova soggetto a movimenti rollanti.
 

Ovviamente questo sistema è valido anche per il beccheggio, ma è  risultato molto più efficace per il rollio.
 

  Fig.3

Casse  antirollio: (fig.4)  Funziona sullo stesso principio di base del sistema a ripartizione del carico. In questo caso però il peso è ottenuto tramite serbatoi appositamente realizzati all'interno dello scafo e riempiti con acqua od olio minerale, tipo le casse di zavorra usate nei sottomarini, anziché dalla merce trasportata.
 

Questi serbatoi sono posizionati al centro o lungo i lati dello scafo e possono estendersi anche per tutta la sua lunghezza. Lo svantaggio di tale sistema è che venendosi a creare superfici liquide capaci di muoversi liberamente all'interno del serbatoio, si riducono notevolmente le proprietà di stabilità dalla nave.
 

   Fig.4


 

Alette  passive: (fig.5) Si tratta di profili leggermente sporgenti a 45° dai bordi inferiori dello scafo, lungo la parte centrale dello scafo. L'efficacia del sistema aumenta con l'aumentare della velocità sia dalla nave che del movimento stesso di rollio.

E' il sistema più economico e più utilizzato, anche su barche di piccole dimensioni, ma è poco efficiente. Nella foto è visibile l'ala passiva di destra del transatlantico "Cristoforo Colombo", il gemello dell'Andrea Doria.
 

   Fig.5

 

Sistema  giroscopico: ( fig.6)  Sfrutta il principio fisico del giroscopio, secondo cui una massa in rotazione offre una maggiore opposizione ad una forza esterna che tenti di deviarne la traiettoria. E' realizzato con delle enormi "trottole", circa 2 o 3, mantenute in veloce rotazione e il cui asse di rotazione veniva inclinato a seconda delle indicazioni provenienti da sistema meccanico sensibile ai movimenti oscillanti, creando un'azione di contrasto al rollio della nave.
 

Questo sistema fu utilizzato per la prima volta a bordo di una nave passeggeri, sul transatlantico italiano "Conte di Savoia" nel 1932, il compagno del famoso "Rex". Il sistema era costituito da tre trottole di 100 tonnellate ciascuna, sistemate verso la zona prodiera dello scafo.
 

Questo sistema  ha però diversi limiti. Lo scafo di una nave mercantile (e non militare), non è adatto ad ospitare pesi così grandi concentrati in poco spazio. Carichi così concentrati causano enormi forze di torsione sullo scafo durante i movimenti di rollio e beccheggio della nave, oltre a comprometterne la stabilità.
 

Con mare mosso, dallo scafo del ‘Conte di Savoia’ provenivano paurosi scricchiolii. Inoltre in condizioni di mare grosso e irregolare, quando venivano richiesti improvvisi e repentini spostamenti dell'asse di rotazione delle trottole, il sistema di attuazione non riusciva a muoverle con sufficiente velocità, il che portava il sistema in controfase, favorendo il movimento del rollio anziché contrastarlo. La bassa efficacia, i costi elevati e i grandi spazi occupati, ne decretarono ben presto la fine.
 

   Fig.6

 

Alette stabilizzatrici attive: (fig.7 e fig.8 ) E' il sistema più evoluto ed efficace, utilizzato a bordo della Michelangelo e Raffaello, come su molte navi di oggi. Si basa sulla spinta idrodinamica generata da una o più coppie di alette che fuoriescono ai lati dello scafo, sotto il livello del mare. La loro estensione varia da 1/2 a 1/4  della larghezza dello scafo, con una profondità che va da 0,40 a 1,20 mt.

Le alette si comportano similmente agli alettoni di un aereo, solo che la loro inclinazione viene comandata da un sensore che rileva l'inclinazione laterale della nave e le orienta in modo da generare una spinta contraria.

E’ ovvio che la loro efficacia è proporzionale alla superficie ed al quadrato della velocità del movimento di rollio. Quindi quanto maggiore sarà la superficie delle alette e quanto maggiore sarà la velocità di spostamento del rollio tanto più grande sarà l’efficacia delle alette stesse.
 

Il peso del complesso è circa 1/4 di quello di un giroscopio stabilizzatore di eguale potenza stabilizzatrice. Come sulla Michelangelo, Raffaello e Leonardo da Vinci, le alette possono essere di tipo retraibile, in modo da poter essere ritirate all'interno scafo quando non necessarie, diminuendo così la resistenza all'avanzamento della nave e il consumo di carburante.
 

   Fig.7

 

(fig.8 ) Schema di una pinna antirollio retrattile, di tipo "Denny Brown", montata sulla "Leonardo Da Vinci"
 

   Fig.8

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Fonte: Nautica Report
Titolo del: 08/12/2021 07:20

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