1

Calcolo delle esigenze propulsive fondamentali per i battelli lagunari 1 Sia premesso che: 1) La conoscenza della “curva di resistenza totale” costituisce necessario ed

ineludibile riferimento preliminare.

2) Le curve che ci sono state fornite (dal prof. Zotti) si estendono fino ad una

certa velocità, che si deve ragionevolmente ritenere costituisca la massima

compatibile con le capacità d’indagine della Vasca di Trieste.

3) Pertanto, in via interlocutoria ed esemplificativa, si considera tale velocità

anche “limite” massimo consentito nell’ambito lagunare e si assume quale

“valore progettuale” per quanto concerne le seguenti considerazioni,

calcolazioni e previsioni.

In ciascun caso si è proceduto come segue.

Con riferimento alla Resistenza totale R della carena in corrispondenza della

predetta velocità massima Va, ovvero all’equivalente spinta S richiesta, viene

progettata l’elica che si stima tipologicamente più adeguata. A tale scopo

vengono impiegati gli strumenti ed i nomogrammi che fanno capo alle Serie

Sistematiche di WAGENINGEN.

Si perviene in tal modo alla definizione della curve che rappresentano i

coefficienti adimensionali di prestazione dell’elica “isolata”, precisamente il

Fattore di Spinta Kt, di Coppia Kq, il Rendimento η, in funzione del Fattore di

Avanzamento J=Va/(nD):

q

ta

q

t

KKJ

CSV

DnCK

DnSK

πωη

ρ

ρ

2

52

42

==

=

=

(1)

dove ρ rappresenta la densità del fluido operativo (acqua), n la velocità di

rotazione dell’elica (espressa in giri/secondo), D il diametro dell’elica, C la

1 Questa sezione è opera del prof. Prof. Vittorio Quaggiotti e dell’ Ing. Ernesto Benini, Dipartimento di Ingegneria Meccanica dell’Università di Padova.

2

coppia assorbita dall’elica, ω la velocità angolare dell’elica (espressa in

radianti al secondo).

Si individuano quindi alcuni ragionevoli valori del coefficiente di scia (1-w), del

fattore di deduzione della Spinta (1-t) e del coefficiente di riduzione

dell’efficienza dell’elica (1-ξ) dovuto all’inclinazione dell’asse portaelica,

pervenendo infine alla determinazione delle curve di prestazione effettive

dell’elica accoppiata alla carena.

Sulla base degli stessi strumenti progettuali dianzi utilizzati, viene codificato il

prevedibile comportamento (in regime stazionario) dell’elica per qualunque

valore di velocità inferiore alla predetta, massima, di progetto.

In particolare vengono dedotte le curve rappresentative - in condizione di

“stazionarietà” - di:

1) Rendimento propulsivo, al regime di progetto ed a regimi ridotti.

2) Spinta sviluppata dall’elica, al regime di progetto ed a regimi ridotti.

3) Potenza assorbita dall’elica, al regime di progetto ed a regimi ridotti.

Infine, ipotizzato un ragionevole valore del “rendimento di trasmissione”, viene

stimata la “Potenza minima necessaria” che deve avere il motore per

conseguire – in condizioni d’acqua calma ed in assenza di vento - la predetta

velocità di progetto (cioè quella massima di cui sopra).

La “Potenza effettiva installabile” si può dedurre assumendo il margine

d’eccesso richiesto dalla previsione d’impiego in condizioni d’acqua mossa e

vento contrario, nonché dalle necessità contingenti di manovra e d’emergenza.

In Tabella 1 vengono riportati i risultati delle calcolazioni relative al progetto

dell’elica per ogni tipologia di imbarcazione. In particolare:

- nella prima colonna è specificata la tipologia del natante nelle

due condizioni di carico previste (P/C: pieno carico, Z o M/C:

zavorra o medio carico);

- nella seconda colonna è indicata la velocità massima (in nodi)

presa in considerazione per il progetto dell’elica;

3

- nelle colonne dalla terza alla quinta sono indicati i valori del

coefficiente di scia, del fattore di deduzione della spinta e del

coefficiente di riduzione dell’efficienza dell’elica;

- nelle colonne dalla sesta alla decima sono riportate la

caratteristiche geometriche e funzionali dell’elica: la velocità

nominale di rotazione “n”, il diametro esterno “D”, il passo “p”, il

ricoprimento palare “Ae/Ao” e il numero delle pale “Z”;

- nell’undicesima colonna è indicato il valore assunto del

rendimento di trasmissione “ηtr”;

- nella dodicesima colonna è riportato il valore calcolato della

potenza minima necessaria da installare “P_min”.

Nelle figure dalla 2 alla 25 sono infine riportate, per ogni tipologia di

imbarcazione, le curve di prestazione delle rispettive eliche, e precisamente:

- nelle figure 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22 e 24:

le curve adimensionali di prestazione dell’elica isolata;

- nelle figure 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19, 21, 23 e 25:

la curva di resistenza e le curve di spinta ai regimi nominale e ridotti;

le curve della potenza assorbita dall’elica ai regimi nominale e ridotti;

il rendimento propulsivo ai regimi nominale e ridotti;

La procedura esemplificata sopra può essere in definitiva ripetuta per

qualunque altro valore massimo – ovvero “limite” - di velocità che si voglia

supporre imponibile dalle competenti autorità a ciascuna tipologica

d’imbarcazione. A titolo esemplificativo, in appendice (figure 26 e 27) si

riportano i risultati delle calcolazioni ottenute presupponendo, nel caso di

imbarcazione TAXI 1 (P/C), una velocità massima, ovvero di progetto,

superiore a quella precedentemente assunta in base alle risultanze della vasca

navale, vale a dire di 7 m/s (circa 14 nodi) anziché 5.55 m/s (circa 11 nodi), e

facendo riferimento ad una configurazione propulsiva con due eliche

controrotanti. I dati progettuali dell’elica ed i risultati che si riferiscono a tale

caso sono contenuti nella Tabella 2 dell’appendice.

4

Ogni altro valore della velocità limite potrebbe, in ogni caso, emergere molto

ragionevolmente dalla seguente procedura.

Dalle prove effettuate in “Vasca”, venga dedotta (prof. Zotti) la curva di

“Resistenza d’onda”. Sia essa rapportata al dislocamento dell’imbarcazione e

sia tale parametro assunto (tramite un opportuno quanto ragionevole

coefficiente di equivalenza) quale riferimento oggettivo per la quantificazione

dell’inquinamento idrodinamico, ovvero del potenziale danno alle “rive” dovuto

al moto ondoso. Se ne stabilisca la “soglia”, si deduca il corrispondente valore

della “resistenza d’onda” e si individui il corrispondente limite di velocità

(intersecando la stessa curva di “resistenza d’onda” con la retta orizzontale

che individua in ordinata tale soglia, e intercettando, con la corrispondente

retta verticale, il predetto limite di velocità in ascissa).

Per ogni caso o categoria di battello che si voglia considerare, lo strumento

che qui si propone e si esemplifica consente di :

1. Istituire un confronto immediato tra la “massima potenza installabile” e

quella effettivamente installata.

2. Istituire (in prima istanza anche empiricamente ed intuitivamente)

un’analisi comparativa fra l’elica progettata e quella effettivamente

installata (ove ne sia effettuabile l’ispezione).

3. Indicare un’eventuale riduzione di potenza, tramite sostituzione del

motore e riprogettazione dell’elica.

4. Indicare un’eventuale limitazione nella erogazione di potenza, da parte

del motore installato, con relativa riduzione del regime di rotazione

dell’elica stessa.

IM

BAR

CAZ

ION

EVa

1-

w1-

t1−ξ

nD

pAe

/Ao

Zη

trP_

min

(kno

ts)

(rpm

)(m

)(m

)(k

W)

TAXI

1 (P

/C)

10.8

90.

960.

920.

9717

000.

50.

315

0.71

53

0.95

70TA

XI 1

(Z o

M/C

)10

.89

0.96

0.92

0.97

1650

0.5

0.27

0.71

53

0.95

43

CH

IATT

A AM

AV (P

/C)

5.45

0.9

0.83

0.97

600

0.6

0.43

0.65

50.

9511

CH

IATT

A AM

AV (Z

o M

/C)

5.45

0.9

0.83

0.97

500

0.6

0.43

50.

655

0.95

5.5

TOPO

(P/C

)8.

170.

940.

870.

9775

00.

580.

590.

854

0.95

36TO

PO (Z

o M

/C)

8.71

0.94

0.87

0.97

650

0.58

0.57

0.85

40.

9516

GR

ANTU

RIS

MO

(P/C

)10

.89

0.95

0.92

0.97

900

0.66

0.62

0.82

40.

9597

GR

ANTU

RIS

MO

(Z o

M/C

)10

.89

0.95

0.92

0.97

800

0.66

0.67

50.

824

0.95

77

MO

TOSC

AFO

AC

TV (P

/C)

10.8

90.

950.

920.

9790

00.

660.

601

0.75

40.

9588

MO

TOSC

AFO

AC

TV (Z

o M

/C)

10.8

90.

950.

920.

9780

00.

6662

0.75

40.

9559

VAPO

RET

TO A

CTV

(P/C

)10

.89

0.95

0.92

0.97

900

0.69

0.61

0.77

40.

9510

6VA

POR

ETTO

AC

TV (Z

o M

/C)

10.8

90.

950.

920.

9785

00.

690.

630.

774

0.95

92

Tabe

lla 1

– C

arat

teris

tiche

pro

gettu

ali d

elle

elic

he in

funz

ione

del

tipo

di i

mba

rcaz

ione

.

TAVOLE GRAFICHE

Figura 1 – Curve di resistenza delle imbarcazioni. P/C = Pieno carico; Z (o M/C) = Zavorra (o mezzo carico).

Figura 3 – TAXI 1 (P/C): curve di prestazione dell’elica.

Il simbolo □ indica la condizione progettuale.

Figura 5 – TAXI 1 (Z o M/C): curve di prestazione dell’elica.

Il simbolo □ indica la condizione progettuale.

Figura 7 – CHIATTA AMAV (P/C): curve di prestazione dell’elica.

Il simbolo □ indica la condizione progettuale.

Figura 9 – CHIATTA AMAV (Z o M/C): curve di prestazione dell’elica.

Il simbolo □ indica la condizione progettuale.

Figura 11 – TOPO (P/C): curve di prestazione dell’elica.

Il simbolo □ indica la condizione progettuale.

Figura 13 – TOPO (Z o M/C): curve di prestazione dell’elica.

Il simbolo □ indica la condizione progettuale.

Figura 15 – GRANTURISMO (P/C): curve di prestazione dell’elica.

Il simbolo □ indica la condizione progettuale.

Figura 17 – GRANTURISMO (Z o M/C): curve di prestazione dell’elica.

Il simbolo □ indica la condizione progettuale.

Figura 19 – MOTOSCAFO ACTV (P/C): curve di prestazione dell’elica.

Il simbolo □ indica la condizione progettuale.

Figura 21 – MOTOSCAFO ACTV (Z o M/C): curve di prestazione dell’elica.

Il simbolo □ indica la condizione progettuale.

Figura 23 – VAPORETTO ACTV (P/C): curve di prestazione dell’elica.

Il simbolo □ indica la condizione progettuale.

Figura 25 – VAPORETTO ACTV (Z o M/C): curve di prestazione dell’elica.

Il simbolo □ indica la condizione progettuale.

Fi

gura

2 -

TAXI

1 (P

/C):

coef

ficie

nti d

i pre

staz

ione

del

l’elic

a is

olat

a.

Fi

gura

4 -

TAXI

1 (Z

o M

/C):

coef

ficie

nti d

i pre

staz

ione

del

l’elic

a is

olat

a.

Fi

gura

6 –

CH

IATT

A AM

AV (P

/C):

coef

ficie

nti d

i pre

staz

ione

del

l’elic

a is

olat

a.

Fi

gura

8 –

CH

IATT

A AM

AV (Z

o M

/C):

coef

ficie

nti d

i pre

staz

ione

del

l’elic

a is

olat

a.

Fi

gura

10

– TO

PO (P

/C):

coef

ficie

nti d

i pre

staz

ione

del

l’elic

a is

olat

a.

Fi

gura

12

– TO

PO (Z

o M

/C):

coef

ficie

nti d

i pre

staz

ione

del

l’elic

a is

olat

a.

Fi

gura

14

– G

RAN

TUR

ISM

O (P

/C):

coef

ficie

nti d

i pre

staz

ione

del

l’elic

a is

olat

a.

Fi

gura

16

– G

RAN

TUR

ISM

O (Z

o M

/C):

coef

ficie

nti d

i pre

staz

ione

del

l’elic

a is

olat

a.

Fi

gura

18

– M

OTO

SCAF

O A

CTV

(P/C

): co

effic

ient

i di p

rest

azio

ne d

ell’e

lica

isol

ata.

Fi

gura

20

– M

OTO

SCAF

O A

CTV

(Z o

M/C

): co

effic

ient

i di p

rest

azio

ne d

ell’e

lica

isol

ata.

Fi

gura

22

– VA

POR

ETTO

AC

TV (P

/C):

coef

ficie

nti d

i pre

staz

ione

del

l’elic

a is

olat

a.

Fi

gura

24

– VA

POR

ETTO

AC

TV (Z

o M

/C):

coef

ficie

nti d

i pre

staz

ione

del

l’elic

a is

olat

a.