L’ELICA DI MANOVRA

L’ELICA DI  MANOVRA

L’elica trasversale e’ un elica spesso a pale orientabili posta all’interno di una appendice negativa di carena costituita da un condotto a sezione circolare e asse trasversale orizzontale che si estende da murata a murata.Esse sono impiegate per generare una spinta ausiliare per la manovra della nave a bassa velocita’ in acque ristrette.Si tratta di sistemi attivi che realizzano una forza su una direzione trasversale fissa permettendo moti di traslazione laterale e rotazione.Possiamo avere due configurazioni :con  eliche prodiere  e con  prodiere e poppiere.Il funzionamento di un elica di manovra genera una spinta che agisce in posizione non baricentrica causando un momento evolutivo:il sistema di forze puo’ essere ridotto ad una forza laterale baricentrica ed un momento pari all’intensita’ della forza per il braccio d’azione misurato rispetto al centro di massa della nave in movimento.Con una sola elica si ha quindi una traslazione laterale della nave e contemporaneamente un moto di rotazione.Per poter  produrre un moto di pura traslazione o di pura rotazione e’ necessario disporre di due eliche di manovra,una prua ed una a poppa.E’ evidente che le due eliche per generare il massimo momento evolutivo,devono  essere poste nella posizione piu’ lontana possibile dal centro di rotazione,che cade in posizione molto prossima al centro di gravita’,e quindi in prossimita’ della perpendicolare avanti o addietro.L’elica viene normalmente posta a prua per i seguenti motivi:

-ottenere un piu’ efficace   controllo del moto trasversale a velocita’ di avanzo nullo grazie al coordina-              mento con il sistema di propulsione di poppa che,con timone ruotato al massimo angolo di barra,puo’ generare una spinta trasversale per deviazione del flusso dell’elica.

-per ottenere un piu’ efficace controllo del moto di imbardata a basse velocita’ di avanzo.

-per evitare l’interferenza con il sistema propulsivo principale.

La forza trasversale Ft (N) generata a regime dall’elica di manovra puo’ essere valutata attraverso il teorema della quantita’ di moto,in base al quale la forza generata dal flusso e’ uguale alla variazione della sua quantita’ di moto.A regime essa corrisponde al prodotto fra la velocita’ del flusso e la corrispondente portata massica :

Ft  =  ρ dQ/dt Ve  = ρ π Dt ²/4 Ve²

dove Q ( m³/s) e’ la portata volumica a regime .Dt (m) e’ il diametro dell’elica di manovra e Ve(m/s) e’ la velocita’ media effettiva sul disco dell’elica.La velocita’ media effettiva in pratica rende conto delle perdite che si realizzano nel flusso lungo il tunnel,all’imbocco e all’uscita (attrito sulla superficie e vortici alle estremita’).

Altri aspetti fondamentali relativi al progetto dell’elica trasversale sono quelli costruttivi che riguardano sia le caratteristiche del tunnel,sia la posizione.Per contenere le perdite dovute alla viscosita’ del fluido operante,e’ necessario mantenere bassa la velocita’ media di deflusso:si ottiene cosi’ la riduzione sia delle perdite frizionali,sia di quelle legate alla formazione di vortici d’imbocco.La soluzione migliore e’ quella che offre un condotto di ampio diametro e con estremita’ ben avviate.D’altro lato questi requisiti sono in contrasto con le indicazioni relative al contenimento della resistenza aggiunta di carena,percio’ e’ necessario definire un compromesso fra le due esigenze.A cio’ va aggiunto che,se il condotto e’ grande e si avvicina con il bordo superiore alla superficie libera,si puo’ verificare un forte calo del rendimento per ventilazione,mentre dall’altro lato la vicinanza al fondale puo’ comportare il risucchio di corpi estranei.Innanzi tutto va detto che,una volta fissata la velocita’ del flusso ed il diametro del tunnel,la sua lunghezza e’ il parametro geometrico da cui dipendono le forze di resistenza frizionale,infatti una maggiore lunghezza comporta maggiori perdite.D’altro lato una maggiore lunghezza favorisce il raddrizzamento del flusso dall’imbocco all’elica. Dal punto di vista operativo l’elica deve essere posta il piu’ lontano possibile dal centro nave per poter offrire un alto momento evolutivo,e cio’ significa che il tunnel va posto in una zona dove le murate sono vicine ed in genere svasate.In aggiunta deve essere sufficientemente lungo da accogliere l’elica ed il suo sistema di alimentazione.

La svasatura delle murate comporta in particolare effetti negativi sulla generazione della spinta,infatti studi comparativi condotti collocando la stessa elica su forme di carena diverse hanno evidenziato una maggiore spinta (+15%) nel caso in cui il tunnel sia collocato entro pareti piane parallele.In questo caso,quasi ideale per le installazioni navali-le cui condizioni sono parzialmente realizzabili quando l’elica viene posta per esempio in corrispondenza del ringrosso del bulbo prodiero-,il compromesso ottimale fra resistenza frizionale ed esigenze di raddrizzamento del flusso e’ raggiunto realizzando tunnel aventi una lunghezza pari a 2.0 ÷ 3.0 diametri. Cio’ e’ in realta’ difficilmente realizzabile e ritiene percio’ accettabile che la lunghezza del tunnel,anche su forme svasate di carena,sia almeno pari ad 1,5 ÷ 2,0 diametri.

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