LE VASCHE NAVALI
La vasca
navale è un bacino d'acqua artificiale di dimensioni di alcune centinaia di
metri di forma rettilinea, utilizzato per condurre test idrodinamici sui
modelli di imbarcazioni, e rappresentano uno strumento fondamentale per la ricerca
e la progettazione navale. Vengono utilizzati modelli in scala di navi mercantili,
da passeggeri, navi militari, sommergibili, piattaforme etc, per analizzarne il
comportamento in acqua. Il modello in
scala viene realizzato in legno, plastica o materiali compositi secondo criteri
e dimensioni stabiliti dalle normative con precisione millimetrica, importante
requisito per poter avere risultati dei test affidabili, equipaggiandolo con
strumenti di misura come accelerometri, sensori di forza e trasduttori. Successivamente
il modello viene posizionato in vasca fissandolo
ad un carrello (detto carro
dinamometrico) trainante che lo trascina a velocità controllata. I test
più comuni sono: Prove di resistenza al moto, l’obiettivo è misurare la resistenza
idrodinamica della nave per ottimizzare l'efficienza e il consumo di
carburante. Il modello viene trainato a diverse velocità e si misura la forza
resistente dell'acqua, infatti ridurre la resistenza significa migliorare la
velocità e ridurne i costi operativi. Prove di propulsione, Il
test consiste nel valutare l’efficienza del sistema propulsivo (eliche, pod,
waterjet etc). Il modello viene equipaggiato con un sistema propulsivo
funzionante e si misurano le prestazioni in termini di spinta e consumo
energetico. L’importanza di un
sistema propulsivo ottimizzato permette di ridurre il consumo di carburante e
migliorare la velocità della nave. Prove di manovrabilità, tali prove consistono nello studiare
il comportamento della nave in manovra (virate, inversioni, risposta ai
comandi); Il modello viene dotato di timoni e sistemi di controllo per simulare
le manovre reali, osservando la reattività e la stabilità. Questo assicura che
la nave possa poi operare in sicurezza nei porti ed in condizioni difficili. Prove
di tenuta al mare, si
effettuano analizzando il comportamento della nave in condizioni di mare
agitato e non (onde, vento, correnti). Vengono generate onde artificiali nella
vasca e si osservano i movimenti di beccheggio, rollio e imbardata del modello.
L’importanza del test garantirà il comfort dei passeggeri e la sicurezza della
nave in navigazione. Prove di cavitazione, vengono effettuate per studiare la formazione di bolle di vapore
sulle eliche per evitare perdita di efficienza, per prevenire vibrazioni,
rumore e usura precoce dell’elica. I
Test di Interazione nave-propulsore hanno lo scopo di analizzare il
flusso d'acqua attorno alla carena e come interagisce con l'elica o altri
sistemi di propulsione utilizzando tecniche di visualizzazione del flusso e
misuratori di velocità per studiare i vortici e la distribuzione delle
pressioni. L’importanza del test è di ottimizzare, prima della costruzione, il
design della carena e dell’elica. In vasca vengono effettuati anche i test per determinare
il periodo e lo smorzamento del rollio. Il modello viene inclinato lateralmente
e poi rilasciato per osservare come e quanto velocemente ritorna nella
posizione iniziale. Viene anche analizzata la risposta della nave alle diverse
condizioni di mare (altezza, direzione e lunghezza d’onda) generando delle onde
in vasca di varia intensità analizzando il rollio, il beccheggio e l’imbardata.Il capovolgimento di
una nave è spesso un fenomeno assai complesso dipendente da una molteplicità di
fattori fra loro correlati quali la geometria di scafo e delle sovrastrutture,
le condizioni di carico e le condizioni ambientali. Sorge pertanto la necessità
di stabilire quali sono i parametri più importanti nel fenomeno del
capovolgimento quali limiti assegnare a tali parametri per ottenere uno standard
accettabile di sicurezza. Informazioni utili si possono ottenere dall’analisi
dei dati statistici delle navi perse ma non sono sufficienti al nostro scopo;
Ulteriori informazioni sulle possibili cause di capovolgimento si possono
ottenere da prove sperimentali su modelli o con simulazioni numeriche e ricerca
teorica. Allo stato attuale da tutte le informazioni diversamente ricevute si ritiene di avere una sufficiente
conoscenza delle principali cause di perdita di una nave per capovolgimento,
conoscenza su cui si basa l’attuale normativa. Nessuno dei suddetti attuali criteri tiene poi conto di alcune
particolari situazioni di pericolo della nave nelle effettive condizioni
operative le quali sono: Insufficiente
stabilità Spostamento del carico a
bordo - Beam sea - Nave in following sea -
Sincronismo parametrico - Surf-riding
e broaching-to (vedi Argomenti trattati nel blog:Criteri
generali sulla stabilità del 2/12/2017 e Analisi fenomeni legati alle
condizioni metereologiche del 9/7/2017).Quindi si
capisce quanto siano importanti le simulazioni in vasca per la conoscenza dei
valori relativi alla stabilità nelle varie condizioni di carico e di tempo
meteorologico. Altre verifiche altrettanto importanti riguardano i test di l’allagamento per falla e di manovrabilità. I primi studiano il comportamento della nave
nel caso di rientrate di acqua dovute a danni allo scafo verificando il tempo di sopravvivenza e la stabilità
residua, analizzando l’efficacia dell’ubicazione e resistenza di strutture di
sicurezza come paratie, pompe di esaurimento etc. I secondi servono a determinare
come un modello risponde ai comandi in diverse condizioni operative,
verificando la sua capacità di eseguire virate, inversioni e altre manovre
cruciali. In questa fase vengono determinati valori come il diametro della
curva di evoluzione, i tempi di risposta all’accostata dopo aver messo il
timone ad una certa inclinazione, la stabilità durante la manovra di
evoluzione, i test di crash stop
(arresto d’emergenza) per vedere quanto spazio e tempo servono per
fermare la nave, fondamentali per navi che operano in porti o zone ristrette. La
Raccolta e l’Analisi dei Dati registrati dai sensori su forze, velocità,
accelerazioni e turbolenze, vengono confrontati con i modelli matematici e le simulazioni
CFD (Computational Fluid Dynamics) per validare le previsioni progettuali. In
base ai risultati, il progetto della nave può essere migliorato per ridurre la
resistenza, aumentare l’efficienza e migliorare la stabilità. Possono essere
testate variazioni nelle forme della carena, delle appendici idrodinamiche e dei
sistemi propulsivi. Questi test sono fondamentali per garantire: sicurezza,
efficienza e sostenibilità delle navi prima della loro realizzazione finale.
