Perché alcune barche a vela battono sull’onda? Forma della carena, V, spigolo, ginocchio, peso e beccheggio spiegano le differenze nello slamming.
Ci sono barche che, navigando contro un mare corto, entrano nell’onda con un movimento relativamente morbido. Altre sollevano la prua e ricadono sull’acqua con un colpo secco che si avverte in tutto lo scafo. È quello che normalmente definiamo una barca che “batte” sull’onda. Quando l’impatto diventa importante, il fenomeno prende il nome di slamming.
Attribuire tutto al peso della barca è però troppo semplice. Il dislocamento conta, ma sono soprattutto la forma delle sezioni di prua, la distribuzione dei volumi, il beccheggio e la velocità con cui la carena rientra nell’acqua a determinare quanto sarà violento l’impatto.
Per capire il principio possiamo immaginare di far cadere sull’acqua una tavola piatta e un elemento a forma di V. La tavola incontra quasi contemporaneamente una grande superficie d’acqua e produce un colpo secco. La V entra prima con la parte centrale e successivamente immerge quelle laterali. L’ingresso avviene quindi in maniera più progressiva.
Su una barca reale il fenomeno è molto più complesso, ma questo semplice esempio aiuta a capire perché la forma della parte immersa della prua sia così importante.
Non conta quanto è larga la prua, ma come è larga
Guardare una barca dall’alto e stabilire che batterà perché ha una prua larga può essere fuorviante. Ciò che bisogna osservare è soprattutto la forma delle sezioni sotto e immediatamente sopra la linea di galleggiamento.
Una prua che conserva una V abbastanza pronunciata può penetrare nell’acqua progressivamente. Una superficie larga e poco inclinata, invece, se ricade sull’onda con una forte velocità verticale può generare un impatto molto più secco.
L’angolo formato dalla superficie della carena rispetto all’orizzontale, quello che in architettura navale viene normalmente indicato come deadrise, è infatti uno degli elementi che influenzano le pressioni generate durante l’ingresso nell’acqua. Ma non è l’unico: contano la velocità, l’assetto e la geometria complessiva della sezione.
Questo concetto è particolarmente importante per comprendere le barche moderne. Molte hanno prue che, viste dalla coperta, appaiono molto più larghe rispetto a quelle delle barche di qualche decennio fa. Non significa però che siano necessariamente larghe anche sulla linea di galleggiamento.
Il progettista può mantenere relativamente fine e a V la parte immersa e allargare lo scafo poco più in alto. È qui che entrano in gioco lo spigolo e quello che, in alcuni progetti, potremmo chiamare un ginocchio.
Lo spigolo permette di avere la V sotto e il volume sopra
Lo spigolo, o chine, consente di cambiare abbastanza rapidamente la geometria della sezione.
Sotto lo spigolo la carena può conservare una V piuttosto pronunciata e una larghezza contenuta. Sopra, la fiancata può aprirsi decisamente verso l’esterno. In questo modo si possono ottenere contemporaneamente un ingresso relativamente fine nella parte immersa e molto più volume nella parte superiore dello scafo.
È esattamente uno dei motivi per cui lo spigolo è diventato così diffuso sui moderni cruiser di grande serie.
Nel Bavaria C42, per esempio, Maurizio Cossutti ha spiegato che uno degli obiettivi della V-Bow era mantenere la prua stretta sulla linea di galleggiamento per evitare un ingresso troppo duro nell’onda quando la barca naviga diritta, aumentando contemporaneamente il volume nella parte superiore. Lo stesso progetto utilizza i chines anche per aumentare la stabilità di forma e ottenere maggiore spazio interno.
Il concetto è ancora più evidente sull’Oceanis 40.1 di Beneteau, progettato da Marc Lombard. Il cantiere descrive una carena a tulipano con uno spigolo che arriva molto avanti verso prua: il vantaggio dichiarato è ottenere maggiore volume interno senza aumentare nella stessa misura la superficie bagnata.
Quindi lo spigolo non nasce necessariamente per far navigare meglio una barca sull’onda. È uno strumento che permette al progettista di conciliare esigenze diverse: forma della carena immersa, stabilità, larghezza dello scafo e soprattutto volume disponibile all’interno.
E proprio quest’ultimo elemento aiuta a capire perché lo troviamo così frequentemente sui cruiser industriali.
Perché i grandi cantieri utilizzano tanto lo spigolo
Un cantiere che produce centinaia di barche deve confrontarsi con un mercato nel quale lo spazio è diventato uno degli elementi principali della scelta.
Chi sale su un moderno 40 piedi a un salone nautico guarda la cabina di prua, la larghezza del letto, le cabine di poppa, il quadrato e il pozzetto. Una barca che offre sensibilmente meno spazio rispetto alle concorrenti rischia di essere penalizzata ancora prima della prova in mare.
Lo spigolo permette di guadagnare volume proprio dove serve senza obbligare il progettista ad allargare altrettanto la parte immersa.
Non è necessariamente una soluzione più economica da costruire. Su uno scafo realizzato in vetroresina all’interno di uno stampo, produrre una superficie curva invece di una superficie con uno spigolo non determina di per sé una differenza tale da spiegare la scelta.
La ragione è soprattutto progettuale e commerciale.
Bavaria e Beneteau dichiarano apertamente il rapporto tra queste forme di carena e l’aumento dei volumi interni. Il mercato della grande serie chiede contemporaneamente prestazioni accettabili, facilità di conduzione e sempre più spazio. Il chine è uno degli strumenti disponibili per riuscirci.
Ma questo non significa che tutte le barche industriali abbiano spigoli pronunciati né che i cantieri premium li abbiano eliminati.
La strada più morbida del “ginocchio”
Esiste infatti una soluzione intermedia tra una carena completamente tonda e un hard chine molto marcato.
Su alcune carene progettate da Umberto Felci per Dufour il cambio di curvatura è molto più morbido. Nel Dufour 37 disegnato da Felci, per esempio, il progettista americano Robert Perry ha osservato la presenza di un chine situato poco sopra la linea di galleggiamento, precisando però che non si tratta di un angolo duro e definendolo, proprio per questo, un soft chine.
Possiamo immaginare questo “chine” come un ginocchio, come lo definisce lo stesso Felci.
Anche in questo caso la parte inferiore può rimanere relativamente a V e la parte superiore può allargarsi per creare volume, ma il passaggio tra le due avviene attraverso una variazione più progressiva della curvatura.
La differenza può diventare interessante quando la prua entra profondamente nell’onda.
All’inizio lavora soprattutto la V inferiore. Continuando l’immersione, entra nell’acqua una parte sempre più larga dello scafo. Se questa crescita della sezione avviene gradualmente, anche la quantità di volume che viene immersa aumenta in maniera più progressiva.
Con uno spigolo molto marcato il cambiamento geometrico può invece essere più netto.
Non significa che un ginocchio elimini lo slamming o che un hard chine lo provochi. Sarebbe una conclusione sbagliata. Ma la progressività con la quale aumenta la sezione immersa è uno degli elementi che possono influenzare il modo in cui si sviluppano le forze d’impatto.
Gli studi sull’ingresso in acqua delle sezioni prodiere mostrano infatti che lo slamming dipende fortemente dalla geometria effettiva della sezione, dalla velocità d’ingresso, dall’inclinazione e dal modo in cui l’acqua si sviluppa lungo la superficie dello scafo.
Il secondo colpo può arrivare dalla parte alta della prua
C’è poi un fenomeno che spesso viene trascurato quando si parla di barche che battono.
Il primo impatto può avvenire nella parte inferiore della carena, ma se la prua continua a immergersi entra nell’acqua anche la parte superiore, molto più larga.
È quello che negli studi navali viene indicato come bow-flare slamming.
La maggiore larghezza sopra la linea di galleggiamento è utile perché rappresenta una riserva di galleggiamento: più la prua affonda, maggiore è il volume che viene immerso e più aumenta la forza che tende a riportarla verso l’alto.
Ma se quella parte molto larga entra nell’acqua velocemente può produrre a sua volta un impatto importante. Esperimenti recenti sulle forme bow flare hanno mostrato che il secondo impatto può, in alcuni casi, produrre coefficienti di pressione persino superiori a quelli del primo.
Ed è qui che la differenza tra uno spigolo netto, un ginocchio morbido e una superficie completamente curva diventa particolarmente interessante.
Il problema non è semplicemente quanto volume ci sia a prua, ma quanto rapidamente quel volume entra in acqua.
Perché alcuni performance cruiser premium sono diversi
Osservando barche come Grand Soleil, Solaris o Italia Yachts si nota spesso un approccio differente rispetto a quello di molti cruiser di grande serie.
Non significa che questi cantieri abbiano eliminato gli spigoli. Il Solaris 40, per esempio, ha dichiaratamente un piccolo chine che termina circa a metà scafo. Solaris abbina questa soluzione a una prua molto arrotondata e con elevata galleggiabilità.
La differenza è piuttosto nel peso che lo spigolo assume nel progetto.
Sul Grand Soleil 40 Matteo Polli ha lavorato sul bilanciamento dei volumi con l’aumentare dello sbandamento e su entrate di prua sottili, pensate per attraversare l’onda con poca resistenza.
Italia Yachts descrive il nuovo 12.98 progettato da Cossutti e dal proprio design team come una carena affusolata sviluppata attraverso simulazioni idrodinamiche, con particolare attenzione all’equilibrio e alla risposta sull’onda.
Il capitolato di queste barche è diverso.
Un performance cruiser premium può permettersi più facilmente di sacrificare qualche centimetro di volume interno per preservare una determinata distribuzione delle sezioni o una crescita più progressiva dei volumi. Il cliente che compra quella barca attribuisce generalmente maggiore importanza alle sensazioni, al timone, alle prestazioni e al comportamento in navigazione e può accettare che il confronto con un cruiser puro della stessa lunghezza non si giochi soltanto sulla dimensione delle cabine. Non per nulla, tutte queste barche sono dei performance cruiser.
Un grande cantiere industriale deve invece trovare un compromesso capace di soddisfare un pubblico molto ampio e nel quale l’abitabilità ha un peso commerciale considerevole.
Non significa quindi che la carena senza spigolo sia migliore e quella con lo spigolo peggiore. Significa che sono spesso il risultato di priorità differenti. Perché, ricordiamoci sempre, la barca è un grande compromesso.
Per battere la barca deve comunque ricadere sull’acqua
La forma dello scafo, da sola, non basta però a spiegare lo slamming.
Perché ci sia un vero colpo, una parte della carena deve alleggerirsi o uscire dall’acqua e successivamente rientrarvi con una sufficiente velocità relativa.
Qui entra in gioco il beccheggio.
Navigando contro un mare corto, la prua sale sull’onda, supera la cresta e successivamente scende. Se la discesa è rapida e una superficie importante dello scafo incontra l’acqua quasi contemporaneamente, arriva il colpo.
Ecco perché una barca può navigare bene a sei nodi e cominciare a battere aumentando la velocità. Non è cambiata la carena: è cambiato il modo in cui incontra le onde. Per questo, diminuendo la velocità, ci sono grandi possibilità che lo slamming diminuisca o cessi.
Anche poggiare di pochi gradi può cambiare sensibilmente il comportamento. Poggiando leggermente e prendendo l’onda con un’angolazione maggiore, la carena entra nell’acqua in maniera differente e può diminuire la superficie coinvolta simultaneamente nell’impatto.
Lo stesso vale per lo sbandamento. Una barca inclinata di 15 o 20 gradi presenta all’acqua una geometria completamente diversa rispetto a quella che osserviamo quando è ferma sull’invaso. Cambiano la V effettiva, la parte immersa e la posizione dello spigolo o del ginocchio rispetto alla superficie del mare.
Anche gli studi sperimentali sul bow-flare slamming mostrano quanto l’assetto e l’angolo con cui la sezione entra in acqua possano modificare significativamente le pressioni d’impatto.
Anche i pesi fanno la differenza
Il dislocamento rimane naturalmente importante, ma anche in questo caso bisogna evitare le semplificazioni.
Una barca pesante può avere accelerazioni verticali inferiori rispetto a una molto leggera, ma se presenta superfici prodiere poco inclinate e ricade violentemente sull’acqua può comunque battere in maniera importante.
Conta inoltre dove è sistemato il peso.
Una grande quantità di catena nel gavone dell’ancora, un’ancora molto pesante o altre masse collocate alle estremità modificano il momento d’inerzia longitudinale della barca e quindi il suo comportamento nel beccheggio.
Due barche con lo stesso dislocamento possono perciò muoversi sull’onda in maniera sensibilmente diversa.
Alla fine non esiste una caratteristica che, da sola, permetta di dire se una barca batterà oppure no.
Una carena tradizionale può far crescere i propri volumi attraverso superfici completamente curve. Un moderno cruiser con hard chine può mantenere una V relativamente stretta sotto la linea di galleggiamento e utilizzare lo spigolo per allargarsi rapidamente sopra. Una carena con un ginocchio o soft chine può cercare lo stesso risultato rendendo più progressiva la transizione tra le due zone.
I performance cruiser premium possono scegliere di privilegiare maggiormente la continuità delle sezioni e la forma della carena, mentre i grandi cantieri devono spesso ottenere contemporaneamente una buona forma immersa e volumi interni molto elevati.
Nessuna di queste soluzioni garantisce da sola una barca che non batte.
Per capire davvero come si comporterà uno scafo bisogna chiedersi quale forma abbia la parte che entra per prima nell’acqua, quanto sia pronunciata la V, come aumenti la larghezza salendo verso la fiancata, se questo aumento avvenga attraverso uno spigolo, un ginocchio o una curva continua e quanto rapidamente entri in gioco la riserva di galleggiamento della parte superiore.
Poi bisogna aggiungere velocità, beccheggio, sbandamento, distribuzione dei pesi e forma delle onde.
È l’insieme di questi elementi che spiega perché due barche della stessa lunghezza, sullo stesso mare e con lo stesso vento, possano dare a chi è a bordo sensazioni completamente diverse.
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