BEST OF 2014 – Il foiling spiegato da chi la sa lunga

La tecnologia dei foil, che risale già agli Anni ’50 ma che ha conosciuto larga diffusione mediatica dopo le imprese del trimarano Hydroptère e la scorsa Coppa America, è stata oggetto di grande sviluppo. Ne abbiamo parlato tanto anche noi: con l’arrivo sul mercato dei Moth e più di recente dei catamarani GC32, Flying Phantom e SL33 chiunque può provare l’ebbrezza di volare sull’acqua.

Ma siete sicuri di sapere come funziona davvero la navigazione “foiling”? Ce la siamo fatta raccontare sul numero di Agosto del GdV da un “professore” d’eccezione: Mario Caponnetto, architetto navale genovese classe 1961 che ha vinto due America’s Cup con Oracle (nel 2010 e nel 2013) come membro chiave del team di progettazione fluidodinamica (CFD), e che ora è approdato alla corte di Luna Rossa.

L’UOVO DI COLOMBO DEI KIWI
“Chi ha testato barche come GC32 e Flying Phantom – esordisce Caponnetto – è rimasto sorpreso dalla possibilità di ottenere immediatamente un ‘volo’ stabile e sicuro. La chiave di tutto risiede nella tipologia dei foil impiegati, caratterizzati da un angolo di tip del foil elevato: è l’uovo di Colombo scoperto (pare casualmente) dai neozelandesi durante la progettazione del loro AC72. Quando una barca è in volo la forza idrodinamica verticale prodotta dal foil (lift) è esattamente uguale al peso della barca (e di verso opposto). Se per una qualsiasi perturbazione (onde, raffiche, accelerazioni o decelerazioni in manovra) le due forze diventano leggermente diverse la barca tenderà o a uscire dall’acqua (se il lift diventa maggiore del peso) o a scendere fino a che lo scafo non tocchi l’acqua. Un modo per compensare queste perturbazioni – prosegue Caponnetto – è quello di agire sull’angolo del foil rispetto al flusso dell’acqua. Se l’angolo aumenta il lift aumenta e viceversa. Se per esempio il foil sta perdendo lift e la barca inizia a scendere, si può aumentare l’angolo agendo sul rake del foil (ovvero l’inclinazione longitudinale) per ristabilire la lift esatta: ma i tempi di reazione del sistema ‘equipaggio + meccanismo di controllo del rake’ non sono abbastanza veloci e il sistema diventa instabile”.

LA STABILITÀ “PASSIVA”
“I foil di questi cat volanti ‘per tutti’ sfruttano però un altro effetto che dà loro una stabilità di volo ‘passiva’ che prescinde dal controllo umano del rake. Se infatti la parte orizzontale del foil (tip) deve produrre una lift uguale al peso della barca, la parte verticale (strut) ha la classica funzione della deriva di una qualunque barca a vela, cioè quella di produrre una forza laterale o side-force (in direzione sopravento) uguale e opposta a quella prodotta dalle vele (che spingono sottovento). Se, per esempio, il foil comincia a spingere troppo e la barca inizia a sollevarsi, si andrà riducendo la superficie laterale della deriva e questa, costretta a produrre sempre la stessa forza laterale, potrà farlo solo con un maggiore angolo di scarroccio della barca”.

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LA CHIAVE RISIEDE NELLO SCARROCCIO
Vediamo adesso come lo scarroccio può stabilizzare il volo: “Se il tip del foil è orizzontale – spiega Caponnetto – in effetti questo non succede. Ma se invece è angolato verso l’alto, la velocità laterale causa dello scarroccio ha una componente perpendicolare alla superficie del foil stesso. Detto in maniera semplice l’acqua comincia a spingere il foil di nuovo verso il basso, fino a che non si ristabilisce l’equilibrio (le figure in alto a sinistra e destra mostrano le situazioni di disequilibrio e equilibrio). In pratica tanto maggiore è l’angolo del tip del foil rispetto all’orizzontale (angolo di diedro) tanto più la barca sarà stabile e non saranno richieste correzioni manuali. Va detto infine che la resistenza all’avanzamento del foil aumenta con l’angolo di diedro e normalmente va cercato il migliore compromesso tra stabilità del volo e velocità della barca”.