Randa e fiocco. Come regolarli a puntino (con l’aiuto della scienza)

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Randa e fiocco - come funzionano
Randa e fiocco. In questo articolo vi spieghiamo come funzionano assieme e come una vela influenza l’altra.

Randa e fiocco. Come lavorano assieme? Come una vela influenza l’altra, e viceversa? In che modo conoscerne il comportamento “scientifico” può aiutarci, a livello pratico, nella loro perfetta regolazione? Lo abbiamo chiesto al professore di Architettura Navale all’Università di Genova, Paolo Gemelli*, già autore per noi dell’articolo “La Portanza della Vele” che ha avuto un successo clamoroso.

Randa e fiocco & flussi d’aria

Dopo aver visto come si comporta il flusso d’aria intorno ad una singola vela proviamo ad analizzare cosa succede quando le vele sono due. Randa e fiocco (o genoa). Prima di procedere vale però la pena dare alcune definizioni che saranno utili nelle righe che seguono.

La linea di ristagno rappresenta quella linea ideale di flusso che separa i filetti fluidi che transitano sull’estradosso da quelli che transitano sull’intradosso del profilo.

Il termine punto di ristagno si riferisce invece al quel punto ideale sul profilo alare che separa il flusso che transita sull’estradosso da quello che transita sull’intradosso.

Il termine upwash indica infine l’aria che passa dalla parte sopravvento alla parte sottovento di una superficie aerodinamica quando questa si presenta al vento con un qualsiasi angolo di attacco.

Consideriamo adesso la figura 1 dove sono rappresentate le linee di flusso (la ‘traccia’ lasciata dalle particelle d’aria) intorno ad una randa.

Randa e Fiocco - 1
Fig.1 – Linee di flusso intorno alla sola randa (immagine da A review of modern sail theory; A.Gentry; 1981)

La linea di ristagno (già vista nel precedente articolo) divide il flusso che passa da ciascun lato della randa ed è contrassegnata con la lettera Sm (la m sta per main in riferimento alla randa stessa).

La linea di flusso che passa attraverso lo strallo di prua è contrassegnata con una H. Nella stessa posizione sarà in seguito posizionato il bordo d’attacco della vela di prua. Il termine slot air riportato in figura si riferisce alla porzione di aria che attraverserà lo spazio tra randa e vela prodiera e che continuerò ad indicare con il termine inglese slot.

È importante osservare che il punto di ristagno si trova sul versante sopravento della randa. Dal lato opposto, sul versante sottovento si misureranno velocità elevate e valori di pressione relativamente bassi sulla porzione anteriore mentre, sulla restante parte, si assisterà ad un aumento della pressione associato alla diminuzione della velocità.


 

Randa e Fiocco - 2
Fig.2: Sono rappresentate le linee di flusso nel caso di randa e vela di prua (linea continua) e quelle relative al caso con la sola randa (linea tratteggiata). La linea contrassegnata con Si indica la linea di ristagno relativa alla vela di prua. (immagine da A review of modern sail theory; A.Gentry; 1981)

Come lavorano assieme

Se adesso introduciamo la vela a prua la situazione è quella rappresentata in figura 2. Si osserva che l’aria che in precedenza attraversava lo strallo adesso passa sottovento al fiocco (o genoa); inoltre la quantità di aria che attraversa adesso lo slot è decisamente inferiore rispetto a quella che passava sottovento alla sola randa in figura 1; è possibile far variare questa quantità attraverso le regolazione delle vele come mostrato in figura 3.

Randa e Fiocco - 3
Fig.3 – Variazione del quantitativo di aria che attraversa lo slot in funzione della regolazione delle vele. (immagine da A review of modern sail theory; A.Gentry; 1981)

La prima immagine in alto nella figura 3 rappresenta la configurazione di base, cazzando la vela di pura si ha una riduzione del 60% dell’aria tra fiocco e randa, il modesto quantitativo residuo deve rallentare per colmare lo spazio disponibile e, sempre per effetto dell’equazione di Bernoulli, in questa regione si avrà una pressione relativamente elevata (seconda immagine dall’alto).

Cazzando entrambe le vele si osserva ancora una riduzione del quantitativo di aria, ma di minor entità rispetto al caso precedente. La linea di ristagno del fiocco incide sul versante sopravvento dello stesso. In questa zona si dovrebbero osservare velocità piuttosto elevate mentre l’aria prova a girare bruscamente intorno bordo d’attacco provocando, quasi subito, lo stallo. Affinchè questo non avvenga è secessario lascare leggermente il fiocco oppure orzare in modo da riportare la linea di stagnazione nella sua posizione corretta. La situazione è rappresentata nella penultima immagine dall’alto in figura 3.

Nell’ultima immagine ci troviamo nella situazione in cui il fiocco è mantenuto nella sua posizione di base mentre la randa viene cazzata. Il flusso nello slot incrementa e la linea di stagnazione della randa si è spostata leggermente verso il lato di sottovento. La velocità sul lato di sottovento nella parte anteriore della randa tende ad aumentare, e la pressione diminuisce. In queste condizioni il flusso sul lato di sottovento potrebbe separarsi in prossimità dell’albero e per evitarlo dovremmo cazzare il fiocco o orzare leggermente.


Randa e fiocco, gli effetti reciproci

Se riprendiamo il concetto di circolazione dell’aria intorno al profilo della vela introdotto nell’articolo precedente possiamo fare considerazioni analoghe riferendoci alla situazione con due vele. In questo caso le singole circolazioni associate a randa e fiocco si sommano e tendono a contrastarsi l’una con l’altra nello spazio tra randa e fiocco come mostrato in figura 4

Randa e Fiocco - 4
Fig.4 Circolazione dell’aria in presenza di due vele. Si osserva che nello slot le velocità sono opposte associandosi ad una riduzione complessiva della velocità del flusso in questa zona. (immagine da A review of modern sail theory; A.Gentry; 1981)

Effetti del fiocco o genoa sulla randa:

  1. Spostamento del punto di ristagno della randa in prossimità dell’albero, conseguente riduzione delle velocità del flusso sottovento e minore rischio di stallo anche per angoli di attacco molto ridotti.
  2. Cazzando progressivamente il fiocco o il genoa la progressiva diminuzione della velocità nello slot tende a ridurre il differenziale di pressione tra lato sopravvento e lato sottovento della randa. Quando la pressione sottovento e quella sopravvento sono uguali la randa inizia a fileggiare.

Effetti della randa sul fiocco

Per quanto riguarda gli effetti della randa sulla vela di prua si può sintetizzare dicendo che la presenza della randa migliora l’efficienza della vela di prua. Quest’ultima, in particolare, produce molta più spinta quando agisce all’interno del flusso influenzato dalla presenza della randa.

In particolare:

  1. Il flusso dell’upwash davanti alla randa provoca lo spostamento del punto di ristagno sulla vela di prua verso il suo lato sopravvento migliorando la capacità di stringere il vento.
  2. La balumina di fiocco o genoa si trova in una regione di flusso ad alta velocità creato dalla randa. La velocità dell’aria quando esce dalla balumina è quindi più elevata rispetto a quando si utilizza solo la vela di prua.
  3. L’elevata velocità del flusso d’aria consente di utilizzare la vela di prua con angoli di attacco piuttosto ridotti con basse probabilità di stallo.

Chi è il nostro “prof”

*Paolo Andrea Gemelli è docente di Architettura Navale presso il corso di laurea in Design del Prodotto Nautico dell’Università di Genova. Dal 1999 ad oggi si è occupato di sicurezza marittima con particolare riferimento al weather routing ed all’intelligence navale. È membro del panel di esperti della European Maritime Safety Agency (EMSA) e dell’Associazione Italiana Analisti di Intelligence e Geopolitica.

 

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4 commenti su “Randa e fiocco. Come regolarli a puntino (con l’aiuto della scienza)”

  1. Articolo accademico di un bravissimo docente. Però mi permetto di dire due cose.
    Il velista esperto la teoria la conosce, mentre il “dentista” senza patente probabilmente a metà lettura avrà un calo di attenzione. Le vele ci parlano coi filetti e le pieghe e si fanno sentire al timone (se l’angolo di barra è maggiore di +/- 6° sta lavorando male). La tabella delle combinazioni di vele e del carico delle manovre la fanno il velaio e il rigger. Le regolazioni di fino si imparano solo con l’esperienza, si deve sentire il vento con la faccia e il piede marino sta alla barca come l’auto si guida col sedere.
    Trovo che su un giornale sia più utile insegnare la meteorologia, ad interpretare correttamente la carta, il barometro e le nuvole. Troppe disgrazie succedono perché ci fidiamo delle app e ormai siamo dipendenti dalla tecnologia.

  2. Gentile Francesco, la ringrazio per il suo intervento. Da docente sono un sostenitore che teoria e pratica si debbano integrare perché in assenza dell’una l’altra perde significato. Sul tema trattato nell’articolo nel tempo si sono sedimentate parecchie convinzioni errate ed andava pertanto fatta chiarezza.

  3. Tutto tratto da vecchi articoli anni 70 di ARVEL GENTRY ingegnere americano pioniere della fluidodinamica applicata alla vela che appassionato di vela nonché ottimo timoniere si divertiva ad usare il vecchio plotter analogico dello studio di progettazione aerei per cui lavorava (strumento all’ avanguardia a quei tempi) per simulare le linee di flusso attorno alle vele.
    Saluti

    1. Buonasera, le confermo che ho utilizzato le immagini dell’autore che indica, come riportato nelle didascalie a corredo delle immagini. Si tratta di una trattazione, e della relativa rappresentazione iconografica, molto chiara ed adatta ad un testo divulgativo.
      La ringrazio per il suo contributo.

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