Interazione randa e fiocco. Strato limite e stallo, cosa sono

Dopo avervi raccontato come randa e fiocco lavorano assieme e si influenzano a vicenda, oggi ci occupiamo di un altro tema importante per la regolazione ottimale delle due vele. In questo articolo dal titolo “Interazione randa e fiocco, strato limite e stallo” lo spiega bene il professore di Architettura Navale all’Università di Genova, Paolo Gemelli*, già autore per noi degli articoli “La Portanza della Vele” e “Randa e fiocco. Come regolarli con l’aiuto della scienza” che hanno avuto un successo clamoroso.

Interazione randa e fiocco: strato limite e stallo

Abbiamo visto nell’articolo precedente sull’interazione randa e fiocco quali sono gli effetti principali dell’azione del genoa sulla randa che potrebbero essere riassunti così: il genoa provoca un rallentamento del flusso d’aria nello slot (spazio tra le vele) sulla parte anteriore sottovento della randa. Se l’aria non rallenta in modo eccessivo la randa riesce a portare anche con andature molto strette senza stallare.

Questo accade, in estrema sintesi, perché il genoa impedisce la separazione del flusso d’aria sottovento alla randa.

Vale la pena provare a capire il meccanismo della separazione del flusso d’aria dal profilo perché le sue implicazioni sono estremamente importanti per la regolazione ottimale di randa e genoa.

Se analizziamo il flusso d’aria che scorre sopra un generico profilo possiamo individuare due aree dove il comportamento è differente: un’area esterna dove il fluido mantiene invariate le sue caratteristiche, ed una molto prossima al profilo e di spessore limitato, dove gli effetti della viscosità si manifestano in modo più deciso, e la presenza del profilo influenza drasticamente le caratteristiche del fluido. Si può osservare lo stesso fenomeno con il vento che scorre in prossimità della superficie terrestre ed assume caratteristiche del tutto differenti (in termini di intensità e direzione) rispetto al flusso che scorre in quota. Questa limitata porzione di fluido prende il nome di strato limite o boundary layer.

Al suo interno, lungo la superficie del profilo, possono essere identificate tre ulteriori zone: la prima, in prossimità del bordo di attacco, dello strallo nel caso del genoa, dove il comportamento è quasi laminare (le particelle d’aria si muovono lungo traiettorie quasi parallele); una zona di transizione ed una zona di flusso turbolento che si estende fino al bordo di uscita.

Diverse prove sperimentali unite alla pratica quotidiano hanno permesso di identificare una ulteriore situazione nella quale il flusso si distacca dalla superficie del profilo.

Ci accorgiamo che è successo qualche cosa perché i filetti abbandonano la loro posizione corretta (paralleli tra loro ed alla traiettoria delle particelle d’aria) ed iniziano un movimento caotico che indica l’avvenuta separazione del flusso. In questa situazione la vela inizia a perdere la sua efficacia e la velocità della barca ne risente.

E’ importante capire in quali condizioni avviene il distacco del flusso perché la corretta regolazione delle vele è finalizzata a limitare il più possibile questo fenomeno.

La condizione alla base del distacco del fluido e del conseguente stallo del profilo è l’incremento eccessivamente rapido della pressione lungo la superficie del profilo corrispondente, come ormai è noto, ad una diminuzione della velocità del fluido.

Un fenomeno particolarmente interessante è rappresentato dalla formazione di una zona di separazione dello stato limite in prossimità del bordo di attacco del profilo. Questo fenomeno si rende evidente provando ad incrementare progressivamente l’angolo di attacco di un profilo rispetto al fluido. Nella fase iniziale, appena l’angolo di attacco inizierà ad aumentare si formerà una zona di distacco a forma di bolla in prossimità del bordo di attacco; incrementando ulteriormente l’angolo la zona di separazione si espanderà ulteriormente causando infine il completo stallo del profilo.

I tre “microfiletti”

La conoscenza di questo fenomeno può aiutare a prevenire lo stallo completo della vela se l’equipaggio è in grado di cogliere, posizionando opportunamente dei filetti segnavento in prossimità del bordo di attacco, i primi segnali di formazione della zona di separazione dello strato limite. Questo particolare aspetto merita un ulteriore approfondimento, tuttavia in primissima istanza l’idea di posizionare tra lo strallo ed il primo filetto, due o tre filetti più piccoli, può rappresentare un buon metodo per cogliere la formazione e lo sviluppo dell’area di distacco del flusso.

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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