È viva l’opera viva? Storia delle appendici 1ª parte

“America” –  ©Detroit Photographic

Gli esseri umani solcano i mari da tempo immemore. In principio la barca veniva utilizzata principalmente per la pesca, ed era anche l’unico mezzo di trasporto e di collegamento tra le isole, inoltre, all’occorrenza, poteva diventare una macchina da guerra. Successivamente le navi erano impiegate per il trasporto merci poi per spostare passeggeri, col trascorrere degli anni sono cambiate le motivazioni di navigazione e di pari passo si sono evolute le forme, i materiali e le tecniche di costruzione degli scafi. Le scelte degli armatori erano imposte da ragioni commerciali quindi il confort e l’estetica non erano nemmeno presi in considerazione dai costruttori, bisogna ricordare inoltre che fino al 1700 circa non esistevano scuole di costruzione navale, schemi o regole, e tutto il sapere era tramandato oralmente dai maestri artigiani.

L’armamento di una nave è un’attività antica, rimasta immutata per secoli, ma profondamente cambiata con la nascita della nautica da diporto che è una pratica relativamente recente considerando che solamente negli ultimi 2 secoli si è cominciato a navigare per piacere o per sport.

Fu così che nel 1851 la goletta “America” del New York Yacht Club sfidò 15 yachts del “Royal Yacht Squadron” nella regata annuale attorno all’isola di Wight. In palio non c’era solo la “Coppa delle 100 Ghinee” ma si misero a confronto due diverse filosofie costruttive.

Da un lato gli Inglesi,, che ritenevano che gli scafi, per essere veloci e marini, dovessero essere stretti e con chiglie profonde, puntando tutto sulla stabilità di peso, per loro l’importanza della velocità si realizza con la costruzione dei mitici clipper. Ricordiamoci che, nella seconda metà del 1800, esistevano due rotte commerciali principali: Cina – Inghilterra per il tè e Australia – Inghilterra per la lana; il prezzo maggiore veniva fissato dalla prima nave che raggiungeva il porto.

Al contrario, gli americani pensavano che la stabilità di forma fosse la chiave di volta, puntando su barche più larghe, più leggere e, soprattutto, con chiglie meno profonde. La ricerca della velocità si sviluppò tramite l’osservazione delle barche dedicate alla pesca e al trasporto del pesce: i gloriosi Bankers – così chiamati perché votati a lunghe battute di pesca sui terribili banchi di Terranova – che dovevano arrivare nel minor tempo possibile ai mercati delle principali città della costa, in modo da battere la concorrenza e ottenere i migliori prezzi di vendita. Barche, per l’appunto, larghe e con carene fondamentalmente poco profonde.

La goletta “America” finì la regata 8 minuti prima del suo più vicino rivale, assicurandosi la vittoria, fu l’inizio di una delle più lunghe competizioni dello sport, quella che ora conosciamo come “America’s Cup” ma fu anche l’inizio di una sfida continua verso l’innovazione progettuale nautica.

Gli scafi dell’epoca avevano in comune il concetto di chiglia continua, di fatto una grande appendice unica che collega la prua alla poppa. Al suo interno era contenuta la zavorra necessaria per la stabilità della barca calcolata in rapporto alla lunghezza dello scafo con la superficie velica. I materiali utilizzati per la costruzione erano principalmente il legno e in minima parte il ferro cosi le barche erano a dislocamento pesante con opere vive dai volumi importanti.

Le chiglie venivano progettate con sezioni frontali generose di conseguenza la superficie bagnata era esorbitante offrendo un’enorme resistenza all’avanzamento. La prua affilata che caratterizzava gli Schooner si può considerare come il bordo d’attacco di questa enorme appendice che proseguiva con un ampio baglio massimo fino a terminare al suo bordo d’uscita con la pala del timone che, essendo una continuazione della chiglia, aveva l’asse di rotazione del timone inclinato rispetto al piano verticale della barca; al variare dell’angolo di incidenza della pala con il flusso dell’acqua questo disassamento generava una spinta laterale per lo spostamento della prua ma anche una indesiderata componente verticale che rallentava l’imbarcazione.

Un piano di deriva così imponente tendeva a ridurre le doti di governo ma assicurava un’elevata stabilità di rotta riducendo al minimo lo scarroccio, infatti si potevano permettere di risalire il vento fino ad angoli di bolina prossimi ai 60°, valori notevoli per gli armi velici del tempo.

Nella prima metà del secolo scorso si cominciarono a costruire barche sempre più grandi e performanti, complice l’utilizzo di nuovi materiali di costruzione come acciai e leghe metalliche. L’avanzamento progettuale si affidò ai primi esperimenti in vasche navali, utilizzate per effettuare test idrodinamici di modelli in scala, che fornivano informazioni utili sull’assetto migliore per ottenere il rapporto ottimale fra spinta e resistenza.

Poiché i regolamenti di regata erano basati unicamente sulla lunghezza al galleggiamento e sulla superficie velica, le chiglie iniziarono ad affinarsi con dei marcati slanci a prua e a poppa; essendo barche diventate troppo estreme e pericolose, venne proposto un nuovo metodo di classificazione per le imbarcazioni da regata, la Universal Rule. Nacquero così i famosi J-Class che già nel 1930 erano equipaggiati con strumenti progettati per gli aerei per misurare la velocità della barca e del vento.

La ripresa economica del dopoguerra diede un nuovo impulso all’innovazione tecnica. Ormai capita l’importanza dell’asse del timone verticale, si iniziarono a sviluppare concetti di linea di chiglia non più continua. Queste chiglie semi lunghe occupavano solamente la parte centrale dello scafo, interrompendosi a poppa verticalmente, in corrispondenza di quella zona si sperimentarono i primi trim tab, superfici orientabili simili a timoni che servivano per alterare il flusso dell’acqua, generando una spinta addizionale e riducendo lo scarroccio.

Gradualmente gli scafi si evolvono con minori volumi di carena, migliorano le caratteristiche di manovrabilità e alle andature portanti ma perdendo in stabilità di rotta e di bolina. Con l’introduzione di nuove tecniche di lavorazione a controllo numerico in concomitanza dei primi manufatti in fibra di vetro, le costruzioni tradizionali in legno e metallo vengono progressivamente sostituite da nuovi materiali compositi che rendono gli scafi più rigidi e leggeri riducendo drasticamente la manutenzione.

La maggiore libertà di forma e il miglioramento delle caratteristiche meccaniche dei materiali diede un’ulteriore spinta verso la sperimentazione di molte appendici e profili con le forme più svariate. Con l’obiettivo di ridurre la resistenza all’avanzamento, garantendo la portanza necessaria, si iniziarono cosi a delineare nello scafo due appendici ben distinte, la chiglia e il timone.

Per prima si sviluppò la chiglia a “Pinna” (o trapezoidale). Era costruita in ghisa o piombo, solitamente prodotto in fusione o raramente fresato CNC, costituiva la zavorra della barca abbassando il baricentro. Generalmente di forma profilata, rendeva buone performance di bolina, migliorando la manovrabilità. La grande base di attacco allo scafo la rendeva abbastanza resistente agli urti.

La chiglia a “L” è un’evoluzione della precedente, con un profilo alare più sottile e allungato e lo “scarpone” di zavorra. Aumentando il pescaggio migliora il raddrizzamento e incrementano le prestazioni sia di bolina che alle andature portanti. Ulteriore passo avanti fu la chiglia a “T” che amplia il piano di deriva a barca inclinata senza aumentare il pescaggio dello scafo, le alette poste inclinate in prossimità dell’estremità del bulbo agivano sul flusso idrodinamico, riducendo i vortici creati sull’estremità della pinna verticale.

La trasformazione del timone andò di pari passo con l’evoluzione delle chiglie. Inizialmente la pala era ancora incernierata allo “skeg” che era una parte strutturale dello scafo, oltre ad avere la funzione di supporto serviva anche da protezione in caso di impatti. I grandi carichi ai quali erano sottoposti tutti gli elementi dell’organo di governo costringevano i progettisti a sovradimensionare le componenti, penalizzando l’efficienza idrodinamica in una zona fondamentale dell’imbarcazione.

Parte del problema venne risolto riducendo le dimensioni dello skeg e ampliando la superficie della pala, ma la vera rivoluzione avvenne con l’eliminazione totale dello skeg. Il timone rimane definitivamente vincolato allo scafo solo per mezzo del suo stesso asse, a quei tempi esclusivamente realizzato in acciaio ad alta resistenza. Per poter mitigare la forza dell’acqua sulla pala quando azionata, i progettisti hanno risolto lo squilibrio dinamico tramite elementi di compensazione delle pressioni, ottimizzando il bilanciamento tra la porzione di pala anteriore all’asse di rotazione e quella posteriore.

Gran parte delle barche che partiranno nei primi gruppi della Global Solo Challenge saranno equipaggiate con le appendici finora descritte, in seguito andremo ad analizzare gli scafi più performanti che vedremo partire nelle ultime posizioni.