I Propulsori navali - Nauticokr.it

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A. Vega − I propulsori navali La variazione della quantità di moto della quantità di acqua che attraversa il disco dell’elica può essere indicato da : Δq = m ⋅ Δ(V – V’) dove con V si indica la velocità d’ingresso dell’acqua e con V’ la velocità di uscita dell’acqua a valle del disco dell’elica; evidentemente il termine Δ(V – V’) rappresenta la variazione di velocità dell’acqua attraverso il disco dell’elica. In fisica si definisce impulso il prodotto di una forza F che agisce per un piccolo intervallo di tempo dt ovvero : I = F ⋅ dt l’impulso I può però essere espresso anche mediante la variazione della quantità di moto; quindi ragionando per analogie si può scrivere: e ponendo dt = 1 si ottiene : I = F ⋅⋅⋅⋅ dt = Δq = m ⋅ Δ(V – V’) F = m ⋅ Δ(V – V’) relazione che esprime la Teoria Impulsiva dell’elica e secondo la quale una stessa forza di spinta T può essere fornita: - o agendo su di una grande massa d’acqua che subisce una piccola variazione di velocità - o agendo su di una piccola massa d’acqua facendole subire una forte variazione di velocità. Con la prima soluzione si ottengono eliche di grande diametro ed a bassa velocità come quelle dei rimorchiatori, con la seconda soluzione si ottengono le eliche veloci e di piccolo diametro come i motoscafi, i fuori bordo o per le navi bielica (a due eliche) come è il caso delle navi militari o navi dove la velocità è una necessaria qualità nautica. La teoria alare trae origine dallo studio della portanza, la forza che permette ad un aereo di volare mantenendosi in aria. La portanza P si origina quando una lastra posta in fluido si trova in moto relativo rispetto ad esso e viene inclinata rispetto al flusso della corrente: nascerà una forza P perpendicolare alla velocità dei filetti fluidi che compongono la corrente ed una forza R opposta alla velocità degli stessi filetti fluidi. La somma R + P rappresenta la forza F che agisce sulla lastra. La genesi della portanza P si può spiegare con il fatto che la presenza della lastra costringe i filetti fluidi ad addensarsi sulla faccia superiore e a diradarsi su quella inferiore; ciò provoca una depressione sul dorso che risucchia la lastra verso l’alto ed una pressione sul dorso inferiore che tende a spostarla nello stesso verso. La portanza è dunque generata dall’azione combinata di una pressione e di una depressione. Se al posto di una lastra si considera un profilo alare, ovvero una superficie spessa le cui facce sono curvate in maniera diversa, la portanza generata risulta essere superiore a quella della lastra. È questo che si fa con le ali degli aerei, da cui il termine profilo alare cioè sezione di un’ala.
A. Vega − I propulsori navali In figura è rappresentata la sezione di una pala dell’elica assai simile al profilo di un’ala: si notano l’angolo di calettamento α, la corda del profilo alare, la portanza P. Quest’ultima si scompone nelle due componenti : φφφφ = P⋅ cos α e r = P⋅ sin α Il termine φ rappresenta la spinta utile prodotta dalla sezione di pala, mentre il termine r rappresenta la resistenza al moto. Ovviamente quanto appena ricavato vale per la sezione di pala in considerazione per determinare la spinta complessiva fornita dalla pala risulta necessario considerare l’infinità di possibili sezioni ottenibili, quindi moltiplicare per il numero di pale tenendo però presente la diversa velocità che ciascuna di esse avrà rispetto all’acqua e nei diversi istanti. Ne consegue che il calcolo non è per nulla facile. Come si diceva all’inizio del paragrafo, per determinare la spinta T fornita dall’elica si adopera la teoria impulsiva, per spiegare l’origine della spinta è necessario considerare la teoria alare. 7.6 – Il fenomeno della cavitazione dell’elica. La sezione di una pala si presenta simile ad un profilo alare quindi il moto relativo all’acqua determina una depressione sul dorso ed un aumento di pressione sulla faccia. Il principale contributo alla spinta prodotta dall’elica proviene dalla depressione. Se la pressione in un punto qualunque della pala scende al di sotto di un valore limite si producono delle bolle di vapore che successivamente implodono. Questo fenomeno è detto cavitazione e può risultare dannoso per il buon funzionamento dell’elica in quanto l’implosione delle bolle ( o cavità ) produce rumore, corrosione della superficie delle pale, aumento delle vibrazioni e diminuzione del rendimento. Per evitare il fenomeno della cavitazione si tende a far diminuire le differenze di pressione che si hanno sul profilo delle pale, allo scopo di compensare la diminuzione della spinta propulsiva viene aumentata la superficie di queste.
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