OLTRE IL FLAP: L’INTERCEPTOR. Le varianti – 3a parte

Le Varianti

Concludiamo l’excursus sull’intruder o interceptor, questo semplice dispositivo costituito da una piccola lamina verticale sporgente alcuni millimetri dal fondo di uno scafo planante, o semiplanante, e posta in corrispondenza dello specchio di poppa.

Un dispositivo tanto piccolo quanto efficace che, incredibilmente, permette di migliorare sensibilmente le prestazioni della barca. Sul numero di febbraio abbiamo illustrato il suo funzionamento e i principali fattori che ne influenzano le caratteristiche; sul numero successivo abbiamo considerato le diverse possibilità di installazione (fissa o mobile) e analizzato le modalità di utilizzo sulle diverse tipologie di carena (planante, semiplanante, dislocante veloce). Stavolta, per completare l’argomento, analizziamo le varianti che sono in fase di studio e di sperimentazione e che riguardano tanto la morfologia del dispositivo stesso quanto le loro modalità di installazione e di funzionamento: soluzioni spesso dettate dall’esigenza di adattamento a una particolare forma di carena o di “accordatura” con appendici e/o flap preesistenti.

A volte, come vedremo, si tratta di varianti alquanto fantasiose sulle quali indagano diversi istituti di idrodinamica navale nel mondo, oppure di esperimenti empirici – e perciò non sempre ortodossi – condotti da qualche armatore intraprendente. In ogni caso è interessante notare come su questo dispositivo, estremamente economico e facile da installare, ci sia ancora tanto da scoprire, soprattutto quando le sue applicazioni sono un po’ al di fuori della norma, come nel caso delle eliche. Si, avete letto bene, l’interceptor può essere montato anche sul bordo di uscita delle pale di un’elica per modificarne il passo e, quindi, variarne le caratteristiche in modo sostanzialmente semplice. Ma procediamo con ordine.

Double interceptor

Visti gli effetti positivi che l’interceptor genera in termini di portanza (lift), ovvero quella forza diretta verso l’alto che nel caso specifico fa sollevare la poppa dell’imbarcazione, qualcuno ha pensato di raddoppiare, applicando un secondo interceptor circa a metà carena (figura 1). Tale soluzione viene definita “Double Interceptor System (DIS)” o “In couples Interceptor”.
L’idea è quella di ottenere un effetto di portanza anche dall’interceptor posto a mezzanave e, perciò, un ulteriore sollevamento della carena finalizzato a migliorare le prestazioni.

Tuttavia ci sono seri dubbi sulle reali possibilità di utilizzo di questa configurazione, soprattutto perché tra i due interceptor si verificano fenomeni di interazione non sempre positivi.
In sostanza, il guadagno ottenibile mediante l’interceptor anteriore può essere perso a causa dei problemi da esso stesso generati su quello posteriore. Bisogna pensare, infatti, che il primo funziona proprio come uno step, cioè quel gradino che si utilizza sulle carene plananti veloci per generare un risucchio di aria sotto la carena: ebbene, se da un lato questo riduce l’attrito dovuto alla superficie bagnata, dall’altro può vanificare – almeno in parte – l’effetto di portanza generato dal secondo, quello poppiero, il quale, anziché produrre una forza di sollevamento, finisce con il generarne una opposta, che richiama la carena verso il basso.
Non a caso i pochi test sperimentali eseguiti fino ad oggi hanno fornito dati contrastanti, probabilmente in virtù della maggiore complessità di un sistema assai influenzato sia dalle forme della carena sia dalle condizioni di prova.
Tuttavia dobbiamo pure ricordare un’interessante ricerca che, condotta presso la vasca navale del Dipartimento di Ingegneria Navale dell’Università Federico II di Napoli, ha dimostrato che, quando la velocità è particolarmente elevata, il Double Interceptor può produrre effetti positivi.
In particolare, le prove eseguite con un modello in scala (figura 2) hanno evidenziato che, quando la carena si “impunta” a causa della portanza generata a poppa da un unico interceptor, determinando un aumento di resistenza, l’aggiunta di un secondo interceptor in posizione avanzata consente alla barca di riprendere un assetto corretto, con una significativa riduzione della resistenza. In altre parole, grazie all’azione combinata e bilanciata dei due dispositivi, la barca si solleva di più dall’acqua.

Nella figura 3, che mostra i risultati rielaborati per un motoryacht di circa 15 metri, è evidente il beneficio del double interceptor al di sopra dei 21-22 nodi, mentre al contrario, si nota la maggiore resistenza alle velocità inferiori.

Certamente si potrebbe utilizzare un interceptor poppiero a sporgenza variabile per riequilibrare a ogni velocità il suo effetto in combinazione con l’interceptor prodiero, ma è evidente che gestire una dinamica combinata di questo tipo non è affatto semplice.

Split interceptor

Un’altra soluzione allo studio è quella in cui il classico interceptor di poppa è distanziato di qualche millimetro dal fondo della carena (figura 4).
Non a caso tale soluzione è detta “split interceptor”, ovvero interceptor diviso. Il principio ispiratore di questa variante è quello di eliminare, o meglio ridurre, il vortice chiuso che si crea in corrispondenza dell’angolo tra il fondo della carena e il dispositivo, dando al vortice stesso una “via di fuga”. In pratica l’acqua che tende a “scappare” da questa fessura, anche se poca in termini assoluti, determina una serie di modifiche del campo fluidodinamico locale che spostano verso poppa il centro di pressione. Alcuni test sperimentali hanno mostrato che è possibile calcolare con precisione le dimensioni di questa fessura che, se ben proporzionata, assicura un vantaggio complessivo in termini di resistenza dello scafo in un ampio range di velocità (figure 5 e 6).

Insomma, lo split interceptor può rivelarsi una valida alternativa rispetto ai dispositivi a sporgenza variabile oggi in commercio. Si tratta ora di vedere se qualche produttore sarà capace di superare i problemi costruttivi e funzionali di questo nuovo dispositivo, rispettando i principi di economicità imposti dal mercato.

Sistemi integrati interceptor/flap

Ma se sono un felice possessore di una barca dotata di comunissimi flap, sono obbligato a cambiare barca per poter sperimentare e apprezzare gli interceptor?
Certamente no! Infatti sono stati sperimentati e si stanno diffondendo anche sistemi integrati interceptor/flap, in cui i primi vengono applicati a valle dei secondi, sul loro stesso bordo di uscita, oppure a monte (figura 7). In quest’ultimo caso, i flap non vengono montati perfettamente in linea con il fondo della carena ma sporgono di qualche millimetro.

Purtroppo, nella letteratura scientifica non si trova granché sull’argomento poiché, fino ad oggi, le prove sperimentali in laboratorio sono state poche, anche se da esse emerge la possibilità di un ulteriore apprezzabile miglioramento delle prestazioni dei sistemi integrati rispetto a quelli nei quali i due dispositivi sono utilizzati separatamente (figura 8).

Parecchi, invece, sono stati gli esperimenti empirici condotti su barche già naviganti. Infatti, vista la semplicità e – aspetto non affatto trascurabile – l’economicità nell’accoppiare l’interceptor ai flap, in questi anni alcuni diportisti si sono cimentati nell’operazione, ottenendo generalmente risultati interessanti e, soprattutto, una grande soddisfazione personale. Manco a dirlo, questi appassionati hanno dovuto tenere duro e andare avanti a testa bassa nel loro lavoro, sopportando le risatine dei vicini di banchina o del personale del cantiere che spesso derideva questi “esperimenti” definendoli una perdita di tempo.
D’altronde cosa ci si può aspettare da una lama di dimensioni ridicole che sporge, a 90 gradi, dal fondo dello scafo? Un freno che – se ti va bene – si strappa dalla carena e, se montato sui flap, strappa via anche quelli!
A questo proposito e, più precisamente, al manifestato timore che l’interceptor posto su un bordo dei flap possa creare problemi alle cerniere o, più in generale, alle strutture che lo collegano allo scafo, la mia risposta è sempre la stessa: se i flap hanno resistito fino ad ora, resisteranno anche con l’interceptor.
Va ricordato, infatti, che i pochi millimetri di sporgenza della lamina – al massimo una decina nel caso particolare del montaggio integrato con i flap – determinano una resistenza minima (poche decine di chilogrammi) in quanto il dispositivo lavora nel cosiddetto strato limite, quel sottile velo d’acqua che rimane “adeso” alla superficie di carena e viaggia con essa. Di contro è elevata la spinta verticale (portanza o lift) che però si scarica fondamentalmente sul fondo dello scafo e in minor misura sul flap, che però è già ben dimensionato per sopportare questo tipo di sollecitazioni pari a centinaia e centinaia di chilogrammi.
Con alcuni di questi diportisti “sperimentatori” ho avuto il piacere di confrontarmi personalmente quando mi hanno contattato dopo aver letto i miei primi articoli sull’argomento, scritti oltre dieci anni fa. Entriamo quindi nel dettaglio di alcune di queste interessanti esperienze.

Interceptor sul bordo di uscita del flap

Il Marlin 21 di Luca, una piccola pilotina con un motore da 118 HP e piede poppiero, aveva difficoltà a planare (figura 9). La soluzione più logica e collaudata sarebbe stata quella di aumentare le dimensioni delle piastre dei flap, già generose, per aumentarne la portanza. Un amico ha però suggerito a Luca di posizionare delle piccole piastre verticali sul bordo di uscita dei flap già esistenti.

In pratica degli interceptor come quelli della figura 10 realizzati dallo stesso Luca che, orgoglioso del suo lavoro, ha caricato alcune foto su uno dei tanti forum che su Internet si occupano di barche e di nautica. E qui lo scetticismo è dilagato senza freni! Leggiamo direttamente dai suoi post: “Finora ci sono molti scettici, da mio padre al titolare del cantiere dove si trova la barca. Spero di aver ragione io (in ogni caso sono imbullonati, quindi se vanno male li tolgo)!”. Poi i commenti scettici e canzonatori degli immancabili saccenti che danno consigli e formulano valutazioni scientifiche, senza sapere di cosa stanno parlando. Eccone qualcuno: “Quella lamiera che scende di qualche centimetro fa da freno e non lascia scorrere in maniera fluida i flap.” Oppure: “Gli intruder vengono usati come stabilizzatori di rollio, non come flap! La portanza (chiamiamola così, anche se non è corretto), visto che punti a quella, la ottieni maggiormente (e meglio) con un flap!” I commenti poi salgono di tono e diventano consigli operativi: “Per me ti conviene toglierli senza neanche fare la prova! Tanto anche se non li togli, si toglieranno da soli… fanno leva sulla cerniera del flap che a quanto vedo è fissata con viti parker sulla vetroresina!”. Oppure: “Chi ti sta consigliando di smontare tutto e subito ha ragione al 100 per cento. La prova di trazione su quei 2 centimetri di sporgenza a cui sottoporrai i flap (le viti avvitate alla vetroresina) sarà tale da strapparti tutto!”
Qualcuno poi la mette sull’amichevole: “Dai, leva quell’accrocco… Oltretutto l’aggeggio va in carena e non sui flap”, riferendosi al fatto che l’interceptor è normalmente montato sullo specchio di poppa.
Ma Luca ha tenuto duro, appunto, e nonostante questi “amichevoli” consigli è uscito in prova. Così ha risposto ai suoi denigratori: “Montati, funzionano perfettamente e non è successo nulla di drammatico. La velocità massima è la stessa dello scorso anno, forse qualcosa in più. Inoltre, ho notato che generano una spinta verso l’alto notevole, tanto che, se li abbasso del tutto, la barca assume un assetto negativo (se consideriamo positivo l’angolo d’appoppamento ottenuto in planata). E l’interceptor sporge solo di un centimetro!”
Poi, andando avanti con le sue prove, Luca continua: “Oggi ho tolto gli interceptor e subito si è notata una perdita ai medi regimi fino a 2-3 nodi. In conclusione, la modifica suggeritami dal mio carissimo amico ingegnere presenta solo vantaggi sulla mia barca, quindi è da valutare per chi volesse modificare i flap aumentandone la “portanza”. Domani li rimonto d’urgenza!”
Nonostante questi risultati qualcuno non si fida comunque: “Bene Luca. Ma tieni comunque d’occhio gli attacchi. Magari non succede nulla, però non si sa mai!”
Oppure qualcun altro insinua dubbi sui risultati dichiarati da Luca: “Non per smorzare i tuoi entusiasmi, ma vedi di fare delle prove fatte come si deve. Per rilevare una differenza di 2-3 nodi bisogna essere certi di effettuare le prove in condizioni “scientifiche” in modo da tener conto delle variabili come le correnti, la direzione delle onde, la disposizione dei carichi, la temperatura ambiente ecc.” per poi continuare con altri preziosi consigli.Ma, caro amico che dispensi consigli, Luca aveva un asso nella manica: il suo amico era un fresco ingegnere navale a contatto con ricercatori che hanno prodotto alcuni degli studi di cui abbiamo parlato in questi articoli. Una persona che sapeva quello che consigliava a Luca, contro tutto e tutti.

10) Gli interceptor montati sul bordo di uscita dei flap del Marlin 21 di Luca: è evidente come un lavoro del genere sia alla portata di tutti, sia per la semplicità estrema della costruzione e del montaggio sia per il costo irrisorio.

In ogni caso, il risultato di questa telenovela è stato quello di ottenere una barca che ha guadagnato qualcosa in termini di velocità massima e che, soprattutto, ha acquisito una maggiore facilità nell’entrare planata.
Questo era infatti l’obiettivo di Luca per questa vecchia barca che, nel tempo, era stata rimotorizzata, passando da 65 a 118 HP e che, anche a causa del conseguente aumento di peso, aveva difficoltà ad assumere il giusto assetto.

Interceptor sul bordo di entrata del flap (flap sporgente)

Gianluca, felice possessore di un Baglietto 16,50 del 1969, in fase di restauro, mi riferiva (un po’ approssimativamente, per la verità): “Questa barca, con due motori da 550 HP e un dislocamento di circa 36 tonnellate, ha una velocità di crociera di circa 20 nodi e una massima di 23, quindi ben al di sotto della velocità di planata. Per tale motivo lo scafo è sempre stato dotato di una coppia di flap di generose dimensioni.
A velocità di crociera la barca è molto “seduta” sulla propria onda e, anche con l’intervento dei flap e conseguente abbassamento della prua, non si ottiene mai il risultato di far uscire maggiormente lo scafo dall’acqua.”
Fatta questa premessa, egli mi chiedeva consiglio sull’eventuale installazione di interceptor, fissi o mobili.
Anche Claudio, possessore di un Princess 60 Fly, dotato di due Man da 685 HP e avente un dislocamento di circa 30 tonnellate, mi riferiva:
“La barca, che a me piace usare a una velocità intorno ai 18-19 nodi a 1600 giri al minuto, sente moltissimo i flap che devono essere tenuti molto angolati fino quasi alla massima velocità che, a barca pulita e carica, si avvicina a 30 nodi a 2200 giri.” E anch’egli mi chiedeva se era opportuno installare gli interceptor.
A entrambi ho risposto che le loro barche, alle velocità di crociera riferite (19-20 nodi), per le quali si rendeva indispensabile l’utilizzo dei flap al massimo della loro angolazione, si trovavano ancora in fase di preplanata (numero di Froude FN volumetrico pari a circa 2): situazione in cui l’utilizzo di dispositivi per la correzione dell’assetto è spesso indispensabile. Detto questo, ho ricordato loro che i flap possono andar bene, tuttavia è altrettanto vero che gli interceptor aiutano di più e meglio. In altre parole sono più efficienti.
Entrando poi nel merito del loro problema, ho consigliato loro un sistema integrato, poiché tutti e due desideravano mantenere i flap che già possedevano.
La soluzione proposta è stata quindi quella – estremamente semplice – di imbullonare uno spessore sul bordo di entrata dei flap, andando a formare un gradino sulla faccia inferiore che, appunto, diventa un vero e proprio interceptor. Questa soluzione, che è stata proposta dopo aver approfondito alcuni aspetti tecnici e visionato le foto della barca a terra e in navigazione, ha poi avuto la necessità di essere “tarata” attraverso alcune prove pratiche, al fine di determinare la misura di sporgenza più efficace.
Con l’occasione è stato pure migliorato l’assetto statico dell’imbarcazione mediante alcuni spostamenti di pesi a bordo.
Come già detto, infatti, su una carena planante avente un range di velocità molto ampio, che va dal regime dislocante a quello planante puro, un’eccessiva sporgenza dell’interceptor determina un sensibile appruamento della carena, che tende a “impuntarsi” nell’acqua anziché scivolarci sopra.
I risultati finali? Bene, in entrambi i casi la barca è risultata più “leggera” e i consumi sono leggermente scesi. Niente di eccezionale, intendiamoci, ma considerando l’entità e il costo dell’intervento, è stato sicuramente un successo.

Interceptor propellerTM

Lo abbiamo già detto: l’interceptor può essere montato anche sul bordo di uscita delle pale di un’elica. In particolare, l’azienda australiana Veem Engineering Group (https://veempropellers.com) ha messo a punto e brevettato un dispositivo che, denominato Interceptor Propeller e applicabile esclusivamente sulle sue eliche, permette di modificarne il passo con estrema semplicità, senza alcuna lavorazione di officina e senza la necessità di rimuoverle dall’asse.
Al limite senza neppure mettere in secco la barca.
Il sistema è tanto semplice quanto efficace: l’interceptor è costituito da un profilato che, fabbricato con uno speciale polimero ad alta densità, deve essere inserito per scorrimento – quindi senza dover utilizzare alcun particolare utensile – in una scanalatura a coda di rondine (realizzata durante la costruzione dell’elica per mezzo di una macchina a controllo numerico) posta a meno di un pollice dal bordo di uscita di ciascuna pala.
La parte del profilato che sporge dalla scanalatura presenta una sezione pressoché rettangolare che costituisce l’interceptor vero e proprio (figure 11, 12, 13).

11-12-13) Nelle figure è schematizzato l’andamento del fluido al variare della sporgenza dell’interceptor (nessuna sporgenza, sporgenza di 2,5 mm, sporgenza di 5 mm). Come appare evidente, tale operazione permette di variare le dimensioni del wedge idrodinamico e, quindi, l’incremento di portanza. Il risultato pratico di queste operazioni è sovrapponibile a quello conseguente alla modifica del passo dell’elica.

L’azienda australiana fornisce profilati di diversi spessori, ciascuno identificabile grazie a un colore specifico: si parte dalla misura 0 mm – laddove l’elemento riempie semplicemente la scanalatura senza alcuna sporgenza, al fine di ottenere un’elica con la superficie della pala liscia, quindi senza interceptor – fino ad arrivare alla misura 3 mm, per incrementi di 0,5 mm.
Questa gamma consente di modificare in modo significativo le prestazioni dell’elica a seconda delle proprie esigenze. Immaginando, per esempio, di avere un’elica dotata su ogni pala di un interceptor medio, si può aumentarne o diminuirne il passo approssimativamente di 1,5 – 2 pollici. Allo stesso modo, un’elica – poniamo – 30 x 38 (il primo numero indica il diametro mentre il secondo il passo geometrico; tutto rigorosamente in pollici com’è consuetudine), senza interceptor, può diventare corrispondente a una 30 x 39.5 semplicemente inserendo un profilato giallo che sporge di 1,5 mm dalla superficie della pala. Per dare un’idea orientativa del risultato pratico, la Veem dichiara che si può prevedere una variazione di regime del motore di circa 15-25 giri al minuto per ogni incremento di sporgenza di 0,5 mm.
A quale diportista può interessare cambiare il passo delle proprie eliche, incidendo sulle loro prestazioni? Ebbene, oltre ad alcuni casi limite che si possono verificare quando una imbarcazione viene rimotorizzata (con una nuova accoppiata giri-potenza relativa al motore) oppure quando a seguito di lavori di refit cambia il dislocamento o l’assetto, sono parecchi gli utenti che possono trarre molto vantaggio da una modifica di questo tipo, soprattutto se fanno un uso diversificato della loro barca: basti pensare a uno scafo utilizzato in un certo periodo dell’anno per le battute di pesca – e perciò leggero e veloce – ma che poi, quando parte per la crociera estiva, diventa molto più pesante. Ecco che avere la possibilità di modificare il passo dell’elica, adattandola a queste due diverse condizioni, significa poter risparmiare carburante, far funzionare meglio i motori, avere un comfort maggiore a bordo. Tutto questo, come accennavamo prima, può essere fatto in modo molto semplice e rapido, come documentano le figure 14, 15 e 16 e come la stessa Veem sottolinea con il motto “Splash and Forget”, cioè “butta in acqua e dimentica”.

14-15-16) Le foto mostrano più di tante parole quanto sia semplice e rapido applicare, rimuovere e sostituire un interceptor su un’elica Veem e, quindi, variarne il passo. Il tutto può essere fatto comodamente, senza smontare l’elica dall’asse. Nel dettaglio si vede un’operazione di sostituzione eseguita sull’imbarcazione Viking 64 usata per i test preliminari: il procedimento inizia tagliando il profilato a misura, usando un comune taglierino; per lo smontaggio del preesistente interceptor e l’applicazione del nuovo non occorrono utensili.

Conclusioni
Abbiamo parlato consecutivamente di interceptor – o intruder, come talvolta viene chiamata questa miracolosa lamina sporgente – su tre numeri di Nautica, dedicando all’argomento veramente tante pagine. Troppe? Ovviamente pensiamo di no, anche perché l’argomento è quanto mai attuale e – diciamo la verità – assai poco conosciuto.
Tutto ciò ci fa capire come l’idrodinamica, e più in generale la fluidodinamica, costituiscano una scienza molto complessa, rispetto alla quale c’è ancora molto da scoprire e da imparare.
Non a caso un certo Leonardo da Vinci diceva: “Se ti addiviene di trattar dell’acque, consulta pria l’esperienza e poi la ragione”.