LE ALI DELL’AC75
Parlare della 36^ America’s Cup presented by PRADA significa parlare di foil. Le barche volanti sono la nuova frontiera della vela.
Ormai i foil sono ovunque dalle derive alle barche oceaniche, costruite per affrontare il giro del mondo. La loro progettazione e sviluppo è importante quanto la progettazione dello scafo e delle vele.
Luna Rossa è una barca di 75 piedi (circa 23 metri) che pesa 6,5 tonnellate. Grazie a una specie di magia della fisica, riesce a navigare sollevata sulla superficie dell’acqua, appoggiandosi su una lamina di pochi metri quadri (foil) a quasi 50 nodi di velocità.
In pratica il foil è simile a un’ala di un aereo che invece di lavorare in aria, lavora nell’acqua. I principi scientifici su cui si basa sono gli stessi dell’aerodinamica: creare attraverso il flusso una portanza, vale a dire una spinta verso l’alto che permette alla barca di sollevarsi dall’acqua. Di conseguenza, la resistenza tipica di uno scafo immerso nell'acqua si riduce, migliorando le prestazioni in termini di velocità.
Sull’AC75 il sistema dei foil è composto da l’arm, la wing, e il flap.
Il foil arm è il braccio che è connesso allo scafo e alla cui estremità è applicata la wing e i flap.
Mentre il foil arm è un elemento one-design, cioè uguale per tutti i team, la wing è la parte dove i progettisti di ciascun team sono liberi nello sviluppo.
Ovviamente ci sono dei vincoli, nello specifico dei limiti geometrici. Le misure della wing devono rientrare all’interno di un box di forma trapezoidale le cui misure sono stabilite dalla regole di classe. Inoltre la wing deve avere dei requisiti soprattutto in termini di peso e baricentro. Nel caso degli AC75 la wing infatti non deve solo creare portanza idrodinamica per permettere alla barca di sollevarsi, ma deve assolvere anche la funzione di zavorra, ovvero creare una forza verso il basso che evita allo scafo di ribaltarsi. Un delicatissimo equilibrio che ha reso la progettazione di questo elemento estremamente complessa, una vera sfida per gli ingegneri del team anche dal punto di vista dell’impiego dei materiali. Per realizzare le wing dell’AC75 Luna Rossa sono stati utilizzati piombo, che garantisce densità e pesantezza, e acciaio che è un ottimo materiale dal punto di vista strutturale.
Sono state sviluppate varie forme di wing, ed ogni team ha scelto poi il disegno che meglio si configurava con le caratteristiche dello scafo, ma anche con le modalità di conduzione da parte dell’equipaggio. Per regolamento sono stati realizzati un massimo di 6 foil wing e 20 foil flap.
Nel Match Finale di America’s Cup la barca kiwi ha scelto una wing a forma di T, mentre Luna Rossa Prada Pirelli una forma a Y. Ovviamente ciascuno dei disegni ha pregi e difetti.
Una wing foil a T incontra la superficie dell’acqua (piercing) senza creare grossi problemi dal punto di vista della ventilazione, che si verifica quando l'aria viene risucchiata dalle superfici di sollevamento e crea un fenomeno di stallo che interrompe il flusso e può far cadere la barca dai foil. Inoltre una forma a T riduce la superficie bagnata, consentendo del guadagno in velocità.
Il vantaggio della configurazione a Y è che il flap all’estremità della wing lavora in maniera separata, vale a dire che è diviso in due elementi: quello sottovento controlla la quota di volo, mentre quello sopravvento permette di regolare lo scarroccio della barca. In pratica un foil a Y consente un maggior controllo nella conduzione dello scafo.
Anche le dimensioni delle wing vengono scelte a seconda delle caratteristiche dello scafo e delle condizioni meteo. All’aumentare delle dimensioni della wing, si ha un comportamento migliore della barca in manovra, in particolare nel take-off (decollo) con vento leggero e nelle virate e strambate.
Ovviamente si tratta di avere più superficie immersa nell’acqua e la perdita di un po’ di velocità di punta. La vera sfida per i progettisti è stata proprio quella di trovare il giusto compromesso tra velocità e manovrabilità, accordando le caratteristiche dello scafo e dell’equipaggio.
Sicuramente siamo ancora all’inizio dell’era dei foil e molto deve essere ancora sviluppato e realizzato. In futuro assisteremo a un utilizzo sempre più ampio dei foil e una ricerca sempre più avanzata nel campo della fluidodinamica.
