IT201800008007A1 - Vela ad effetto raddrizzante. - Google Patents

Description

VELA AD EFFETTO RADDRIZZANTE

Il presente trovato si riferisce ad una vela per imbarcazioni da diporto o da regata in grado di creare un effetto raddrizzante sullo scafo.

Ad oggi le vele sono realizzate in diversi materiali e l’evoluzione del settore ha portato all’impiego di dacron, kevlar, mylar, fino alle più moderne vele rinforzate con fibre di carbonio, e via dicendo.

L’evoluzione dei materiali si è avuta in risposta alla necessità di conferire alla vela la capacità di mantenere la forma assegnatale, senza deformarsi nell’uso, anche estremo, e nel tempo.

Esistono due grandi famiglie, i tessuti e i laminati. I tessuti sono in generale a base di Dacron, il materiale più usato per le vele da crociera. Il laminato è invece la composizione di più materiali per realizzare un prodotto avente desiderate caratteristiche meccaniche. In un laminato complesso possono intervenire diversi elementi: un tessuto leggero esterno di Dacron per la protezione allo sfregamento e alla luce, all’interno può esserci una pellicola di Mylar per stabilizzare la forma con rinforzi di fili o tessuti (raro) di Kevlar, che invece è il materiale cui è delegata la vera resistenza agli sforzi.

La forma è decisa dal velaio in base alle caratteristiche della barca secondo diverse esigenze. In generale a definire una vela è la quantità di “grasso” e la sua posizione in senso longitudinale alla vela (nel senso prua-poppa). Quello che si chiama banalmente grasso è quindi la profondità della vela. In base alla fluidodinamica è facile comprendere come i profili più spessi, o “grassi” nel caso di una vela, siano adatti alle basse velocità e i profili più sottili, o “magri”, alle alte.

C’è anche un problema di materiali, i tessuti di Dacron sono meno portati a sostenere la forma senza deformazioni rispetto ai laminati più complessi. Per farlo nelle vele da regata i Dacron vengono trattati con appretti che li irrigidiscono e li rendono più impermeabili al vento.

Per ottenere il grasso si lavora sul taglio dei ferzi, che non sono esattamente paralleli come può sembrare a prima vista. In generale per dare forma a una vela si fanno almeno quattro ferzi, di più se l’altezza massima del tessuto/laminato lo richiede.

Una tra le tecniche più moderne attualmente in uso per la realizzazione di una vela senza ferzi, è la tecnica denominata 3DL: in sostanza si predispone uno stampo convesso e si depone in un corpo unico lo strato di laminato che forma la vela. In pratica mentre si costruisce il materiale laminato si realizza anche la vela in forma.

Un metodo alternativo prevede di realizzare una membrana laminata in piano cui si dà la forma con il consueto taglio curvo dei ferzi. La differenza sta anche nella lunghezza dei “fili” che sono continui, e che nelle pannellature a ferzi sono interrotti.

Al di là dei materiali e delle tecniche di realizzazione delle vele, come è noto le vele vengono utilizzate per dare una spinta, e quando l’imbarcazione risale il vento il profilo alare della vela crea una spinta che consenta alla stessa di avanzare, ma che crea anche un momento sbandante che tende a far inclinare l’imbarcazione, e che deve essere controbilanciato da un momento raddrizzante generato in genere da un bulbo o da “foils”, ovverosia vere e proprie ali, nelle più moderne barche.

In modo semplice, ma efficace, la forma delle vele può essere definita da tre aggettivi: concava (grassa), piatta (magra) e svergolata.

Una vela è concava quando possiede una discreta “pancia”. La sezione orizzontale della vela ha la forma “a cucchiaio” (“a” in figura 1).

E’ importante, ai fini di un buon rendimento aerodinamico di una vela, che la concavità sia spostata in avanti rispetto al suo centro. Infatti, osservando la figura 2, si evince che la forza aerodinamica “F” esercitata dal vento sulla vela è maggiore su una vela concava (“Fc”) che su una vela piatta (“Fp”) e che lo spostamento verso prua della concavità porta con sé anche la rotazione verso prua della forza in questione.

Le vele moderne tendono ad avere una forma “Fc” nella parte inferiore e sempre più una forma “Fp” nella parte superiore verso la penna: questo è dovuto alla diversa intensità e direzione del vento nella parte alta rispetto alla parte bassa, rispettivamente più forte e con un angolo maggiore (angolo di svergolamento) rispetto all’asse longitudinale della imbarcazione.

Al tempo stesso, tuttavia, la spinta sulla vela genera, in particolare nelle andature di bolina ovverosia quando l’imbarcazione risale il vento, un momento sbandante, che tende ad inclinare la barca ed a farla scarrocciare sottovento.

Inoltre, il vento che investe la vela è il vento apparente che è la somma del vento reale (quello che investirebbe la barca se essa fosse ferma) e del vento d’avanzamento provocato dalla velocità della barca stessa. Con vento reale debole, il vento d’avanzamento contribuisce in modo decisivo alla formazione del vento apparente che si porta molto vicino alla prua ed alla direzione dell’asse longitudinale dello scafo. Mano a mano che il vento reale rinforza, aumenta il suo contributo alla formazione del vento apparente e quest’ultimo si avvicina alla direzione del vento reale, allontanandosi dall’asse dello scafo e cioè ridondando.

L’attrito che la superficie del mare esercita sulle masse d’aria che si spostano sopra di esso fa sì che la velocità del vento aumenta all’aumentare della quota (figura 3).

Si forma quello che è chiamato un gradiente di velocità: tra la velocità al livello del mare e quella all’altezza della testa d’albero (per esempio: una decina di metri) può esserci, a seconda delle condizioni atmosferiche, una differenza del 20-30%.

Come è evidente, tale gradiente di velocità accentua ulteriormente l’effetto di sbandamento.

Mentre la velocità d’avanzamento della vela è costante a qualsiasi quota, così non è per il vento reale. Infatti, più il vento reale è forte, più il vento apparente si allontana dall’asse della barca, e pertanto le vele sono soggette ad un vento apparente che si allontana maggiormente dall’asse della barca più aumenta la quota.

Per questo motivo una regolazione ottimale della vela richiede che essa sia presentata al vento con un angolo che varia al variare della quota, ovverosia la vela deve essere “svergolata” (figura 4).

Al fine di risalire il vento evitando che l’imbarcazione scarrocci sottovento, e per evitare lo sbandamento dell’imbarcazione sottovento, la spinta sulle vele deve essere controbilanciata dalla chiglia, dal bulbo o anche da foil che creano un momento raddrizzante.

Ad oggi non esiste una vela grado di generare un momento raddrizzante.

Compito precipuo del presente trovato consiste nel fatto di realizzare una vela ad effetto raddrizzante.

Nell'ambito di questo compito, uno scopo del presente trovato è quello di realizzare una vela ad effetto raddrizzante che sia di semplice realizzazione e di altrettanto semplice impiego.

Un altro scopo del trovato consiste nel fatto di realizzare una vela ad effetto raddrizzante che sia utilizzabile senza necessità di particolari modifiche all’imbarcazione, in particolare senza necessità di modifiche all’albero e potendo mantenere anche un solo bordo di inferitura della vela sull’albero.

Il compito sopra esposto, nonché gli scopi accennati ed altri che meglio appariranno in seguito, vengono raggiunti da una vela ad effetto raddrizzante secondo quanto recitato nella rivendicazione 1 qui allegata.

Altre caratteristiche della vela secondo il trovato sono previste nelle rivendicazioni dipendenti.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi risulteranno maggiormente dalla descrizione di una forma di realizzazione preferita, ma non esclusiva della vela secondo il presente trovato, illustrata a titolo indicativo e non limitativo con l'ausilio degli allegati disegni in cui:

le figure 1 e 2 illustrano i concetti generali riferiti alla forma della vela ed all’azione di spinta generata sulla vela dal vento in funzione della forma della vela;

la figura 3 illustra il gradiente del vento rispetto alla quota;

la figura 4 mostra i concetti di vento reale, vento apparente, velocità della barca, vento di avanzamento e angolo di svergolamento della vela;

la figura 5 mostra un grafico che illustra un diagramma vettoriale relativo alla forza di spinta che si genera sul lato sottovento della vela, ed i concetti di upwash e downwash;

le figure da 6A a 6C mostrano, in una vista schematica dall’alto, i profili assunti dalle pelli della vela secondo il presente trovato all’aumentare dell’intensità del vento;

la figure 6D e 6E mostrano, in una vista schematica dall’alto, l’inversione di curva che avviene nella parte superiore della vela, ove con linea tratteggiata è stata indicata la parte inferiore della vela;

la figura 6F mostra, sempre in una vista schematica dall’alto, l’inversione di curva che avviene nella parte superiore della vela a confronto con la curvatura del jennaker;

la figura 7 è una vista laterale schematica della vela secondo il presente trovato;

le figure 8 e 9 sono due viste dal basso della vela in cui si nota l’inversione di curvatura nella parte alta della vela.

Con riferimento alle figure citate, la vela ad effetto raddrizzante secondo il presente trovato, indicata globalmente con il numero di riferimento 1, comprende una vela 1 per imbarcazioni da diporto o da regata la quale, grazie alla sua particolare configurazione, ha un effetto raddrizzante sull’imbarcazione, cosa che non avviene con le vele di tipo noto.

Più in particolare, la vela 1 secondo il trovato si caratterizza per il fatto di essere configurata per disporsi, in una condizione di utilizzo, con almeno una sua prima porzione 10 avente una prima curvatura, ed almeno una sua seconda porzione 20 avente una seconda curvatura, opposta alla prima.

L’invenzione consiste pertanto in una vela ad inversione di curva, in particolare in cui l’inversione di curva avviene nella porzione superiore della vela, posta verso la punta dell’albero, oltre la metà della vela, rispetto alla curvatura della porzione inferiore della vela.

Inoltre, la vela 1 secondo il trovato si caratterizza per il fatto di essere configurata per disporsi, in una condizione di utilizzo, con una prima porzione 10 avente un profilo alare curvo con la concavità rivolta verso il lato sopravvento della vela, ed una seconda porzione 20 avente un profilo alare curvo con la concavità rivolta verso il lato sottovento della vela.

Così facendo, la vela 1 secondo il trovato è in grado di fornire alla penna, ovverosia al vertice alto della vela, la capacità di generare un momento raddrizzante. La penna della vela è il punto più efficace per applicare una forza raddrizzante o, come insegue il trovato, per ridurre la forza sbandante.

Grazie alla particolare configurazione della vela secondo il trovato nella zona sottovento della vela si crea un profilo alare, in particolare nella zona superiore della vela, nelle vicinanze della penna, avente concavità opposta a quella del profilo alare sopravvento il quale, che come indicato successivamente, potrebbe anche diventare lineare.

Tale risultato si ottiene, secondo la forma di realizzazione preferita dell’invenzione illustrata qui a titolo esemplificativo, per effetto della presenza nella parte superiore della vela di due lembi, o pelli di tessuto.

Più in particolare un secondo lembo, o pelle, di tessuto sarà vantaggiosamente configurato per disporsi secondo un profilo alare curvo nella parte sottovento dell’ala. Detto secondo lembo o pelle è vantaggiosamente distinto da un primo lembo o pelle che risulterà, in uso, sopravvento, e si separerà nella zona superiore, o penna, della vela creando una curva avente curvatura opposta alla curvatura della pelle sopravvento.

In particolare, se la vela sopravvento ha una concavità rivola verso il lato sopravvento della vela, la seconda pelle che si trova sul lato sottovento della vela può assumere una curvatura uguale alla pelle sopravvento, una curvatura neutra, o una curvatura opposta a quella della pelle sopravvento, ovverosia con concavità rivolta verso il lato sottovento della vela. Preferibilmente, secondo quanto qui illustrato a titolo esemplificativo, la vela 1 secondo il trovato si caratterizza per il fatto di comprendere una prima porzione 10 nella zona inferiore della vela 1, ed una seconda porzione 20 posta nella zona superiore della vela 1.

È dunque preferibilmente la porzione posta nella zona superiore della vela che comprende almeno due pelli 20a, 20b sovrapposte.

Più specificamente, e con riferimento alle figure da 6A a 6C che mostrano una vista schematica dall’alto della vela 1, inferita ad un albero A, in diverse condizioni di vento F, a parità di andatura (quindi mantenendo costante l’angolo di incidenza del vento rispetto alla vela) la vela 1 secondo il trovato, ed in particolare le due pelli 20a, 20b della porzione superiore 20 della vela, potrà assumere differenti configurazioni a seconda dell’intensità del vento.

La parte superiore della vela comprendente come detto due pelli separate 20a, 20b, una sopravvento e l’altra sottovento rispetto al flusso, si disporrà secondo un delle modalità raffigurate nelle figure da 6A a 6c.

Vantaggiosamente, entrambe le pelli 20a, 20b coincidono per dimensione (superficie) tuttavia, mentre la pelle sopravvento 20a nelle figure lavora normalmente come un’ala tradizionale, la pelle sottovento 20b può, in certe condizioni, curvarsi in modo differente rispetto a quella sopravvento, anche in maniera esattamente contraria a quella sopravvento, ed a seconda della sua curva, che può essere controllata ad esempio da un meccanismo di tensionamento non illustrato, produce un momento raddrizzante sull’imbarcazione.

Il meccanismo di tensionamento può essere vantaggiosamente costituito ad esempio da un cavo che collega la balumina di ciascuna delle pelli 20a, 20b all’estremità di una crocetta dal lato corrispondente dell’albero.

Complessivamente in corrispondenza della penna, per effetto di quanto descritto, si avrà un minore effetto di spinta all’avanzamento comunque mitigato da un più favorevole upwash (ovverosia una deviazione favorevole del flusso d’aria che investe la vela), ma la componente di raddrizzamento sarà talmente elevata, essendo posizionata in corrispondenza dell’estremità superiore della vela, ovverosia nella penna, da produrre una maggiore efficienza sull’equazione complessiva, migliorando il VMG.

L’effetto raddrizzante della vela secondo il presente trovato si riflette in un vantaggio in termini strutturali di progettazione dello scafo che potrà tenere conto di una minore forza sbandante, così che il bulbo e/o i foil potranno essere ridotti in peso e dimensioni.

La pelle sottovento, nell’esempio delle figure indicata con il numero di riferimento 20b, potrà essere regolata ovvero tensionata in maniera diversa a seconda della intensità del flusso d’aria che investe la vela.

A titolo esemplificativo, e con particolare riferimento alle figure 6A, 6B e 6C, a bassi regimi di intensità del flusso, le due curve definite dalle pelli 20a e 20b sono coincidenti senza che la pelle sottovento 20b si distacchi dalla pelle sopravvento 20a formando curve diverse. In questa condizione, che ad esempio potrà verificarsi per intensità del vento da 0 a 10 nodi e che è mostrata in figura 6A, è quindi presente un’unica curva.

Al crescere del vento (figura 6B, circa 10-15 nodi di vento, e 6C, circa 15-20 nodi di vento) la pelle di sottovento 20b si potrà distaccare dalla pelle di sopravvento 20a dando origine ad una spinta di sottovento che crea un momento raddrizzante sull’imbarcazione che ha l’effetto di aumentare la portanza e ridurre la forza sbandante.

L’innovazione produce un effetto raddrizzante e nelle andature portanti permette di avere un dimensionamento (a livello progettuale e strutturale o di regolazione) del bulbo e dei foil inferiori: l’imbarcazione aumenta anche il suo VMG nella andature portanti dove l’effetto sbandante sarà inferiore. L’inversione di curva descritta permette nella andature portanti sia di generare se necessario un momento raddrizzante sia di chiudere il canale con le vele che si sovrappongono utilizzate in queste andature (spinnaker, jennaker, kite e codozero). Questo effetto illustrato nella figura 6F aumenta la spinta all’avanzamento per effetto della riduzione di ampiezza del canale che si crea tra il jennaker 30 e la randa 1, per effetto della curvatura del lembo sottovento 20b della randa 1 stessa.

Come si nota, infatti, la pelle di sottovento 20b assumendo una curvatura opposta alla pelle di sopravvento 20a definirà un canale di ampiezza A tra randa e kite/jennaker inferiore all’ampiezza B del canale definito dalla pelle di sopravvento 20a, così da determinare una accelerazione del flusso di aria che si incanala tra le due vele e, quindi, un aumento del vento apparente sul kite/jennaker.

Quanto fin qui descritto porta un incremento del VMG di una imbarcazione.

Come detto, e con riferimento alle figure da 6A a 6C in cui con F è indicato il vento apparente, al variare dell’intensità del vento apparente varierà la configurazione delle curve delle pelli di sopravvento 20a e di sottovento 20b.

La figura 6A mostra una condizione di bassa intensità del vento: la curva definita dalla pelle sopravvento 20a si dispone con la concavità rivolta verso il lato di sopravvento della vela e la pelle di sottovento 20b segue la medesima disposizione;

la figura 6B mostra una condizione di media intensità del vento: la curva definita dalla pelle sopravvento 20a si dispone ancora con la concavità rivolta verso il lato di sopravvento della vela anche se avrà una forma più appiattita, con concavità meno accentuata, mentre la pelle di sottovento 20b si staccherà dalla pelle di sopravvento 20a disponendosi con la concavità verso il lato di sottovento, opposta quindi rispetto alla concavità della pelle di sopravvento 20a.

Infine, la figura 6C mostra una condizione di alta intensità del vento: la pelle sopravvento 20a si appiattisce annullando o riducendo sensibilmente la sua concavità, mentre la pelle di sottovento 20b sarà ancora scostata dalla pelle di sopravvento 20a e si disporrà con la sua concavità verso il lato di sottovento.

Le figure 6D e 6E mostrano, schematicamente, la curvatura dei lembi sopravvento 20a e sottovento 20b della porzione superiore della vela a raffronto con la curvatura della porzione inferiore 10 della vela stessa, indicata schematicamente con una linea tratteggiata.

Tale differente curvatura tra la porzione inferiore 10 e la porzione superiore 20 della vela è inoltre visibile nelle figure 8 e 9, le quali consentono di apprezzare come la porzione superiore 20 della vela si dispone secondo una curvatura opposta rispetto alla curvatura della zona inferiore 10.

Vantaggiosamente, dette pelli 20a, 20b di detta seconda porzione 20 di detta vela 1 sono tra loro unite in corrispondenza almeno dell’inferitura della vela 12, ovverosia la porzione che viene inferita nell’albero.

La trattazione e la descrizione qui esposte si riferiscono in particolare ad una vela maestra, o randa, tuttavia appare chiaro al tecnico di settore che i concetto alla base della presente invenzione possono trovare applicazione a qualsiasi tipo di vela o ala.

Preferibilmente, le pelli 20a, 20b della seconda porzione 20 della vela 1 sono tra loro unite anche in corrispondenza di un bordo inferiore 21, il quale definisce quindi il bordo inferiore della seconda porzione 20.

Con particolare riferimento alla figura 7, la vela 1 secondo il trovato comprende così, oltre ad una base 11, una inferitura 12, una balumina 13 ed un punto di penna 14, una porzione superiore 20 la quale è delimitata inferiormente dal bordo inferiore 21 che risulta preferibilmente inclinato rispetto alla direzione individuata dalla base 11, che possiamo definire direzione orizzontale.

Vantaggiosamente, il bordo inferiore 21 di detta porzione 20 superiore della vela 1 è inclinato rispetto alla base 11 così da formare in corrispondenza dell’inferitura 12 della vela all’albero un tratto di lunghezza inferiore 22, ed in corrispondenza della balumina 13 della vela un tratto a lunghezza maggiore 23.

Si è in pratica constatato come la vela secondo il trovato assolva il compito nonché gli scopi prefissati in quanto è in grado di realizzare un momento raddrizzante sull’imbarcazione.

Un altro vantaggio della vela secondo il presente trovato consiste nel fatto di creare una curva sottovento nella parte della penna che sia regolabile, opposta alla curva creata dalla parte sopravvento.

Questi scopi e questi vantaggi si ottengono per effetto della curva sottovento che crea un upwash aggiuntivo sulla curva sopravvento migliorando l’angolo di incidenza ovvero di ingresso del flusso.

Si ottiene così di poter gestire due curve opposte o comunque differenti su mure opposte.

Questo permette di avere un’ala che complessivamente produce una spinta, ma per una parte anche un momento raddrizzante, permettendo così di ridurre la resistenza e aumentare la portanza e ridurre la forza sbandante.

La vela secondo il presente trovato così concepito è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell’ambito del concetto inventivo; inoltre tutti i dettagli sono sostituibili da elementi tecnicamente equivalenti. In pratica i materiali utilizzati, nonché le dimensioni, potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze tecniche.

In pratica, i materiali impiegati, purché compatibili con l'uso specifico, nonché le dimensioni e le forme contingenti potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze.

Claims (11)

1. RIVENDICAZIONI 1) Vela (1) ad effetto raddrizzante per imbarcazioni da diporto o da regata, caratterizzata dal fatto di essere configurata per disporsi, in una condizione di utilizzo, con almeno una sua prima porzione (10) avente una prima curvatura, ed almeno una sua seconda porzione (20) avente una seconda curvatura, opposta alla prima.
2. 2) Vela (1) ad effetto raddrizzante per imbarcazioni da diporto o da regata secondo la rivendicazione precedente caratterizzata dal fatto di essere configurata per disporsi, in una condizione di utilizzo, con una sua prima porzione (10) avente un profilo alare curvo disposto con la sua concavità rivolta verso il lato sopravvento della vela, ed una seconda porzione (20) avente un profilo alare curvo configurato per disporsi, in uso, con la sua concavità rivolta verso il lato sottovento della vela.
3. 3) Vela (1) secondo la rivendicazione precedente, caratterizzata dal fatto che detta prima porzione (10) è posta nella zona inferiore della vela (1) e detta seconda porzione (20) è posta nella zona superiore della vela (1).
4. 4) Vela (1) secondo la rivendicazione precedente, caratterizzata dal fatto che detta seconda porzione (20) comprende almeno due pelli (20a, 20b) sovrapposte.
5. 5) Vela (1) secondo la rivendicazione precedente, caratterizzata dal fatto che detta porzione (20) comprendente almeno due pelli sovrapposte (20a, 20b) è posta nella zona superiore della vela.
6. 6) Vela (1) secondo la rivendicazione precedente, caratterizzata dal fatto che dette pelli (20a, 20b) di detta seconda porzione (20) di detta vela (1) sono tra loro unite in corrispondenza almeno dell’inferitura della vela (1a) destinata ad essere associata all’albero.
7. 7) Vela (1) secondo la rivendicazione precedente, caratterizzata dal fatto che dette pelli (20a, 20b) di detta seconda porzione (20) di detta vela (1) sono tra loro unite anche in corrispondenza del bordo inferiore (21) di detta seconda porzione (20) di detta vela (1).
8. 8) Vela (1) secondo la rivendicazione precedente, caratterizzata dal fatto di comprendere una base (11), una inferitura (12), una balumina (13) ed un punto di penna (14), detto bordo inferiore (21) di detta seconda porzione (20) di detta vela (1) essendo inclinato rispetto alla direzione individuata da detta base (11).
9. 9) Vela (1) secondo la rivendicazione precedente, caratterizzata dal fatto che detto bordo inferiore (21) di detta seconda porzione (20) di detta vela (1) è inclinato in modo da definire un tratto di lunghezza inferiore (22) in corrispondenza dell’inferitura (12) della vela ed un tratto a lunghezza maggiore (23) in corrispondenza della balumina (13) della vela.
10. 10) Vela (1) secondo la rivendicazione precedente, caratterizzata dal fatto di comprendere ulteriormente un meccanismo di tensionamento per la regolazione della posizione di dette pelli (20a, 20b).
11. 11) Vela (1) secondo la rivendicazione precedente, caratterizzata dal fatto che detto meccanismo di tensionamento comprendente un cavo che collega la balumina di ciascuna di dette pelli (20a, 20b) all’estremità di una delle crocetta dell’albero (A).