NUOVO SISTEMA ALARE
DI SOSTENTAMENTO IDRODINAMICO
APPLICABILE PIÙ SPECIALMENTE AGLI IDROPLANI

 

 

 

PREMESSA

   Per navigazione idroplana si intende quella specie di navigazione caratterizzata dal fatto che il natante, anziché essere sostenuto dalla spinta idrostatica determinata dal dislocamento, è sostenuto invece ed esclusivamente dalla spinta idrodinamica esercitata dalla massa liquida, in relativa traslazione, su apposite ali totalmente o parzialmente immerse, cosicché il corpo stesso del natante emerga completamente dall'acqua con la quale, a velocità di regime, mantengono il contatto i soli dispositivi alari.
   La ragione di questa maniera di navigare si fonda sulla seguente considerazione:
   In un sistema alare che supponiamo parzialmente immerso e dotato di moto traslatorio, la forza risultante, che è generata dalla reazione e dall'attrito della massa liquida, varia la propria intensità in ragione diretta del quadrato della velocità di traslazione, e quindi determina, a ogni propria variazione, una variazione analoga, e nello stesso rapporto, dei vettori componenti, verticale e orizzontale, che rappresentano rispettivamente la forza portante e la forza resistente all'avanzamento. Ma poiché alla forza portante non si oppone che il carico che grava sul sistema e che è costante, ne consegue che ogni variazione della forza portante determina a sua volta una corrispondente variazione dell'immersione dello stesso sistema, sicché viene automaticamente ristabilito l'equilibrio fra le forze opposte.
   Da ciò si deduce il principio che la superficie immersa del siste ma alare è inversamente proporzionale al quadrato della velocità, e quindi la resistenza all'avanzamento è indipendente dalla velocità, dipendendo esclusivamente dal carico al quale è proporzionale. E siccome la resistenza alla traslazione permane costante al variare della velocità, la potenza richiesta per la propulsione sarà direttamente proporzionale alla velocità, anziché al cubo di questa come avviene nei natanti a dislocamento e quindi nelle navi ordinarie. In queste ultime, per contro, la potenza richiesta per la propulsione aumenta meno rapidamente del tonnellaggio, e da ciò si trae la conclusione che l'impiego della navigazione idroplana si rende vantaggioso entro determinati limiti di tonnellaggio e oltre determinati limiti di velocità, e che detti limiti di tonnellaggio e velocità sono tra loro interdipendenti.

RICHIAMI STORICI

   Il problema della navigazione idroplana risale storicamente al 1867, e cioè alle prime esperienze del francese Clément Ader. Nel quarantennio che seguì, si ebbe un rapido progredire di studi, di esperienze e di risultati a opera di numerosi ricercatori italiani e stranieri, fra i quali vanno menzionati il Ramus, il de Lambert, il Maxim, il Reeve, i Meacham, il Vigo, il Thompson, il Forlanini e il Crocco. Il progresso tecnico di questo periodo può essere distinto nelle seguenti fasi fondamentali.
   Fino al Maxim non si intravide altra soluzione del problema che quella di realizzare i piani portanti mediante ali superficiali, ovvero ali lambenti la superficie dell'acqua. In questo modo, pur attuando i principi basilari sui quali si fonda la navigazione idroplana, non si riuscì a rendere possibile il pratico impiego dell'idroplano a causa della instabilità di navigazione derivante dalla eccessiva sensibilità del natante al moto ondoso della massa liquida.
   Nel 1896 gli americani fratelli William e Larned Meacham tentarono per primi di risolvere il problema della stabilità adottando uno schema costruttivo, basato su un principio nuovo, consistente nell'impiego di ali completamente e permanentemente immerse, le quali erano così sottratte alle perturbazioni superficiali dell'acqua. Ma per esplicare la funzione imprescindibile di equilibrare il carico alla portanza, ognuna di queste ali doveva avere un dispositivo indipendente di regolazione comandata del proprio angolo di incidenza. E poiché tutto ciò non poteva realizzarsi praticamente che a costo di complessi e imperfetti congegni, il Thompson fu indotto, nel 1905, a tentare di risolvere il problema per quelle altre vie che furono subito dopo, quantunque indipendentemente da lui, favorevolmente percorse dal Forlanini e dal Crocco.
   Gli schemi adottati dai due ricercatori italiani sono entrambi informati al principio della variazione automatica della superficie alare immersa, ma mentre il Forlanini (vedi brevetto n. 71869 del vol. 49 del reg. gen., richiesto 1'11 aprile del 1904, in nome dell'ing. Enrico Forlanini di Milano) realizzò tale principio servendosi di un sistema alare costituito da cellule multiplane composte di numerosi elementi alari sovrapposti, talché la variazione della superficie alare immersa era ottenuta dalla variazione del numero degli elementi alari completamente sommersi, e quindi non aveva un andamento continuo; il Crocco invece (vedi brevetto n. 75899 del vol. 52 del reg. gen., richiesto il 15 marzo 1905 in nome della signora Patti di Palermo) riuscì a ottenere questa continuità, pur conservando le prerogative essenziali del sistema multiplano, ricorrendo a un sistema alare costituito da due coppie di ali disposte a V. Con questo sistema la variabilità della superficie alare era ottenuta, automaticamente e con andamento continuo, dalla variabilità dell'immersione, e anche la stabilità trasversale e longitudinale erano tali da acconsentire la navigazione in acque calme e a limitate velocità.
   L'ultimo idroplano costruito dal Crocco in collaborazione col Ricaldoni, ha dato nel 1906 e nel 1907 risultati di notevolissima importanza, e costituisce senza dubbio il tipo migliore di idroplano che sia stato fino allora realizzato.
   Ma la risoluzione parziale dei problemi di stabilità ne precludevano l'evoluzione dal campo sperimentale a quello della costruzione su scala industriale, sicché dal 1907 a oggi il problema della navigazione idroplana è stato praticamente abbandonato.
   Il superamento di queste persistenti difficoltà costituisce appunto la ragione e l'oggetto del nostro trovato.

DESCRIZIONE DEL TROVATO

   Il trovato consiste in un nuovo sistema alare costituito sostanzialmente da una coppia di ali inclinate trasversalmente e convergenti verso l'alto, così come schematicamente indicato nella figura 1 della tavola allegata, in cui c indica il corpo del natante, a e a, le ali, e la linea p l'altezza relativa del pelo libero dell'acqua a una determinata velocità.

   Questa disposizione delle ali offre i seguenti vantaggi:
   A. conferisce una maggiore stabilità di navigazione per il fatto che, con l'aumentare della velocità traslatoria, il natante, sollevandosi sempre più, allarga sempre più l'ampiezza della sua base di appoggio (distanza fra i centri di pressione idrodinamica), mentre invece con la disposizione delle ali a V, adottata dal Crocco, si verificava il fenomeno inverso;
   B. rende possibile il miglioramento del rendimento idrodinamico per il motivo che con l'adozione di ali a mensola (o a sbalzo), le cui estremità d'incastro sono contenute entro il corpo centrale del natante, vengono eliminate le resistenze idrodinamiche passive che si riscontrano col sistema a V e che sono dovute alla presenza degli organi, parzialmente immersi, di sostegno e collegamento delle ali.
   Oltre a questa caratteristica disposizione, le ali hanno una particolare conformazione che conferisce al sistema una funzione stabilizzatrice. La peculiarità della conformazione sta nel fatto che ogni ala, nella sua estremità terminale, è foggiata a guisa di pinna. Questa pinna funge comunque da organo stabilizzatore e può anche fungere da timone di direzione nel caso in cui al sistema alare si voglia affidare anche la funzione direttrice, il che si ottiene articolando opportunamente il sistema stesso e cioè rendendo possibile di farlo ruotare attorno a un asse verticale, o prossimo alla verticale, e giacente sul piano di simmetria dell'apparecchio (vedi figura 4). La pinna (indicata alla lettera d della vista frontale f e della vista laterale l della fig. 2), che in navigazione rettilinea non ha alcun angolo di incidenza rispetto alla direzione del moto traslatorio, può giacere su di un piano verticale, oppure (come rappresentato nella citata figura 2) su un piano ortogonale alla linea di orientamento dell'ala, intendendo per linea di orientamento dell'ala la linea che congiunge i centri di pressione idrodinamica dell'ala stessa alle varie immersioni.
   Un'altra particolarità delle ali consiste nel loro speciale sistema di attacco al corpo del natante, sistema di attacco che costituisce una sospensione elastica a doppio effetto e conferisce all'idroplano una minore sensibilità al moto ondoso dell'acqua. La figura 3 rende evidente questo sistema di attacco: ogni ala costituisce un sistema rigido la cui estremità interna (estremità d'incastro) è costituita da un perno n, libero di ruotare entro un angolo limitato da opportuni arresti, nei suoi cuscinetti g e g1. Questo perno è rigidamente collegato all'ala a mezzo del braccio b, sicché l'asse h del perno è parallelo alla linea di orientamento r dell'ala. L'assieme costituisce quindi una manovella la cui rotazione è favorita dalla coppia generata dall'effetto idrodinamico sulla superficie alare, ed è contrastata dall'azione della molla antagonista m (la cui taratura può essere registrata in relazione al carico variabile gravante sull'idroplano).
   In tal modo, durante la navigazione, l'ala si assesta con un determinato angolo di incidenza che rappresenta la posizione di equilibrio fra le coppie opposte, ma quando l'ala stessa viene investita da una onda che ne eleva istantaneamente la forza portante, quest'ultima determina un aumento della coppia deformante e quindi una rotazione dell'ala attorno al suo perno n. Così, oltre che verificarsi un innalzamento dell'ala rispetto al corpo centrale del natante, e quindi un assorbimento elastico dell'urto verticale, anche la diminuzione dell'angolo di incidenza, derivante dalla rotazione del sistema, neutralizza parzialmente l'aumento temporaneo della forza portante con una diminuzione della portanza specifica dell'ala, e neutralizza parzialmente anche il temporaneo aumento della resistenza all'avanzamento.
   Con l'adozione di un tale sistema alare, la stabilità trasversale dell'apparecchio è completamente garantita. Per assicurarne poi la stabilità longitudinale, si deve dotare l'idroplano, in successione longitudinale, di un ulteriore sistema analogo, o anche di una semplice ala poppiera totalmente immersa.
   Le ali del sistema descritto sono munite, in prossimità del corpo centrale dell'idroplano, di uno snodo a cerniera (con dispositivo di blocco) che acconsente il ripiegamento verso l'alto delle stesse ali quando l'idroplano navighi, in regime di galleggiamento, su bassi fondali o quando, da fermo, debba essere attraccato a una banchina, nel qual caso i monconi delle stesse ali, opportunamente protetti, fungono da respingenti. Nella figura 4 è rappresentato questo semplice dispositivo, in cui s e s1 indicano gli snodi a cerniera.
   Nella stessa figura è rappresentata anche, a puro titolo di esemplificazione, la sezione trasversale di un idroplano in cui è applicato il descritto sistema alare. Le lettere t, t1, s, v indicano rispettivamente l'asse verticale, la ruota dentata e la vite perpetua dello sterzo.
   In definitiva, le peculiarità del nuovo sistema alare sopra descritto consistono nella particolare disposizione, conformazione, sistema di attacco e caratteristiche funzionali delle ali, peculiarità che conferiscono al natante una migliore stabilità di navigazione, una minore sensibilità al moto ondoso, una maggiore facilità e sicurezza di guida, e un più elevato rendimento idrodinamico, rendendo così possibile il raggiungimento di più elevate velocità e l'estensione del campo di applicazione della navigazione idroplana.
   Tale sistema alare può infatti trovare applicazione genericamente in tutti i natanti idroplani per impieghi civili, industriali e militari, nonché negli idrovolanti (in cui facilita il decollo e l'ammaraggio) e nelle torpedini e siluri; e più estesamente in qualunque veicolo semovente o trainato che trasli tra due mezzi di diversa densità (per esempio, aria e acqua).

RIVENDICAZIONI

   1. Sistema alare di sostentamento dinamico costituito da una o più coppie di ali disposte ad A, come schematicamente rappresentato, in vista frontale, nella figura 1, e caratterizzato dal fatto che le ali di ogni coppia sono convergenti verso l'alto e quindi, con l'aumentare dell'emersione dal fluido più denso (generalmente acqua), aumenta la distanza fra i centri di pressione dinamica.
   2. Sistema alare come al n. 1, le cui ali siano caratterizzate dal fatto di essere munite, alle estremità terminali, di pinne aventi funzione direttrice o stabilizzatrice, come schematicamente rappresentato, a mo' d'esempio, in vista frontale f, e in vista laterale I, dalla figura 2.
   3. Sistema alare come al n. 1 e al n. 2 le cui ali siano caratterizzate dal fatto di essere collegate al corpo centrale del natante mediante un'articolazione che acconsenta a ogni ala di ruotare, entro un determinato angolo, attorno a un asse parallelo, o prossimamente parallelo, alla linea d'orientamento dell'ala stessa. Il movimento rotazionale dell'ala è contrastato dall'azione di una molla, così da conferire al natante una sospensione elastica che acconsente all'ala stessa, quando sia investita da un'onda, di sollevarsi rispetto al corpo del natante effettuando una rotazione che ne diminuisce contemporaneamente l'angolo d'incidenza. Questa sospensione a doppio effetto può essere realizzata mediante un sistema a manovella con incastro a perno di rotazione, come più sopra descritto e come rappresentato, a titolo d'esempio, nella figura 3; oppure in altro modo, come dall'articolazione di un trapezio, il che costituirebbe una traslazione o una commutazione del medesimo principio.
   4. Sistema alare come al n. 1 le cui ali siano caratterizzate dal fatto di essere munite, in prossimità del loro attacco al corpo del natante, di uno snodo con dispositivo di blocco, come rappresentato nella figura 4, e cioè di poter essere ripiegate verso l'alto o lateralmente allo scopo di rendere possibile, in regime di galleggiamento, la navigazione su bassi fondali e l'accostamento del natante a una banchina.

   Brevetto principale per invenzione industriale n. 420825 rilasciato al nome di Oliviero Mogno dal Ministero dell'industria e del commercio, Ufficio centrale dei brevetti per invenzioni, Roma, in data 6 maggio 1947. Data del deposito: 23 settembre 1946.