ITMI20090692A1 - Impianto e metodo di stabilizzazione di un'imbarcazione. - Google Patents

Description

"Impianto e metodo di stabilizzazione di un’imbarcazione"

La presente invenzione riguarda un impianto e un metodo di stabilizzazione di un’imbarcazione, in particolare un impianto e un metodo di stabilizzazione avente la funzione di ridurre il rollio di un’imbarcazione all’ancora.

Il rollio à ̈ l’oscillazione di un veicolo terrestre, marino o aereo attorno ad un asse longitudinale.

Nel caso specifico di un’imbarcazione, consiste in un’oscillazione completa di bassa frequenza dell’imbarcazione attorno ad un asse istantaneo di rotazione; tale asse, disposto sul piano di simmetria, può ritenersi baricentrico. Con oscillazione completa si intende il movimento angolare compiuto dall’imbarcazione per passare da una posizione inclinata a quella opposta e ritornare a quella di partenza.

Il rollio principalmente dipende dal moto ondoso, dalle dimensioni e dalla forma dell’imbarcazione.

Su un qualsiasi individuo situato su un’imbarcazione rollante agisce un sistema complesso di forze. A seguito di tali forze può alterarsi la capacità di coordinamento e possono presentarsi i sintomi del mal di mare, che si caratterizza per il pallore del viso e per la difficoltà di respirazione. Il mal di mare può essere accompagnato da nausea e vomito.

La presente invenzione si riferisce in particolare ad un impianto e un metodo di stabilizzazione dinamico avente la funzione di ridurre il rollio di un’imbarcazione all’ancora, cioà ̈ ad imbarcazione ferma.

Sono noti vari mezzi di stabilizzazione di un’imbarcazione all’ancora.

I mezzi girostatici sfruttano il principio fisico del giroscopio, secondo il quale un dispositivo fisico rotante, per effetto della legge di conservazione del momento angolare, tende a mantenere il suo asse di rotazione orientato in una direzione fissa.

Se si applica una forza all’asse di rotazione del giroscopio per mutarne la direzione, esso tende a disporsi lungo la direzione perpendicolare al piano individuato dalla forza applicata e dall’asse medesimo; quest’ultimo si mette in moto descrivendo un cono ideale. Il movimento, detto di precessione, à ̈ causato dall’azione combinata della forza applicata e del momento angolare del corpo in rotazione.

Nel caso specifico delle imbarcazioni, tramite i sistemi girostatici, il momento di rollio viene trasformato in un momento di beccheggio. Questo si traduce in una maggiore stabilità dell’imbarcazione essendo il momento di inerzia dell’imbarcazione, calcolato rispetto l’asse trasversale, maggiore del momento di inerzia calcolato rispetto l’asse longitudinale.

Generalmente l’impianto girostatico à ̈ disposto in corrispondenza della sezione maestra dell’imbarcazione, dove con sezione maestra si intende la sezione trasversale che racchiude la massima area immersa. Il girostato, vincolato allo scafo in modo opportuno, viene fatto ruotare ad alta velocità attorno al proprio asse verticale da un motore elettrico. I vincoli fanno in modo che, ad eccezione della rotazione assiale, ogni movimento del girostato venga trasferito direttamente allo scafo; ogni momento trasversale a cui à ̈ soggetto il girostato, si tramuta per effetto della precessione girostatica, in un momento ruotato di 90° gradi, per cui il momento di rollio viene trasformato in un momento di beccheggio.

Accanto alla sopra descritta categoria di girostati, classificabili come passivi, negli ultimi anni si sono sviluppati anche sistemi girostatici “attivi†. Nei sistemi cosiddetti passivi, infatti, solo con oscillazioni di rollio considerevoli si ha una reazione apprezzabile dell’effetto giroscopico. Nei sistemi girostatici “attivi†, invece, la precessione girostatica viene forzata: il momento di beccheggio non viene più indotto dal momento di rollio dello scafo ma viene forzato da opportuni sistemi attuatori. Il girostato, in seguito alla sollecitazione ricevuta attorno all’asse di beccheggio, produce un momento di rollio che si oppone al momento di rollio indotto dal moto ondoso.

Questi sistemi presentano alcuni inconvenienti. Un primo inconveniente à ̈ rappresentato dagli ingombri. Anche se i dispositivi più recenti sono caratterizzati da dimensioni più ridotte, la loro installazione all’interno di un’imbarcazione, soprattutto se di piccole e medie dimensioni, risulta non agevole a causa dei grandi spazi richiesti per l’installazione. Un altro svantaggio à ̈ rappresentato dal peso. La presenza di carichi elevati e concentrati comporta che lo scafo dell’imbarcazione sia soggetto ad elevati sforzi torsionali durante i movimenti di rollio e beccheggio con il conseguente rischio di deformazione dello scafo stesso.

Altri mezzi di stabilizzazione all’ancora noti sono le pinne stabilizzatrici attive, simili a quelle utilizzate per la stabilizzazione durante la navigazione. Una o più coppie di pinne vengono posizionate ai lati dello scafo per generare una spinta idrodinamica che si opponga al moto di rollio. Il moto delle pinne viene comandato da opportuni software che sono in grado di determinare il periodo, la velocità, l’accelerazione e l’angolo delle oscillazioni dell’imbarcazione, e di sincronizzare i movimenti delle pinne con il moto dell’imbarcazione.

Il moto delle pinne deve essere ampio ed istantaneo per poter smorzare, con lo scafo all'ancora, l'accelerazione che la massa dello scafo subisce con l'onda. L’efficacia delle pinne à ̈ influenzata direttamente dalla loro geometria dal momento che ad ogni geometria à ̈ associato un determinato coefficiente di portanza.

La portanza viene influenzata anche dalle dimensioni delle pinne. In linea di principio, maggiore à ̈ la superficie delle alette stabilizzatrici maggiore à ̈ la loro efficacia. Questa esigenza, però, deve essere mediata con i vincoli progettuali derivanti dalla riduzione degli ingombri e dalla riduzione degli attriti. Pinne di grosse dimensioni, infatti, potrebbero da un lato pregiudicare la maneggevolezza dell’imbarcazione, dall’altro disturbarne la navigazione.

Scopo della presente invenzione à ̈ pertanto quello di superare gli inconvenienti della tecnica nota.

In particolare, un compito della presente invenzione à ̈ quello di rendere disponibile un impianto e un metodo di stabilizzazione dinamico avente la funzione di ridurre il rollio di un’imbarcazione all’ancora.

Lo scopo e il compito sopra indicati sono raggiunti da un impianto di stabilizzazione dinamico secondo la rivendicazione 1 e da un metodo di stabilizzazione dinamico in accordo con quanto rivendicato nella rivendicazione 11.

Le caratteristiche e gli ulteriori vantaggi dell’invenzione risulteranno chiari dalla descrizione, fatta qui di seguito, di alcuni esempi di forma di realizzazione, dati a titolo indicativo e non limitativo con riferimento ai disegni allegati in cui:

- la figura 1 rappresenta una vista schematica dell’impianto secondo l’invenzione;

- la figura 2 rappresenta schematicamente una vista in pianta dell’impianto secondo l’invenzione;

- la figura 3 rappresenta una vista schematica di un’altra forma di realizzazione dell’impianto secondo l’invenzione;

- la figura 4 rappresenta una vista schematica di un’ulteriore forma di realizzazione dell’impianto secondo l’invenzione;

- la figura 5 rappresenta schematicamente una vista laterale di un elemento dell’impianto secondo l’invenzione;

- la figura 6 rappresenta schematicamente una vista frontale dell’elemento di figura 5;

- la figura 7 rappresenta schematicamente una vista dall’alto dell’elemento di figura 5;

- la figura 8 rappresenta una vista schematica dell’elemento di figura 5, posizionato all’interno di un’imbarcazione, in condizione di funzionamento;

- la figura 9 rappresenta una vista schematica dell’elemento di figura 5, posizionato all’interno di un’imbarcazione, in condizione di riposo;

- la figura 10 rappresenta schematicamente un’imbarcazione in cui vengono evidenziati un sistema di riferimento assoluto e un sistema di riferimento solidale all’imbarcazione;

- la figura 11 rappresenta schematicamente una sezione trasversale di un’imbarcazione in cui viene evidenziato un generico angolo di rollio;

- la figura 12 rappresenta una vista schematica di un’imbarcazione inclinata rispetto al piano dell’acqua a seguito dell’azione di un momento di rollio;

- la figura 13 rappresenta una vista schematica di un’imbarcazione inclinata rispetto al piano dell’acqua a seguito dell’azione di un momento di rollio opposto rispetto a quanto raffigurato in figura 12; - la figura 14 rappresenta schematicamente il collegamento funzionale fra i componenti dell’impianto secondo l’invenzione.

La presente invenzione si riferisce ad un impianto 20 per la stabilizzazione di un’imbarcazione 10 avente un asse di rollio X. L’impianto 20 comprende un dispositivo di rilevazione 140 adatto a rilevare almeno un parametro collegato al moto dell’imbarcazione 10 rispetto all’asse di rollio X; un’unità di controllo 130, adatta ad elaborare l’almeno un parametro fornito dal dispositivo di rilevazione 140; ed almeno un apparato idrogetto 30. Tale apparato idrogetto 30 à ̈ in grado di generare, sulla base dei dati ricevuti dall’unità di controllo 130, un getto d’acqua che dà origine ad una forza il cui momento, calcolato rispetto all’asse di rollio X, si oppone al momento di rollio dell’imbarcazione 10.

Nella descrizione dell’impianto 20 e dei suoi singoli componenti che viene fatta di seguito, con prua e poppa si indicano rispettivamente la parte anteriore e posteriore di un’imbarcazione. La parte anteriore dell’imbarcazione à ̈ la parte che fende la superficie dell’acqua nel moto in avanti, la parte posteriore à ̈ la parte situata all’estremità opposta della parte anteriore.

Si ipotizza inoltre che l’imbarcazione sia simmetrica rispetto ad un piano longitudinale perpendicolare al piano dell’acqua calma, dove con longitudinale si intende una direzione che si sviluppa nel senso della lunghezza dell’imbarcazione, da prua a poppa.

Tale piano di simmetria viene indicato con XZ; l’asse X à ̈ positivo se rivolto verso la prua dell’imbarcazione e l’asse Z à ̈ positivo se rivolto verso l’alto.

Nel seguito l’asse X verrà indicato come asse di rollio e il moto di rollio sarà individuato dalla rotazione del piano XZ attorno all’asse X.

In assenza di moto ondoso e di forze agenti sull’imbarcazione, il piano XZ coincide con il piano XZ che si suppone fisso e perpendicolare al piano dell’acqua calma.

L’ammontare della rotazione dell’imbarcazione attorno all’asse di rollio X verrà individuato tramite l’angolo Î ̧ compreso tra il piano XZ e il piano XZ. Inoltre, i riferimenti a monte e a valle verranno intesi rispetto all’ingresso 42 dell’impianto 20 (che sarà descritto in dettaglio più avanti): a monte individuerà una posizione relativamente vicino all’ingresso 42, a valle individuerà una posizione relativamente lontana dall’ingresso 42, lungo il percorso definito per l’acqua dall’impianto 20.

Nella descrizione fatta di seguito, i riferimenti orario ed antiorario verranno intesi rispetto all’asse di rollio X, assumendo come punto di vista quello di un ipotetico osservatore che si trova a prua dell’imbarcazione e che à ̈ rivolto verso poppa.

Con riferimento alle figure allegate, l’impianto idrogetto 30 si può comporre di un gruppo d’aspirazione 40, un gruppo di pompaggio 50, un condotto forzato 60, due gruppi di regolazione, 70 e 90, e due gruppi di stabilizzazione, 110 e 120.

Il gruppo d’aspirazione 40 può comprendere un ingresso 42, posizionato generalmente in corrispondenza del paramezzale centrale.

Attraverso tale ingresso 42, l’impianto di stabilizzazione 20 à ̈ posto in comunicazione fluida con l’ambiente esterno all’imbarcazione 10.

A valle dell’ingresso 42, si può trovare un primo condotto d’aspirazione rettilineo 44. Tale condotto 44 risulta essere parallelo all’asse Z, ed ha il compito di convogliare all’interno dell’impianto 20 l’acqua del mare fluita attraverso l’ingresso 42. A valle del primo condotto d’aspirazione 44 può essere disposto un secondo condotto d’aspirazione 46 che, con riferimento alle figure allegate, à ̈ costituito da un primo tratto rettilineo 47 parallelo all’asse Z, un tratto a gomito 48 e un secondo tratto rettilineo 49 perpendicolare al piano di simmetria XZ. Il primo condotto d’aspirazione 44 ed il secondo condotto d’aspirazione 46 sono tra loro collegati in modo in sé noto, ad esempio mediante flange bullonate.

Il secondo condotto d’aspirazione 46 ha il compito di convogliare l’acqua ricevuta dal condotto 44 verso il gruppo di pompaggio 50.

Il gruppo di pompaggio 50 può essere composto da una pompa centrifuga standard 52 e dal relativo motore di azionamento 54.

Nelle figure allegate, à ̈ rappresentata una pompa centrifuga monostadio 52 con aspirazione in direzione perpendicolare al piano XZ e mandata in direzione parallela all’asse Z. La pompa generalmente à ̈ montata in corrispondenza della mezzeria della nave e può essere utilizzata, quando non aziona l’impianto 20, come pompa per servizi comuni.

Il motore di azionamento 54 à ̈ generalmente un motore elettrico. Pompa 52 e motore 54 sono disposti su un basamento 56, di solito in acciaio, che può essere dotato di resilienti antivibrazione e antishock (non mostrati nelle figure allegate).

A valle del gruppo di pompaggio 50, si può trovare il condotto forzato 60. Tale condotto ha il compito di convogliare l’acqua in uscita dal gruppo di pompaggio 60 verso i due gruppi di regolazione 70 e 90.

Collegato alla pompa 52 in modo in sé noto, ad esempio mediante flange bullonate, esso può essere costituito da un primo tratto rettilineo 62, parallelo all’asse Z, da un raccordo a T, 64, e da due tratti rettilinei, 66 e 68, perpendicolari al piano XZ e che si sviluppano in due direzioni opposte. Mediante tale raccordo a T, 64, l’acqua aspirata dalla pompa 52 viene suddivisa in due distinti flussi d’acqua di ugual portata, che vengono indirizzati in direzione perpendicolare al piano di rollio XZ verso i due fianchi dell’imbarcazione 10. Un primo flusso d’acqua viene convogliato, tramite il condotto 66, verso il gruppo di regolazione 70, un secondo flusso d’acqua viene convogliato, tramite il condotto 68, verso il gruppo di regolazione 90.

Nelle figure 3 e 4 sono rappresentate due ulteriori forme di realizzazione dell’impianto idrogetto 30, caratterizzate ognuna dalla presenza, tra il condotto 60 e il gruppo di pompaggio 50, di un condotto rettilineo 61 parallelo all’asse Z. La lunghezza di tale tratto 61 viene definita in fase di progettazione dell’impianto 30. Da un lato, l’introduzione di tale condotto 61 aumenta le perdite di carico all’interno dell’impianto 30, dall’altro consente di aumentare il braccio della forza stabilizzatrice generata dall’impianto stesso. Un braccio maggiore richiede, a parità di momento stabilizzatore Ms, la generazione di una minore forza stabilizzatrice Fse di conseguenza permette di installare una pompa di minore taglia.

Il gruppo di regolazione 70, con riferimento alle figure allegate, Ã ̈ costituito da un primo condotto 72 che si estende in direzione perpendicolare al piano XZ.

Tale condotto à ̈ costituito da un primo tratto rettilineo 74, da un tratto divergente 76 e da un secondo tratto rettilineo 78.

La definizione in fase di progettazione del diametro del secondo tratto rettilineo 78, deve essere effettuata mediando tra due opposte esigenze. Infatti se da un lato, maggiorando il diametro del condotto 78 si riduce il rischio di insorgenza di un colpo d’ariete all’interno del condotto stesso, dall’altro, maggiore à ̈ il diametro, maggiori sono gli ingombri del dispositivo.

A valle del condotto 72 si trova un condotto rettilineo 80, a diametro costante, che si sviluppa in direzione perpendicolare al piano XZ. Tale condotto 80, unito in modo in sé noto, ad esempio tramite flange bullonate, al condotto 70, ha il compito di convogliare l’acqua ricevuta dal condotto forzato 60 verso il dispositivo di regolazione di flusso 82.

Tale dispositivo 82 regola la portata del flusso d’acqua che fluisce all’esterno del gruppo di regolazione 70. Esso può passare da una configurazione tutto aperto, in cui il flusso d’acqua procede sostanzialmente indisturbato verso i dispositivi che si trovano a valle, ad una configurazione tutto chiuso, in cui il flusso d’acqua viene completamente intercettato dal dispositivo di regolazione, e viceversa. Sono consentite anche configurazioni intermedie che consentono di parzializzare, secondo le esigenze, la portata del flusso d’acqua. Il numero di tali configurazioni dipende dal grado di precisione del dispositivo di regolazione stesso. Con riferimento alla forma di realizzazione illustrata nelle figure allegate, il dispositivo di regolazione 82 à ̈ costituito da una valvola a farfalla.

Tale valvola può essere azionata da un dispositivo attuatore 83, ad esempio un attuatore con cilindro pneumatico.

Sull’albero della valvola può essere montato un potenziometro 85 che ha il compito di acquisire il grado di apertura della valvola stessa.

A valle del dispositivo di regolazione 82 si ha un condotto rettilineo 84 perpendicolare al piano di simmetria XZ. Tale condotto ha il compito di convogliare l’acqua fluita attraverso il dispositivo di regolazione 82 verso il condotto 86.

Tale condotto 86, unito in modo in sé noto al condotto 84, ad esempio mediante flange bullonate, può essere costituito da un primo tratto rettilineo 87, da un tratto convergente 88 e da un secondo tratto rettilineo 89.

La definizione in fase di progettazione del diametro del secondo tratto rettilineo 89, deve essere effettuata ottimizzando due diverse esigenze, spinta e perdite di carico. Di conseguenza diminuendo il diametro del secondo tratto rettilineo 89 si aumenta, a parità di portata, la velocità di uscita del getto ma si registra anche una maggiore perdita di carico.

Il gruppo di regolazione 90 si trova, con riferimento al piano di simmetria XZ dell’imbarcazione 10, sul lato opposto rispetto al lato occupato dal gruppo di regolazione 70.

In modo analogo al gruppo di regolazione 70, il gruppo di regolazione 90 Ã ̈ costituito da un primo condotto 92 che si estende in direzione perpendicolare al piano XZ.

Tale condotto à ̈ costituito da un primo tratto rettilineo 94, da un tratto divergente 96 e da un secondo tratto rettilineo 98.

Al condotto 92, in modo in sé noto, à ̈ collegato un condotto rettilineo 100, a diametro costante, che si sviluppa in direzione perpendicolare all’asse XZ.

A valle del condotto rettilineo 92, si trova un dispositivo di regolazione 102 analogo al dispositivo 82 ed azionato dal dispositivo attuatore 103. Un potenziometro 105 ha il compito di acquisire il grado di apertura del dispositivo di regolazione 102.

Il dispositivo 102 à ̈ collegato al condotto 104. A valle del condotto 104 si ha il condotto 106 che à ̈ costituito in modo analogo al condotto 96, da un primo tratto rettilineo 107, da un tratto convergente 108 e da un secondo tratto rettilineo 109.

A valle dei gruppi di regolazione 70 e 90, si trovano rispettivamente i gruppi di stabilizzazione 110 e 120.

Il gruppo di stabilizzazione 110 nella forma di realizzazione raffigurata in figura 2 à ̈ formato da un primo tratto rettilineo 112 perpendicolare al piano di simmetria XZ, da un raccordo a gomito 114 e da un secondo tratto rettilineo 116 parallelo all’asse Z.

A valle del condotto 116, si ha il condotto 118. Tale condotto 118 à ̈ rettilineo e parallelo all’asse Z e mette in comunicazione fluida il gruppo di stabilizzazione 110 con l’ambiente esterno all’imbarcazione 10. L’acqua convogliata all’interno dell’impianto di stabilizzazione 20 viene espulsa verso l’esterno attraverso l’uscita 119 che si trova all’estremità inferiore del condotto 118.

Il condotto 118 à ̈ collegato al condotto 116 in modo in sé noto, ad esempio mediante flange bullonate.

Analogamente al gruppo di stabilizzazione 110, il gruppo di stabilizzazione 120, posto sul lato opposto dell’imbarcazione 10 rispetto al piano di simmetria XZ, à ̈ costituito da un primo tratto rettilineo 122 perpendicolare al piano di simmetria XZ, da un raccordo a gomito 124 e da un secondo tratto rettilineo 126 parallelo all’asse Z. A valle del condotto 126, si ha il condotto 128 attraverso la cui estremità inferiore 129 viene espulsa verso l’esterno l’acqua aspirata all’interno dell’impianto di stabilizzazione 20. Nelle figure 3 e 4 sono rappresentate due ulteriori forme di realizzazione dei gruppi di stabilizzazione 110 e 120.

Il gruppo di stabilizzazione 110 raffigurato in figura 3 comprende a valle del raccordo a gomito 114, un primo condotto rettilineo 115, parallelo all’asse Z, di diametro costante.

A valle di tale condotto si ha un convergente 121 che convoglia l’acqua verso un secondo condotto rettilineo 117. Il posizionamento dell’estremità inferiore 119 del condotto 117, rispetto allo scafo dell’imbarcazione 10, sarà ottimizzato al fine di massimizzare il braccio della forza Fs.

Analogamente al gruppo di stabilizzazione 110, il gruppo di stabilizzazione 120 Ã ̈ costituito da un primo condotto rettilineo 125, da un convergente 131 e da un secondo condotto rettilineo 127.

Il gruppo di stabilizzazione 110 raffigurato in figura 4 comprende a valle del raccordo a gomito 114, un raccordo curvo 122. Tale raccordo 122 ha il compito di convogliare l’acqua verso un primo condotto rettilineo 123, inclinato rispetto all’asse Z. A valle del condotto 123, si ha il convergente 124 e il secondo condotto rettilineo 125. Attraverso l’estremità inferiore 119 del condotto 125, l’acqua viene espulsa verso l’esterno lungo una direzione che risulta essere incidente rispetto all’asse Z. Il punto d’uscita del getto d’acqua à ̈ più vicino, rispetto alle forme di realizzazione descritte in precedenza, al piano di simmetria XZ dell’imbarcazione. In questo modo viene aumentato il braccio della forza Fse di conseguenza il momento stabilizzatore.

Analogamente al gruppo di stabilizzazione 110, il gruppo di stabilizzazione 120 Ã ̈ costituito da un condotto curvo 132, da un primo condotto rettilineo 133, da un convergente 134 e da un secondo condotto rettilineo 135.

Nelle figure 5,6,7, 8 e 9 viene illustrata un’ulteriore forma di realizzazione dei gruppi di stabilizzazione 110 e 120. La descrizione che viene fatta di seguito dei componenti del gruppo di stabilizzazione 110 à ̈ da ritenersi valida anche per il gruppo di stabilizzazione 120.

Con riferimento alle figure 5, 6 e 7, il gruppo di stabilizzazione comprende una torretta spara-getti 201. Tale torretta 201 di forma cilindrica può scorrere all’interno di una guida rettilinea 202, inclinata rispetto al piano di simmetria XZ dell’imbarcazione 10 e disposta lungo una direzione parallela ad una pinna stabilizzatrice 200 posta sul fianco dell’imbarcazione 10. Nella parte inferiore della torretta 201 à ̈ predisposta una pluralità di ugelli 203.

Tali ugelli 203 sono allineati tra loro ed hanno il foro d’uscita rivolto verso poppa. Disposti lungo un asse parallelo all’asse della torretta 201, consentono di indirizzare il getto d’acqua in uscita dall’idrogetto 30 verso la superficie portante della pinna stabilizzatrice 200.

La torretta 201 può passare da una configurazione passiva ad una configurazione attiva e viceversa. La configurazione passiva si ha ad imbarcazione in moto, vedi figura 9, la configurazione attiva ad imbarcazione all’ancora, vedi figura 10.

Nella configurazione passiva la torretta à ̈ alloggiata all’interno della guida 202 e non sporge al di fuori dello scafo dell’imbarcazione 10; in tale configurazione l’impianto di stabilizzazione non à ̈ attivo.

Nella configurazione attiva la torretta 201 sporge all’esterno dello scafo dell’imbarcazione 10; in tale configurazione l’impianto di stabilizzazione à ̈ attivo e attraverso gli ugelli, posti nell’estremità inferiore della torretta 201, viene espulsa all’esterno l’acqua aspirata dall’impianto idrogetto 30.

La pinna stabilizzatrice 200 verso cui vengono indirizzati i getti d’acqua in uscita dagli ugelli 203 può essere o una pinna già presente nella struttura dell’imbarcazione, ad esempio una delle pinne usualmente utilizzate per stabilizzare l’imbarcazione durante la navigazione, oppure un pinna dedicata all’impianto di stabilizzazione 20.

L’impianto di stabilizzazione 20 comprende inoltre, con riferimento alla figura 14, un’unità di rilevazione 140 ed un’unità di controllo 130.

L’unità di rilevazione 140, in modo in sé noto, ha il compito di acquisire da sensori, non mostrati nelle figure allegate, parametri relativi al moto dell’imbarcazione 10, come ad esempio l’angolo di rollio Î ̧, la velocità di rollio ∂Π̧/∂t, o l’accelerazione di rollio ∂<2>Î ̧/∂t<2>. Inoltre, tramite i potenziometri 85 e 105, à ̈ in grado di determinare l’angolo di apertura delle valvole 82 e 102.

L’unità di rilevazione 140, infine, comanda l’unità di controllo 130 attraverso la quale vengono azionati i dispositivi attuatori 83 e 103 e il motore 54.

Di seguito verrà descritto brevemente il funzionamento dell’impianto di stabilizzazione 20 secondo l’invenzione.

L’impianto di stabilizzazione 20 può venire azionato nel momento in cui l’imbarcazione 10 su cui à ̈ montato cessa la navigazione e si trova all’ancora, ad esempio all’interno di un porto, di un’insenatura naturale oppure in mare aperto.

Tramite l’unità di controllo 130 viene avviato il motore 54 del gruppo di pompaggio 50 che mette in rotazione la girante della pompa 52.

L’acqua del mare che à ̈ penetrata spontaneamente all’interno della pompa 52 tramite il gruppo di aspirazione 40, essendo la pompa posta ad un livello inferiore rispetto al livello del mare, viene spinta verso l’esterno del corpopompa per effetto della forza centrifuga generata dalla girante.

Il flusso d’acqua accelerato viene inviato dalla pompa 52 verso il condotto forzato 60 e da lì viene suddiviso in due portate uguali che vengono incanalate verso i due gruppi di regolazione 70 e 90.

Se la nave non à ̈ soggetta a nessun moto di rollio Mr, dal momento che la pompa centrifuga 52 à ̈ in grado di lavorare anche se le mandate sono chiuse, i due dispositivi di regolazione 82 e 102 possono essere mantenuti in configurazione chiusa, impedendo al flusso d’acqua aspirato dalla pompa 52 di procedere verso i gruppi di stabilizzazione, 110 e 120. Da notare che in questo modo viene ridotta la rumorosità prodotta dell’intero dispositivo di stabilizzazione e ciò garantisce un maggior confort alle persone che si trovano a bordo.

In un’altra forma di realizzazione, in assenza di moto di rollio Mri due dispositivi di regolazione 82 e 102 possono essere mantenuti in un’identica configurazione di apertura parziale generando così due flussi identici verso i gruppi di stabilizzazione, 110 e 120. Anche in questo caso il momento generato à ̈ nullo, ma i fenomeni dissipativi dovuti alla turbolenza indotta dai getti d’acqua al di sotto dell’imbarcazione, aiutano alla stabilizzazione. Di seguito si farà riferimento alla forma di realizzazione in cui i due dispositivi di regolazione 82 e 102, in assenza di moto di rollio Mr, sono mantenuti in configurazione chiusa.

Non appena l’unità 140 rileva un inclinazione del piano di simmetria dell’imbarcazione XZ attorno all’asse di rollio X, dovuta alla comparsa di un moto di rollio, vengono azionati i dispositivi di regolazione 82 e 102. Nello specifico, con riferimento alla figura 12, se l’imbarcazione 10 à ̈ soggetta ad un moto di rollio Mrche tende a farla ruotare in verso orario, l’unità di rilevazione 140 azionerà, tramite l’attuatore 103, il dispositivo di regolazione 102.

L’apertura del dispositivo 102 fa sì che un getto d’acqua in pressione giunga attraverso il condotto 106 al gruppo stabilizzatore 120 e che da lì, attraverso l’apertura 129, venga espulso in mare.

Come à ̈ noto, secondo il principio della variazione della quantità di moto, il getto d’acqua in uscita genera, in corrispondenza dell’apertura 129, una forza di reazione Fsproporzionale alla velocità d’uscita del getto stesso Vs, alla portata Q e alla densità Ï del fluido, in dettaglio Fs= Ï Ã—Q×Vs.

La forza Fscrea a sua volta un momento stabilizzatore Ms, pari a Ms= Fs×bs, dove bsà ̈ il braccio d’azione della forza Fscalcolato rispetto all’asse di rollio X.

Il momento stabilizzatore Mssi oppone al moto di rollio Mred induce sull’imbarcazione una rotazione antioraria che tende a riportare l’imbarcazione 10 in condizione di equilibrio.

Il valore della forza Fsdipende, per quanto sopra descritto, dalla portata Q che fluisce attraverso il gruppo di stabilizzazione 120 e di conseguenza dal grado di apertura dell’organo di regolazione 102.

Con la valvola 102 in configurazione tutta aperta, e la simmetrica valvola 82 chiusa, si ottiene il massimo valore della forza stabilizzatrice Fs, essendo massima la portata Q che fluisce attraverso il gruppo di stabilizzazione 120 ed essendo massima anche la velocità di uscita Vsdel getto d’acqua.

Valori intermedi di forza stabilizzatrice possono essere ottenuti parzializzando la portata che fluisce verso il gruppo di stabilizzazione 120, azionando opportunamente l’organo di regolazione 102.

L’unità di rilevazione 140, una volta ricevuto almeno un parametro relativo al moto dell’imbarcazione, ha infatti il compito di determinare qual à ̈ il valore della forza Fsche deve essere generato per creare un momento stabilizzatore Msche neutralizzi il moto di rollio Mragente sull’imbarcazione 10.

Ipotizzando Fspari a Mr/bs, si ottiene che il dispositivo di regolazione 102 deve consentire, trascurando le perdite di carico che si registrano lungo l’impianto di stabilizzazione 20, il fluire all’interno del gruppo di stabilizzazione 120 di una portata Q pari a [(Mr×As)/( bsÃ—Ï )]<1/2>, dove con Assi indica la sezione trasversale dell’uscita 129.

In modo analogo, con riferimento alla figura 13, se l’imbarcazione 10 à ̈ soggetta ad un moto di rollio Mrche tende a farla ruotare in verso antiorario, l’unità di rilevazione 140 aziona, tramite l’attuatore 83, il dispositivo di regolazione 82.

L’apertura del dispositivo 82 fa sì che un getto d’acqua in pressione giunga attraverso il condotto 86 al gruppo stabilizzatore 110 e che da lì, attraverso l’apertura 119, venga espulso in mare.

Viene anche in questo caso generata una forza Fsproporzionale alla portata Q e alla velocità d’uscita Vs. Tale forza Fscrea, rispetto all’asse di rollio X, un momento Msche agisce in verso orario e che si oppone al moto di rollio registrato dall’unità di rilevazione 140.

Come descritto in precedenza, il moto di rollio di un’imbarcazione à ̈ per sua natura un moto oscillatorio, di conseguenza sull’imbarcazione 10 agiscono alternativamente un moto di rollio Mrorario e un moto di rollio Mrantiorario.

Pertanto, durante il normale funzionamento dell’impianto 20, le fasi di stabilizzazione descritte in precedenza si susseguono una all’altra: vengono generati alternativamente momenti stabilizzatori Msantiorari ed orari, con l’obiettivo di mantenere l’imbarcazione in equilibrio.

Il funzionamento dell’impianto di stabilizzazione 20 illustrato nelle figure 5, 6, 7, 8, 9, à ̈ analogo a quanto descritto in precedenza relativamente alla fase di rilevazione dei moti della nave e di azionamento dei dispositivi di regolazione del flusso. Presenta invece delle peculiarità per quanto riguarda il funzionamento dei due gruppi di stabilizzazione 110 e 120.

Da segnalare che nel momento in cui l’imbarcazione cessa la navigazione, tramite l’unità di rilevazione 130, vengono azionati sia il motore di azionamento 54 della pompa 52, sia il dispositivo di traslazione che consente alle torrette spara-getti 201, poste in corrispondenza dei fianchi dell’imbarcazione 10, di scorrere lungo le rispettive guide 202.

Le torrette 201 passano dalla configurazione passiva alla configurazione attiva.

Se la nave non à ̈ soggetta a nessun moto di rollio Mr, i due dispositivi di regolazione 82 e 102 sono mantenuti in configurazione chiusa, impedendo al flusso d’acqua aspirato dalla pompa 52 di procedere verso i gruppi di stabilizzazione 110 e 120.

In una seconda forma di realizzazione, in modo analogo a quanto descritto in precedenza, i due dispositivi di regolazione 82 e 102 possono essere mantenuti in un’identica configurazione di apertura parziale generando così due flussi identici verso i gruppi di stabilizzazione 110 e 120.

Di seguito si farà riferimento alla forma di realizzazione in cui i due dispositivi di regolazione 82 e 102, in assenza di moto di rollio Mr, sono mantenuti in configurazione chiusa.

Non appena l’unità di rilevazione 140 rileva un moto di rollio dell’imbarcazione, come descritto in precedenza, tramite l’unità di controllo 130 viene azionato il dispositivo di regolazione, 82 o 102; l’acqua fluisce verso i gruppi di stabilizzazione 110 o 120.

In questo caso, però, dall’impianto di stabilizzazione non viene più espulso un unico getto d’acqua. La portata fluita attraverso il dispositivo di regolazione, 82 o 102, infatti, viene suddivisa in una pluralità di getti, il cui numero à ̈ pari al numero di ugelli 203 disposti sulla torretta spara-getti 201. I getti d’acqua vengono indirizzati sulla superficie portante di una pinna stabilizzatrice 200 posta in prossimità della torretta spara-getti 201.

La direzione di uscita di tali getti risulta essere parallela all’asse di rollio X e pertanto la forza stabilizzatrice Fsche si viene a creare in base al principio della variazione della quantità di moto non genera più un momento stabilizzante analogo a quanto descritto in precedenza Ms, dal momento che à ̈ nullo il relativo braccio della forza bs.

I getti d’acqua, però, investendo la superficie portante della pinna 200 permettono di sfruttare la portanza della pinna stessa.

Infatti i getti d’acqua che scorrono sopra il profilo superiore della pinna stabilizzatrice 200 acquistano velocità, ed esercitano una pressione minore di quella prodotta dall’acqua del mare che staziona al di sotto della pinna stessa.

Sopra la pinna 200 si crea di conseguenza una depressione mentre nella parte sottostante si sviluppa una pressione; la portanza risultante genera a sua volta un momento stabilizzante Msche può opporsi al moto di rollio Mra cui à ̈ soggetta l’imbarcazione.

Come apparirà chiaro alla persona esperta, la stabilizzazione di un’imbarcazione all’ancora consente alle persone che si trovano a bordo di non risentire degli effetti del mal di mare. Questo permette una migliore qualità della vita a bordo, garantendo un elevato confort.

Alle forme di realizzazione dell’impianto di stabilizzazione 20 descritte sopra la persona esperta potrà, al fine di soddisfare specifiche esigenze, apportare modifiche e/o sostituzioni di elementi descritti con elementi equivalenti, senza per questo uscire dall’ambito delle rivendicazioni allegate.

Claims (12)

1. RIVENDICAZIONI 1. Impianto (20) per la stabilizzazione di un’imbarcazione (10) avente un asse di rollio (X), comprendente: − almeno un dispositivo di rilevazione (140) adatto a rilevare almeno un parametro collegato al moto dell’imbarcazione (10) rispetto all’asse di rollio (X); − un’unità di controllo (130) adatta ad elaborare l’almeno un parametro fornito dal dispositivo di rilevazione (140); caratterizzato dal fatto di comprendere inoltre almeno un apparato idrogetto (30) adatto a generare, sulla base dei dati ricevuti dall’unità di controllo (130), un getto d’acqua che dà origine ad una forza (Fs) il cui momento, calcolato rispetto all’asse di rollio (X), si oppone al moto di rollio (Mr) dell’imbarcazione (10).
2. 2. Impianto (20) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il getto d’acqua generato dall’apparato idrogetto (30) e che dà origine alla forza (Fs), viene espulso all’esterno dell’imbarcazione (10) mediante due gruppi di stabilizzazione (110, 120) posti tra loro simmetricamente rispetto ad un piano verticale di simmetria dell’imbarcazione stessa (10).
3. 3. Impianto (20) secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che ciascuno dei due gruppi di stabilizzazione (110, 120) comprende una torretta spara-getti (201); su detta torretta spara-getti (201) essendo predisposta una pluralità di ugelli (203).
4. 4. Impianto (20) secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detta torretta spara-getti (201) può traslare all’interno di una guida (202) così da passare da una configurazione passiva, in cui à ̈ alloggiata all’interno dello scafo dell’imbarcazione (10), ad una configurazione attiva, in cui à ̈ disposta all’esterno dell’imbarcazione (10) e viceversa.
5. 5. Impianto (20) secondo la rivendicazione 3 o 4, caratterizzato dal fatto che a ciascuna di dette torrette spara-getti (201) à ̈ associata una pinna stabilizzatrice (200); gli ugelli (203) di dette torrette spara-getti (201) essendo adatti ad indirizzare il getto d’acqua generato dall’impianto idrogetto (30), verso la superficie portante di detta pinna (200).
6. 6. Impianto (20) secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che l’apparato idrogetto (30) comprende due dispositivi di regolazione (82, 102) adatti a regolare la portata del getto d’acqua generato dall’apparato idrogetto (30), detti dispositivi (82, 102) potendo passare da una configurazione tutto aperto ad una configurazione tutto chiuso attraverso configurazioni intermedie, e viceversa.
7. 7. Impianto (20) secondo la rivendicazione 6, in cui ciascuno di detti dispositivi di regolazione di flusso (82, 102) comprende una valvola a farfalla.
8. 8. Impianto (20) secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che a ciascuna valvola a farfalla (82, 102) Ã ̈ associato un potenziometro (85, 105) adatto ad acquisire il grado di apertura della valvola stessa.
9. 9. Impianto (20) secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che l’apparato idrogetto (30) comprende un gruppo d’aspirazione (40) adatto a convogliare all’interno dell’apparato idrogetto (30) l’acqua aspirata all’esterno dell’imbarcazione (10).
10. 10. Impianto (20) secondo la rivendicazione 9, in cui un ingresso (42) del gruppo d’aspirazione (40) à ̈ posizionato in corrispondenza del paramezzale centrale dell’imbarcazione (10).
11. 11. Metodo per la stabilizzazione di un’imbarcazione avente un asse di rollio, comprendente le fasi di: − Rilevare, mediante un dispositivo di rilevazione (140) , almeno un parametro collegato al moto dell’imbarcazione (10) rispetto all’asse di rollio (X); − Elaborare, mediante un’unità di controllo (130), l’almeno un parametro fornito dal dispositivo di rilevazione (140); − Generare, mediante un apparato idrogetto (30) e sulla base dei dati ricevuti dall’unità di controllo (130), un getto d’acqua che dà origine ad una forza (Fs) il cui momento, calcolato rispetto all’asse di rollio (X), si oppone al moto di rollio (Mr) dell’imbarcazione (10).
12. 12. Metodo per la stabilizzazione di un’imbarcazione (10) secondo la rivendicazione 11, in cui il getto d’acqua generato viene indirizzato su superfici portanti (200) predisposte ai lati dell’imbarcazione (10) in modo che la portanza generata dia origine ad un momento, calcolato rispetto all’asse di rollio (X), che si oppone al moto di rollio (Mr) dell’imbarcazione (10).