ITPI20090048A1 - Barca a vela a portanza variabile - Google Patents

Description

Descrizione a corredo della domanda di brevetto per invenzione industriale dal titolo:

BARCA A VELA A PORTANZA VARIABILE

Ambito dell’invenzione

La presente invenzione riguarda il settore tecnico delle barche a vela. In particolare si riferisce ad una tipologia di barca a vela da regate, gare e tempo libero in genere sulle quali è prevista la possibilità di un controllo della portanza generata dal vento anche durante tutta la navigazione.

Brevi cenni alla tecnica nota

Sono ormai da tempo note barche a vela specificatamente progettate per gare e regate in genere. Dato lo specifico settore tecnico al quale sono destinate, è fondamentale che la loro progettazione sia finalizzata alla realizzazione di un profilo (sia velico che di scafo) che ottimizzi nel complesso le prestazioni in tutte le condizioni di mare, senza però per questo ledere la sicurezza.

Come ben noto, la forza del vento che agisce sulla vela è responsabile dell’avanzamento dell’imbarcazione e può essere scomposta in tre componenti principali.

Una prima componente, denominata spinta S, risulta parallela alla direzione di avanzamento dell’imbarcazione.

Tale forza è direttamente proporzionale alla proiezione della vela rispetto ad un piano trasversale rispetto all’imbarcazione stessa (ciò accade per angoli di lasco fino a 30-35 gradi), ed in particolare un piano ortogonale alla direzione di avanzamento dell’imbarcazione. In tal senso è dunque evidente come un aumento della superficie velica implichi un aumento della superficie velica proiettata su tale piano e dunque, a parità di angolo di lasco e di vento, un aumento notevole di spinta finale. Di contro, come ben noto, la spinta crea un effetto negativo di beccheggio che causa l’affondamento della prua, specialmente in condizioni di mare fortemente ondoso. E’ infatti noto come il punto di applicazione della componente spinta corrisponda sostanzialmente al baricentro velico. Si viene dunque a creare un braccio che misura la distanza tra il punto applicativo della forza e la linea di galleggiamento dell’imbarcazione e, conseguenzialmente, un momento di beccheggio. Allo stato attuale, tale effetto indesiderato può essere controllato agendo e variando l’angolo di lasco della vela.

Una seconda componente della forza del vento, del tutto indesiderata, risulta invece ortogonale al piano longitudinale della barca. Questa ultima è denominata rollio R ed è la causa del ribaltamento su di un fianco dell’imbarcazione. Anche questa componente di forza è approssimativamente applicata nel baricentro velico e, per quanto già precedentemente spiegato, viene dunque a crearsi un braccio di applicazione della forza che determina il ribaltamento.

Anche questa ulteriore componente indesiderata della forza, allo stato attuale può essere controllata solo parzialmente agendo sull’angolo di lasco e sulla curvatura o pancia della vela.

Una terza componente della forza, estremamente importante e dagli effetti sostanzialmente positivi è la portanza P. La portanza agisce sempre sul baricentro velico ma è diretta verso l’alto. Tale forza risulta sostanzialmente proporzionale alla proiezione della superficie velica su di un piano parallelo al piano dell’acqua. Anche in questo caso è dunque evidente come un aumento della superficie velica (e dunque della eventuale proiezione) implichi un aumento di portanza.

Come detto, gli effetti di tale forza sono estremamente importanti per garantire all’imbarcazione prestazioni elevate. Una buona portanza determina infatti un sollevamento dell’imbarcazione rispetto alla sua linea di galleggiamento e dunque consente alla stessa di planare facilmente, una volta superate predeterminate velocità di soglia. Maggiore è la portanza e minore sarà proporzionalmente la velocità necessaria a consentire all’imbarcazione di planare. Questo si traduce nel fatto concreto che, per valori elevati di portanza, è sufficiente una spinta inferiore per consentire all’imbarcazione di planare sull’acqua.

E’ dunque evidente come un controllo tale da consentire uno sfruttamento ottimale di tale componente di forza conferisca alle imbarcazioni la capacità di planare anche in condizioni in cui il vento è di bassa intensità.

Il controllo della portanza è importante non solo in termini di prestazioni ma anche di sicurezza. Un vento eccessivo può implicare una portanza talmente elevata da causare un sollevamento dell’imbarcazione tale da rendere difficoltoso il suo controllo. E’ evidente come tale condizione sia di forte rischio per l’equipaggio. In condizioni ordinarie la soluzione è quella di variare l’angolo di lasco in modo da diminuire il vento intrappolato e con esso tutte le componenti di forza (Spinta, Rollio e Portanza). E’ evidente come tale soluzione determini un limite invalicabile al superamento di predeterminate prestazioni. In casi estremi l’unica soluzione a tale problema è quella addirittura di ammainare definitivamente le vele e rientrare lentamente in porto.

Nonostante, da quanto sopra descritto, appaia estremamente fondamentale il controllo della portanza, allo stato attuale non esiste un dispositivo o comunque una imbarcazione che consenta, in qualche maniera, un controllo della stessa. L’albero è infatti sostanzialmente fisso e il tutto si riflette dunque con conseguenze che vanno dalla perdita di prestazioni a condizioni di rischio per l’equipaggio. Allo stato attuale l’unico settaggio cinematico attualmente praticabile sull’albero implica una minima inclinazione dello stesso esclusivamente verso la poppa o la prua. Tali minime inclinazioni sono rese possibili grazie alla “scassa” utilizzata per realizzare la connessione dell’albero allo scafo. Questa comprende una semplice guida rettangolare entro cui è inserita con interferenza la base dell’albero. I tiranti provvedono poi a schiacciare la base dell’albero verso la base della scassa sorreggendolo nella posizione prescelta. Tuttavia è evidente come una tale connessione implichi esclusivamente un settaggio iniziale di inclinazione minimo e che non può più essere cambiato durante la navigazione. Inoltre, essendo tale settaggio limitato alla sola posizione verso poppa o prua e non in posizioni laterali, esso non ha sostanzialmente alcun effetto di controllo sulla portanza, la quale dunque non può attualmente né essere controllata né tantomeno modificata durante la navigazione.

Sintesi dell’invenzione

È quindi scopo della presente invenzione fornire una barca a vela in genere che risolva i suddetti inconvenienti.

In particolare è scopo della presente invenzione fornire una barca a vela che consenta di modificare il valore della portanza agente sulla vela durante la navigazione, consentendo così un controllo della stessa.

E’ dunque scopo della presente invenzione fornire una barca a vela che consenta, a parità di vento, di aumentare o diminuire il valore della portanza agente sulla vela durante la navigazione sino a renderla perfino deportante.

Questi e altri scopi sono ottenuti con la presente barca a vela (1) comprendente uno scafo (2) e un albero (3) di supporto per almeno una vela (4, 5) ed in cui l’albero è incernierato allo scafo in modo tale da rendere variabile il suo angolo di inclinazione rispetto alla superficie dello scafo (angolo di Camber) e variare così la portanza agente sulla vela in funzione della suddetta inclinazione.

In tal maniera, grazie ad una semplice connessione ad incernieramento dell’estremo dell’albero con lo scafo, è possibile ruotare l’albero con inclinazioni variabili. Le inclinazioni possono essere tali da consentire un passaggio addirittura da una posizione a camber negativo ad una posizione a camber positivo e viceversa. Nel caso di camber positivo si intende una inclinazione dell’albero tale da generare una portanza positiva che solleva l’imbarcazione mentre un camber negativo indica una inclinazione tale da determinare deportanza. Tale controllo del Camber è estremamente benefico anche in termini di sicurezza oltre che di prestazioni. In tal caso è dunque possibile annullare la portanza o addirittura renderla negativa consentendo all’imbarcazione di schiacciarsi verso il pelo dell’acqua nel caso in cui questo si renda necessario.

Contrariamente, in caso di condizioni di scarso vento, è possibile inclinare l’albero a camber positivo in modo tale da aumentare la superficie proiettata rispetto al piano parallelo al piano dell’acqua e dunque aumentare il valore di portanza. In tal caso l’imbarcazione potrà essere in grado di planare anche con poco vento.

Inoltre la variazione dell’angolo di Camber ha un duplice effetto positivo. Oltre che aumentare o diminuire la portanza ha infatti un effetto di riduzione del rollio. L’inclinazione dell’albero determina conseguenzialmente una riduzione dell’area proiettata rispetto al piano longitudinale e un abbassamento del baricentro velico. Il tutto si traduce dunque in una riduzione dell’effetto di rollio. Ad esempio, in condizione di forte vento e’ possibile dare camber negativo alla vela in modo tale da generare deportanza e garantire la controllabilità’ della barca riducendo allo stesso tempo il rollio senza precludere la spinta.

A tal scopo sono dunque previsti mezzi di connessione (7; 107) per incernierare l’albero allo scafo.

In accordo con una possibile soluzione costruttiva, i mezzi di connessione comprendono almeno un giunto sferico (8, 9) o similari.

In particolare il giunto sferico comprende una sede concava (9) e una sfera (8) predisposta al suo interno in maniera girevole.

La sfera può dunque ruotare di 360 gradi rispetto alla sede entro cui è inserita.

Vantaggiosamente l’albero (3) è connesso rigidamente alla sfera. In tal maniera l’albero risulta mobile in corrispondenza della rotazione della sfera. Naturalmente il giunto sferico è connesso allo scafo (2), ad esempio a mezzo viti o similari.

In accordo con una possibile soluzione costruttiva, l’albero (3) può essere passante attraverso tutto il diametro della sfera. In tal caso, allora, la sede (9) sarà cava.

Una soluzione alternativa può prevedere invece un piedino (107) di collegamento all’albero (3) e comprendente una giunzione (108) in gomma o similari entro cui si inserisce l’albero (3).

La deformazione in flessione della giunzione in gomma consente di girare l’albero come se questo fosse di fatto incernierato allo scafo.

Allo scopo di poter governare l’angolo di camber durante tutta la navigazione sono allora sono previsti ulteriormente mezzi di regolazione (12) per consentire di comandare una rotazione laterale dell’albero rispetto allo scafo.

Infatti, sebbene l’incernieramento consenta teoricamente regolazioni angolari a 360 gradi, i tiranti tradizionali da tecnica nota che bloccano l’albero dalla parte della poppa e della prua fanno si che i suddetti mezzi possano muovere l’albero secondo una inclinazione sostanzialmente laterale (verso destra o sinistra).

In particolare, detti mezzi di regolazione (11, 12) comprendono:

− Almeno due tiranti (13) connessi all’albero in modo da esercitare un’azione di tiraggio su detto albero contemporaneamente su due direzioni contrapposte;

− Almeno un dispositivo di tensionamento (15) per esercitare detta azione di tiraggio sull’albero attraverso i due tiranti, detto dispositivo di tensionamento (15);

− Almeno due rinvii (14) rispettivamente predisposti ognuno su due lati opposti dell’albero, detti rinvii guidando i tiranti dall’albero verso il dispositivo di tensionamento.

Vantaggiosamente il dispositivo di tensionamento (15) comprende un argano.

La direzione dei tiranti (13) e il posizionamento delle carrucole o rinvii 14 consente dunque una movimentazione sostanzialmente laterale verso destra o sinistra.

Senza allontanarsi dal presente concetto inventivo, è anche possibile prevedere un albero (3) per barca a vela, detta barca a vela comprendendo almeno uno scafo (2) in cui l’albero è configurato in modo tale da consentire una connessione allo scafo di tipo incernieramento in modo tale da risultare inclinabile rispetto alla superficie dello scafo.

Breve descrizione dei disegni

Ulteriori caratteristiche e i vantaggi della presente barca a vela, secondo l’invenzione, risulteranno più chiaramente con la descrizione che segue di una sua forma realizzativa, fatta a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento ai disegni annessi, in cui: − la figura 1, figura 2 e figura 3 mostrano viste complessive della barca e della vela su cui agiscono le componenti di forza del vento;

− La figura 4 mostra un albero a camber nullo come da tecnica nota;

− La figura 5 mostra una variazione di angolo dell’albero verso poppa o prua in accordo con la tecnica nota;

− e figura 6 mostra un albero su cui si varia l’angolo di camber in accordo con la presente invenzione;

− Le figure dalla 7 e 8 mostrano gli effetti tecnici di una variazione di angolo di camber;

− Le figure dalla 9 alla 11 mostra una prima forma realizzativa di connessione dell’albero allo scafo in modo da variare l’angolo di camber;

− La figura 12 mostra una seconda forma realizzativa soluzione di connessione dell’albero allo scafo;

− Figura 13 e 14 mostrano i mezzi per comandare la variazione dell’angolo di camber durante la navigazione; − La figura 15 mostra una vista frontale di un cambio di angolo di camber tale da avere un effetto deportante sulla vela;

Descrizione di una forma realizzativa preferita Con riferimento alla figura 1, una barca a vela 1 comprende essenzialmente uno scafo 2 ed un albero 3 che funge da supporto per la vela (4, 5). La figura, in accordo con la tecnica nota, rappresenta a scopo di chiarezza le suddette tre componenti di forza che agiscono su di essa e già descritte nel preambolo di tecnica nota. E’ dunque rappresentata la portanza P, la componente del rollio R e la spinta S, tutte applicate sostanzialmente nel baricentro velico. La vela rappresentata in figura comprende, per ragioni di completezza descrittiva, una randa 4 ed un fiocco 5. La figura 2, per maggiore chiarezza, rappresenta ulteriormente una vista frontale della vela e una vista laterale con la portanza applicata in corrispondenza del baricentro velico mentre la figura 3 mostra una vista dall’alto. La vista dall’alto dell’imbarcazione, galleggiante sul pelo di acqua, evidenzia dunque l’inclinazione della vela e la componente P uscente perpendicolarmente dal piano dell’acqua (rappresentata con un tondino). L’intensità della portanza è dunque proporzionale all’area della vela proiettata su di un ipotetico piano orizzontale 6 predisposto al di sopra dell’imbarcazione.

A tal scopo la figura 4 indica la nota configurazione delle attuali imbarcazioni in cui l’albero 3 ha un angolo di camber non variabile e inizialmente predisposto in modo da risultare nullo. Come infatti mostrato dalla figura 5, allo stato attuale, è possibile solo una minima regolazione dell’albero verso poppa o prua settabile solo prima della navigazione e che poi rimane fissa. In tal caso, tornando dunque alla figura 4, l’area proiettata sul piano sovrapposto 6 avrà un predeterminato valore fisso dipendente essenzialmente dal fiocco e dalla pancia della randa. Sempre la figura 4 mostra il piano 6 visto dall’alto con l’area proiettata A campita e la portanza P applicata. Naturalmente la lunghezza dell’area si estende per tutta la lunghezza proiettata della vela.

In accordo con la presente invenzione, come descritto da figura 6, lo scafo e l’albero sono rispettivamente combinati tra loro in modo tale che l’albero risulti mobile angolarmente in modo tale da poter regolare il camber. In particolare l’albero risulta incernierato allo scafo in modo tale da consentire di inclinarlo di predeterminati angoli rispetto alla superficie dello scafo, e in particolar modo di inclinarlo lateralmente rispetto allo scafo, come meglio spiegato nel seguito. La figura 6 in oggetto dà una chiara rappresentazione di tale inclinazione laterale. Una volta fissata la posizione dell’albero rispetto alla poppa e alla prua, come indicato in figura 5, è possibile inclinare l’albero a piacimento verso il fianco dello scafo in modo da variare il camber e dunque la portanza durante la navigazione. Solo a titolo di esempio la figura 6 mostra una inclinazione laterale verso il fianco destro della vela. Gli effetti tecnici di tale inclinazione sono chiariti dalla figura 7 in cui è rappresentato il piano ideale sovrapposto allo scafo e su cui si proietta l’area della vela. E’ in tal caso evidente come una inclinazione nel verso della freccia aumenti l’area proiettata A1 (vedi area campita) la quale è maggiore rispetto alla precedente area A di figura 4. Questo inevitabilmente comporta un forte aumento del valore di portanza.

La figura mostra dunque una inclinazione su di un fianco che rappresenta l’aumento dell’angolo di camber.

La figura 8, a scopo di chiarezza, mostra ulteriormente la possibilità di inclinazione laterale che serve a portare l’albero da una posizione ortogonale al piano di galleggiamento dello scafo ad una posizione inclinata e viceversa. Dalla figura 8 è dunque evidente anche l’effetto benefico ulteriore di riduzione del rollio. La rotazione dell’albero 3 dalla posizione verticale a una posizione inclinata generica riduce l’altezza complessiva di proiezione della vela da un valore h ad un valore h1. Tale riduzione di altezza implica dunque una riduzione dell’area della vela proiettata sul piano longitudinale, un abbassamento del baricentro velico e dunque una riduzione di effetto indesiderato di rollio.

La connessione mobile tra albero e scafo è dunque realizzata tramite mezzi di incernieramento (7; 107) schematicamente indicati in figura dalla 7 alla 10. In tal caso le figure dalla 9 alla 11 schematizzano una possibile soluzione costruttiva con connessione a giunto sferico 7. Una sfera 8 è dunque fissata in modo girevole all’interno della sua sede concava 9. La sede 9 è fissata allo scafo, ad esempio a mezzo viti, incollaggio o sistemi similari e comunque idonei a sopportare l’azione corrosiva dell’acqua. La figura 9 mostra una sezione A-A per evidenziare la sezione dello scafo con l’albero e i suddetti mezzi di incernieramento 7 montati. La sfera 8 è poi connessa alla base dell’albero 3 in modo da realizzare la connessione ad incernieramento. In tal maniera, come rappresentato in figura 8, l’albero ha una libertà di rotazione praticamente di 360 gradi tale da poter percorrere un cono 10 di predeterminata apertura.

Le soluzioni di connessione dell’albero al giunto sferico possono essere molteplici. Solo a titolo di esempio la figura 10 schematizza una ulteriore soluzione in cui la base dell’albero 3 è passante attraverso la sfera in modo tale da avere maggiore stabilità. In tal senso dunque la sede concava dovrà anche essa essere cava per consentire il passaggio dell’albero. In tal caso l’apertura conica 11 è limitata dal foro di passaggio realizzato nel supporto.

Alternativamente soluzione equivalenti possono comunque essere utilizzate. Ad esempio (vedi figura 12) è possibile prevedere un piedino 107 di collegamento all’albero 3 avente una giunzione 108 interamente in gomma ed entro cui si inserisce l’albero. Il piedino è poi connesso allo scafo per mezzo di una comune scassa, ovvero una guida longitudinale di sezione quadrangolare entro cui si fissa a mezzo di un perno con dado 109. La giunzione in gomma 108 ha una rigidità sufficiente per sorreggere l’albero ma può essere inflessa per deformazione in modo da variare l’angolazione. Sempre la figura 12, per chiarezza, mostra in linea sottile tratteggiata una inflessione della giunzione 108 in gomma.

La regolazione angolare può poi essere realizzata tramite mezzi di regolazione 12 combinati dunque con i suddetti incernieramenti. Come ad esempio rappresentato in figura 13, due tiranti 13 sono connessi all’albero 3 e passanti attraverso almeno due rinvii anteriori 14 predisposti lateralmente allo scafo e in corrispondenza dei fianchi dell’albero. La figura 13 si limita a rappresentare la sola sezione dell’albero ove avviene il collegamento ai tiranti e generalmente predisposta a circa 3, 5 metri dallo scafo. Altri rinvii aggiuntivi (in numero complessivo ad esempio di quattro) conducono i tiranti sino ad un dispositivo di tensionamento 15. I rinvii 14 sono generalmente carrucole mentre il dispositivo di tensionamento è generalmente un argano 15 tipo wincher.

In uso è dunque possibile, durante la navigazione, operare sui mezzi 12 per passare, a seconda delle esigenze, da condizioni ad inclinazione portante a condizioni di inclinazione deportante e viceversa.

L’equipaggio può dunque agire sulla leva del wincher tirando l’albero attraverso le carrucole da un lato e rilasciandolo dal lato opposto e operando dunque una inclinazione laterale dell’albero nella direzione indicata dalla freccia 16 di figura 13.

La figura 14, solo a titolo di esempio, mostra ulteriormente un tiraggio del tirante tale da inclinare l’albero lateralmente in modo da rendere la vela deportante. La figura 15, chiarisce la suddetta inclinazione con una vista laterale in cui si evidenzia tale rotazione che inclina l’albero verso sinistra (per l’osservatore posto a poppa). In tal caso si crea, in accordo con la direzione ipotetica del vento, l’effetto deportante.

E’ adesso evidente come siano stati raggiunti tutti gli scopi prefissati dalla presente invenzione. In particolare è evidente come i suddetti mezzi di connessione in combinazione con l’incernieramento consentano un collegamento mobile tra albero e scafo in modo tale da poter variare la sua posizione angolare e, dunque, variare l’angolo di camber durante la navigazione e con esso la portanza delle vele.

La descrizione di cui sopra di una forma realizzativa specifica è in grado di mostrare l’invenzione dal punto di vista concettuale in modo che altri, utilizzando la tecnica nota, potranno modificare e/o adattare in varie applicazioni tale forma realizzativa specifica senza ulteriori ricerche e senza allontanarsi dal concetto inventivo, e, quindi, si intende che tali adattamenti e modifiche saranno considerabili come equivalenti della forma realizzativa specifica. I mezzi e i materiali per realizzare le varie funzioni descritte potranno essere di varia natura senza per questo uscire dall’ambito dell’invenzione. Si intende che le espressioni o la terminologia utilizzate hanno scopo puramente descrittivo e per questo non limitativo.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Barca a vela (1) comprendente uno scafo (2) e un albero (3) di supporto per almeno una vela (4, 5) e caratterizzata dal fatto che l’albero è incernierato allo scafo in modo tale da rendere variabile il suo angolo di inclinazione rispetto alla superficie dello scafo per variare la portanza.
2. 2. Barca a vela, secondo rivendicazione 1, in cui sono previsti mezzi di connessione (7; 107) per incernierare l’albero allo scafo.
3. 3. Barca a vela, secondo rivendicazione 2, in cui detti mezzi di connessione comprendono almeno un giunto sferico (8, 9) o similari.
4. 4. Barca a vela, secondo rivendicazione 3, in cui detto giunto sferico comprende una sede concava (9) e una sfera (8) predisposta al suo interno in maniera girevole.
5. 5. Barca a vela, secondo rivendicazione 4, in cui l’albero (3) è connesso a detta sfera (8) in modo tale da risultare girevole in corrispondenza della rotazione della sfera, detto giunto sferico essendo connesso allo scafo (2).
6. 6. Barca a vela, secondo rivendicazione 5, in cui l’albero (3) è passante attraverso l’intero diametro della sfera.
7. 7. Barca a vela, secondo rivendicazione 2, in cui detti mezzi (7; 107) comprendono un piedino (107) di collegamento all’albero (3) e comprendente una giunzione (108) in gomma entro cui si inserisce detto albero (3).
8. 8. Barca a vela, secondo rivendicazione 1, in cui sono previsti ulteriormente mezzi di regolazione (12) per consentire di comandare una rotazione sostanzialmente laterale dell’albero rispetto allo scafo.
9. 9. Barca a vela, secondo rivendicazione 8, in cui detti mezzi di regolazione (12) comprendono: − Almeno due tiranti (13) connessi all’albero in modo da esercitare un’azione di tiraggio su detto albero contemporaneamente su due direzioni contrapposte; − Almeno un dispositivo di tensionamento (15) per esercitare detta azione di tiraggio sull’albero attraverso detti due tiranti, detto dispositivo di tensionamento (15) comprendendo almeno un argano o similari. − Almeno due rinvii (14) rispettivamente predisposti ogni uno su due lati opposti rispetto all’albero, detti rinvii guidando detti tiranti dall’albero verso il dispositivo di tensionamento.
10. 10. Albero (3) per barca a vela, detta barca a vela comprendendo almeno uno scafo (2) e caratterizzato dal fatto che l’albero è configurato in modo tale da consentire una connessione allo scafo di tipo incernieramento in modo tale da risultare inclinabile rispetto alla superficie dello scafo.