Stazza di uno yacht a vela
Gia agli albori dello sport della vela, ci si rese conto che imbarcazioni dalle caratteristiche strutturali molto diverse (in particolare riguardo la lunghezza al galleggiamento, il baglio massimo, la stazza lorda e la superficie velica) presentavano rendimenti molto diversi, il che rendeva impossibile il confronto diretto in una competizione sportiva vera e propria [37,38,39]. Mentre, infatti, la velocità massima teorica di altri mezzi di locomozione (si pensi per esempio all’automobile) non dipende direttamente dalle loro dimensioni, i limiti imposti dall’idrodinamica legano in maniera indissolubile la velocità massima teorica di un’imbarcazione alla sua lunghezza al galleggiamento.
Fin dall’inizio si pensò di ovviare a questa disparità di prestazioni applicando una penalità, o
handicap, espressa come intervallo di tempo commisurato alle caratteristiche strutturali che
mostravano di avere una rilevante influenza sulla performance dello yacht. La penalità veniva aggiunta al tempo effettivamente impiegato dall’imbarcazione strutturalmente favorita per effettuare il percorso di regata, detto tempo reale; la somma dei tempi permetteva di redigere la classifica ed identificare il vincitore della competizione. Il primo standard di misurazione per il calcolo delle penalità fu la cosiddetta “Regola del Tamigi” (Thames Measurement Rule), introdotta nel 1854; essa legava la penalità alla stazza dello yacht. Negli anni successivi si svilupparono molti altri standard che facevano riferimento ad altre caratteristiche degli yacht.
Tutto questo fermento nel mondo dello yachting portò ad una rapida evoluzione delle imbarcazioni con cui venivano effettuate le regate: queste non si svolgevano più con imbarcazioni nate per altri scopi ed adattate alle competizioni, e gli architetti navali iniziarono a progettare meravigliosi yacht da regata, estremamente efficienti, veloci, potenti e maneggevoli in tutte le situazioni meteorologiche. Ma se dal un lato queste erano ottime imbarcazioni da regata, non altrettanto poteva dirsi delle loro qualità come imbarcazioni adibite al diporto.
Per ovviare alle tendenze manifestate dai progettisti, la Yacht Racing Association (YRA) inglese sviluppò, nel 1896, la prima formula di compenso lineare. Con questo sistema si passava dal concetto di penalità a quello di compenso, o rating; ne risultava un fattore (chiamato, appunto, “compenso”), diverso per ogni imbarcazione, che andava moltiplicato per il tempo reale per ottenere il cosiddetto tempo compensato, quello effettivamente usato per stilare la classifica.
Tuttavia la “regola lineare” non portò i risultati sperati e i vari sistemi di misurazione, che frammentavano il mondo delle regate veliche, continuarono a proliferare.
Nei decenni successivi le varie filosofie di compensazione dei tempi presero strade sempre più lontane tra loro. Mentre negli Stati Uniti nacquero metodi e regole che avevano l’esplicito obiettivo di sfavorire i progetti che presentavano uno scarso livello di sicurezza, sull’altra sponda dell’atlantico si tendeva ad accettare lo sviluppo di imbarcazioni sempre più orientate alla competizione. Ne soffrì però la sicurezza delle stesse competizioni, come divenne drammaticamente evidente durante la regata del Fastnet del 1969, quando diciotto imbarcazioni si rovesciarono e perirono quindici regatanti. A seguito di questa tragedia, nel Novembre del 1969, venne istituito l’Offshore Racing Counsil (ORC) che introdusse la Regola Internazionale d’Altura, più nota come IOR (International Offshore Rule), con l’esplicito intento di promuovere la costruzione e la competizione di yacht che fossero “marini” (cioè capaci di affrontare il mare in sicurezza), sulla base di un equo e giusto spirito sportivo.
Lo sviluppo, a partire dalla metà degli anni ’70, della progettazione computerizzata e dei software per la simulazione del comportamento idrodinamico degli scafi, portò alla nascita dell’International Measurement System (IMS) che, a fasi alterne, è arrivato fino al 1990, anno in cui ha iniziato a spopolare sui campi di regata di tutto il mondo.
4.1 Generalità sul sistema di stazza IMS
Nel Gennaio del 1976 l’”Offshore Committee of US Sailing” adottò una risoluzione per sviluppare un nuovo “Handicapping System” che sostituisse lo IOR per quegli armatori che preferiscono regole ad handicap rispetto a delle restrizioni di progetto come lo IOR stesso imponeva. All’epoca il sistema fu chiamato Measurement Handicap System o MHS [40]. Questo nome fu scelto con il preciso intento di suggerire che si tratta di un sistema basato su una formula che si appoggia a caratteristiche fisiche e geometriche della barca, piuttosto che a prestazioni rilevate in regata.
• Dare un peso ad ogni fattore presente nella formula di stazza in relazione al suo effetto sulla velocità dell’imbarcazione
• Ridurre l’obsolescenza dell’imbarcazione causata dall’anzianità di progetto, rendendola ancora competitiva
• Dare la possibilità a barche nate per il cruising di competere con altre nate per il racing
Questo sistema si basa sul lavoro di ricerca, svolto al MIT, dal Commodoro H. Irving Pratt che sviluppò un sistema di misura degli scafi che rese possibile l’uso di parametri integrati nella formula di stazza, invece di parametri derivati da misure di singoli punti, che erano la più grossa fonte di frustrazione per gli stazzatori.
La maggior parte del lavoro di ricerca fu indirizzato allo sviluppo del Velocity Prediction Program (VPP); esso si basa su una campagna di prove effettuate trainando, in una apposita vasca, una serie di scafi con l’intento di testare l’effetto dei parametri di performance (cioè le misure dello scafo) sulla velocità dell’imbarcazione. Il lavoro continuò fino alla messa a punto di un raffinato sistema di previsione della velocità che potesse fornire un abbuono per far regatare insieme barche con caratteristiche diverse.
Nel Novembre del 1985 l’ORC adottò questo sistema per fornire gli abbuoni per gli yachts definiti cruiser/racer, che ancora non rientravano nel sistema di abbuoni dello IOR. Il sistema venne ribattezzato International Measurement System (IMS).
Come gia accennato, l’IMS fornisce i compensi ed i ritardi per una vasta tipologia di imbarcazioni, utilizzando la previsione di velocità di un modello matematico che sfrutta i principi dell’idrodinamica e dell’aerodinamica: il VPP.
Il VPP fornisce la previsione di velocità di un’imbarcazione in varie condizioni meteo/marine, in particolare in funzione dell’intensità e della direzione del vento rispetto all’asse longitudinale dello scafo; le previsioni di velocità sono poi convertite in una tabella di tempi di handicaps, raccolti nel certificato di stazza (o di rating) (Figura 4.1).
La previsione della direzione ed intensità del vento non è richiesta per poter applicare i compensi dell’IMS; infatti nel caso in cui il comitato di regata non possa, o non voglia, fornire le previsioni sui venti, si usa il General Pur pose Handicap (GPH): esso rappresenta un compenso misurato in secondi per miglio nautico del percorso di regata.
Il VPP necessita come input di una moltitudine di parametri, che riguardano principalmente lo scafo, il tipo e la posizione del sistema di propulsione meccanica, la stabilità dell’imbarcazione, il tipo di armo velico e di vele utilizzate. Per raccogliere tutte queste informazioni, lo stazzatore effettua una serie di misurazioni, sia con la barca in secca che con la barca in assetto di navigazione.
Figura 4.1 Esempio di certificato di rating
Scopo di questa tesi, come più volte accennato, è quello di fornire una valida alternativa allo strumento di misura che lo stazzatore utilizza per rilevare la forma dello scafo e delle sue appendici durante le misure effettuate con la barca in secca; per questo motivo, nel seguito, si descriverà brevemente solo questa fase del processo di stazza.
4.1.1 Stazza di uno yacht a vela
Il sistema di stazza IMS è riservato a yacht a scafo singolo; scafi in cui la profondità del corpo canoa di qualsiasi sezione decresca verso la linea di mezzeria non potranno essere stazzati.
Inoltre, nessuno yacht potrà essere misurato, stazzato o potrà regatare sotto questo sistema di handicap se la superficie dello scafo abbia una finitura o delle appendici il cui solo scopo sia di ridurre la resistenza idrodinamica.
Nel caso in cui un numero rilevante di scafi dello stesso modello vengano costruiti in Glass Reinforced Plastics (GRP), o simili, sullo stesso stampo, non si rende necessaria la misurazione di ogni singolo scafo, ma ci si riferisce ad uno “standard hull data file”; esso definisce lo scafo dello yacht per quanto riguarda il calcolo del rating, fintanto che non vengano attuate delle modifiche allo scafo stesso od alle sue appendici. Questo sistema si può solo utilizzare solo quando la Rating Authority sia soddisfatta delle tolleranze dimensionali con cui vengono realizzati gli scafi gemelli.
Durante la fase di misura a terra, il proprietario dello yacht dovrà preoccuparsi di presentare l’imbarcazione in posizione libera da ostruzioni ed in posizione stabile e livellata (maggiori dettagli verranno forniti nel prossimo paragrafo).
Se lo yacht appartiene ad una classe per cui esiste lo standard hull data file, una nuova misura dello scafo potrebbe non essere necessaria; in questo caso il proprietario dovrà mettere al corrente lo stazzatore di tutte le modifiche che sono state apportate allo scafo, così che possa decidere se, ed in quale misura, utilizzare lo standard hull data file.
Il proprietario dovrà rendere disponibile lo yacht a terra per il controllo di qualsiasi misura lo stazzatore richieda.
Attraverso la fase di misura a terra, si cerca di rendere dettagliatamente le linee d’acqua dello scafo e delle appendici, attraverso una fitta serie di misure, in modo tale che, unitamente alle misure in acqua, si abbiano degli input che garantiscano delle veritiere previsioni di velocità e quindi dei veritieri rating. Il numero di punti rilevati sullo scafo dipende dalla stazza dello yacht e dalla complessità dello scafo e delle appendici, comunque non è mai inferiore ai settecento punti; per una data sezione, la collocazione dei punti misurati è a discrezione dello stazzatore.
4.2 Procedura di stazza
Attualmente la procedura di stazza prevede l’uso, per la misura a terra dello scafo, dell’Hull Measurement Instrument (HMI), il cui prototipo fu ideato da John Letcher; per comprenderne il funzionamento si faccia riferimento alla Figura 4.2.
La posizione di qualsiasi punto del piano YZ viene misurata attraverso la lunghezza di due raggi, R1 ed R2, che partono dai rispettivi perni sullo strumento di misura ed arrivano fino al punto
visiva di un nastro di misura. Attraverso un processo di triangolazione si ottengono una serie di equazioni simultanee in y e z, da queste si può risalire alle coordinate del punto, mentre la coordinata x è ottenuta misurando la posizione del sistema di misura in direzione perpendicolare al piano in cui giace la sezione di cui si stanno acquisendo i punti (distanza dalla prua).
Figura 4.2 Schema di funzionamento dell’HMI
Un’evoluzione di questo sistema è quella che prevede, al posto dei nastri di misura, due tamburi che sono ruotati dal tiro di due cavi metallici; la rotazione dei tamburi è misurata da due encoder ad alta risoluzione (Figura 4.3).
I lati a e b del triangolo sono ricavati dalla misura dei cavetti metallici a’ e b’ ; questa viene effettuata da un microcomputer che tiene conto della variazione di lunghezza dovuta alla porzione di cavo avvolta su A e B. Attraverso la conoscenza dei lati del triangolo, il computer calcola le coordinate (y,z) del punto da acquisire, riferendole al punto (0,0) definito dalla geometria dello strumento di misura. Importante notare che le coordinate dei punti vengono acquisite rispetto ad un sistema di riferimento solidale allo strumento di misura.
L’intero processo di misura può essere suddiviso nelle seguenti fasi:
Alaggio dell’imbarcazione.
Il peso dello yacht deve gravare sulla chiglia e non sulla braca, ed essere supportato da un invaso, in modo che lo yacht risulti livellato ed immobile durante la misura. Inoltre il sartiame deve essere in bando, in quanto il tiro che esso esercita sullo scafo potrebbe deformarlo, falsando la misura.
Livellamento dell’imbarcazione.
Lo yacht deve essere livellato sia longitudinalmente che trasversalmente; si prende come riferimento la linea di galleggiamento dipinta sullo scafo e si fa in modo che il piano di galleggiamento che essa materializza sia approssimativamente parallelo al suolo (si cerca di riprodurre l’assetto che lo scafo assume in acqua).
Preparazione del sito.
L’area sotto lo scafo deve essere libera, ad eccezione della struttura dell’invaso. La Figura 4.4 mostra lo spazio minimo necessario per la misura dello scafo.
La zona ombreggiata deve essere completamente libera da ogni ostacolo, dal livello del suolo fino al piano di coperta dello yacht; inoltre il piano del pavimento che compete alla zona ombreggiata deve essere ragionevolmente livellato ed uniforme. Entrambi i lati dello yacht devono poter essere misurati.
Definizione delle Baselines.
Come detto in precedenza, l’HMI acquisisce le coordinate (y,z) dei punti rispetto ad un sistema di riferimento ad esso solidale, bisogna quindi conoscere il vettore spostamento che lega le varie posizioni che l’HMI assume rispetto allo scafo durante tutta la fase di misura; per semplicità l’HMI viene spostato lungo due linee parallele, una su ciascun lato dello scafo, dette appunto baselines (si faccia ancora riferimento alla Figura 4.4). Nel tracciare le baselines, bisogna porre attenzione
affinché risultino parallele alla centerline e abbastanza lontane dal baglio massimo, in modo tale che la punta della bacchetta dell’HMI possa raggiungere la sheerline, o qualsiasi altro punto della sezione, senza che i fili dello strumento urtino lo scafo.
Per tracciare le baselines si inizia a calare un filo a piombo dalle due estremità della centerline, rispettivamente a prua ed a poppa, e si segna al suolo la posizione di questi due punti; a partire da questi si misura una distanza di 0,5*baglio massimo+600 mm.
Figura 4.4 Area minima prescritta dalle norme IMS per la misura dello scafo
Misurazione della lunghezza fuori tutto.
La lunghezza fuori tutto di un’imbarcazione (LOA, Lenght Overall) è intesa come la lunghezza del solo scafo, quindi senza tener conto di parti di alberatura, bompressi, pulpiti, ecc. (Figura 4.5). Normalmente il filo a piombo viene sospeso nel punto più estremo a prua e a poppa dello scafo e la distanza tra i due viene misurata al suolo con un metro.
Figura 4.5 Lunghezza fuori tutto (LOA)
Scelta delle stazioni di misura.
La posizione delle stazioni di misura è critica per quanto riguarda la definizione della forma dello scafo ai fini del calcolo dell’handicap, infatti il VPP disegnerà lo scafo interpolando i punti disegnati sulle varie stazioni: le stazioni di misura devono essere collocate in modo da poter definire tutti i cambiamenti del profilo dello scafo e delle appendici.
Le seguenti stazioni di misura devono sempre essere misurate (Figura 4.6):
Figura 4.6 Stazioni di misura obbligatorie
1. Le Freeboard Stations, fondamentali perché legano, attraverso i Freeboard Points, le misure effettuate in secca a quelle effettuate in acqua. Le freeboard stations devono essere misurate su entrambi i lati di sinistra e dritta dello yacht, in particolare:
• La freeboard station prodiera è posizionata approssimativamente a 0,5 metri a poppavia della prua
• La freeboard station poppiera nella sezione più verso poppa dove lo scafo può essere misurato senza attraversare il transom (arcaccia)
Nelle freeboard stations vengono individuati i freeboard points, in corrispondenza degli
sheer point (Figura 4.7); questi punti devono essere marcati sullo scafo in maniera chiara e
indelebile, poiché rappresentano il riferimento per le misure in acqua.
Figura 4.7 Esempi di sheerpoint tratti dal regolamento IMS
2. Le centerline stations devono essere misurate con lo scopo di riunire le due metà dello scafo. Si devono marcare sul corpo canoa dello scafo almeno quattro centerline points, ed in corrispondenza di questi punti vanno approntate le stazioni di misura, su entrambi i lati di sinistra e dritta dello scafo.
• La stazione prodiera è posizionata approssimativamente a 0,5 metri a poppavia della prua, ma nel caso sia presente un knuckle a prua, la stazione di misura deve essere vicina il più possibile a quest’ultimo.
• Una stazione di misura deve essere posizionata a metà nave, in corrispondenza dell’angolo di attacco prodiero della lama di deriva.
• La stazione poppiera deve essere posizionata in corrispondenza della faccia anteriore della pala del timone.
• L’ultima stazione deve essere posizionata vicino all’estrema poppa dello yacht.
Le centerline stations possono essere posizionate più facilmente con l’ausilio di una cima fatta correre da prua a poppa sotto lo scafo e la chiglia; bisogna posizionare lo scafo in maniera tale che una cime possa essere fatta correre sul suolo lungo la centerline dello yacht. Si fa calare il filo a piombo dai quattro centerline points marcati precedentemente si collega
la cima di riferimento al centerline point di prua ed a quello in corrispondenza della pala del timone (Figura 4.8),. Se l’uno o l’altro dei centerline points rimasti non è allineato con la cima di riferimento, bisogna spostare la centerline sullo scafo. Se esiste una notevole discrepanza tra la parte più profonda della chiglia e la cima di riferimento, bisogna prendere nota di quanto ed in quale direzione la chiglia è spostata.
Figura 4.8 Determinazione della centerline
3. Bisogna posizionare una doppia stazione di misura, cioè su entrambi i lati di sinistra e dritta dello scafo, in corrispondenza dell’angolo d’attacco della parte più profonda della chiglia, in modo da poterne rilevare lo spessore.
4. Stazioni di misura addizionali devono essere posizionate in corrispondenza di: • Sezione PD se lo yacht è dotato di un propulsore
• Sezione ESD se lo yacht ha una trasmissione con linea d’asse • Sezione più vicina possibile alla prua, non oltre i 75 mm • Sezione più vicina possibile alla poppa, non oltre i 75 mm
• Sezione che rappresenti la massima profondità del bulbo con ali, se lo yacht ne è dotato
• Sezione al bordo di uscita della chiglia (stazione doppia) • Sezione al bordo di uscita della pala del timone
• Sezione al bordo di ingresso di un eventuale skeg
• Sezione al bordo di uscita del punto più profondo della pala del timone • Sezione più stretta della pala del timone
C’è inoltre da precisare che: le stazioni di misura, da parti opposte dello scafo, non possono essere separate più di 0,05*LOA, ne essere più vicine di 250 mm (tranne che nella zona dove è
presente il sistema propulsivo); le stazioni di misura non devono essere spaziate più di 0,10*LOA sullo stesso lato e devono essere alternate sul lato di sinistra e dritta.
È raccomandabile che prima di iniziare la fase di acquisizione dei punti, lo stazzatore faccia uno schizzo del profilo dello yacht, e vi segni la posizione delle varie stazioni di misura (Figura 4.9). La stessa posizione deve poi essere marcata in maniera chiara ed indelebile sullo scafo; questo semplice accorgimento facilita il posizionamento dell’HMI ed assicura allo stazzatore di essere certo di aver incluso nella misura tutte le stazioni necessarie per definire al meglio la forma dello scafo e delle appendici.
Figura 4.9 Schizzo della posizione delle stazioni di misura
Selezione dei punti.
I punti di ogni stazione di misura vengono acquisiti a partire dal più basso (quello di quota inferiore), che solitamente coincide con la centerline. Come regola generale, la densità di punti andrebbe aumentata laddove aumenta la curvatura della sezione dello scafo, ma comunque i punti non dovrebbero essere più vicini di circa 10 mm.
Organizzazione dei dati raccolti.
Tutti i dati raccolti vengono inseriti nel Measurement Program, un semplice software funzionante sotto MS-DOS® che riporta le coordinate di tutti i punti acquisiti nelle varie stazioni di misura, in un unico sistema di riferimento solidale allo scafo. L’output di questo programma è un file con estensione .OFF che servirà come dato di partenza, insieme alle misure effettuate in acqua, per il funzionamento del VPP (Figura 4.10).
