Con stabilizzatore navale si intende un dispositivo atto a smorzare il moto di rollio di un’imbarcazione; è un moto importante, che sta alla base dello studio della stabilità trasversale di un’unità.

I principali moti rotatori di un’unità navale.

Il rollio è un moto oscillatorio che avviene con la rotazione dell’imbarcazione lungo l’asse longitudinale; non è possibile eliminarlo, ma esistono dei sistemi per smorzarlo! I sistemi più convenzionali e noti sono:

  • alette antirollio: sono un sistema “passivo” e consistono in travi (solitamente ferri a bulbo) saldate per gran parte della lunghezza nave sul ginocchio destro e sinistro; smorzano il moto sfruttando la resistenza idrodinamica;
  • pinne stabilizzatrici: sistemi oleodinamici che sfruttano il principio delle ali degli aerei, ne abbiamo parlato in maniera approfondita qui.
2 dei 3 stabilizzatori giroscopici della nave SS Conte di Savoia, PH: michelangelo-raffaello.com

Esiste un terzo sistema che è noto a pochi: lo stabilizzatore giroscopico. Il sistema consiste in un volano che, messo in rotazione, fornisce una coppia raddrizzante al sistema nave.

Storia

Siamo alla fine del 19° secolo e gran parte del naviglio mondiale ha detto addio alla propulsione velica; nei vecchi bastimenti le vele erano un ottimo sistema per smorzare il rollio! Se siete in barca a vela mentre navigate a motore e incontrate del mare mosso, il primo consiglio che vi darà un esperto velista è di armare la randa; infatti sfrutta lo stesso principio delle pinne combinato alle alette, ma con l’aria! L’eliminazione delle vele portò quindi alla nascita del problema su come smorzare nuovamente il rollio; questo fu il motivo dell’inizio dello sviluppo dello stabilizzatore giroscopico.

La USS Henderson (AP-1).

La prima unità al mondo a installare questo sistema fu la nave trasporto truppe USS Henderson (nave ospedale USS Bountiful durante la Seconda Guerra Mondiale) varata nel 1917; montava a centro nave due volani da 25 tonnellate, con un diametro di 2,7 m, messi in rotazione a 1100 rpm usando motori AC da 75 hp (56 kW). Nei test effettuati, il sistema riduceva l’angolo di rollio di circa 3°.

 

La nave più famosa ad aver installato questo sistema fu il transatlantico italiano

Modello della sezione trasversale della nave SS Conte di Savoia, dettaglio degli stabilizzatori giroscopici.

 

SS Conte di Savoia; i progettisti firmarono un accordo con la ditta Sperry per l’installazione nelle zona prodiera di 3 stabilizzatori giroscopici. Ogni stabilizzatore pesava 100 tonnellate, con un diametro di circa 4 m; i volani venivano messi in rotazione a 750 rpm richiedendo complessivamente 1500 hp (circa 1120 kW). Tramite un apposito ascensore, era possibile per i passeggeri scendere dove erano alloggiati e poterli vedere in azione!

 

 

Pregi e difetti

Questo sistema aveva il vantaggio di funzionare anche se il bastimento era fermo e inoltre non incrementava la resistenza al moto; però era un sistema ingombrante, pesante, richiedeva un discreto dispendio di energia e sottoponeva le strutture della nave a sforzi notevoli. Per queste ragioni tale sistema fu abbandonato a metà del secolo scorso, favorendo il sistema delle pinne.

Funzionamento

Lo stabilizzatore giroscopico si basa su quello che in fisica è chiamato effetto giroscopico; l’esempio pratico di questo fenomeno è la trottola.

Effetto giroscopico nel caso della trottola, PH: fe.infn.it

La trattazione è alquanto complicata ed infatti non si trova molto materiale inerente alle applicazioni navali;  matrici di inerzia, prodotti vettoriali, momenti angolari, moti di precessione e nutazione…tutte tematiche interessanti, ma non immediate da trattare, soprattutto tutte assieme!

Senza dilungarci troppo in nozioni teoriche, basti sapere che entra in gioco il principio della conversazione del momento angolare. Quando si allontana l’asse di rotazione di una massa dalla posizione verticale inclinandolo lungo una direzione, si instaura il moto di precessione; tale moto nasce dalla coppia di precessione.

Effetto giroscopico sul volano dello stabilizzatore, PH: vialattea.net

A differenza della trottola, il giroscopio non è libero di ruotare e quindi la coppia di precessione instaura una coppia raddrizzante (coppia giroscopica) sul piano trasversale.

Seakeeper

Agli inizi degli anni novanta si iniziò ad analizzare la possibilità di riusare l’idea degli stabilizzatori giroscopici; i progressi tecnologici fatti nell’ultimo secolo sono stati molti, quindi c’erano buone possibilità di creare sistemi molto più efficienti di quelli del passato.

PH: seawork.com

L’azienda americana Seakeeper è stata tra le prime a lanciarsi nello sviluppo di questi sistemi, impiegando 5 anni di ricerca; anni che sono stati ripagati diventando leader del settore, stringendo partenship con grandi marchi della nautica.

Vi riportiamo il link dell’intervista fatta al vicepresidente vendite e marketing da Barche Magazine ISP:

⇒ http://www.barchemagazine.com/seakeeper/

Il nuovo stabilizzatore

La rivoluzione del nuovo sistema è averlo reso disponibile anche ad unità di piccole dimensioni, ma non solo; il sistema di Seakeeper non è ingombrante, pesa poco, è silenzioso e richiede un basso dispendio di energia.

Questi risultati derivano dall’utilizzo di sistemi elettronici all’avanguardia, software avanzati e migliorie nella lavorazione dei materiali; ma il fattore più importante è stato far funzionare il volano sottovuoto. Togliendo l’attrito dell’aria, è possibile far ruotare più velocemente il volano fornendo la stessa coppia raddrizzante anche con un volano di dimensioni ridotte. Sul sito dell’azienda è possibile trovare un grafico che mostra le capacità del loro dispositivo:

Angolo di rollio di un’unità con il sistema attivo e non, PH: seakeeper.com

Ovviamente non è tutto rose e fiori, infatti il sistema ha ancora qualche piccolo difetto; il primo è che ancora molto costoso e non alla portata di tutti, ma questo nel tempo è risolvibile. Il secondo difetto è il tempo di azionamento; infatti il sistema non agisce subito, ma richiede un po’ di tempo per calibrarsi al moto ondoso e comunque non è possibile usarlo in qualsiasi condizione di mare.

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