Scelta elica fuoribordo Yamaha 225 [pag. 7]

Ciao Sergetto, a me i tuoi spunti interessano molto
La piastra non deve essere fuori dall'acqua, altrimenti l'elica ventila. Deve planare sull'acqua come il fondo dell'imbarcazione (o essere un minimo immersa). Tutto ciò che è al di sopra della piastra se immerso nella scia crea resistenza in più, che a poco serve. La scia che dallo specchio di poppa si forma è propria di ogni barca/gommone. Come punto di distacco della scia in maniera generale si considera la chiglia; è per questo motivo che la posizione classica della piastra è con il bordo inferiore allineato con la chiglia, poiché è proprio da quel bordo che si pensa che il pelo libero si distacchi. Tuttavia ogni scafo si comporta a suo modo. Nel mio caso la carena non è molto lineare, ha uno step di carena intorno a 1/3 della barca e inoltre nel dritto di poppa c'è un altro gradino (si vede nel profilo che avevo postato all'inizio). Io quando guardo dietro lo specchio di poppa a velocità in planata piena, dai 20 21 nodi in su, sta piastra non la vedo. Sicuramente ci sono tante bolle d'aria create dallo step ma il pelo libero lo distinguo e la piastra mi pare troppo immersa.

Ciao Raysugar,
Concordo sul principio che una superficie addizionale in moto relativo rispetto al flusso aggiunga un contributo di resistenza all'avanzamento. Bisogna però quantificare questo contributo.

In letteratura si trova abbastanza.
imho le cose stanno come di seguito

Sono un pò arruginito al riguardo, quel che si può però evvincere è che considerando la piastra antiventilazione come una lastra completamente immersa di spessore sottile, prendendo come riferimento la tua velocità max attuale (36 Kts), il calcolo del numero di Reynolds supera 100'000 già dopo i primi 3 mm di piastra antiventilazione incontrata dal flusso (ipotizziamo lunghezza complessiva pari a L = 600mm e larghezza pari a B = 180 mm). I primi 3 mm di piastra, dove il coefficiente di resistenza (Cd) potrebbe essere più alto, anche ipotizzandolo pari a 10 volte, sono trascurabili agendo su una superficie percentualmente irrilevante rispetto al resto della piastra (1/200 del totale)
In tali condizioni il coefficiente di resistenza (coefficiente di Drag = Cd) per una lastra completamente immersa in un flusso e senza angolo di incidenza, risultà abbondantemente inferiore a 0.01. Prendiamo come riferimento conservativo per i nostri calcoli proprio Cd = 0.01.

La formula classica per il calcolo della forza resistente (opposta al moto dalla piastra), si ottiene moltiplicando il termine cinetico (0.5 x v^2) per la densità del fluido per il Cd e per l'area di riferimento che in questo caso sarebbe l'area della piastra.

Utilizzando le grandezze del sistema internazionale abbiamo
V = 18.6 m/s (velocità relativa tra piastra e acqua)
Rho = 1'000kg/m3 (densità acqua)
A = B x L = 0.108 m2 (superficie piastra)
Cd = 0.01 (è un numero adimensionale)
Potenza dissipata dalla pisastra sarà P = D x V
dove D indica la forza resistente in Newton (N)

Il risultato con i numeri in oggetto è di una potenza dissipata pari a circa 3.5 kW ossia 4.7 HP. Eliminando completamente la piastra immersa, si avrebbe un risparmio di 4.7 HP effettivi che ipotizzando un rendimento propulsivo pari a 0.65 diventano 7.3 HP all'asse elica, i quali a loro volta si tradurrebbero (fomula di Crouch per es.) in un aumento di velocità pari a 0.6 nodi.

Ma la piastra nella tua ipotesi non è completamente fuori dall'acqua, quindi il risparmio sarebbe inferiore. Questo risultato, tenuto conto che abbiamo utilizzato un coefficiente di resistenza abbondante permette di affermare che la piastra dentro o fuori dall'acqua ha influenza trascurabile sulla velocità max in questo intervallo di velocità.
Diverso il discorso se ammetto che la piastra abbia incidenza rispetto al flusso, ma in questo caso ci sarebbe un contributo di portanza L (L = Lift) assolutamente non trascurabile.
Così come diverso è il modo in cui l'elica va a lavorare. Se quindi sollevando il motore ottengo risultati assai differenti, questo va imho imputato alle diverse condizioni nelle quali si trova a lavorare l'elica e quindi un differente risultato non sarebbe (imho) sempre trasferibile da un mezzo ad un altro.

Personalmente, con riferimento ad eliche sommerse, sarei portato a credere:
- che la piastra possa svolgere pienamente il suo ruolo di antiventilazione (ma anche anticavitazione), ossia di impedire che il vortice (*) che tende a formarsi nella parte alta dell'elica verso la superficie aspiri aria, solo quando immersa o sempre e costantemente bagnata
- che una piastra fuori dall'acqua solo nella sua parte superiore sia piuttosto difficile da realizzare in modo permanente se non in condizioni di laboratorio (velocità perfettamente costante, angolo di corsa costante), in tale eventualità credo comunque che non sempre riuscirebbe ad evitare il distacco e l'aspirazione dell'aria

- in ultimo la piastra che tende a uscire fuori, non fornisce portanza/deportanza quando regolo l'angolazione del motore mediante il trim e quindi potrebbe offrire un comportamento non omogeneo all'uso del trim ma non solo.

(*) pensiamo per esempio al vortice che si forma durante lo scarico del lavandino di casa quando il livello del pelo libero scende e si avvicina al foro di scarico

Ciao Sergetto, sono d'accordo con le tue considerazioni. Tuttavia la piastra non si può considerare come nel tuo caso isolata. È in mezzo ad un piede poppiero la cui superficie fa una resistenza non trascurabile. Ed è la cosa che veramente penalizza le prestazioni. Immaginiamo che la piastra sia immersa di anche solo un cm al di sopra del bordo superiore. La barca si sta portando dietro oltre al piede poppiero dell'elica un altro pezzo di piede. Considerando le tue ipotesi, la forma del piede è molto simile a quella di un profilo alare simmetrico ( per intederc icome quella di un timone) con una larghezza di Circa 15cm e lungo circa 50cm un CD sensato potrebbe essere 0.15
Ricalcolando a 36kn vengono fuori circa 27 kW più coef propulsivi ecc. Mi riprometto di calcolare con più precisione il contributo del piede cercando online qualche disegno della sezione.

Non mi sono chiari i conti e a cosa siano riferiti.
A parte questo, non capisco cosa si intenda con sensato, forse che ho utilizzato qualcosa di insensato?
Va beh...
Un Cd pari a 0.15 lo avremmo con un profilo alare (la sezione del piede in quella parte è assimilabile a profili alari simmetrici) con angolo di incidenza non trascurabile (es 10°, ma anche qui può essere molto variabile) ma questo non è decisamente il caso.
Ciò detto, nel tuo precedente messaggio mi era parso ti soffermassi sulla piastra. Un centimetro in più o in meno di piede in acqua imho non ha alcuna influenza a queste velocità.
Differente il caso di un mezzo assai più leggero e corsaiolo che con lo stesso motore arriva a 50 nodi. A tale velocità la spinta è inferiore mentre la forza resistente del piede è superiore e quindi l'impatto sulle prestazioni cresce in maniera ben più che lineare.
E.G. Grossolanamente, assumendo la costanza dei coefficienti di resistenza, passando da 36 Kts a 50 Kts, i 7.3 hp precedentemente calcolati (comunque per eccesso) salirebbero a 19.6 hp. A questi andrebbe sommata anche una eventuale ulteriore riduzione della parte bagnata del piede. Come già detto però questo si accompagna ad una modifica delle condizioni di lavoro dell'elica dalle quali non si può prescindere. È invece assai facile lasciarsi ingannare dai risultati attribuendoli alle sole appendici immerse pensando che l'elica sia la medesima.

dimensioni in mm

Ciao Sergetto effettivamente il valore del CD di 0.15 di sensato non ha niente. La sezione del piede è ben diversa da come la pensavo, interessate il disegno che hai riportato assomiglia ad un profilo NACA 0015 quindi CD ad angolo di attacco nullo pari a 0.01 circa
https://airfoiltools.com/airfoil/details?airfoil=naca0015-il
Siamo sempre su livelli trascurabili come dicevi tu. È strano però che in passato in una barca con cui andavamo a pesca con degli amici, ( un Marino 630) alzammo il motore di due buchi (honda 150cv) e i consumi mi ricordo migliorarono di circa un 20%.

Un risparmio nei consumi del 20% significa a spanne una riduzione della potenza assorbita almeno dello stesso tanto
Alzare di 2 buchi mi pare equivalga a 1.5 pollici, ossia poco meno di 4 cm.
Con le dimensioni del piede yamaha la riduzione della superficie bagnata starebbe comoda dentro un singolo lato di una piastrella con spigolo da 25 cm.

Considerando la parte di piede ancora bagnata (la maggior parte) ti pare plausibile attribuire tale risparmio unicamente a questa riduzione?
Non ho certezze al riguardo, ma credo che la maggior efficienza sarebbe, nello specifico caso, da attribuire ad una miglior condizione di lavoro dell'elica, dell'assetto in generale e della piastra antiventilazione, la quale se si trova a lavorare con angoli tali da determinare portanza, genera resistenza non più trascurabile.