Sistemi D'immersione Per Sub Rc

[andreavcc]

SISTEMI PER L'IMMERSIONE/EMERSIONE NEI SUB RC

Prima di trattare l'argomento potrebbe essere utile spendere due parole riguardo allo scafo. I sommergibili radiocomandati vengono divisi in due categorie principali: a doppio scafo e a scafo singolo.
Il primo tipo consiste in uno scafo che, tramite apposite aperture, permette al suo interno la libera circolazione dell'acqua. Il suo scopo è fornire buone qualità di navigazione allo scafo interno a tenuta stagna, altrimenti detto WTC (water tight compartment) nel quale troveranno alloggiamento tutti i componenti necessari al funzionamento del modello (motori, ricevente ecc ecc). Non essendo lo scafo esterno sottoposto a pressioni esterne non necessita di spessori elevati.
Il secondo tipo invece vedrà tutto lo scafo, o la maggior parte di esso, a tenuta stagna. Il vantaggio di questo tipo di scafo sta nello spazio interno che avremo a disposizione, quindi la sistemazione di servi, motori, batterie e quant'altro sarà un'operazione abbastanza semplice. Per contro con un battello a scafo singolo dovremmo tener presente il fattore del peso che esso dovrà avere in seguito al suo dislocamento. Se ipotizziamo due battelli uguali, uno con scafo singolo e l'altro con doppio scafo bilanciati in "emersione", avremo il battello a singolo scafo di un peso decisamente superiore al suo gemello con doppio scafo poiché il wtc contenuto al suo interno ha un volume minore e quindi un dislocamento minore. Invece il battello a scafo singolo, dovendo "spostare" un maggior volume d'acqua dovrà essere zavorrato con grandi quantità di pesi. Questa differenza di peso risulterà scomoda quando dovremo maneggiare il modello per vari motivi o durante il tragitto da casa al lago/piscina considerando inoltre che un modello quasi mai subisce danni durante la navigazione (a parte i casi di collisione) bensì durante gli spostamenti.

esempio di sub a doppio scafo

esempio di sub a scafo singolo

Dopo queste prime considerazioni possiamo analizzare i vari sistemi d'immersione/emersione applicabili ai sub RC cercando di valutarne i pregi ed i difetti. I sistemi d'immersione sono principalmente due, ovvero ad immersione dinamica ed a immersione statica. Un sommergibile s'immerge dinamicamente quando unisce alla velocità un'adeguata inclinazione dei timoni di profondità che generano una spinta verso il basso. Và da sé che quando la velocità diminuirà il sub ritornerà a galla in quanto verrà meno l'effetto dei predetti timoni. Tale sistema è di semplice realizzazione e facilmente applicabile ai modelli sopratutto se di piccole dimensioni.

 

Un sommergibile s'immerge staticamente quando, anche da fermo, tramite appositi dispositivi riesce a vincere la spinta di galleggiamento "positiva" e ad avere un assetto neutro ovvero, il battello non galleggia e non affonda, bensì s'immerge sotto il pelo dell'acqua e lì rimane. Sarà poi con l'ausilio dei timoni di profondità ed un minimo di spinta dei motori che andrà a variare la sua profondità d'immersione. Questo sistema è di sicuro quello che dà maggior soddisfazione ed anche di maggiore spettacolarità, se così si può dire, ma anche il più complesso da costruire. Infatti, oltre a dotare il sub di un dispositivo apposito per l'immersione statica valutando le principali caratteristiche del modello, ci troveremo spesso a "litigare" anche con ciò che è l'assetto neutro che il sub dovrà avere in immersione, dato che esso varia anche in funzioni di fattori esterni quali la temperatura dell'acqua o eventuali elementi disciolti in essa (che ne variano la densità e quindi il peso specifico). Sarà quindi opportuno, ad ogni uscita del modello, controllare il bilanciamento dell'assetto.

 

Come già detto, per ottenere un'immersione statica il nostro modello deve avere un dispositivo che gli permetta di aumentare il suo peso fino ad ottenere l'assetto neutro (o aumentare la sua spinta idrostatica nel caso del rcabs), vediamoli quindi più in dettaglio.
I sistemi per l'immersione statica sono:

- A gas
- Con pompa peristaltica
- A pistone
- Rcabs

- Sistema aspirato

- Sistema semi aspirato

Il dispositivo a gas è quello più amato dai puristi, perché funziona in buona sostanza come i sub veri. Esso prevede una cassa di zavorra comunicante con l'acqua attraverso un'apertura nella sua parte inferiore e nella parte superiore avremo una valvola che immaginiamo chiusa. Il battello si trova in emersione e noi, tramite la radio, andiamo ad aprire la predetta valvola. L'aria contenuta nella cassa di zavorra sarà libera di uscire spinta via dall'acqua che entra dal basso, il battello perde spinta idrostatica e arrivando al galleggiamento neutro s'immerge. Chiudendo la valvola posta superiormente alla cassa di zavorra e facendo entrare del gas contenuto in un piccolo serbatoio si forma una bolla che andrà a cacciare l'acqua facendo aumentare la spinta di galleggiamento e facendo riemergere il nostro battello. Uno dei pregi di questo dispositivo sta nel fatto che è possibile montarlo sia su scafo singolo sia su doppio scafo oltre al fatto che funziona appunto come i sub veri. Al contrario di essi però il nostro battello non è provvisto di compressori capaci di ricaricare il serbatoio del gas, serbatoio che in base alla sua capacità ci consentirà di avere"X" emersioni a disposizione. Quindi dovremmo tenerne il conto e quando avremo raggiunto la "riserva" saremo costretti a dover richiamare il battello per poter ricaricare il gas previo eventuale smontaggio del modello stesso, pena il recupero del modello in immersione.

 

 

 

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Il dispositivo con pompa peristaltica ha lo scopo di appesantire il modello imbarcando l'acqua necessaria affinché il battello arrivi al galleggiamento neutro. La pompa peristaltica vede un motore elettrico che fa girare una testa sulla quale sono montati due, tre o più rulli. Il compito dei rulli è quello di schiacciare un tratto di tubo di gomma siliconica posta ad "U" intorno alla predetta testa. Tra un rullo e l'altro una certa quantità d'acqua rimane intrappolata e viene così trascinata attraverso il tubo con la rotazione della testa. L'acqua viene quindi spinta dalla presa a mare ad un sacchetto o vescica all'interno dello scafo aumentandone il peso e facendo immergere il modello. Ovviamente l'inversione del senso di rotazione ci permetterà di sbarcare fuori l'acqua consentendo l'emersione. Il pregio che ha il dispositivo sta nel fatto che finché hai batteria la pompa và, senza avere limitazioni di immersioni o emersioni. Tra i difetti vediamo una pompa di dimensioni non proprio contenute, sconsigliabile quindi a piccoli modelli. Inoltre quando andiamo ad imbarcare l'acqua nella vescica, questa gonfiandosi và a comprimere l'aria creando una certa sovrapressione che và tenuta in considerazione nella progettazione del wtc.

 

 

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Il dispositivo a pistone è quello che và per la maggiore nei modelli di concezione teutonica. Si tratta di un pistone che mosso da un motore elettrico, come una grande siringa, aspira l'acqua dall'esterno per contenerla dentro di se. E' ovviamente possibile montarne anche più di uno in uno scafo secondo le nostre esigenze e, montandone due (uno a prua ed uno a poppa) avremo la possibilità di controllare l'assetto del battello in immersione. Unendo al pistone un'elettronica di controllo avremo un fine corsa che bloccherà la rotazione del motore o addirittura ci consentirà il controllo proporzionale del pistone stesso. Tali pistoni possono avere capacità varie e vengono commercializzati già pronti da una ditta leader nel settore dei sub RC.

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Il dispositivo rcabs (re-circulating air ballast system) è un sistema che, al contrario di quelli già trattati, ha lo scopo di aumentare la spinta idrostatica del battello piuttosto che farlo appesantire, e si può montare unicamente su battelli a doppio scafo. Le sue componenti principali sono un compressore, un'elettrovalvola, ed una o due sacche. Analizziamone ora il funzionamento; immaginiamo il modello nella sua condizione naturale ovvero in immersione, volendo farlo emergere azioneremo il compressore che prenderà l'aria attorno a se e, sottraendola dall'interno del wtc, la manderà ad una sacca posta in una sezione del wtc dedicata alla "cassa di zavorra". Detta sacca si gonfierà dando origine ad una maggiore spinta di galleggiamento del wtc stesso che quindi tenderà ad emergere. Maggiore sarà la spinta di galleggiamento necessaria all'emersione, maggiore dovrà essere il volume della sacca da gonfiare. Una volta portato il modello in emersione, potremo fermare il compressore che, munito di valvola di non ritorno, non sarà più necessario a tenere la sacca gonfia d'aria. Quando vorremo far immergere il modello dovremo alimentare (o non alimentare, secondo il tipo) un'elettrovalvola posta nel circuito pneumatico tra la sacca ed il compressore. L'azionamento dell'elettrovalvola farà si che l'aria dalla sacca sia libera di tornare all'interno del wtc aiutata oltre che dalla possibile elasticità della sacca, anche dalla depressurizzazione del wtc dovuta alla sottrazione d'aria avuta in precedenza. Sarà così che il battello tornerà alla spinta di galleggiamento neutra e quindi libero di immergersi. In poche parole il tutto avviene tramite un semplice gioco di volumi considerando invece costante il peso. Il vantaggio di questo sistema è di funzionare solo grazie alla corrente elettrica fornita dal pacco batterie ma per contro, richiede una costante manutenzione agli organi di tenuta e un buon bilanciamento del modello.

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Il sistema aspirato è comunemente usato su modelli a doppio scafo ed è molto semplice da spiegare. In buona sostanza vede un WTC con la solita sezione centrale ad uso "cassa di zavorra" con una presa a mare nella sua parte inferiore. Aprendo una valvola posta nella sua parte superiore l'aria al suo interno sarà libera di uscire facendo così entrare l'acqua, proprio come nel sistema a gas. Solo che con questo sistema, il gas, o per meglio dire l'aria che faremo entrare nella cassa di zavorra per riguadagnare spinta idrostatica verrà risucchiata tramite un compressore direttamente dalla superficie tramite uno snorkel posto in torretta. E' ovvio che per compiere l'emersione lo snorkel dovrà essere sopra la superficie quindi sarebbe opportuno scegliere un bilanciamento del modello "leggermente positivo" di modo che anche a lento moto o addirittura con i motori fermi il modello tenderà leggermente verso la superficie, e quando vedremo lo snorkel fare capolino in superficie potremo attivare il compressore via radio. Inoltre con questo sistema non è necessario montare alcuna valvola in cima allo snorkel che può essere quindi a presa diretta. Eventuale acqua presente nel circuito verrà aspirata dal compressore e quindi versata nella cassa di zavorra senza problemi.

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Il sistema semi aspirato è molto simile al precedente ma un pelino più complesso. Ciò perché l'aria dal compressore può essere aspirata in due modi a seconda se lo snorkel si trovi o meno fuori dall'acqua, il tutto grazie ad una valvola con galleggiante. Inoltre questo sistema vede l'uso di una valvola che chiude lo snorkel quando questo si trova sotto il pelo dell'acqua… ma vediamo la cosa più in dettaglio.

Stituazione A: snorkel fuori… Il tutto funziona esattamente come nel sistema aspirato, la valvola dello snorkel è aperta e l'aria è libera di entrare mossa dal compressore e andrà a svuotare la cassa di zavorra.

Situazione B: snorkel immerso, quindi con valvola dedicata chiusa…. L'aria viene prelevata dal compressore non più dallo snorkel che come già detto è chiuso, ma bensì dall'interno del wtc grazie ad una valvola con galleggiante posta tra compressore e snorkel. La quantità d'aria immessa nella cassa di zavorra aspirata dal wtc (che ora sarà un po' depressurizzato) potrebbe non essere sufficiente a completare l'emersione ma sarà sicuramente abbastanza da guadagnare spinta idrostatica facendo derivare il modello verso la superficie. Quando lo snorkel uscirà dall'acqua la valvola in cima si aprirà e l'aria sarà libera di entrare nel circuito per :

1) andare nella cassa di zavorra tramite compressore eventualmente ancora in moto completando la manovra di emersione, ed anche....

2) tramite la valvola con galleggiante, a normalizzare la depressione avuta nel wtc.

Ed il galleggiante nella valvola a che serve? se nel caso dell'acqua riesca ad entrare nel circuito tramite la valvola dello snorkel questa non potrà entrare nel wtc perché il galleggiante chiuderebbe l'accesso al wtc. Quindi quando azioneremo il compressore questo con la sua azione aspirerà aria dall'interno del wtc aumentando la spinta idrostatica e portando lo snorkel fuori. Si aprirà quindi la valvola in cima allo stesso permettendo all'aria di entrare nel circuito che sarà svuotato dall'acqua al suo interno dal compressore che come già abbiamo detto la verserà nella cassa di zavorra. Quando l'acqua nel circuito sarà esaurita il galleggiante scenderà riaprendo la via verso il wtc normalizzandone la pressione.

Ritengo sia il caso di precisare che quest'ultimo sistema è stato ideato da Dave Merriman, un dotto modellista celeberrimo negli States dove egli produce e commercializza wtc per equipaggiare modelli di sub rc in varie scale. L'immagine esplicativa del sistema semi aspirato è stata tratta dal suo sito. Di seguito un disegno per capire il funzionamento della valvola con galleggiante…

Edited July 20, 2018 by andreavcc

[corazzata_littorio]

ottima guida, magari più avanti potremmo arricchirla con della documentazione fotografica!

ciao Luca

[SKIPJACK]

Ciao a tutti sono un vecchio iscritto che per vari motivi solamente ora ha ripreso la propria attività modellistica e naturalmente anche la presenza qui sul forum.

Scorrendo per il forum ho notato una notevole quantità di modelli e di informazioni.

Purtroppo leggendo questo topic devo dissentire su quanto è stato scritto riguardo i sistemi di immersione con pompa peristaltica che fra i vari metodi da me usati sono collaudati da anni di funzionamento perfetto senza incontrare quei difetti di cui andreavcc parla.

Il problema della sovrapressione che è anche di grande utilità per controllare eventuali falle :s14: si potra notare non con pompe peristaltiche che assicurano una tenuta più che perfetta, ma con pompe ad ingranaggi che non avendo tenute assolute, tra i denti purtroppo fa trafilare l'acqua, tantè che normalmente sul tubo di "ingresso" per ovviare a ciò si deve inserire una valvola il più delle volte realizzata con un servo che tramite la leva di comando opportunamente progettata semplicemente preme il tubo chiudendo il movimento d'acqua. Per quanto riguarda le dimensioni ritengo siano accettabili, ed è possibile inserirla in qualsiasi posizione. Non dimentichiamo invece che il sistema a pistone standard ha una vite senza fine molto lunga che spesso è difficile da gestire all'interno del modello, non ultimo sui modelli che hanno solamente una cassa di immersione a pistone, c'è il problema che l'incremento di peso dovuto all'acqua in ingresso fa inclinare il modello in quella direzione tantè che conviene sempre installare la cassa con l'ingreso dell'acqua verso prua in modo che in fase d'immersione il modello si inclini verso prua eliminando così spesso la necessità di inclinare i timoni anteriori a scendere sfruttando appieno il fenomeno.

Sconsiglio invece l'uso dei sistemi a gas perchè come già scritto hanno un numero limitato di emersioni dovuto alla autonomia della bombola di gas, ma è ancora più inacettabile il fatto che con questo sistema come per il rcabs è quasi impossibile tenere la quota periscopio...

 

Salutoni :s01:

Skipjack

Edited October 30, 2010 by SKIPJACK

[andreavcc]

ciao skip, ti dò ragione sulla tenuta delle pompe peristaltiche (e modifico il post :s02: ), ma sulle dimensioni.... se poi sai dove trovarle di dimensioni ridotte ti pregherei di dirmelo che le sto cercando in ogni dove, tramite mp oppure aprendo un post apposito... giusto per non finire ot. ciao e grazie :s01:

[SKIPJACK]

Ciao andreavcc benritrovato!

Le misure ridotte dipendono sempre dal modello in cui vengono installate...purtroppo pompe peristaltiche molto piccole da installare per esempio su un classe Kilo non ne ho trovate. Per un mio Seawolf che costruii anni fa ne costruii una molto piccola per far salire e scendere il periscopio idraulico. Non è difficile però è necessaria un po' di conoscenza di meccanica ed avere e saper usare un tornio...

Comunque per i modelli piccoli ho una soluzione che con poco si evita di usare una qualsiasi pompa, col vantaggio di avere un comando proporzionale per l'immersione statica...appena ho il tempo per disegnarla la posto...

 

Salutoni :s01:

Skipjack

Edited October 30, 2010 by SKIPJACK

[andreavcc]

.... ed eccoci qui a ripristinare le immagini, sperando che durino un'altro decennio , ho inoltre aggiunto le ultime (si fa per dire) news sui sistemi d'immersione. Certo è che a volte l'unico limite che abbiamo è la nostra fantasia, e quindi altri sistemi si possono ideare per ottenere un'immersione statica con un modello rc, magari apportando solo alcune piccole modifiche ai sistemi sopra riportati. Un esempio??? ve lo faccio subito…

 

Un giorno mentre oziavo, con la mente ripassavo tutti i modelli che ho intenzione di costruire, e tra questi c'è il rifare il Kilo della trumpeter in scala 1/144 rc, modello che già anni fa resi rc ma con un wtc che presentava delle magagne dovute all'inesperienza di allora…

Il modello è molto piccolo e può contenere un wtc di dimensioni abbastanza ridotte quindi come poter realizzare un wtc ad immersione statica per questo modello? Al giorno d'oggi si può ben pensare ad un brushless "a mollo" per risparmiare spazio nel già piccolo wtc, ma per il sistema d'immersione? L'rcabs è quasi sconsigliabile…. non so di preciso quanta spinta idrostatica deve guadagnare il modello per una corretta emersione ( a memoria mi sembra 70 grammi ma sulla mia memoria non fate affidamento ), ma da prove effettuate allora da amici modellisti, la ridotta cubatura interna del wtc non fornisce aria sufficiente per una corretta emersione, ma ci si deve accontentare di un modello basso sul galleggiamento. Merriman sviluppò e commercializzò un wtc con sistema a gas con risultati eccezionali, ma a me il predetto sistema non è molto simpatico…. quindi???

Oggi opterei (e intendo farlo prima o poi) per un sistema multi compressore molto facile da realizzare.

Una volta certa la posizione e la dimensione della cassa d'immersione rispetto al modello la possiamo immaginare tale e quale al sistema aspirato, ma ancora più semplice ovvero….

Priva di valvola sulla sommità per far defluire via l'aria durante l'immersione, poiché l'aria sarà tirata via da un compressore dedicato allo svuotamento. Per l'emersione useremo un secondo compressore che aspirerà aria dallo snorkel.

Un sistemino quindi semplice da realizzare, che occupa poco spazio dato che i compressori si trovano di dimensioni veramente ridotte, che al contrario di un rcabs o un sistema a pistone non comporta sovrapressioni o delle depressurizzazioni per la gioia degli organi di tenuta. I compressori possono essere comandati da uno switch elettronico con risparmio di spazio piuttosto di un servo che muove due interruttori. Certo è che con il sistema multi compressore, così come per l'aspirato, dovremmo bilanciare il modello un pò positivo, così da avere lo snorke fuori dall'acqua a modello fermo. Per le immersioni "profonde" dovremo utilizzare i timoni di profondità ed un po' di motore, ma vi assicuro che con pochi grammi di spinta "positiva" basterà veramente poco per scendere in "profondità" .

Edited July 19, 2018 by andreavcc

[Ocean's One*]

Efficientissimo Andrea,

grazie per aver ripristinato le immagini ed aver aggiornato la discussione con il nuovo post.

 

Soluzione molto interessante e razionale.

Certo, devi tenere il modello leggermente positivo per evitare sorprese, ma probabilmente è la soluzione più logica per piccoli e veloci sub che sentono bene i timoni.

La si potrebbe definire un'immersione dinamica "con aiutino" ?

[Ocean's One*]

Torno su questa ottima discussione per proporvi una mia idea in tema di sistemi di immersione: il PISTONE DI ESTREMITA'.

 

Tante volte abbiamo commentato le caratteristiche dei pistoni (Engel) che, insieme ad affidabilità e funzionamento rigoroso, possiedono alcune caratteristiche critiche.

La prima è ovviamente lo spazio necessario, eccessivo sul diametro specie per i modelli piccoli.

La seconda, più subdola, è la necessità di posizionare il pistone in modo rigoroso, altrimenti l'immersione e/o l'emersione avverrebbero con un assetto sbagliato, appruato o appoppato.

Se su un grosso modello ci possiamo permettere di posizionare il pistone quasi dove vogliamo, o addirittura di metterne due, su un battello molto piccolo la cosa non è possibile.

Addirittura, ci converrebbe avere un pistone "integrale" che scorre nello stesso tubo WTC, in modo da sfruttare al massimo il piccolo diametro disponibile.

Questa soluzione però non consentirebbe di avere connessioni fra la parte anteriore e quella posteriore del WTC, che risulterebbero separate dalla zona dove il pistone lavora.

Allora, verrebbe voglia di spostare il pistone più avanti possibile, in modo da avere tutta l'elettronica, la batteria e i motori raggruppati nella zona poppiera: naturalmente ciò non è possibile, perché se il pistone non sta nella sua posizione teoricamente corretta sono guai grossi per l'assetto.

 

Anche la soluzione con due end-caps estensibili, già sperimentata, simmetrica ed intrinsecamente bilanciata, porta al problema di avere le uscite dell'asse elica e dei rinvii dei timoni su una calotta che si muove, con notevoli problemi meccanici. 

Invece, sarebbe veramente comodo avere un singolo pistone all'estremità anteriore del WTC, e basta.

Questo impone di trovare una soluzione al notevole sbilanciamento che questo pistone genererebbe: eccovi quindi la mia idea teorica.

 

n.b. Come probabilmente avete visto, questa non verrà applicata sul progetto "esotico" dell'amico @andreavcc , che utilizza un modello già difficile di per sé.

La sperimentazione della mia idea dovrà avvenire altrove, nella speranza che ciò avvenga velocemente.

Per intanto, condivido con voi la trattazione teorica.

 

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Riferiamoci alla figura qui sotto e supponiamo un WTC con singolo pistone all'estremità prodiera.

 

(A) Il modello galleggia emerso ed orizzontale.

La spinta idrostatica (verde) ed il peso (rosso) sono applicati su due punti allineati sulla stessa verticale.

La spinta è leggermente superiore al peso, quindi il modello emerge di una certa quantità, fino a trovare l'equilibrio emerso ed orizzontale.

 

B) Si allaga il pistone di estremità e l'equilibrio viene perso

Evidentemente, se a questo punto il pistone indietreggia allagando la parte estrema del WTC, il volume diminuisce e il centro di spinta si sposta indietro.

Così facendo, centro di spinta e baricentro non sono più sulla stessa verticale, il modello si apprua e l'assetto orizzontale immerso viene perso.

(si giunge alla stessa conclusione anche supponendo il volume invariato ma il peso di una massa di acqua aggiunta a prora)

Questo problema va risolto.

 

C) SOLUZIONE: il pistone, indietreggiando, spinge indietro un peso opportunamente calcolato 

A questo punto, il centro di spinta si è spostato indietro, ma anche il baricentro lo segue, perché una certa massa è stata spinta indietro dall'azione del pistone stesso.

Centro di spinta e baricentro sono nuovamente coincidenti e il modello è stabile in immersione con assetto orizzontale.

Naturalmente ora occorre calcolare bene il peso da spostare e tutta la geometria del sistema, ma in principio la cosa è fattibile.

La cosa più semplice sarebbe avere la massa che indietreggia solidale con il pistone e che si muove della stessa quantità; addirittura questa massa potrebbe essere costituita dallo stesso motore del pistone. Il tutto, chiaramente, da verificare bene nei prossimi calcoli.

 

D) Nota: quanto sopra equivale in pratica ad avere un WTC più corto 

Al netto delle sottili pareti del WTC, la condizione "C" equivale alla "D", in cui abbiamo nuovamente un WTC con centro di spinta e baricentro coincidenti, posti entrambi a metà lunghezza.

 

 

 

Questo è quanto, per ora.

Ora devo provare la mia soluzione a suon di calcoli e, prima ancora, ascoltare i vostri commenti se ne avete.

Grazie dell'attenzione, ciao!

Edited July 8 by Ocean's One

[Ocean's One*]

Passo ora a qualche ipotesi di esecuzione del principio base, illustrato nella prima figura in alto.

Il pistone di estremità deve indietreggiare, portando indietro anche una certa massa affinché il baricentro resti sempre sulla perpendicolare del centro di spinta.

 

E) Questa semplice soluzione prevede che sia il motore a muoversi, solidale con la faccia del pistone.

Se il peso del motore non basta, occorre applicare altra zavorra al motore stesso o direttamente sul pistone.

I cavi di alimentazione del motore del pistone si muovono, quindi devono essere ben guidati per evitare interferenze co altre parti.

 

F) Tenendo il motore fisso si può invece rendere mobile la stessa zavorra del modello, posta sul fondo del WTC.

Certamente in questo caso il peso spostato può essere anche considerevole, visto che ha anche funzione di zavorra per la stabilità.

 

G) Questa soluzione migliora la configurazione F) per avere più altezza metacentrica e più stabilità.

Il pistone sposterebbe una zavorra esterna, opportunamente guidata.

Le barrette di accoppiamento pistone-zavorra richiedono però uno spazio un po' maggiore a prora.

 

H) Questa è la configurazione con il solo end-cap prodiero mobile.

Il motore del pistone si muove insieme all'end cap.

Eventualmente, non fosse sufficiente il peso del solo motore, il sistema si potrebbe migliorare aggiungendo anche la zavorra mobile in configurazione F) oppure G)

 

 

Queste sono possibili esecuzioni pratiche dell'idea.

Al prossimo post vi mostrerò anche qualche calcolo.

 

[Ocean's One*]

Ultimo aggiornamento per questo studio di fattibilità.

Oggi condivido con voi i risultati di una simulazione fatta in Excel su dati arbitrari (ma molto simili al progetto "esotico" di @andreavcc )

Per eventuali interessati il file Excel è disponibile, oppure posso farlo girare io e condividere i risultati.

Ecco le tabelle dei calcoli.

 

 

La prima tabella contiene gli input geometrici (caselle verdi)

Si può definire il WTC, la corsa del pistone e l'entità e la posizione del contrappeso.

Per tentativi, giudicando i risultati della simulazione, si può arrivare a definire il corretto dimensionamento del contrappeso mobile.

Il sistema calcola automaticamente il baricentro del WTC escluso il contrappeso, per avere l'assetto orizzontale in immersione.

 

 

Dopodiché si può definire "cosa far emergere".

In questo schema l'opera morta è stata divisa in tre zone: la vela (A), una struttura intermedia come la carenatura dei silos di lancio (B), la parte superiore dello scafo o del WTC (C). Ciascuna zona ha volume e centro di spinta impostabili.

 

 

Dopodiché arrivano i risultati della simulazione.

Oltre ad una marea di numeri che servono per i calcoli, vorrei portare la vostra attenzione sulle caselle che sfumano dal verde all'arancione e che mostrano la percentuale di emersione delle tre zone A, B, C dell'opera morta, in funzione della percentuale di riempimento del volume del pistone, mostrato nella prima riga.

Vediamo quindi che il grosso volume C, pari alla porzione emersa del WTC nel modello di Andrea, richiede il riempimento da 0 al 60% del pistone per poter finire sott'acqua.

Dopodiché, fra il 70 e il 90% di riempimento del pistone avviene l'immersione della zona B (carenatura dei silos di lancio) mentre l'ultimo 10% di corsa del pistone farà immergere anche la vela.

Con queste info possiamo fare una verifica delle fasi di questa immersione graduale, avendo conferma della corretta scelta della corsa del pistone.

 

 

Tutto ciò ancora non basta, perché dobbiamo anche valutare la stabilità longitudinale.

Abbiamo detto che il SW calcola automaticamente la posizione del baricentro affinché il modello risulti orizzontale in immersione, ma cosa succederà in emersione?

In questa tabella uso la convenzione di supporre costante il volume del WTC, trattando il pistone come peso aggiuntivo e non come riduzione di volume (cosa lecita).

Quindi, a fronte di un centro di spinta che non si muove, dove "migrerà" il baricentro?

Se va in avanti (valori positivi secondo la mia convenzione mostrata nella seconda figura) il modello emerso sarà appruato.

Se va indietro (valori negativi) il modello emerso sarà appoppato.

 

La riga "posizione baricentro teorico" in tabella qui sopra mostra proprio l'escursione del baricentro complessivo a seconda del grado di riempimento del pistone.

Questa riga non è ancora sufficiente, perché mostra solo l'effetto del riempimento del pistone e dello spostamento del contrappeso.

In realtà, il modello che emerge perde gradualmente spinta idrostatica a causa dei volumi via via emersi.

Di conseguenza, lo spostamento reale del baricentro deve tener conto della mancanza di questa spinta, che viene ancora una volta trattata come peso aggiuntivo dei volumi emersi non più compensati (n.b. riferiti a densità 1 e non al peso della plastica!)   

Quindi, la migrazione del baricentro che ci interessa è stata calcolata nell'ultima riga "posizione baricentro con contributi volumi emersi"

I numeri in verde sono quelli a cui dobbiamo guardare.

Vediamo innanzitutto che a modello emerso (0% pistone, 100% opera morta emersa), il baricentro si è spostato solo di 0,1 mm.

Quindi, anche in emersione il modello galleggerà orizzontale se lo impostiamo con i numeri di cui sopra, già ottimizzati grazie a questo SW.

Adesso, per maggiore chiarezza, posso anche mettere in grafico le escursioni del baricentro nei due casi appena descritti.

 

 

 

 

Come leggiamo le due curve?

Innanzitutto la curva verde, il risultato reale: sia per pistone vuoto (0%) che per pistone completamente pieno (100%) il baricentro è vicinissimo allo zero, con il modello che galleggia orizzontale nelle due situazioni estreme.

Dopodiché pensiamo all'immersione, percorrendo la curva verde da sinistra a destra, per valori di riempimento del pistone che passano da 0 al 100%.

Vediamo che nelle situazioni intermedie la posizione del baricentro è positiva di 3-4 mm: il baricentro avanza quindi di poco, rendendo il modello un po' appruato.

La cosa ci sta, visto che all'immersione statica adesso aggiungiamo anche un poco di immersione dinamica grazie al leggero appruamento.

 

Dopodiché passiamo alla curva grigia, per modello completamente immerso e senza più contributi dell'opera morta emersa.

Se svuotiamo il pistone partendo da una condizione di immersione in profondità, in pratica percorriamo la curva grigia da destra (pistone 100% pieno) a sinistra (0% pieno). Qui vediamo che nelle posizioni intermedie i valori sono un po' negativi: di conseguenza durante la risalita il baricentro di sposterà di 2-3 mm indietro e il modello tenderà ad appopparsi, cosa utile all'emersione visto che che aggiunge anche un po' di effetto dinamico.

 

Conclusione: gli spostamenti del baricentro sono comunque limitati a qualche millimetro, il comportamento è sensato durante l'immersione e l'emersione.

Il tutto nonostante un solo pistone posto a prora.

In teoria, la cosa funziona. Ora ci mancherebbe una prova pratica... 

Ciao!

 

 

 

Edited July 10 by Ocean's One

[S513]

Chapeau!! 🤯

[andreavcc]

... senza parole... ma con un paio di domande:

 

Il fatto che il baricentro si sposta di un poco in avanti in immersione, ed indietro in emersione è in buona sostanza legata alla posizione e spinta idrostatica (acquisita o perduta) dei volumi dell'opera morta?

 

Per costruire questo sistema hai assoluto bisogno di sapere "esattamente" quali sono i volumi delle varie parti al di sopra del galleggiamento, e dove sono i relativi centri di spinta in relazione al centro geometrico del wtc. Come puoi ottenerli guardando chessò uno skipjack ad esempio? 

 

È irrilevante quale sia il diametro del wtc, il volume dislocato, pesi dei vari componenti montati all'interno. Per il software l'importante è avere i dati numerici che gli servono e che il wtc sia in equilibrio metacentrico quando in emersione ed, aggiungo, che il wtc sia totalmente immerso. Giusto?

 

Che origine ha questo wtc, se lecito chiedere?

[Ocean's One*]

Inutile dire quanto mi faccia piacere la partecipazione a questa discussione tecnica.

 

@andreavcc

Rispondo subito alla tua ultima domanda: il WTC dell’esempio è notevolmente ispirato a quello di un modello “esotico” di un SSBN classe “Xia”, ultimamente postato su questo forum! 

Diametro 60/54 mm, lunghezza 560 mm, peso e volumi di conseguenza.

Ma forse l’avevi capito… 

 

Rispondo ora alle tue domande.

 

SPOSTAMENTO DEL BARICENTRO 

Mi chiedi se questo effetto consegua alla spinta idrostatica (acquisita o perduta) dei volumi dell'opera morta.

Questo è verissimo, ma spiega solo la differenza fra la curva verde e la curva grigia del mio grafico.

In realtà, anche la stessa curva grigia non è piatta, pur escludendo gli effetti dell’opera morta ed essendo valida solo in immersione

Già in questa condizione si capisce che il pistone di estremità ha bisogno di correzioni, fattibili ma mai completamente esaustive, visto che lasciano un’escursione residua di qualche millimetro.

 

(Modo Pippone Fisico = ON)

Perché quanto sopra? 

Il volume di acqua imbarcato cresce proporzionalmente alla corsa del pistone, mentre il braccio di leva di questo volume rispetto al baricentro decresce con la corsa stessa del pistone. Il loro prodotto, che è il momento destabilizzante, ha quindi un andamento a parabola. 

Il momento correttivo, che consegue al contrappeso di peso fisso, è invece proporzionale al braccio di leva, e quindi dipende linearmente dalla corsa del pistone.

Conclusione: non posso correggere al 100% una parabola sottraendole una retta, quindi la differenza ci sarà sempre e la possiamo solo minimizzare: qui l’ho fatto e i pochi mm residui sono probabilmente accettabili.

(Modo Pippone Fisico OFF)

 

Dopodiché c’è l’effetto “appruante” della perdita di spinta dell’opera morta, che è più estesa a prora e quindi quando emersa porta il modello ad appruarsi.

Ma con la scelta opportuna del contrappeso noi otteniamo che sulla curva verde il baricentro sia nella centrale sia per modello alla massima emersione che immersione.

 

CONOSCENZA ESATTA DEI VOLUMI DELL’OPERA MORTA

Tu mi segnali giustamente che il calcolo dei volumi emersi è difficile per molti modelli di forma arrotondata e poco geometrica. 

È vero, ma in questi casi si può fare una prova pratica, che io consiglio sempre: prima della realizzazione del modello, tu assembla il solo scafo esterno e piombalo quanto basta per renderlo negativo. Poi appendilo con un paio di fili sottili ad un dinamometro (bilancia digitale) a gancio come questa:

 

https://www.delphinpesca.it/bilancia-digitale-delphin-minio?gad_source=1&gad_campaignid=23451307403&gbraid=0AAAAA_pEkJPKONKF8i4H2wzwqoek6qfws&gclid=EAIaIQobChMI6ZLl_sPKlQMV8p6DBx3pOxO9EAQYBSABEgJRyfD_BwE#v_page_id=2910

 

Leggi il peso in completa immersione, poi solleva il modello progressivamente fuori dall’acqua: l’incremento del peso letto corrisponde alla perdita di spinta di ciascuna sezione.

 

Va bene, ma manca ancora la posizione longitudinale dei suddetti centri di spinta. Se non si riesce ad averne un’idea empirica guardando i volumi, allora bisogna ripetere l’operazione di cui sopra appendendo il modello a due dinamometri e non a uno solo, e facendo un po’ di conti sui bracci di leva. Fattibile.

 

POSIZIONE DEI COMPONENTI INTERNI

Guardando bene, il SW ci fornisce anche indicazioni su questo punto. 

Infatti, ci indica la posizione del baricentro del WTC al netto del contrappeso mobile del pistone.

Nel nostro caso risultano 110 mm dietro il centro geometrico, ma questa quota potrebbe diminuire se spostassimo più indietro il contrappeso, per esempio usando una zavorra mobile sul fondo del WTC.

Ad ogni modo, il SW definisce per bene anche questo punto.

 

UTILITÀ’ IN CASO DI WTC PARZIALMENTE EMERSO

Contrariamente a quanto si possa pensare, il SW funziona anche in questo caso.

E’ proprio ciò che ho fatto nella simulazione di esempio.

Se guardi il volume emerso “C”, questo è lungo come tutto il WTC ed ha baricentro in linea con il centro del WTC: in effetti è proprio la porzione di WTC emersa nel caso del tuo modello, con waterline e volume che risultano dalle valutazioni fatte nel tuo thread.

 

___________

 

Andrea, spero di aver risposto a tutte le tue questioni.

Pensando ad un caso pratico, però, immagino che nessuno abbi voglia di fare un affinamento dell’assetto al 100% basandosi solo sui calcoli. 

Vero.

Ecco allora gli aggiustamenti che puoi fare sul campo:

 - limite di corsa del pistone

 - entità del contrappeso

 - posizione zavorra fissa

 - entità zavorra fissa

 

Su altri modelli ci sono solo due regolazioni (posizione ed entità zavorra fissa), perché la posizione della cassa/sacca di immersione è stata “congelata” alla costruzione; qui invece hai un’ulteriore libertà, potendo definire l’entità del contrappeso.

Esempio: il tuo modello è orizzontale in immersione ma è appruato in emersione, magari a causa della vela troppo a prua?

In un modello normale non potresti correggere, a meno di perdere il bilanciamento in immersione oppure di squartare il modello per spostare la cassa di zavorra.

Nella mia idea potresti semplicemente aumentare il contrappeso e ridurre la zavorra fissa: in immersione non cambia nulla, in emersione i pesi sono più indietro e l’appruamento viene corretto.

 

Forse questa mia idea qualche piccolo vantaggio ce l’ha…