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Bilanciamento Dei Sottomarini R/c - Cenni Teorici


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Ciao Ocean's sto seguendo con molto interesse questa discussione... didattica... e ti ringrazio moltissimo.

 

Sebbene io non sia un modellista particolarmente attivo, per progetti attualmente in corso d'opera (anche se fermi con le 4 frecce come direbbe Brumotti) e altri in fase di definizione, a me personalmente interessa che continui con la trattazione dell'impostazione completa.

 

Francesco

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quoto gepard, o la si fa bene o si lascia stare :biggrin:

battute a parte, credo anch'io che sia meglio la trattazione completa, affinchè ogni lettore possa avere qui le basi teoriche per poter progettare un buon wtc. e se mi permettete l'egoismo, perchè ho un seawolf che di rimanere in quota non ne vuol sapere e non so proprio come porre rimedio :smiley29: .

inoltre una piccola precisazione, lo skipjack è della moebius, il wtc è home made :wink:

 

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Gepard, Andrea, grazie dei vostri pareri.

Allora procederemo con la trattazione completa, anche se risulterà per forza più lunga e corposa.

Del resto, le cose bisogna farle bene: giusto, Andrea?

 

Per fare il punto della situazione, con questi post stiamo finendo il tema della stabilità trasversale. Questo argomento ci mette in grado di calcolare l'altezza metacentrica di un modello immerso (vi darò qualche altro trucchetto pratico) ed anche di stimare l'influenza di operazioni come l'emersione e lo spostamento di pesi agli effetti della stabilità e dell'altezza metacentrica.

Dopodiché, ci rimarrà da affrontare il tema del bilanciamento longitudinale del modello e quello del dimensionamento della cassa di immersione.

Se mi lasciate la scelta, io darei priorità al secondo argomento, per meglio seguire l'iter di costruzione di un modello ex novo (con buona pazienza di Andreavcc e del suo Seawolf).

Infatti, ecco la mia sequenza ideale per realizzare da zero un modello di sub RC:

 

1) Scelta dello scafo esterno

 

2) Realizzazione di un WTC abbastanza grosso per contenere tutta la meccanica (condizione: il WTC deve stare più in alto possibile ma comunque completamente al di sotto della linea di galleggiamento)

 

3) Prima prova in vasca, senza meccanica ma con WTC appesantito per simulare i componenti interni e la cassa di immersione piena (tutti questi pesi sono in asse al WTC) più la zavorra in chiglia pari al peso residuo che serve per raggiungere l'assetto neutro.

Durante la prova, verificare l'altezza metacentrica in immersione (anzi in minimo affioramento).

In questa fase si deve già fare un primo bilanciamento longitudinale, da ripetere poi a modello finito.

 

4) Misura dei volumi di opera morta. Ciò si può fare riducendo il peso che simula l'acqua di zavorra oppure, meglio, tirando il modello verso l'alto con una carrucolina oppure con un dinamometro per valigie abbastanza sensibile. In questo modo:

4a) sapremo quanto peso va tolto per emergere, ossia sapremo il volume che dovrà avere la cassa di immersione (da maggiorare per sicurezza di un 20-30%)

4b) potremo capire la posizione in cui mettere la cassa di immersione, che coinciderà con il punto di applicazione della carrucola/dinamometro che fa emergere il modello in modo perfettamente orizzontale.

4c) potremo calcolare l'altezza metacentrica in emersione, noti i volumi emersi di cui al punto 4a). Da qui potremo verificare che non nasca instabilità.

 

5) Se invece scoprissimo che c'è rischio di instabilità in emersione, potremo calcolare le correzioni necessarie (spostamento di pesi o aggiunta di polistirolo, per riportare la GM a valori positivi in emersione).

 

 

Solo a questo punto potremo iniziare a costruire veramente il modello, rimpiazzando i pesi provvisori con i componenti definitivi. Avremo così un'elevata garanzia che il progetto finale raggiunga una sufficiente stabilità.

A tutto ciò andrebbe aggiunta la definizione dell'ulteriore, piccola quantità di zavorra per il bilanciamento fine, soprattutto in senso longitudinale, per la quale vi darò qualche indicazione più avanti.

 

Più o meno, questo è il percorso.

Adesso possiamo riprendere con la nostra trattazione…

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2.13. ESEMPIO DEL THUNDER TIGER NEPTUNE - VERIFICA DELLA CONDIZIONE EMERSA

Forse questo paragrafo è un po' ridondante, perché copre argomenti già visti durante la verifica dell'I-400 in emersione.

Ripeto però i calcoli anche per il Neptune, per completezza e anche per dimostrare come in questo caso la manovra di emersione non sia critica per la stabilità. Questo modello parte da un'elevata altezza metacentrica in immersione e possiede piccoli volumi di opera morta, per cui non ci aspettiamo peggioramenti sostanziali durante la risalita in superficie.

 

Nella parte alta di Figura 22 vediamo il riepilogo del nostro Neptune immerso: peso totale di 8000 grammi e GM di ben 1,6 cm, come avevamo calcolato in precedenza (sto arrotondando leggermente le quantità per far nascere numeri più semplici da gestire)

 

La sacca di zavorra del Neptune ha un volume totale di circa 200 mL.

Per semplicità, supponiamo che siano proprio 200 i millilitri d'acqua che dobbiamo espellere per passare da un assetto neutro in immersione alla completa emersione.

Così facendo, stiamo sovrastimando un po', visto che la sacca di zavorra ci serve anche per ottenere assetti negativi e non soltanto neutri, ma comunque stiamo approssimando dalla parte della ragione e per ora lo accettiamo.

Di conseguenza, se 200 g è il peso dell'acqua che è stata rimossa durante l'emersione, il volume dell'opera morta sarà proprio di 200 mL.

 

Importantissimo: notate che stiamo affermando che il volume delle parti emerse è di 200 mL, e NON che il loro peso è 200 grammi. Il peso dell'opera morta può assumere qualsiasi altro valore ed incide sulla posizione del baricentro e sull'altezza metacentrica in immersione; se però ci stiamo preoccupando della riduzione di GM durante l'emersione, la quantità critica è il volume dell'opera morta, non il suo peso.

Quindi, grossi volumi di opera morta imporranno elevata capacità della cassa di immersione, con conseguente forte riduzione dell'altezza metacentrica durante la manovra di emersione. Se ricordate, era proprio questo il problema dell'I-400 del precedente esempio.

Tornando al Neptune, le cose sono molto più favorevoli.

 

FIG_22.png

FIGURA 22

 

Per il Neptune il volume emerso è solo di 200 mL. In superficie, noi abbiamo sostituito la sua spinta idrostatica con l'eliminazione di 200g di acqua di zavorra. Tuttavia, la sacca di zavorra si trova più in basso di circa 10 cm rispetto al centro dei volumi emersi, quindi ci sarà un contributo differenziale negativo, perché è come se "abbassassimo un volume" (o, meglio, una spinta positiva). Ecco il calcolo:

Contributo differenziale per emersione deltaGM(emers) = 200/8000 x (-10cm) = -0,25cm

Come vedete, è veramente una quantità esigua.

L'altezza metacentrica iniziale era +1,6cm ed ora diventa:

GM(emers) = +1,6 -0,25 = +1,35cm

La nuova GM non solo è ancora positiva ma continua a rimanere abbastanza elevata. L'emersione non ha indotto alcuna instabilità, come del resto potevamo aspettarci, visto che si tratta di un modello molto stabile già in partenza e con torretta dal volume molto ridotto.

Edited by Ocean's One
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2.14. ESEMPIO DEL THUNDER TIGER NEPTUNE - IPOTESI RCABS

Questo post copre un argomento complementare, caro a chi usa la tecnica RCABS come sistema di immersione.

Come sappiamo, questa modalità prevede il gonfiaggio di una sacca esterna anziché l'introduzione di acqua in una cassa interna al WTC. Per emergere noi aumentiamo la spinta idrostatica grazie all'aggiunta di un volume (il "palloncino" RCABS) anziché ridurre il peso svuotando la cassa di immersione.

 

Agli effetti dei nostri calcoli, però, poco cambia.

In questo caso, l'assenza di spinta dei volumi emersi non sarà compensata da un' "assenza di peso" della cassa di immersione vuota, ma da una nuova forza di galleggiamento, legata alla sacca esterna gonfiata ad aria.

I conti si fanno esattamente come prima, ma ne escono i numeri un po' diversi, vista la differente posizione del serbatoio elastico del sistema RCABS.

Normalmente, questa sacca gonfiabile è posta piuttosto in alto, pur rimanendo sotto alla linea di galleggiamento. Si trova in una posizione sensibilmente più alta di una classica cassa di immersione, che si trova più o meno sulla mezzeria del WTC stesso.

Quindi, un sottomarino equipaggiato di RCABS risulterà più stabile in emersione, perché la spinta persa dell'opera morta viene comunque sostituita dalla spinta della sacca RCABS, che si trova comunque abbastanza in alto e non riduce significativamente l'altezza metacentrica.

 

Lo vediamo in quest'esempio, in cui abbiamo ipotizzato che il Neptune sia dotato di un sistema RCABS, come indicato in Figura 23.

Nota: Sono d'accordo che questa ipotesi non abbia molto senso, sia perché il RCABS non è la soluzione ottimale per modelli medio-grossi, sia perché abbiamo già visto che il Neptune non soffre di instabilità nemmeno con la cassa di immersione convenzionale. Tuttavia, vorrei fare questo esempio per avere un paragone con la configurazione standard, per la quale ricordiamo che il Neptune perde 0,25 cm di GM durante l'emersione.

Vediamo ora cosa succede con il sistema RCABS.

 

FIG_23.png

FIGURA 23

 

Diciamo innanzitutto che il volume del palloncino RCABS è uguale al volume dell'opera morta che facciamo emergere, ovvero 200 mL.

In emersione, anziché rimuovere 200 g di acqua di zavorra, aggiungiamo 200 g di spinta idrostatica, grazie al gonfiaggio della sacca RCABS. Il centro di questo volume si trova quasi sulla linea di galleggiamento, diciamo circa 4 cm al di sotto del centro della torretta (che è il volume perso durante l'emersione).

Quindi è come se noi spostassimo un volume di 200 mL di 4 cm a scendere, dal centro dell'opera morta al centro del RCABS.

Calcoliamo l'impatto di questa operazione sull'altezza metacentrica. Il contributo è negativo e vale:

Contributo differenziale per emersione deltaGM(emers) = 200/8000 x (-4cm) = -0,1cm

 

Questa è veramente una quantità minima.

Se la compariamo con i -0,25 cm di riduzione della GM nel caso precedente, vediamo che l'uso del RCABS è vantaggioso, perché riduce l'altezza metacentrica in maniera molto minore che non altri sistemi basati sull'acqua di zavorra.

In caso di sistema RCABS, l'altezza metacentrica del Neptune in emersione si pone all'ottimo valore di:

GM(emers) = +1,6 -0,1 = +1,5cm

_______________

 

Pensandoci bene, il nostro buonsenso ci porta alla stessa conclusione: stiamo applicando un "galleggiante" gonfiato ad aria, quindi è logico che più in alto lo applichiamo, meglio è per la stabilità.

Se invece aggiungessimo peso, ovvero acqua di zavorra, quest'acqua ci sarebbe soltanto in immersione, ovvero in una situazione meno critica per la stabilità trasversale. Se anche ponessimo la cassa di immersione il più in basso possibile, in superficie non godremmo di alcun vantaggio.

Invece, in emersione il sistema RCABS può dare sensibili vantaggi sulla stabilità (a patto però che la sua camera elastica si gonfi uniformemente, il che non è del tutto scontato).

 

E così, abbiamo speso due parole anche per chi usa questo sistema di immersione. Giusto, Andrea?

Edited by Ocean's One
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  • 2 weeks later...

2.15. THUNDER TIGER NEPTUNE - REVISONE DELL'ALTEZZA METACENTRICA PER OTTIMIZZARE IL COMPORTAMENTO DINAMICO

Con questo ulteriore esempio vi anticipo l'utilità dell'altezza metacentrica per modificare il comportamento in acqua di un modello.

Mi riferisco al complesso tema della stabilità longitudinale, che tratteremo meglio più avanti, ma di cui vi do ora un piccolo assaggio.

La stabilità longitudinale è una caratteristica molto variabile: ci sono modelli capaci di assumere assetti estremamente inclinati già con pochissimo timone di profondità, mentre altri sono piuttosto "pigri" nel senso del beccheggio. Il mio Neptune appartiene alla seconda categoria: anche sotto una forte azione dei timoni di profondità, non riesce ad assumere assetti particolarmente inclinati, per cui la salita e la discesa non risultano affatto pronte.

 

Casi come questo si possono spiegare con l'effetto stabilizzante del "pendolo ideale", visto a tempo fa. Una forte altezza metacentrica GM farà sì che il baricentro G si trovi molto al di sotto del metacentro M: in immersione, un movimento di beccheggio farà scostare il baricentro dalla verticale del metacentro, e lo scostamento sarà tanto più grande quanto maggiore è la distanza GM.

Notiamo che questo scostamento si applica fra le rette d'azione della forza peso e della spinta idrostatica, quindi questa coppia di forze genererà un "momento raddrizzante" per ruotare il modello e riportarlo in posizione orizzontale (freccia verde di Figura 24).

E visto che il momento raddrizzante è proporzionale al braccio di leva fra le due forze, è evidente che una maggiore altezza metacentrica GM determinerà un maggiore braccio di leva e di conseguenza una maggiore reazione al beccheggio ed una migliore stabilità longitudinale.

 

FIG_24.png

FIGURA 24

 

Come abbiamo già calcolato, il Neptune è dotato di una GM di 1,6cm in immersione, che è un valore piuttosto elevato.

L'azione stabilizzante sarà quindi molto vistosa, addirittura troppo elevata per i gusti del sottoscritto.

Dando tutto timone a salire, il Neptune guadagna circa mezzo metro di quota ogni 4-5 metri percorsi in orizzontale: il massimo angolo di beccheggio raggiungibile è quindi di soli 6-7° (corrispondenti ad una pendenza del 10-12%), che effettivamente è un po' pochino.

E' vero che una maggiore reattività può essere raggiunta anche aumentando la velocità o installando timoni più grandi o in scia all'elica, ma anche la riduzione dell'altezza metacentrica può risultare benefica.

Vediamo quindi l'intervento che ho apportato sul mio Neptune.

 

Partivamo da un'altezza metacentrica di 1,6 cm in immersione, che è effettivamente molto elevata.

Io ho spostato uno dei tre pesi di zavorra dalla chiglia alla parte superiore dello scafo, esattamente come fatto in precedenza (Paragrafo 2.12, Figura 20). Se allora lo facevo come prova estemporanea per calcolare l'altezza metacentrica, ora lo faccio in via permanente, per ridurre intenzionalmente la GM e la stabilità.

Ripetendo i calcoli già fatti, lo spostamento di 350 g verso l'alto di 18,5 cm provoca una riduzione della GM pari a:

Contributo differenziale per spostamento di 350 grammi di zavorra deltaGM(350) = 350/8000 x (-18,5cm) = -0,8cm

Quindi, la nuova GM in immersione passerà da 1,6 cm a

GM(modificata, immersa) = +1,6 -0,8 = +0,8cm

L'altezza metacentrica ancora positiva, quindi il modello rimane stabile, ma le sue reazioni al beccheggio saranno molto minori di prima. Più esattamente, la GM dimezzata rispetto a prima farà sì che il modello si opporrà molto meno alle inclinazioni longitudinali: i suoi piccoli timoni di profondità risulteranno quindi molto più efficaci a fargli puntare il muso verso l'alto o verso il basso.

 

Il risultato pratico è un rateo di salita/discesa incrementato fino ad 1 metro di quota ogni 3-4 metri di avanzamento, corrispondenti ad una quindicina di gradi di inclinazione in beccheggio.

Non è male; il comportamento del modello ora mi piace molto di più, anche senza aver utilizzato timoni maggiorati.

 

FIG_25.png

FIGURA 25

 

Ovviamente, la ridotta stabilità va riverificata in emersione, perché se diminuiamo troppo la GM il modello rischia poi di galleggiare sbandato.

Ripetiamo quindi i calcoli già fatti (Paragrafo 2.13), come si vede nella parte bassa della Figura 25.

Contributo differenziale per emersione deltaGM(emers) = 200/8000 x (-10cm) = -0,25cm

La nuova altezza metacentrica in emersione sarà quindi:

GM(modificata, emersa) = +0,8 -0,25 = +0,55

La GM resta positiva: il modello emerso galleggia ancora dritto e l'intervento correttivo è risultato accettabile.

_______________

 

Nota conclusiva: questo esempio serve a dimostrare la sensibilità del modello alle variazioni di altezza metacentrica, agli effetti del suo comportamento dinamico.

Purtroppo, spesso le necessità sono opposte a quanto visto in questo esempio. Modelli lunghi, veloci e troppo nervosi richiederebbero un aumento della GM, cosa più difficile da fare perché significherebbe spostare maggiormente i pesi verso la chiglia, la quale in un modello snello potrebbe non essere sufficientemente profonda. Un significativo aumento dell'altezza metacentrica potrebbe quindi non essere facile da ottenere.

Mi devo fermare qui: io vi posso dare lo strumento di calcolo per quantificare il comportamento atteso, ma evidentemente occorre anche un'architettura favorevole o per lo meno non troppo ostile. In ogni caso, con qualche calcolo noi potremo giudicare a priori se l'intervento correttivo ipotizzato ha senso oppure no, perché magari modifica la GM di così poco che non ne vale la pena. E capire questo è già qualcosa

 

Saluti

Ocean's

Edited by Ocean's One
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:smiley19: grazie ancora ocean's, sempre esaustivo. ciò mi fà pensare al mio seawolf trumpeter...

il modello in sè non è troppo "nervoso" nella risposta ai timoni di profondità (il chè credo sia già indice di una buona GM), ma sente molto la spinta dell'elica. ovvero dando motore tende a far salire il muso. immagino benissimo che sia dovuto ad un disassamento tra l'asse di spinta e il centro di gravità ma.... vuoi che sia veramente per questo? me lo chiedo perchè il modello è stabile (quindi G non è posto troppo in alto) e l'assale è posto sulla mezzeria dello scafo :sad:. cos'altro potrebbe influire "fisicamente" parlando?

 

P.S. mi rispondo da solo :tongue:

l'asse di spinta è posto nella mezzeria dello scafo ma non del wtc :doh: .

lassale dell'elica nel tappo posteriore del wtc è posto molto in basso, quindi aumentando la spinta dell'elica si crea un braccio di leva con il centro di gravità che mi impenna il modello come una ducati! :biggrin:

dovrò ricordarmi di questo "piccolo" particolare quando progetterò il prossimo wtc.....

 

ciao

Edited by andreavcc
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una domanda, finora avete parlato di bilanciamento con WTC, ma per i modelli invece dotati della classica vescica e di 1 o 2 coppie di timoni di profondità, quali differenze si devono considerare?il fatto che ci sia un maggiorevolume d'aria (e di conseguenza zavorra da applicare) quali problemi potrebbe innescare?

grazie mille!

Luca

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Due risposte. Scusate la sintesi, ma oggi non ho la migliore connessione possibile.

 

Andrea: adesso capisco un po' di più. Se il modello punta il muso verso l'alto sotto motore, non è un classico problema di bilanciamento legato all'altezza metacentrica.

Tu verifichi l'allineamento dell'asse elica con il baricentro o con il centro del WTC, ma io penso che vada verificato anche con la posizione verticale del centro di resistenza idrodinamico. Ovvero: se la vela e tutta l'opera morta superiore oppongono più resistenza della parte inferiore dello scafo, il modello e' "frenato" dall'acqua in un punto che non si trova in asse con l'elica ma al di sopra di questa Quindi, sotto motore nasce una coppia di forze che genera un effetto "appoppante" che fa puntare la prua in alto. Per verificarlo, monta una paletta provvisoria sotto la chiglia, per generare resistenza sulla parte inferiore dello scafo, poi fai una prova e magari riesci a capire meglio il problema.

 

Corazzata Littorio: i modelli con la vescica esterna gonfiata ad aria rientrano nella categoria RCABS, di cui ho parlato in un mio precedente esempio. In generale, sono un po' più stabili e hanno un'altezza metacentrica un po' superiore, perché la molta aria posta in alto e' benefica agli effetti della stabilità.

Invece, il fatto che ci siano una o due coppie di timoni ha effetto sul comportamento dinamico e non sulla stabilità statica, che grazie alla GM invece c'è anche da fermi.

L'effetto dei timoni si puo mettere in relazione all'altezza metacentrica per prevedere il comportamento dinamico (pigro o più reattivo). Vi ho dato un esempio con l'ultimo post, ma è un tema che vorrei riprendere più avanti

 

Saluti e grazie della partecipazione!

 

Ocean's

Edited by Ocean's One
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Benissimo. Allora Fra un po' ti aspettiamo, Corazzata Littorio.

 

Rileggendo quello che ha scritto Andrea, mi viene il dubbio di non aver recepito un aspetto importante.

Andrea, quando dici che l'asse elica esce da un punto troppo basso del WTC, significa quindi che l'asse non è orizzontale ma sale andando verso poppa?

Se è così, la tua analisi è più che azzeccata: visto che l'asse di spinta dell'elica punta verso il basso andando verso prua, è logico che questa forza passi sotto al baricentro e determini una forte rotazione dello scafo "a cabrare" (scusa il termine aviatorio).

 

E quindi il modello si impenna come una Brutale :)

Ho capito bene?

 

Saluti!

Ocean's

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l'asse è orizzontale, il punto dove si scarica la spinta dell'elica è posto in basso. sicuramente è un po più basso del centro di gravità e questo sicuramente genera una leva... una cosa alla quale non avevo mai pensato purtroppo... :sad:

in un prossimo futuro potrei provvedere a cambiare il motore e quindi la sua posizione sul tappo del wtc... lì vedremo la differenza :wink:

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  • 1 month later...

Dopo una lunga pausa estiva, torno sull'argomento bilanciamento.

 

Oggi vorrei iniziare il grosso capitolo relativo al bilanciamento dei modelli costruiti ex-novo, per i quali dobbiamo compiere vere e proprie scelte di progetto e non soltanto la semplice verifica di stabilità cui abbiamo parlato finora.

 

Come punto di partenza, avremo a disposizione il solo scafo esterno a libera circolazione, privo di WTC e componenti funzionali interni (esempio tipico: un modello statico da convertire R/C).

In alternativa, come nel caso del magnifico modello di Gpez, esisterà lo scafo già completo di WTC, ma mancheranno ancora quasi tutti i componenti elettrici e meccanici.

In ogni caso, vi faccio notare, è tassativo che non sia stata ancora installata la cassa di immersione.

Infatti, qualora scegliessimo e montassimo "alla cieca" questo componente, il nostro modello potrebbe risultare incapace di immergersi completamente o di emergere fino alla linea di galleggiamento corretta, mentre anche l'assetto longitudinale potrebbe essere compromesso.

Per quest'ultimo punto dobbiamo fare un assunto fondamentale: è vero che spostando sola la zavorra fissa potremo correggere l'assetto longitudinale in immersione OPPURE in emersione, ma non li potremo mai aggiustare contemporaneamente entrambi. Per farlo, l'unico modo è agire necessariamente su un secondo parametro: il posizionamento della cassa di zavorra. Di conseguenza, occorre che quest'ultima non sia ancora montata in modo definitivo quando procederemo alle prime fasi del bilanciamento del modello.

L'assenza della cassa di immersione rende però più complesse le prove in vasca, visto che bisognerà attrezzarsi con qualche artificio per far immergere il sottomarino incompleto della quantità esatta che occorre per le prove.

A breve vi darò alcuni suggerimenti su cosa preparare per questo scopo.

_______________

 

Ora però vorrei ricordare cosa andremo a misurare con le prove in vasca. Si tratta dei tre volumi fondamentali che qui descrivo:

 

1) Volume dell'opera viva, ovvero della parte di scafo al di sotto della linea di galleggiamento. Questo volume resta sempre e comunque immerso e genera spinta idrostatica sia quando il modello naviga in immersione che in emersione.

 

2) Volume dell'opera morta, che si riferisce a tutto ciò che sta sopra alla linea galleggiamento: parte alta dello scafo, ponte, torretta, cannone, ecc… Come sappiamo, questi volumi possono trovarsi immersi o emersi a seconda delle condizioni di navigazione; pertanto, il loro contributo alla spinta idrostatica totale è presente soltanto durante la navigazione in immersione.

 

3) Volume totale, somma dei due precedenti. Rappresenta il dislocamento in immersione, quando tutto il modello si trova sott'acqua.

 

Fin qui non stiamo dicendo nulla di nuovo. Notiamo solo che, nelle nostre prove in vasca, potremo misurare due qualsiasi di questi tre volumi e ricavare l'ultimo per somma o per differenza dagli altri.

 

Già queste prime misure avranno valenza pratica. Infatti, dobbiamo ricordare l'assunto che dice che la capacità della cassa di immersione deve essere (almeno) uguale al volume dell'opera morta.

Infatti, se con l'emersione perdiamo la spinta idrostatica del volume che emerge, dobbiamo compensare alleggerendo il modello di una pari quantità, ovvero scaricando acqua di zavorra per un volume equivalente al volume che sta fuoriuscendo dall'acqua.

Quindi, misurando il volume dell'opera morta, capiremo immediatamente il volume minimo della cassa di immersione che ci serve.

 

Per esempio, se la parte di scafo sopra alla linea di galleggiamento rappresenta un volume di mezzo litro da fare emergere, servirà una cassa di immersione con capacità di almeno 500 mL (da aumentare per sicurezza almeno del 15-20%, diciamo fino a 600 mL totali).

E questo, si badi bene, vale sia se il modello ha un volume totale di 5 litri, sia se ha un volume di 10!

Ricordiamo che è soltanto il volume dell'opera morta a dettare la scelta della cassa di immersione; al contrario, il volume immerso non incide affatto, anche se comunque dovrà essere conosciuto per altri scopi.

 

Per ora mi fermo qui, la prossima volta vedremo come misurare in vasca i volumi di cui abbiamo parlato.

A presto,

 

Ocean's

Edited by Ocean's One
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bene bene... si riprende a studiare! :happy:

una domanda, per chi non ha il tempo, lo spazio, il modo di farsi una vasca per calcolare questi volumi c'è un'altra via? che sò.... tipo il pesare l'opera morta e calcolarne il volume usando il peso specifico del materiale? è possibile fare ciò? se si... qual'è il peso specifico dello stirene usato nei modelli di normale reperimento?

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Carissimo Andrea, ben ritrovato!

 

certo, mi proponevo di scriverlo come prossimo post. Ora ti do una risposta veloce...

Per uno scafo completo, i metodi sono sostanzialmente tre:

 

1) vasca costruita appositamente, raccolta e peso dell'acqua fuoriuscita

 

2) mettere il modello in galleggiamento in uno specchio d'acqua qualsiasi, zavorrare fino al galleggiamento e pesare. Poi, zavorrare fino al minimo affioramento (assetto quasi neutro) e ripesare. La differenza ci dà il volume di opera morta.

 

3) mettere sempre il modello in una vasca qualsiasi e piombarlo in modo che sia certamente negativo. Poi prendere un dinamometro per bagagli, appendervi il modello e tirare per farlo emergere. La differenza di peso fra la completa immersione e il galleggiamento in condizioni corrette ci darà la spinta idrostatica persa, che corrisponde al volume dell'opera morta.

_____________

 

Se non hai il modello intero ma solo l'opera morta separata, il principio 3) vale ugualmente. Magari aggiungi un filo di 20 cm con un piombo, attaccalo all'opera morta e poi collega il tutto al dinamometro. Tira fino a far emergere la parte in plastica, ma non il piombo. La differenza di peso (in g) è pari al volume (in mL).

 

Però anche il tuo metodo funziona, se hai il tutto di un materiale omogeneo come il polistirene.

Questo polimero ha densità di 1,05 g/mL, quindi prendi la tua pesata in grammi, dividila per 1,05 e trovi il volume in millilitri.

(funziona, a meno che tu sia un utilizzatore smodato di colla!)

 

Ciao!

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Puoi provare a misurare peso e volume di una "relativamente" piccola porzione del materiale con il quale è costruito il modello e poi estrapolare il volume del modello.

 

Con "relativamente" piccola intendo una quantità di materiale che permetta di essere misurata con la precisione più elevata possibile con gli strumenti che hai a disposizione

 

In ogni caso penso che il risultato estrapolato possa variare anche di molto rispetto al valore misurato dell'intero modello, colle, resine, parti in metallo (tipo gli assi elica) e altri materiali utilizzati nel modello hanno densità diverse rispetto al resto dello scafo.

 

Francesco

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  • 2 weeks later...

Eccomi a riprendere il discorso sulla misura dei volumi, sempre riferendomi ai tre metodi citati in precedenza:

1) la vasca dedicata, con sistema di raccolta dell'acqua fuoriuscita

2) il metodo delle pesate

3) il metodo del dinamometro con cui misurare le variazioni di peso.

 

Inizialmente misureremo scafi già completi del WTC e che galleggiano in maniera simile a quella definitiva.

Dopodiché, vedremo se e come questi metodi possano essere applicati al solo scafo esterno, poco o per nulla capace di galleggiare in assetto corretto.

Iniziamo ora con la procedura per la misura dell'acqua fuoriuscita (Andrea, porta un po' di pazienza: arriveremo anche al numero due, che ti interessa maggiormente. Intanto inizio con questo, perchè è il più completo).

 

3.1 CALCOLO DEI VOLUMI PER IL MODELLO GIA' DOTATO DI WTC - VASCA DEDICATA E RACCOLTA DELL'ACQUA FUORIUSCITA

Questa procedura è piuttosto rigorosa e richiede lo sforzo di costruire una vasca specifica, con uno foro sfioratore che consenta di fare fuoriuscire acqua in misura pari al volume che viene immerso.

Una volta riempita la vasca a livello dell'apertura, immergeremo il modello fino alla linea di galleggiamento: la quantità di acqua fuoriuscita andrà pesata (in kg) e ci indicherà il volume dell'opera viva del modello (in litri).

La Fig. 26 mostra questo concetto, che è poi quello applicato da GPez nella messa a punto del suo modello.

 

FIG_26.png

FIGURA 26

 

Qui occorre fare un distinguo, perché quanto sopra presuppone che il modello sia già in grado di galleggiare dritto, immerso esattamente fino alla linea di galleggiamento, la qual cosa che non è del tutto scontata.

Per verificarlo, noi riempiremo il WTC di "finta" zavorra che simuli il peso dei componenti esterni, poi aggiungeremo vera zavorra in chiglia per far galleggiare il sottomarino alla linea di galleggiamento prevista. Spostando opportunamente la zavorra in chiglia in avanti o all'indietro, sarà possibile ottenere anche il corretto assetto longitudinale in emersione.

Se ciò è possibile con il modello allo stato attuale, allora potremo fare facilmente la misura; in caso contrario dovremo piombare ancora il modello e calarlo in acqua vincolato a due funicelle per controllare artificialmente l'immersione, come vedremo più avanti.

 

Per ora supponiamo il modello ce la faccia a galleggiare dritto, dandoci quindi modo di misurare il volume dell'opera viva attraverso la pesata dell'acqua fuoriuscita.

Dopodiché, dovremo raggiungere la completa immersione per misurare il volume totale. Teoricamente, andrebbe bene anche una "barbara" spinta verso il basso con la mano (a patto di non immergere troppo la mano nell'acqua, altrimenti misureremmo anche il volume della mano stessa!).

Per essere più precisi, però, vi consiglio di applicare abbastanza zavorra aggiuntiva da rendere il modello leggermente negativo e da farlo immergere completamente, come in Figura 27. L'acqua fuoriuscita, raccolta e pesata, ci indicherà il volume totale del modello. Da ciò, potremo infine calcolare per differenza il volume della sola opera morta (infatti: Volume totale - Volume opera viva = Volume opera morta). Ricordiamo che quest'ultimo è il dato più importante, perché esso definisce la capacità minima della cassa di immersione necessaria.

 

FIG_27.png

FIGURA 27

 

Per calcolare il volume dell'opera morta c'è però un'altra variante, ancora più versatile.

Bilanceremo il modello per un corretto galleggiamento in emersione, dopodiché lo faremo immergere progressivamente tirandolo verso il basso con due funicelle che lavorano su bozzelli montati sul fondo della vasca (Figura 28).

Qui il vantaggio sta nella possibilità di fermare il modello all'immersione desiderata, misurando non solo il volume relativo alla completa immersione, ma anche i volumi parziali legati all'immersione di scafo o torretta solo per una determinata altezza.

Facendo ciò, arriveremo a conoscere la distribuzione dei volumi all'interno dell'opera morta stessa e, per esempio, sapremo calcolare quanta acqua di zavorra occorre imbarcare per portare il ponte a filo dell'acqua, oppure per avere la torretta in affioramento ad una certa altezza, ecc

L'immersione progressiva scomporrà l'opera morta in più volumi sovrapposti, ciascuno dei quali avrà il suoi dati caratteristici (volume in millilitri e altezza in centimetri rispetto alla linea di galleggiamento).

Per completezza, ecco il link al post di GPez che ci mostra la sua vasca di prova dotata di sistema di raccolta, bozzelli e funicelle per provocare l'immersione controllata del modello. http://www.betasom.it/forum/index.php?showtopic=27080&page=8 - Post n°231 e segg.

 

 

FIG_28.png

FIGURA 28

 

Per i più rigorosi, la conoscenza dell'effettiva distribuzione dei volumi emersi consentirà anche di calcolare la diminuzione dell'altezza metacentrica durante l'emersione, in modo da fare una verifica teorica della stabilità.

Chi apprezza la teoria troverà più avanti un esempio in merito.

_____________

 

Per ora mi fermo qui. Ci resta da vedere come attrezzarsi in caso di modelli che galleggiano sbandati in emersione, o che si capovolgono o che addirittura non possiedono ancora il WTC.

Alla prossima!

Edited by Ocean's One
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Per correttezza volevo sottolineare che i dati dedotti dalla prova che ho effettuato forse li ho dati sbagliati perché non ho pesato l' acqua di raccolta durante la prova ma ho considerato i litri fuoriusciti.... É la stessa cosa...penso di si ma non sono proprio sicuro!!

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Hai ragione GPez, io non sono stato abbastanza chiaro.

 

Ti rassicuro

Va detto che è praticamente indifferente misurare il volume dell'acqua fuoriuscita (in litri) o pesarla (in kg), e questo perchè 1 litro di acqua pesa proprio 1 kg.

Quindi puoi tranquillamente scegliere se è più comodo pesare l'acqua con una bilancia o misurare il suo volume in un recipiente graduato.

Vanno bene entrambi i metodi, per queste nostre valutazioni.

_________

 

Nota: ovviamente, sto parlando di acqua dolce, che è l'ambiente dove i nostri modelli normalmente navigano (l'acqua salata invece pesa quasi il 3% in più).

 

Seconda nota: a rigore, la densità dell'acqua dolce cambia un po' al variare della temperatura.

Alla temperatura di 4°C un litro di acqua pesa proprio 1 kg, mentre a 30°C pesa circa 0,996 kg.

Ma, per queste prove, la deviazione dello 0,4% direi che si può trascurare, no?

 

Ciao!

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3.2 VASCA DEDICATA E MODELLO GIA' DOTATO DI WTC - POSIZIONE DELLA CASSA DI IMMERSIONE

Proseguo ora sull'argomento vasca dedicata.

Se riusciamo a costruirci un accessorio del genere, esso non ci servirà solo per la verifica dei volumi del nostro modello, ma ci sarà utile anche per trovare la corretta posizione della cassa di immersione.

 

Stiamo ovviamente parlando di un modello già completo di WTC e bilanciato per galleggiare orizzontale nel corretto assetto previsto per l'emersione.

A questo punto, come abbiamo visto, possiamo applicare il tiro sulle funicelle in modo da simulare il peso dell'acqua imbarcata nella cassa di immersione.

Ora, contrariamente alla Fig. 28, immaginiamo di applicare un solo cordino, che lavora su un bozzello fissato più o meno in centro alla nostra vasca.

Questa funicella viene agganciata ad un'asta orizzontale centimetrata solidale al modello, come vediamo in Figura 29. (Accorgimento importante: l'asta deve essere di legno pesante o di plastica, insomma di un materiale di peso specifico non troppo diverso dall'acqua, altrimenti falseremmo il bilanciamento in emersione).

 

FIG_29.png

FIGURA 29

 

Come possiamo immaginare, il modo in cui il sommergibile si immerge dipende dal punto di applicazione della funicella sull'asta orizzontale. Se la fune è attaccata troppo avanti, il sommergibile immergerà la prua prima della poppa, e in completa immersione manterrà un assetto troppo appruato (Fig.30a); viceversa sarà appoppato nel caso in cui la cordicella sia fissata troppo verso poppa (Fig.30b).

 

FIG_30.png

FIGURA 30

 

Quindi, per tentativi, riusciremo a trovare il corretto punto di applicazione del tiro della fune: è quello per cui il modello, in precedenza orizzontale in emersione, si immerge rimanendo orizzontale anche in immersione.

Ecco, questa è la corretta posizione longitudinale del centro della cassa di immersione, definita con precisione visto che stiamo usando un'asta centimetrata.

 

In effetti, noi nel modello finito sostituiremo il tiro della funicella con il peso dell'acqua di zavorra, mantenendo l'identico punto di applicazione della forza.

Quindi, se nella nostra prova in vasca il modello si immerge orizzontale, lo stesso succederà anche per il modello completo, se dotato di cassa di immersione posizionata sulla verticale del punto qui localizzato, in corrispondenza del piccolo cerchietto giallo di Figura 29.

 

Concludo con una nota molto importante: il procedimento di cui sopra vale solo se non resta intrappolata aria all'interno del modello immerso.

Al contrario, se rimanesse una sacca d'aria verso prua o verso poppa, la corretta posizione della cordicella ne risulterebbe compromessa e noi dedurremmo, erroneamente, che la cassa di immersione debba essere spostata in un posizione incongrua.

Per evitare questo errore, accertiamoci sempre che tutti i volumi a libera circolazione sfiatino bene; inoltre, verifichiamo più volte il volume dell'opera morta: se talvolta misurate un volume superiore al solito, esso segnala che dell'aria è rimasta intrappolata all'interno.

_____________

 

p.s. GPez, sei pronto a fissare un terzo bozzello sul fondo della vasca, fare questa prova e capire dove deve andare la tua cassa di immersione?

Buon lavoro!

 

Saluti

Ocean's

Edited by Ocean's One
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Se sabato e domenica prossima il tempo lo permette farò sicuramente la prova, l' asta da posizionare sotto al modello fatta in plexiglas da 1cm di spessore per 40 cm. di lunghezza potrebbe andare bene ?

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io penso che 40 centimetri di escursione al baricentro siano più che sufficienti. certo è che bisognerebbe vedere come è messo ora il battello. suggerirei una prova "alla paperino" (previa conferma del dottor ocean's :biggrin: ) :

poggia il battello su di un piano e infila sotto la chiglia un tondino. spostandolo in avanti o indietro cerca di capire dove è posto "approssimativamente" il baricentro attuale (ocean's nei suoi disegni lo immagina sotto la vela, ma nel tuo battello potrebbe non essere così). una volta trovato il punto, sarà da li che dovrai muovere il baricentro e quindi da li dovrai provare ad applicare la forza di gravità, spostandolo più a prora o a poppa fino a farlo scendere diritto.

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Vi devo dire che sono stato abbastanza combattuto se scrivere o meno questo post.

Da un lato, non desidero complicare le cose con una puntualizzazione praticamente priva di conseguenze; d'altro canto, vorrei insistere con un maggiore rigore che aiuti a capire le cose fino in fondo.

Di conseguenza, io posto questi miei commenti e ne lascio la lettura soltanto a chi voglia veramente approfondire. Tenete conto che, per la normale opera di bilanciamento, è ampiamente sufficiente quanto scritto fin qui, unito a ciò che verrà in futuro. Il presente post si può invece ignorare.

 

Anche a GPez non devo dire molto: trova il baricentro con il tondino, come ti ha suggerito Andrea, poi scostati con l'asta graduata di +/-20 cm per parte e fai la prova di immersione. Vedrai che riuscirai facilmente a trovare il punto di equilibrio, ovvero la posizione della cassa di immersione di cui necessiti.

 

__________

 

Adesso veniamo al dunque, ossia ad un commento rigoroso (e magari anche un po' pedante, non vogliatemene) su ciò che ha scritto l'amico Andreavcc.

In pratica, Andrea dice che la posizione della cassa di immersione va ricercata in un intorno prossimo del baricentro. Ora, questo è verosimile ma a rigore non del tutto vero.

Quasi sicuramente sarà vero per un modello come lo Zoea, dove la distribuzione di volumi e pesi è abbastanza centrata, ma notate che potrebbe anche non essere così.

 

Ricordiamo infatti che la posizione della cassa di immersione è posta sulla verticale del centro di spinta dell'opera morta, per un modello in grado di immergersi rimanendo orizzontale.

Per conto suo, il baricentro in emersione sarà sulla stessa verticale del centro di spinta dell'opera viva, se il modello galleggia orizzontale come previsto.

Però, a rigore, non c'è nulla che ci dica che la prima verticale debba necessariamente coincidere con la seconda. Potrebbe anche essere un po' spostata.

 

Infatti, mentre il centro di spinta dell'opera morta dipende dalla distribuzione dei volumi di quest'ultima, la posizione del baricentro è legata a quella del centro di spinta dell'opera viva, il quale a sua volta dipende dalla distribuzione dei volumi immersi (e non emersi!). In particolare, la forma del WTC influisce su questa seconda caratteristica.

Pensiamo per esempio al modello di GPez, in cui è stato aggiunto in un secondo tempo un WTC anteriore, bilanciato poi con un equivalente quantitativo di zavorra posizionato verso prua. Tutto ciò ha spostato in avanti sia il baricentro che il centro di spinta dell'opera viva, ma evidentemente questa variazione non ha avuto alcun effetto sui volumi dell'opera morta, né quindi sulla posizione prevista per la cassa di zavorra. In sintesi: il baricentro si è spostato ma la posizione della cassa no!

 

In conclusione, per cercare la giusta posizione della cassa di zavorra la posizione del baricentro può aiutare, ma non è il fattore determinante. La prova pratica d'immersione è invece la verifica da fare.

 

 

In linea generale, l'insegnamento è questo: dobbiamo ragionare in termini di volumi e non di pesi.

Se dimentichiamo questo, sarà troppo forte la tentazione di ricondurre il tutto alla sola distribuzione del peso (che è verificabile "a secco" in modo molto più semplice), da cui potremmo trarre conclusioni falsate.

__________

 

Spero che questa puntualizzazione possa aver fatto un po' di chiarezza, e allo stesso tempo mi auguro che l'amico Andrea non me ne voglia: anch'io, con il mio passato da aeromodellista, pensavo che il baricentro fosse tutto, ma poi ho constatato che per un natante non è così. Le forme di carena contano.

 

Saluti,

Ocean's

Edited by Ocean's One
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...e allo stesso tempo mi auguro che l'amico Andrea non me ne voglia...

 

ah no no.... per carità :biggrin:

non è semplice, almeno per me, cambiare la "forma mentis" e pensare ai volumi e non ai pesi... queste diverse unità ben distinte ma profondamente legate. forse colpa del fatto che mi è semplice aggiungere un pezzetto di polistirolo sotto il ponte per riallineare, in immersione, le forze in gioco e quindi tendo a non dare troppo "peso" (aridaje) ai volumi... ma un giorno ci riuscirò :happy:

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Bene, allora posso dire io come ho fatto a superare questo ostacolo di "forma mentis".

Trattandosi di una cosa poco intuitiva, mi sono costruito un modello mentale che rendesse più evidente il fenomeno.

Provo a mostrarvene i passi logici attraverso qualche figura.

 

FIG_31.png

Figura 31

 

Immaginiamoci innanzitutto un modello che, volutamente, non ha l'opera morta centrata con il baricentro: un SSN moderno può fare il caso nostro, visto che ha la vela spostata piuttosto verso prua (Figura 31).

 

In questo caso, dovendo soddisfare il corretto galleggiamento in emersione, il baricentro e il centro di spinta dell'opera viva saranno posti all'incirca a metà lunghezza. Però, quando il modello si immergerà, il centro di spinta dell'opera morta si troverà vicino alla vela, spostato verso prua; quindi, in teoria, il modello richiederebbe una cassa di zavorra anch'essa spostata verso la prua e non rigorosamente a centro nave.

 

Questo però è in conflitto con il nostro intuito, che ci porterebbe a mettere la cassa di zavorra in posizione centrata vicina al baricentro, e da ciò nasce tutta la nostra perplessità.

Come facciamo ad evitare tale dubbio?

Modifichiamo mentalmente il sottomarino come indicato in Figura 32, per rendere più intuitivo il suo funzionamento.

In pratica, immaginiamo di scomporre il sottomarino emerso nella somma di due parti:

- l'opera viva (rossa), che si trova immersa in assetto assolutamente neutro e ha baricentro e centro di spinta centrati circa a metà della sua lunghezza. Avendo assetto neutro, la quota a cui idealmente la poniamo non è influente agli effetti dell'equilibrio.

- l'opera morta (grigia), che tramutiamo idealmente in una boa galleggiante di pari volume, collegata all'opera viva con un piccolo cavo applicato nel punto dove in precedenza si trovava la vela, ovvero in posizione abbastanza avanzata.

 

FIG_32.png

Figura 32

 

Così facendo, noi non abbiamo modificato alcuna grandezza fisica: il peso è rimasto uguale (e per semplicità lo attribuiamo tutto all'opera viva), come pure il volume totale, somma dei due volumi parziali.

Il fatto di aver separato fisicamente le due parti non ha invece alcuna influenza sul piano fisico. L'insieme di scafo + boa galleggia, bilanciato, esattamente come vediamo in Figura 32.

 

Adesso proviamo mentalmente a far immergere questo modello ideale (Figura 33).

Utilizzeremo un peso legato ad un ulteriore funicella, che simula la nostra cassa di immersione una volta riempita. Ma dove dobbiamo applicare il cavo?

Il nostro intuito ci dirà: sulla verticale della posizione della boa.

Ovvero: dove c'è la forza verso l'alto, proprio lì applicheremo anche la forza verso il basso, per far immergere il modello mantenendone l'assetto orizzontale.

Qualsiasi altra posizione del peso aggiuntivo farebbe immergere il modello troppo appruato o troppo appoppato.

 

Quindi, come dice il nostro intuito, la cassa di immersione (= peso che tira in basso) va messa in corrispondenza del centro di spinta dell'opera morta (= boa che tira verso l'alto), come abbiamo visto qui nel nostro artificio mentale.

 

FIG_33.png

Figura 33

 

Ecco che, forse, adesso tutto ci risulta più intuitivo.

Riusciamo ad immaginarci dove vada messa la cassa di immersione. Il baricentro e i volumi immersi non contano: la posizione della cassa dipende dal centro di spinta dei volumi di opera morta.

Spero di avervi aiutato a vedere le cose in modo più chiaro.

Saluti e alla prossima!

Edited by Ocean's One
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Grazie, Andrea.

 

Visto che siamo sul tema, ne approfitto per fare qualche ulteriore considerazione generale, rimandando i calcoli numerici a successivi post.

Ora mi preme ribadire un concetto fondamentale sul bilanciamento longitudinale del modello, il quale magari è stato realizzato senza le valutazioni preliminari di cui stiamo parlando.

In sintesi, possiamo affermare che non è possibile ottenere simultaneamente un corretto assetto orizzontale sia immersione che in emersione grazie al solo spostamento della zavorra in chiglia.

Le necessità di queste due situazioni sono così diverse che, giocando con la sola zavorra, potremmo ottenere un corretto assetto in emersione oppure, in alternativa, in immersione. Conseguire contemporaneamente entrambi i risultati normalmente non è possibile, salvo il caso molto fortunato di un modello con torretta, baricentro e volumi rigorosamente centrati a metà lunghezza.

 

Riprendiamo ora il modello di SSN di Figura 34 e supponiamo di aver commesso la leggerezza di posizionare la cassa di immersione a metà lunghezza, in corrispondenza del baricentro, senza preoccuparci di null'altro.

 

FIG_34.png

FIGURA 34

 

Quindi, la cassa è montata lì e non si tocca.

Ora proviamo lo stesso a bilanciare il modello agendo solo su quantità e posizione della zavorra, per vedere cosa succede.

Come sappiamo, modificando opportunamente la zavorra siamo in grado di ottenere un perfetto assetto emerso, visto che possiamo correggere appoppamenti ed appruamenti spostando il peso avanti o indietro, mentre la corretta altezza sull'acqua viene aggiustata modificando la quantità totale di zavorra imbarcata.

 

Supponiamo quindi, come in Figura 35a, che la zavorra sia perfetta per ottenere un corretto assetto in emersione. Ciò fatto, le nostre possibilità di regolazione sono finite e ci resta soltanto da verificare se anche in immersione il bilanciamento sarà soddisfatto.

Purtroppo la nostra verifica sarà negativa: questo modello si immergerà sicuramente appoppato, visto che la spinta di galleggiamento dell'opera morta (freccia verde) non è allineata con il peso dell'acqua che imbarcheremo nella cassa di immersione (freccia nera). Si genererà quindi una coppia di forze che farà innalzare la prua ed abbassare la poppa, provocando un inaccettabile assetto appoppato.

 

FIG_35.png

FIGURA 35

 

Un secondo caso prevede invece di aggiustare la zavorra per un corretto bilanciamento in immersione, a cassa di zavorra piena, come vediamo in Figura 35b.

Anche in questo caso possono nascere dei problemi. All'atto di emergere, perderemo la spinta idrostatica della torretta (freccia nera spostata verso prua) e ridurremo il peso della cassa di immersione, che sarà vuota (freccia verde a centro nave). Le variazioni di queste due forze hanno pari valore ma diverso punto di applicazione; di conseguenza, il sottomarino perderà il suo assetto orizzontale ed assumerà una posizione emersa piuttosto appruata.

 

Al termine di questo esempio, abbiamo visto come le cose siano inaccettabili.

Ribadiamo la nostra conclusione: se la posizione della cassa di immersione è sbagliata, con l'aggiustamento della sola zavorra non riusciremo mai a correggere contemporaneamente sia l'assetto emerso che quello immerso; uno dei due sarà necessariamente compromesso.

 

Dobbiamo ricordare questo assunto ogni volta che iniziamo a costruire un nuovo modello, in modo da definire per tempo la corretta posizione della cassa di immersione.

Del resto, la posizione della cassa dipende dalla forma della sola opera morta, che non sarà difficile assemblare, anche provvisoriamente, già nelle fasi iniziali della costruzione. Quindi, con gli artifici che stiamo discutendo ora, potremo stimare per tempo la corretta posizione della cassa di immersione e metterci al riparo da futuri problemi.

Edited by Ocean's One
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Aggiungo ora un commento per il caso più sfortunato.

 

Supponiamo di avere proprio sbagliato la posizione della cassa di immersione.

Ora il modello è quasi finito ed è impossibile riportare la cassa presso il centro di spinta dell'opera morta. Cosa facciamo?

Innanzitutto, diciamo a tutti che il modello non l'abbiamo fatto noi ma un nostro amico che non si intendeva di bilanciamento, e che poi ce l'ha dato da mettere a posto. :biggrin:

Così la forma è salva. Ma la sostanza?

 

Se non c'è altra strada, occorre necessariamente agire sui volumi emersi.

Non è una cosa che consiglio, ma in teoria non è impossibile: occorre alleggerire la torretta e le parti emerse più voluminose, aggiungendo invece polistirolo sopra alla linea di galleggiamento (= eresia!!!), in modo da aumentare la spinta delle parti che in precedenza davano meno spinta, ovvero la parte poppiera se ci riferiamo all'esempio di cui sopra.

Quindi, se il centro della cassa di immersione non può spostarsi in avanti, allora sarà il centro di spinta dell'opera morta ad indietreggiare, grazie al polistirolo aggiunto verso poppa e all'assottigliamento delle pareti della torretta e delle strutture a prua.

 

Se siamo fortunati, tutto ciò risolverà il problema e ci consentirà un assetto orizzontale sia in emersione che in immersione.

Questa procedura ha però un inconveniente molto, molto serio: con il polistirolo sopra al galleggiamento, c'è il concreto rischio di aumentare troppo il volume dell'opera morta.

Avremmo quindi bisogno di una cassa di immersione più grande, e ciò potrebbe essere impossibile visto che il modello è già quasi completamente costruito. L'unica soluzione è di aggiungere zavorra per mantenere la capacità di immergersi, anche se a questo punto il modello galleggerà molto più basso sull'acqua.

Comunque, meglio basso ma orizzontale che appruato od appoppato, questo è certo.

 

Come vedete, non si tratta di una soluzione ottimale: partire con la cassa di immersione al posto giusto è senz'altro preferibile.

__________

 

In realtà, queste note possono riguardare un altro caso ricorrente: l'aggiunta "postuma" di volume esterno inizialmente non previsto, come per esempio una telecamera stagna da far emergere dall'acqua per esigenze di ripresa (Figura 36).

In questo caso, se la telecamera si trova verso prua, in emersione si verificherà un certo appruamento.

Per rimediarvi, dovremo aggiungere anche un similare volume di polistirolo a poppa (sempre sopra al galleggiamento), in modo che il centro di spinta dell'opera morta non avanzi troppo e il modello possa starsene orizzontale sia in emersione che in immersione.

Dopodiché, sarà necessario aumentare la zavorra fissa per conservare la capacità di immergersi, vincendo la spinta di tutto il volume aggiuntivo che abbiamo posizionato. Il modello galleggia più basso sull'acqua, ma almeno è dritto.

 

FIG_36.png

FIGURA 36

Edited by Ocean's One
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3.3 CALCOLO DEI VOLUMI PER IL MODELLO PRIVO DI WTC - VASCA DEDICATA E RACCOLTA DELL'ACQUA FUORIUSCITA

Cari comandanti, proseguo con le misure in vasca di un modello ancora privo di WTC.

In pratica, avremo solo lo scafo esterno, montato in modo non definitivo ma completo di tutto ciò che sta sopra alla linea di galleggiamento finale.

Evidentemente non sarà possibile misurare il volume di opera viva, né tantomeno il volume totale, ma la misura dell'opera morta inizierà a darci l'idea della cassa di immersione necessaria (e magari ricordiamoci di aggiungere 50-100 grammi per compensare colla e vernici che aggiungeremo in seguito).

 

Sapendo il volume della cassa di immersione, potremo scegliere il sistema di immersione e "costruirci attorno" il WTC. Durante la costruzione di quest'ultimo, sarà bene mantenere ancora una certa libertà di posizionamento longitudinale della cassa di immersione, visto che la sua posizione definitiva verrà ricavata da prova sul modello completo come descritto nel precedente paragrafo 3.2.

 

Per intanto, concentriamoci quindi sulla misura del volume di opera morta del modello privo di WTC.

Faccio notare che la stessa procedura è applicabile anche ad un modello già dotato di WTC ma non ancora bilanciato correttamente, visto che in entrambi i casi il sottomarino non può galleggiare orizzontale e quindi risulta inefficace il sistema di funicelle per l'immersione descritto in precedenza.

 

Per ovviare a ciò, abbiamo invece bisogno di un sistema rigido per immergere il sottomarino in acqua e mantenerlo alla quota voluta.

Pertanto, costruiamo una struttura costituita da un'asta orizzontale collegata a 2/4 bacchette rigide con opportuni staffaggi per bloccare il modello. Qualche peso applicato alle estremità delle bacchette consentirà al sistema di essere fortemente negativo e di immergersi senza sbandare lateralmente (Figura 37).

 

FIG_37.png

FIGURA 37

 

E' importante che le bacchette non abbiano una sezione troppo grossa, altrimenti falserebbero la misura diventando anch'esse "opera morta che si immerge".

Al contrario, non ci dobbiamo affatto preoccupare della peso dei piombi agganciati alle bacchette, né del peso dell'asta superiore. Questi accessori resteranno sempre o completamente immersi o completamente emersi, mentre noi con la nostra misura ricaveremo il volume delle sole parti che erano inizialmente fuori dall'acqua e poi si immergono (ovvero, l'opera morta).

 

Predisposto il tutto, la procedura è molto semplice: immergiamo il modello fino al corretto galleggiamento, raccogliamo ed eliminiamo l'acqua fuoriuscita dalla vasca.

Dopodiché, scendiamo fino a completa immersione, raccogliamo nuovamente l'acqua tracimata e questa volta la pesiamo (o ne leggiamo il volume sul recipiente graduato). La misura trovata, tradotta in cm3, corrisponde al volume di opera morta che ci proponevamo di misurare.

_____________

 

p.s. esistono diverse varianti a questo schema: se prevediamo il taglio dello scafo per apertura del modello in corrispondenza della linea di galleggiamento, possiamo mettere in vasca la sola opera morta, per una misura diretta del volume.

Inoltre, se il modello è abbastanza piccolo, i pezzi di opera morta si possono buttare direttamente in un recipiente colmo d'acqua con una bacinella inferiore per la raccolta dell'acqua fuoriuscita.

 

(Infine, faccio notare che in alcuni casi si potrebbe anche fare una semplice pesata a secco. Il peso in grammi va diviso per 1,05, che è la densità del polistirene, per ottenere il volume in cm3. Questo però vale per i soli modelli di statici da rczzare, fatti di polistirene omogeneo e senza parti aggiuntive di altro materiale quali fotoincisioni, astucci assi elica, dettagli in metallo, ecc Ne hanno già parlato Andreavcc e Gepard nei post 66-69 di questa discussione)

Edited by Ocean's One
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  • 4 weeks later...

Buongiorno Comandanti.

 

Dopo una certa latitanza, di cui mi scuso, proseguo la trattazione dei metodi di calcolo dei volumi, aggiungendo ulteriore informazione riguardo alle prove in vasca dedicata.

In effetti, la versatilità di questo metodo ci consente anche di fare la valutazione dei volumi parziali che ci saranno utili per il calcolo dell'altezza metacentrica.

Possiamo disegnare sul modello opportune tacche di riferimento, poi tirare le cordicelle per farlo immergere fino al livello previsto, misurando così soltanto l'acqua fuoriuscita per raggiungere un determinato livello di immersione.

Ripetendo questa procedura più volte, fino all'immersione completa, possiamo scomporre l'opera morta in 3-4 porzioni sovrapposte, di ciascuna delle quali calcoleremo il volume misurando la corrispondente quantità di acqua tracimata.

In aggiunta, di ciascun volume ricaveremo la posizione verticale attraverso opportune misure con righello o calibro, in modo da ottenere il completo set di informazioni che servono ai nostri calcoli.

 

In figura 38 vediamo un esempio di queste misure per "immersione progressiva".

Si tratta del sommergibile di GPez, anche se i dati sono provvisori perché ora la linea di galleggiamento è stata rivista. Li uso lo stesso come esempio, ringraziando il comandante GPez per avermeli resi disponibili.

 

FIG_38.png

 

FIGURA 38

 

In questo caso, l'opera morta è stata suddivisa in tre volumi:

1) Il "Ponte", con la relativa porzione di scafo emerso, indicata in verde e che si estende dalla linea di galleggiamento fino ad una quota di 2,5 cm sopra di essa.

2) La "Falsatorre" (in arancione, comprendente anche il cannone) che va da quota 2,5 cm fino a quota 8cm.

3) La piccola "Torretta Periscopi", indicata in rosso, che parte da un'altezza di 8cm e si estende fino alla quota di 18 cm.

 

Con le misure in vasca, i volumi parziali delle tre parti risultano rispettivamente 510, 150 e 60 mL, come potete vedere in figura.

In aggiunta, calcolando la quota media di ciascuno dei tre volumi, possiamo approssimativamente ottenere le quote dei centri di spinta idrostatica delle tre parti. Risulta:

1) centro di spinta Ponte = (2,5 + 0) / 2 = 1,25cm

2) centro di spinta Falsatorre = (8 + 2,5) / 2 = 5,25cm

3) centro di spinta Torretta Periscopi = (18 + 8) / 2 = 13cm

 

Quindi, dei volumi emersi sappiamo tutto: entità e posizione del loro centro.

Completiamo le informazioni con le misure geometriche delle posizioni di zavorra e WTC (quest'ultimo allineato con il centro della cassa di immersione).

Infine, conosciamo il volume totale del modello, che è stato misurato in una precedente prova in vasca e risulta pari a 12,7 litri.

_____________

 

Sapendo tutto questo, qual è ora la domanda?

Come potete aspettarvi, si tratta di calcolare l'altezza metacentrica, o meglio, visto che non sappiamo la distribuzione dei pesi, si tratta di CALCOLARE DI QUANTO SI RIDUCE L'ALTEZZA METACENTRICA PASSANDO DALLA CONDIZIONE IMMERSA A QUELLA EMERSA.

Ne parleremo nel prossimo post.

Saluti!

Edited by Ocean's One
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  • 2 years later...

Ciao Mark.

Mi fa piacere che tu abbia iniziato a leggere questa mia discussione.

Purtroppo, ti devo dire che lo stupido Imageshack mi ha cancellato quasi tutte le immagini. (Questo è poi il motivo per cui mi ero fermato...)

In effetti ora vorrei riprendere, ma devo ritrovare tutte le figure e fare un upload da qualche altra parte.

Non succederà in tempi brevi, mi dispiace. Però, se tu hai qualche domanda specifica su questo argomento, postala qui e ti risponderò sicuramente.

 

Ciao!

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al momento non ho domande specifiche... risulta solo difficile capire senza le immagini.... speriamo in un futuro,,, vengano ripristinate.

 

saluti marco

 

Ciao Mark.
Mi fa piacere che tu abbia iniziato a leggere questa mia discussione.
Purtroppo, ti devo dire che lo stupido Imageshack mi ha cancellato quasi tutte le immagini. (Questo è poi il motivo per cui mi ero fermato...)
In effetti ora vorrei riprendere, ma devo ritrovare tutte le figure e fare un upload da qualche altra parte.
Non succederà in tempi brevi, mi dispiace. Però, se tu hai qualche domanda specifica su questo argomento, postala qui e ti risponderò sicuramente.

Ciao!

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  • 1 month later...

Ciao Ocean's One,

come prima cosa complimenti vivissimi per la tua guida e le informazioni fondamentali per poter progettare in modo coerente un sottomarino rc. Ho letto le nozioni da te elencate e sono rimasto positivamente scioccato da quanto sia importante avere delle buone basi di partenza per fare un ottimo lavoro ed evitare possibili catastrofi rendendosene conto quando ormai è troppo tardi. Alla luce di questo sarebbe bello poter avere a disposizione anche le immagini della guida.....spero di non essere l'ennesima persona che ti stressa per averle ma volevo solo sottolineare che un'opera così fondamentale necessita della sua completezza :dribble:

Se vuoi mi offro volontario per caricartele on-line e mandarti i link da inserire nella discussione :biggrin:

 

 

Ciao Mark.
Mi fa piacere che tu abbia iniziato a leggere questa mia discussione.
Purtroppo, ti devo dire che lo stupido Imageshack mi ha cancellato quasi tutte le immagini. (Questo è poi il motivo per cui mi ero fermato...)
In effetti ora vorrei riprendere, ma devo ritrovare tutte le figure e fare un upload da qualche altra parte.
Non succederà in tempi brevi, mi dispiace. Però, se tu hai qualche domanda specifica su questo argomento, postala qui e ti risponderò sicuramente.

Ciao!

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  • 1 year later...

Finalmente ci sono.

Mi sto dedicando a ripristinare le immagini.

Ancora un po' di pazienza e le ritroverete tutte...

 

Ciao, Comandanti!

 

_____________

 

EDIT: ho finito di ricaricare le immagini.

Provate a controllare se le vedete tutte anche voi. Saluti!

Edited by Ocean's One
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  • 4 weeks later...

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