STABILITA STATICA E DINAMICA DI IMBARCAZIONI MULTISCAFO

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Costanzo Sole
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1 STABILITA STATICA E DINAMICA DI IMBARCAZIONI MULTISCAFO Alberto FRANCESCUTTO - francesc@units.it - (DINMA University of Trieste) bresciani49@tin.it - (DINMA Università di Trieste) Gabriele BULIAN gbulian@units.it - (DINMA University of Trieste) Ferruccio BRESCIANI

it - (DINMA University of Trieste) bresciani49@tin.

2 SOMMARIO: Con riferimento alle normative contenute nel codice IMO HSC vengono presi in esame alcuni casi tipici di catamarani, trimarani e pentamarani di diverse dimensioni e configurazioni, per i quali viene effettuato uno studio teorico (considerando la stabilità allo stato integro in mare calmo) e sperimentale (provando un modello in scala nella Vasca dell Università di Trieste). Si è studiato in particolare il moto di rollio in funzione della distanza tra gli scafi o tra gli scafi laterali e quello centrale mettendo in evidenza l estrema sensibilità dei multiscafi con scafi laterali di piccola area di galleggiamento e poco immersi alle onde al traverso. Sono stati anche evidenziati i fenomeni tipici della dinamica non lineare anche in presenza di onde di intensità debole o moderata.

Si è studiato in particolare il moto di rollio in funzione della distanza tra gli scafi o tra gli scafi laterali e quello centrale mettendo in evidenza l estrema sensibilità dei multiscafi con scafi

4 L'operatività di un mezzo veloce è argomento di primaria importanza, così come la sua sicurezza ed il comportamento in condizioni critiche. Riconoscendo la complessità della materia, il Codice per Mezzi Veloci dell'imo riguardo alla sicurezza recita: "Other means of demonstrating compliance with the requirements of any part of this chapter may be accepted, provided that the method chosen can be shown to provide an equivalent level of safety. Such methods may include: mathematical simulation of dynamic behaviour; scale model testing; full-scale trials."

demonstrating compliance with the requirements of any part of this chapter may be accepted, provided that the method chosen can be shown to

5 Per questi motivi si è deciso di indagare il comportamento in mare al traverso ed in mare longitudinale nel contesto del moto di rollio e della stabilità dinamica. Le imbarcazioni multiscafo, specialmente nel caso dei trimarani e pentamarani, a causa delle limitazioni di immersione e larghezza degli scafi laterali per la riduzione della resistenza al moto, presentano spesso in mare al traverso una certa ambiguità di comportamento che le pone in posizione intermedia tra un catamarano largo ed un monoscafo. Parametri importanti per un tri/penta-marano saranno dunque il rapporto tra il volume degli scafi laterali e quello centrale ed il rapporto analogo tra le figure di galleggiamento.

della resistenza al moto, presentano spesso in mare al traverso una certa ambiguità di comportamento che le pone in posizione intermedia tra un catamarano largo ed un

6 Esempio di pentamarano con linee attuali (prog. IZAR)

7 Tabella che mostra l applicabilità delle normative di monoscafo (Appendice 8) o multiscafo (Appendice 7) Successivamente l IMO ha avvisato che la tabella ha valore indicativo. Ad esempio potrebbe dimostrarsi non adatta per tutti i tipi di trimarano. L esame della curva dei bracci di stabilità indica se il multiscafo abbia caratteristiche di monoscafo (modesti valori di GZ e GZmax oltre 25 ) o multiscafo (grande GZ a bassi angoli e GZmax < 25 ).

Ad esempio potrebbe dimostrarsi non adatta per tutti i tipi di trimarano.

8 25 catamaran (outriggers) GZ, GM (cm) trimaran main hull φ (deg) Bracci di stabilità statica per un trimarano (con scafi laterali molto grandi) ed i suoi componenti

80 (deg) Bracci di stabilità statica per un

9 S4 S3 S1 S2 S2 S1 S3 S4 1.2 S4 S3 GM, GZ (m) F.S. Le quattro configurazioni provate in vasca del trimarano Unina1 e la loro stabilità statica 0.8 S2 S φ (deg)

10 S4 S1 Il catamarano a linee arrotondate C (Lbp=25 m)

11 20.00 simulation ('roll') C S1 Roll Amplitude (deg) omega (rad/s) Ampiezza di rollio per il catamarano C nella configurazione S1 in mare regolare al traverso con sw=1/30. La curva continua rappresenta la simulazione effettuata con il modello matematico di monoscafo

00 omega (rad/s) Ampiezza di rollio per il catamarano C86-255 nella configurazione S1 in

12 8.00 'roll' Roll Amplitude (deg) 6.00 'heave' C S omega (rad/s) Ampiezza di rollio per il catamarano C nella configurazione S2 in mare regolare al traverso con sw=1/30. Le curve continue rappresentano le simulazioni con modello matematico di monoscafo e catamarano

00 omega (rad/s) Ampiezza di rollio per il catamarano C86-255 nella configurazione

13 S4 S1 Il catamarano con linee a spigoli C (Lbp=36 m)

15 8.00 Roll Amplitude (deg) 6.00 C S simulation ('heave') omega (rad/s) Ampiezza di rollio per il catamarano C nella configurazione S4 in mare regolare al traverso con sw=1/30. La curva continua rappresenta la simulazione con modello matematico di catamarano

00 omega (rad/s) Ampiezza di rollio per il catamarano C99-360 nella configurazione

16 Layout e configurazioni del trimarano Dinav1

17 3D layout del trimarano Dinav1

18 Layout del modello del trimarano Dinav1 e prove di tenuta al mare

19 Piani generali del fast-ferry basato sul trimarano Dinav1

20 Layout del modello del trimarano Dinav2

21 Layout del modello di trimarano Unina1

22 Confronto tra gli scafi centrali e laterali dei tre trimarani (da sinistra: Dinav1 Dinav2 Unina1)

23 25 S1/60 Roll Amplitude (deg) omega (rad/s) Ampiezza di rollio in funzione della frequenza dell onda per il trimarano Unina1 con sw=1/60. La curva continua corrisponde alla simulazione con il modello matematico di monoscafo

24 20 perturbazione 15 Roll amplitude (deg) perturbazione perturbazione t (s) Fenomeni nonlineari di biforcazione e salto di ampiezza per il trimarano Unina1 in mare regolare al traverso con sw=1/60

25 3F front-rear 3D rear 3D front Le configurazioni provate del pentamarano Unina2

26 20 3D % 3F, Roll Amplitude (deg) omega (rad/s) Ampiezza di rollio in funzione della frequenza dell onda per il pentamarano Unina2.

27 maximum roll amplitude (deg) 40 C73-97 C S1 20 3F S2 S3 3D S4 10 PT0-PL3 PT3-PL3 DINAV sw Ampiezze massime di rollio del trimarano Unina1 e del pentamarano Unina2 in funzione di sw=hw/λw. Per confronto sono riportate le ampiezze di rollio ottenute dal trimarano Dinav1 e da motoscafi convenzionali.

28 CONCLUSIONI: Si sono evidenziate le caratteristiche di stabilità statica e dinamica (rollio) allo stato integro ed alcuni limiti progettuali connessi con la sicurezza di diverse tipologie di carene multiscafo. Lo studio presentato riguarda il caso di mare al traverso. L ampiezza di rollio in mare moderato può essere molto grande quando la separazione tra gli scafi laterali è piccola. Questo, per unità medio-grandi, è spesso imposto dalle operazioni portuali. In questi casi, e maggiormente nel caso di scafi laterali aventi piccola immersione e larghezza,come nelle tendenze progettuali moderne di tri/pentamarani, impone l adozione di alette antirollio. Anche la condizione di mare longitudinale può presentarsi pericolosa per l insorgenza del rollio parametrico o per la perdita di stabilità sull onda.

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