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Riflessioni sul dimensionamento di un timone (appeso, semicompensato e compensato) Nelle prossime lastrine si fanno volutamente talmente tante approssimazioni.

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Presentazione sul tema: "Riflessioni sul dimensionamento di un timone (appeso, semicompensato e compensato) Nelle prossime lastrine si fanno volutamente talmente tante approssimazioni."— Transcript della presentazione:

1 Riflessioni sul dimensionamento di un timone (appeso, semicompensato e compensato) Nelle prossime lastrine si fanno volutamente talmente tante approssimazioni sulle forme di un timone e sulle forze che entrano in gioco, che non è possibile considerarle esatte ed adatte ad uno studente universitario. Sono state pensate per gli studenti del 3° nautico che hanno bisogno di capire le differenze tra i vari tre tipi di timone, a prescindere dalle dimensioni del mezzo timone e della nave o imbarcazione dove questo timone deve essere montato. La spiegazione che segue deve far capire in maniera sommaria quanto un succede i fase di progettazione, sperimentazione, costruzione e montaggio di un timone. In sostanza sono propedeutiche per affrontare gli stessi argomenti in quarta ed in quinta nautico capitani, nella materia di teoria della nave ove la spiegazione prevede più chiarezza e precisione. Il Prof.

2 Riflessioni sul dimensionamento di un timone (appeso, semicompensato e compensato) 1) Timone appeso Se immergo loggetto rappresentato in figura (somiglia vagamente ad un timone appeso) allinterno di una vasca, ove posso provocare un flusso che simuli la velocità in nodi di una nave, questo oggetto si posizionerebbe ovviamente nella stessa direzione del flusso. Se lo devo far ruotare intorno allasse di rotazione, devo applicare una forza sullimpugnatura della barra. Più veloce è il flusso dellacqua e maggiore è la forza che devo applicare sulla barra. Ovviamente non cè bisogno di alcuna forza per mantenere il suddetto timone nella posizione di riposo (barra al centro). Altrettanto ovviamente se, dopo aver provocato una rotazione applicando una forza sulla barra, si lascia la barra, il timone torna rapidamente nella posizione di riposo (barra al centro). Barra Pala Anima (perno di rotazione) Impugnatura della barra FLUSSO DELLACQUA

3 Riflessioni sul dimensionamento di un timone (appeso, semicompensato e compensato) 1) Timone appeso Se metto e fisso il timone in posizione perpendicolare al flusso, su tutta la superficie della pala del timone vengono provocate dal flusso delle forze perpendicolari alla pala. Anziché considerare tutte le forze separatamente si considera la forza risultante, applicata al baricentro della pala (chiamata da ora in poi Fp(90) (forza sulla pala a 90°) Immaginiamo che la forza risultante sulla pala sia pari a 15N e la pala sia lunga 1,2 metri. Sul perno di rotazione (Anima del timone) sarebbe provocato un momento rotatorio di 15N * 0,6m = 9Nm (0,6 perché la forza è applicata al baricentro che si trova a metà della pala e quindi il braccio è 0,6m) Barra Pala Anima (perno di rotazione) Impugnatura della barra FLUSSO DELLACQUA 1,2 metri

4 FLUSSO DELLACQUA Riflessioni sul dimensionamento di un timone (appeso, semicompensato e compensato) 1) Timone appeso Barra Pala Anima (perno di rotazione) Impugnatura della barra 35° Se metto e fisso il timone a 35° (langolo massimo di barra per il timone appeso) la forza risultante (che chiameremo Fp(35) Forza sulla pala a 35°), è minore a quella di 90° ma da essa è dipendente in funzione del seno. In pratica Fp(35) = Fp(90) * sen 35°. In pratica la forza a 90° si divide in due forze, una perpendicolare al timone, che è quella utile, ed una parallela, che non produce effetti rotatori ma sforza sullanima del timone. Se una persona deve fare unaccostata decisa, spostando la barra di 35°, deve essere in grado di resistere al momento rotatorio provocato dalla suddetta forza (M Fp = Fp(35°) * braccio = Fp(90°) * sen35° * braccio). Nellesempio delle lastrine precedenti M Fp = 15N * sen35° * 0,6m = 8,60N * 0,6m = 5,16N*m La persona che deve fare laccostata ha la mano sullimpugnatura alla fine della barra. Dovendo bilanciare il momento rotatorio causato dal flusso dellacqua, ha a disposizione come braccio tutta la barra (solo un cretino metterebbe la mano più vicina allanima per fare laccostata). Se la barra è lunga ad esempio 1,4 metri, per sapere quanta forza si deve applicare sullimpugnatura, bisogna dividere il momento della forza sulla pala (5,16N*m) per la lunghezza della barra (1,4m). Nellesempio la forza da applicare sullimpugnatura Fb (forza sulla barra) risulta essere uguale a 3,7N IMPUGNATURA

5 FLUSSO DELLACQUA Riflessioni sul dimensionamento di un timone (appeso, semicompensato e compensato) 1) Timone appeso Barra Pala Anima (perno di rotazione) Impugnatura della barra Se non riesco a produrre una forza di 3,7N sullimpugnatura della barra, come è possibile ridurre lo sforzo senza allungare la barra? Se inserisco una compensazione parziale cosa succede? Il flusso dellacqua provoca una forza anche sulla compensazione, questa forza (sempre perpendicolare alla pala inclinata di 35°) è dalla stessa parte della barra e quindi riduce la forza che bisogna applicare sullimpugnatura. Esempio di esercizio: Forza sulla parte della pala a poppa dellanima, misurata a 90° = Fp(90) = 15N Forza sulla compensazione, misurata a 90° = Fc(90) = 7N (su una comp. Del 100%) Lunghezza della pala a poppa dellanima = 1,2 metri Lunghezza della compensazione = 0,6 metri Percentuale in altezza della compensazione = 55% M Fp = 15*sen35*0,6 – 7*sen35*0,3*0,55 = 5,16N*m – 0,66N*m = 4,5N*m Fb = 4,5N*m / 1,4m = 3,2N

6 FLUSSO DELLACQUA Riflessioni sul dimensionamento di un timone (appeso, semicompensato e compensato) 1) Timone appeso Barra Pala Anima (perno di rotazione) Impugnatura della barra Se bisogna ridurre ulteriormente la forza sullimpugnatura posso compensare completamente il timone (percentuale di compensazione in altezza del 100%) Esempio di esercizio: Forza sulla parte della pala a poppa dellanima, misurata a 90° = Fp(90) = 15N Forza sulla compensazione, misurata a 90° = Fc(90) = 7N (su una comp. Del 100%) Lunghezza della pala a poppa dellanima = 1,2 metri Lunghezza della compensazione = 0,6 metri Percentuale in altezza della compensazione = 100% M Fp = 15*sen35*0,6 – 7*sen35*0,3 = 5,16N*m – 1,2N*m = 3,96N*m Fb = 3,96N*m / 1,4m = 2,8N


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