Nella progettazione navale moderna, la ricerca di carene ad alte prestazioni è guidata da un’attenzione crescente verso l’ottimizzazione idrodinamica e la riduzione dei carichi esercitati durante la navigazione.
Lo sviluppo di geometrie di carena innovative e la gestione fine del rapporto tra portanza, resistenza e comfort di bordo rappresentano le sfide più importanti per i progettisti di scafi sportivi e da diporto che mirano a massimizzare l’efficienza efficacia in ogni condizione marina.
Quando uno scafo si muove in acqua, la resistenza idrodinamica al moto è il principale ostacolo da superare per garantire alte velocità e consumi contenuti.
Questa resistenza è composta da due principali componenti: la resistenza d’attrito, dovuta allo sfregamento dell’acqua sulle superfici bagnate, e la resistenza d’onda, legata alla formazione delle onde generate dallo scafo in movimento.
In condizioni di regime dislocante, la resistenza d’onda è predominante a causa del maggior volume immerso e del conseguente spostamento d’acqua.
Al contrario, in regime planante, è la resistenza d’attrito a diventare il fattore predominante poiché lo scafo genera portanza sollevandosi sull’acqua e riducendo quindi il volume immerso e la superficie bagnata.
La capacità di una carena di generare portanza è fortemente influenzata dal suo profilo e dall’angolo di rialzamento del fondo, o “deadrise”.
Carene con un deadrise elevato offrono migliore penetrazione nell’acqua e comfort anche in condizioni di mare formato, riducendo i fenomeni di slamming e migliorando la stabilità di rotta, ma possono penalizzare la velocità di planata e aumentare la superficie bagnata se non progettate con equilibrio.
L’evoluzione storica delle carene plananti ha visto un passaggio da geometrie piatte — tipiche dei primi modelli — a carene a V profondo, progettate per navigare “attraverso” l’acqua piuttosto che scivolare sopra di essa.
Questo cambiamento, attribuibile ai pionieri Renato “Sonny” Levi e Raymond Hunt negli anni ’60, ha permesso di migliorare significativamente la tenuta di mare e il comfort di navigazione, mantenendo elevate prestazioni anche in condizioni difficili.
Le carene a V profondo assicurano una maggiore superficie di deriva laterale e una migliore stabilità in virata, riducendo il rischio di sbandamenti improvvisi causati dalle forze laterali delle onde.
Tuttavia, un angolo troppo elevato può compromettere la facilità di planata e il rendimento complessivo a velocità medie, soprattutto se abbinato a un baricentro appoppato o a potenze propulsive limitate (altomareblu.com, ).
Per contenere la resistenza idrodinamica senza sacrificare la portanza, i progettisti hanno introdotto soluzioni innovative come gli step sul fondo e i binari longitudinali, o “pattini”.
Gli step sono discontinuità geometriche sullo scafo che favoriscono la ventilazione parziale della carena, cioè l’intrappolamento di aria tra acqua e scafo, che riduce drasticamente l’attrito di contatto e quindi la resistenza complessiva.
La loro corretta posizione, dimensione e numero sono elementi chiave per ottenere un beneficio ottimale senza compromettere la stabilità longitudinale e trasversale dello scafo.
I pattini longitudinali funzionano abbassando localmente la V di carena e creando superfici orizzontali che forniscono portanza aggiuntiva e miglior controllo dell’assetto.
Essi permettono di ridurre la superficie bagnata mantenendo una buona tenuta in virata e in condizioni di mare variabile.
Tuttavia, un eccesso di pattini o dimensioni troppo grandi può rendere lo scafo meno confortevole, con impatti più duri e sollecitazioni strutturali aumentate, pertanto è fondamentale trovare un equilibrato compromesso progettuale.
L’analisi accoppiata di fluidodinamica computazionale (CFD) e prove in vasca idrodinamica rappresenta la metodica attuale più efficace per progettare carene performanti.
Grazie a modelli numerici dove vengono simulati con precisione i flussi e le forze generate sullo scafo, è possibile ottimizzare vari parametri geometrici come la forma delle sezioni, la distribuzione della portanza, la riduzione della superficie bagnata e la posizione dei battelli e dei pattini.
Nonostante ciò, la complessità dei fenomeni — in particolare quando entrano in gioco gli effetti di ventilazione o la formazione di spray — rende impraticabili le sole simulazioni.
Le prove sperimentali rimangono indispensabili per validare i modelli e verificare le prestazioni reali, specialmente in fase di sviluppo prototipale per eliminare fenomeni di instabilità trasversale e longitudinale.
Carene a doppio step: il caso DYNASTREAM
Un esempio concreto di innovazione nella progettazione di carene è la tecnologia brevettata DYNASTREAM sviluppata da Technohull.
Basata su una carena a doppio step, questa geometria permette una distribuzione ottimale del flusso d’acqua sotto lo scafo, ottenendo una rilevante riduzione della resistenza idrodinamica, migliore stabilità anche in condizioni difficili, e significativi risparmi nei consumi di carburante.
La capacità di combinare velocità elevate con maneggevolezza e comfort rende questo approccio un punto di riferimento per le imbarcazioni da diporto ad alte prestazioni.
La progettazione avanzata di carene ad alte prestazioni è sempre una questione di bilanciamento di compromessi.
Si devono ottimizzare le caratteristiche idrodinamiche per minimizzare i carichi impattanti sullo scafo, ottimizzare la portanza affinché sia sufficiente a sostenere il peso con la minore resistenza, e garantire un buon comfort a bordo.
L’articolazione dell’angolo di V di carena tra prua e poppa, la disposizione di step e pattini, e la scelta di materiali strutturali resistenti ma leggeri sono fattori combinati che definiscono il risultato finale.
Il baricentro longitudinale gioca un ruolo fondamentale nell’assetto dinamico dello scafo; uno spostamento impreciso può portare a instabilità, perdita di efficienza e aumento dei carichi strutturali.
Per questo, oltre ai calcoli matematici avanzati, vengono spesso effettuate valutazioni empiriche e test in mare per tarare performance e sicurezza (altomareblu.com, webautica.it, ).
Nell’attuale contesto nautico, dove il mercato richiede imbarcazioni sempre più performanti, efficienti e confortevoli, l’ottimizzazione idrodinamica e la riduzione dei carichi sulle carene rappresentano un ambito di ricerca e sviluppo molto dinamico e tecnico.
Le innovazioni geometriche come il V profondo ottimizzato, l’introduzione di step e pattini, insieme all’impiego di modellazioni CFD e test sperimentali, consentono di spingere al massimo le performance senza compromettere la sicurezza e l’ergonomia a bordo.
Per i progettisti e produttori di imbarcazioni ad alte prestazioni, padroneggiare questi nuovi approcci significa offrire prodotti in grado di rispondere alle esigenze più esigenti degli armatori, con un impatto positivo anche sull’efficienza energetica e sulla sostenibilità della navigazione.
