DENTRO L’AC75: COME FUNZIONA DAVVERO LA DOPPIA RANDA

Una delle tecnologie distintive della moderna America’s Cup è anche una delle meno comprese. L’AC75 non ha una randa convenzionale fissata alla parte poppiera dell’albero. Al contrario, il rig combina l’albero con due strati di vela separati, che scendono lungo ciascun lato dell’albero e che, insieme, creano qualcosa di simile a un’ala aerodinamica. È un compromesso ingegnoso.

Le vele alari rigide delle generazioni AC72 e AC50 erano straordinariamente efficienti, ma comportavano notevoli complicazioni logistiche. Richiedevano una gestione specialistica, shore team numerosi e delle gru, semplicemente per montarle e smontarle. Il concetto dell’AC75 ha mantenuto molti dei vantaggi aerodinamici di un’ala, ma è tornato a una vela che può essere issata e ammainata; il risultato è la doppia randa, e farla funzionare correttamente è molto più complicato che cazzare o lascare semplicemente la scotta.

DUE VELE – UN’UNICA ALA

Il modo più semplice per comprendere la randa dell’AC75 è smettere di considerarla come una vela convenzionale e pensare invece all’ala di un aereo posizionata verticalmente. Una randa convenzionale presenta pressione su un lato e depressione sull’altro, e la vela stessa è una membrana relativamente sottile. Il flusso d’aria deve quindi superare l’ingombro dell’albero e passare dalla sua superficie, relativamente smussata, alla membrana della vela - e questa transizione crea perdite aerodinamiche.

Il sistema della doppia randa modifica questa geometria, con una vela fissata a un lato dell’albero e l’altra all’altro. Le vele si separano attorno all’albero prima di convergere verso la balumina. Visti in sezione, l’albero e le vele, creano quindi un profilo aerodinamico molto più continuo. Il miglioramento è particolarmente importante in corrispondenza dell’albero, dove il flusso d’aria che arriva da prua passa più dolcemente sulla superficie della vela, riducendo la turbolenza e consentendo al rig di generare portanza in modo più efficiente; ma c’è un altro enorme vantaggio. Grazie alla presenza di due strati, la forma delle superfici sopra e sottovento possono essere modificate in modo autonomo e ciò offre ai trimmer un controllo considerevole sulla geometria tridimensionale del profilo alare.

IL CAMBER LA FA DA PADRONE?

Una delle variabili fondamentali è il camber, la curvatura della vela, ovvero essenzialmente quanto è profondo o curvo il profilo alare. In linea generale, una maggiore curvatura consente alla vela di generare più forza aerodinamica ma aumenta anche la resistenza, mentre una minore curvatura produce una sezione più piatta e con minore resistenza - il valore ottimale cambia costantemente. Quando l’AC75 cerca di accelerare, in particolare nella parte iniziale del decollo, l’obiettivo può essere quello di produrre una potenza considerevole. Una volta che l’imbarcazione viaggia a oltre 40 nodi e il vento apparente si è spostato molto verso prua, le esigenze cambiano e la resistenza aerodinamica incide sempre più negativamente sulle prestazioni. La randa deve essere appiattita e depotenziata, pur continuando a produrre una forza aerodinamica sufficiente a spingere la barca a una velocità straordinaria, e questo è uno degli aspetti controintuitivi del foiling. Più veloce naviga l’AC75, più aumenta il suo vento apparente. Di conseguenza, il piano velico che serve a un AC75 per decollare non è necessariamente quello ottimale anche quando la barca ha raggiunto i 45 o 50 nodi, quindi il trimmer deve gestire costantemente questa transizione.

TWIST – IL PROBLEMA TRIDIMENSIONALE

La curvatura è solo una parte dell’equazione, poiché il vento apparente percepito nella parte inferiore della vela non è identico a quello percepito nella parte superiore; pertanto, il rig non può essere semplicemente regolato come un’ala aerodinamica uniforme, ecco che interviene il twist. Il twist modifica progressivamente l’angolo di attacco a seconda dell’altezza sull’albero, e l’obiettivo è mantenere la maggior parte possibile della vele efficiente, controllando allo stesso tempo sia la forza aerodinamica sia la posizione in cui questa agisce. Su una barca dislocante, il trimmer si occupa principalmente di generare propulsione, bilanciando al contempo lo sbandamento. Su un AC75, la forza aerodinamica generata dal rig interagisce con un sistema di foil subacquei che controlla simultaneamente l’altezza di navigazione, il beccheggio, il rollio e lo scarroccio laterale; di conseguenza, la regolazione delle vele e il controllo del volo diventano inseparabili. Se si modifica l’assetto della randa, si modificano le forze che agiscono sull’intera piattaforma.

LA PARTE INFERIORE DELLA RANDA

Forse l’area più affascinante è la parte inferiore della randa dell’AC75 che si estende verso il ponte, contribuendo a ridurre la perdita aerodinamica che altrimenti si verificherebbe sotto la vela: è l’equivalente velico di una piastra terminale. Su una barca convenzionale, l’aria ad alta pressione sul lato sopravvento di una vela tende a migrare lungo i suoi bordi verso il lato sottovento a bassa pressione; ciò produce perdite anche nella parte inferiore della vela, ma se si riesce ad avvicinare la vela al ponte, tale perdita può essere ridotta e il ponte stesso diventa di fatto parte integrante del sistema aerodinamico. Su un AC75, il risultato è una vela più efficiente nella sua sezione inferiore e, potenzialmente, un differenziale di pressione più marcato tra i due lati; questo è uno dei motivi per cui i progettisti dell’America’s Cup concentrano così tanta attenzione sulla geometria della parte inferiore della randa.

L’ALBERO È PARTE DELLA VELA

Dal punto di vista aerodinamico, in un rig convenzionale, l’albero può essere considerato una sorta di ostacolo davanti alla randa, mentre sull’AC75 è parte integrante del profilo alare ed è necessario che la rotazione dell’albero e la forma della vela lavorino insieme. L’obiettivo è presentare il bordo d’attacco della vela con un angolo adeguato rispetto al vento apparente in arrivo e creare poi una transizione fluida verso la randa sottovento. Una rotazione eccessiva o insufficiente o una forma errata del resto della vela possono compromettere tale transizione e creare turbolenza.

LA POTENZA PER ARRIVARE A VOLARE

Uno dei momenti più difficili per un AC75 è il passaggio dalla navigazione dislocante o semi-dislocante al volo sui foil, ed è proprio in questo momento che l’imbarcazione necessita della massima potenza indotta. Il rig è configurato per generare una forza aerodinamica notevolmente superiore a quella necessaria quando la barca è in volo stabile; pertanto, le vele devono essere più profonde, con il sistema aerodinamico chiamato a far accelerare diverse tonnellate di barca, fino a quando il foil non genera una portanza sufficiente a sollevare lo scafo dall’acqua. Una volta che ciò accade, tutto cambia in modo straordinariamente rapido: la resistenza idrodinamica cala drasticamente man mano che la velocità dell’imbarcazione aumenta e il vento apparente si intensifica e si sposta verso prua. Improvvisamente la vela che era necessaria per creare una potenza sufficiente al decollo potrebbe produrre una forza di gran lunga superiore a quella di cui la barca ha bisogno. I trimmer devono passare rapidamente a una configurazione più piatta e che crei minore resistenza.

UNA VOLTA RAGGIUNTI I 50 NODI

Ad alta velocità, l’efficienza aerodinamica diventa fondamentale poiché l’AC75 genera ormai un vento apparente enorme. Il problema non è più trovare potenza, ma generarne esattamente quanto basta, producendo la minima resistenza possibile. La randa diventa più piatta e la torsione viene perfezionata al massimo. In pratica il trimmer cerca di mantenere il flusso d’aria aderente alla vela, impedendo al contempo al rig di generare forze superflue, poiché ogni unità in più di forza aerodinamica ha delle conseguenze altrove, in termini di sbandamento, carico sul foil e resistenza subacquea. La configurazione più veloce è quindi quella in cui i sistemi aerodinamici e idrodinamici collaborano nel modo più efficiente.

BOLINA – ALTEZZA O VELOCITÀ?

Di bolina, il tradizionale compromesso velico tra angolo e velocità esiste ancora – ma ad un livello completamente diverso. Un carico aerodinamico maggiore può potenzialmente generare una forza laterale più elevata e consentire all’imbarcazione di navigare più alta sul pelo dell’acqua, ma ciò può anche aumentare la resistenza e caricare maggiormente il foil. Appiattendo le vele, l’imbarcazione può accelerare ma perdere altezza. Trovare l’equilibrio ottimale tra questi due aspetti è la chiave e, poiché la velocità dell’AC75 può essere parecchie volte superiore alla velocità del vento reale, piccole variazioni di velocità influenzano drasticamente la direzione del vento apparente.

POPPA – ANCORA VERSO IL VENTO

Questo è forse l’aspetto più strano per chiunque provenga dalla vela convenzionale. Un AC75 che naviga di poppa ad alta velocità subisce ancora il vento apparente proveniente dalla parte anteriore. La barca può dirigersi verso il cancello sottovento, ma dal punto di vista aerodinamico il rig funziona in modo molto più simile a quello di una barca al traverso o che navighi verso il vento apparente.

Ecco perché le vele dell’AC75 non hanno mai la parvenza delle vele lascate che si vedono su una convenzionale barca dislocante che naviga in un’andatura portante: perché le imbarcazioni sono semplicemente troppo veloci. La loro stessa velocità crea una situazione  di vento apparente e impone che le vele rimangano molto cariche e relativamente molto cazzate.

MANOVRE – IL MOMENTO CRITICO

Le virate e le strambate sono i momenti in cui un controllo sofisticato delle vele diventa particolarmente prezioso. Durante una manovra, l’AC75 cambia direzione, trasferisce il carico da un foil all’altro, modifica l’angolo del vento apparente, il tutto cercando disperatamente di non perdere velocità. Se perde troppa velocità, il vento apparente diminuisce e diminuisce anche la portanza dei foil, con il rischio di un’immersione dello scafo. Potrebbe essere necessario aumentare la potenza in un momento specifico per far accelerare l’imbarcazione all’uscita della manovra, ma troppa potenza nel momento sbagliato può destabilizzare la piattaforma.

IL VERO SEGRETO – LA RIPETIBILITÀ

C’è un ultimo elemento che distingue il trim dell’America’s Cup moderna da quello di quasi tutte le generazioni precedenti: la ripetibilità. Non è sufficiente per un trimmer brillante scoprire occasionalmente la forma della vela che la fa andare veloce. Il team deve capire perché quella forma era veloce, registrarla e riprodurla; ciò significa combinare l’intuito del velista con enormi quantità di dati. Ogni regolazione viene misurata, in modo da poter analizzare la forma della vela e registrare i carichi con precisione, così da poter correlare la velocità dell’imbarcazione, il carico sul foil, lo sbandamento, il beccheggio, l’altezza di navigazione e il vento apparente. Dopo migliaia di ore di simulazioni e di navigazione, i team costruiscono modelli sempre più sofisticati per capire quali sono le forme delle vele che funzionano in quali condizioni, e il compito del velista diventa anche quello di mettere applicare questi calcoli, riconoscendo al contempo quando la realtà differisce dal modello.

È un enigma senza fine.

Magnus Wheatley