Tuning eliche: teoria e pratica

Consigli utili sul "fai da te" : Manutenzione del fuoribordo delle eliche , degli accessori nautici e dei rimorchi

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Tuning eliche: teoria e pratica

Messaggioda Blackfin » 19/03/2011, 14:43

Nonostante i molti impegni … :halo: ho deciso di condividere con gli “aficionados” del Forum le osservazioni e le esperienze che ho tratto da un’attività prevalentemente “invernale” (per dirla con il mio amico Panzabianca: “ha d’à passà a nuttata”) che nel corso del tempo mi ha sempre più appassionato. Sono consapevole che l’argomento è di una tale complessità da “far tremare le vene dei polsi” anche a professionisti ben più preparati di me (che non lo sono), ma con un po’ di incoscienza e di indulgenza da parte dei “tecnici”, ci provo. La “chiacchierata” sarà così articolata (essendo un “work in progress” la successione potrà subire modifiche in corso d’opera):

Introduzione
Considerazioni di carattere tecnico-commerciale
Basi teoriche
Campi di intervento modifica
Attrezzature (scelta)
Attrezzature (autocostruzione)
Esempi modifica


Introduzione
Diversi Forumisti, a conoscenza dei miei esperimenti di modifica delle eliche mi hanno chiesto di parlarne sul Forum, perché interessati. L’argomento (almeno per me) molto coinvolgente è però molto complesso non solo e non tanto perché richiedebbe almeno una “infarinatura” nella teoria della meccanica dei fluidi, quanto per il gran numero di fattori che influenzano il rendimento delle eliche. Pur avendo in gioventù fatto degli studi specifici (che mi hanno aiutato a comprendere almeno a livello qualitativo i fenomeni in gioco), peraltro molto “arrugginiti” specie nella parte matematico-analitica, devo dire che gran parte delle intuizioni su cui si basano le modifiche da me apportate alle eliche sono frutto di pratica e osservazione del comportamento delle eliche nelle diverse condizioni di carico e di velocità. Per mia facilità e per evitare di “allontanare” troppi lettori ho deciso di dare un taglio il più possibile divulgativo a questa mia trattazione che quindi non ha il rigore di uno studio scientifico né tanto meno la pretesa di aver centrato al 100% il problema. Lo scopo è duplice:
1) dare a coloro i quali hanno una sufficiente “manualità” e “coraggio” di affrontare, magari con gradualità, l’impresa riducendo (mai a zero però) il rischio di “rovinare” un’elica;
2) dare agli altri qualche elemento utile in fase di acquisto di un’elica (p.es. “di rispetto”) per valutarne la idoneità a risolvere un certo tipo di problematica.
Termino questa introduzione ribadendo che quello che scrivo non è “il verbo” ma il frutto delle mie personali osservazioni, opinabilissime da parte di tutti, specie da chi, per formazione o pratica professionale ha elementi “contro” le mie deduzioni, che sarò felice di ascoltare, specie se comprensibili a tutti.

Considerazioni di carattere tecnico-commerciale
Le eliche in commercio sono classificabili in due grandi categorie: quelle costruite in lega leggera di alluminio e quelle in acciaio (in genere inox, per resistere all’azione aggressiva del salino). Entrambi i tipi vengono fabbricati per fusione in una forma di materiale idoneo, in genere scomponibile in un numero di pezzi pari al numero di pale. La forma delle pale viene studiata per ottenere il massimo rendimento possibile ma è fortemente condizionata dalla necessità di rendere possibile l’estrazione dell’elica da ognuna delle parti che costituisce lo stampo. Questo aspetto è pesantemente condizionante specie nelle eliche di alluminio che dopo l’estrazione non sono sottoposte ad alcuna lavorazione se non la verniciatura con fondo e vernice colorata. Nelle eliche di acciaio il maggior costo è motivato prevalentemente dalle lavorazioni successive alla fusione con asportazione di materiale per avvicinarle il più possibile alla forma ideale e per sottoporle a lucidatura (aspetto che ha una valenza estetica ma serve principalmente a preservarle dall’ossidazione n ambiente salino, il peggiore in natura). Va da sé che comunque si tratta di lavorazioni di grande serie che sono tanto più accurate quanto maggiore è il costo. Una considerazione di carattere tecnico-commerciale, la qualità delle eliche inox after-market è legata anche al target. Per spiegarsi meglio un cliente che acquista un fb di grande potenza è più disponibile a spendere di uno che acquista un motore di piccola-media potenza, per cui più si sale con le potenze più la lavorazione dell’elica inox sarà accurata e il costo elevato. Inoltre dal punto di vista delle lavorazioni è relativamente più semplice “lavorare” ed ottimizzare un’elica di grandi dimensioni rispetto ad una di (relativamente) piccole dimensioni. Tutto questo porta alla conseguenza che, sebbene un iintervento di ottimizzazione possa portare comunque a sensibili miglioramenti, in genere le eliche di un 40-60 sono suscettibili di miglioramento proporzionalmente più elevato rispetto alle eliche di motori più potenti.

Basi teoriche
Inizio con il confutare l’idea (molto diffusa) che l’elica di una imbarcazione (mi limito ad esaminare quelle plananti) eserciti la propria azione propulsiva “avvitandosi” nell’acqua come un dado su una vite. Anche se si parla in termini analoghi come “passo” e “diametro” la realtà è del tutto diversa. Come si può capire facilmente l’elica agisce in un mezzo fluido (anche se incomprimibile, a differenza dell’aria) che quindi non ha una “forma” propria, a differenza dei solidi (come sono un dado e una vite). Come agisce quindi l’elica per esercitare la propria azione propulsiva? Ritengo di non essere molto lontano dal vero nell’affermare che il principio cui rifarsi è (principalmente) quello di azione e reazione. In termini semplici: ad una spinta esercitata in una direzione corrisponde una spinta uguale e contraria nella direzione opposta. A chiunque sarà capitato di avvertire la spinta esercitata su una manichetta da cui fuoriesce acqua in pressione. A parità di sezione del tubo, quanto maggiore è la velocità di uscita dell’acqua (e quindi la portata), tanto maggiore è la spinta esercitata sulla manichetta. Se noi consideriamo il complesso piede-elica come una scatola che contiene una pompa, maggiore è la quantità d’acqua che viene pompata, maggiore è la spinta esercitata sull’imbarcazione. Se tralasciamo per il momento la potenza assorbita dalla pompa, è possibile dire che la pompa costituita dall’elica eserciterà una spinta tanto più intensa quanto maggiore è la quantità di acqua “raccolta” e poi “spinta” dalle pale dell’elica.
Quali sono i fattori che incrementano il volume d’acqua (il cui peso corrisponde “in teoria” alla spinta impressa allo scafo) “raccolto” ad ogni giro da un’elica? In prima approssimazione possiamo dire che sono tre: il numero delle pale, il diametro e il passo (cioè, semplificando, l’inclinazione della pala rispetto al piano perpendicolare all’asse di rotazione). Per concludere, a parità di numero di giri dell’elica, incrementando il valore di ognuno di questi tre fattori, incrementeremo la spinta dell’elica stessa.
A questo punto qualcuno si chiederà: dato che non devo costruire un’elica ma modificarne una già esistente su cosa posso agire per migliorarne il rendimento?
Sicuramente non sul numero delle pale e, per chi non dispone come me di attrezzature particolarmente sofisticate (si tratta pur sempre di interventi amatoriali) anche intervenire sul diametro non è una via facilmente percorribile. Rimane quindi solo il passo dell’elica? No, ci sono almeno altri due fattori su si può intervenire.

Continua.





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Re: Tuning eliche: teoria e pratica

Messaggioda Simone » 19/03/2011, 19:33

:bene:

Sono in attesa ....
:d:
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Re: Tuning eliche: teoria e pratica

Messaggioda Blackfin » 20/03/2011, 18:03

Man mano che vado avanti nella “chiacchierata” mi rendo conto del “guaio” in cui mi sono messo! :wall: Come già detto in premessa cercherò di esporre i fenomeni fisici in gioco tenendomi il più lontano possibile dalle formule e per far questo mi servirò di esempi che spero più comprensibili e sufficientemente “calzanti”. Per il momento poniamo l’attenzione su quello che avviene sulla singola pala posta in rotazione e che ha il compito, come detto sopra, di spingere in direzione opposta a quella di avanzamento la maggior quantità d’acqua possibile. Vediamo uno schizzo nel quale è rappresentata una sezione (come se tagliassimo l’elica in senso trasversale) della pala dell’elica.

Resist pala1.jpg


Se esaminiamo il tratto a-a1 vediamo che la sezione della pala è molto “robusta”, apparentemente ciò è dovuto alla necessità di conferire una sufficiente resistenza alla pala per impedirgli di flettersi (o peggio rompersi) sotto sforzo, in realtà gran parte di questo dimensionamento è dovuto (specie per le eliche in alluminio, a parte la verniciatura, utilizzate tal quali dopo la fusione in conchiglia) alla necessità di facilitarne l’estrazione dalla forma dopo la fusione.
Vediamo cosa succede durante la rotazione dell’elica: una parte delle particelle di acqua spinte dalla pala, anziché muoversi, seguendo l’inclinazione della pala (che caratterizza il passo dell’elica) verso l’indietro e generando una conseguente spinta in avanti, in conseguenza della rastrematura descritta nella figura precedente e sotto l’azione della forza centrifuga conseguente al “trascinamento” in rotazione delle particelle d’acqua, tenderà a scorrere lungo la pala verso la parte esterna della pala stessa (in direzione indicata dalla freccia rossa).

Resist pala2.jpg
Resist pala2.jpg (46 KiB) Visto 3372 volte


Questo “lavoro”, pur assorbendo energia (e quindi coppia - vds. Nota 1) ) dall’albero motore, è del tutto improduttivo ai fini dell’avanzamento dello scafo. Il fenomeno è tanto più accentuato quanto più è basso il numero di giri dell’elica. Infatti al salire del numero di giri, l’elevata differenza di velocità delle particelle d’acqua trascinate dall’elica rispetto a quelle immobili poste all’esterno del cilindro cavo descritto nel suo movimento verso l’avanti dall’elica, crea una specie di effetto “tubo”. Si verifica quindi ad elevati regimi che l’elica si comporta quasi come un’elica “intubata” nella quale la presenza delle pareti del tubo quasi azzera l’effetto negativo descritto sopra (a prezzo però di un notevole incremento della resistenza idrodinamica). E’ questo uno dei motivi per i quali il “regresso” dell’elica diminuisce all’aumentare del regime dell’elica stessa. Sperando di non mettere “troppa carne al fuoco” ed al contrario fornire ulteriori spunti di riflessione, dirò che questo effetto negativo prodotto dalla forma rastremata della pala non è costante ma varia al variare della posizione angolare della pala, incrementandosi in prossimità della superficie dell’acqua e calando all’allontanarsi da questa. Ciò è dovuto alla sia pur minima differenza di pressione idrostatica che, agendo come un freno, contiene maggiormente il fenomeno nell’arco di rotazione più “profondo” e molto meno in quello superiore, quando l’elica ruota come detto in prossimità della superficie.

Nota 1) mio malgrado, per chi non ne è al corrente, devo necessariamente definire questa grandezza fisica. Si tratta del prodotto della Forza (in kg. o newton) x una lunghezza (in metri). Dimensionalmente corrisponde ad un Momento (per alberi in rotazione Momento Torcente) ed è dal punto di vista “prestazionale” dei motori, quasi sempre più significativo della potenza erogata.


Continua
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Re: Tuning eliche: teoria e pratica

Messaggioda Cerri » 20/03/2011, 20:30

A Nicola troppa roba da leggere :mrgreen: la mia elica la sto impacchettando e poi te la spedisco per le modifiche :sleep:
Continua cosi mi sta interessando :sog:

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Re: Tuning eliche: teoria e pratica

Messaggioda Blackfin » 22/03/2011, 0:54

Qualcuno a questo punto potrebbe chiedersi se le Case costruttrici delle eliche abbiano cercato di “ovviare” all’inconveniente. Come sempre ogni “complicazione” incide sulla lavorazione dell’elica e quindi sui costi, al punto che, come accennato sopra, le soluzioni più “ricercate” sono prerogativa delle eliche più costose, cioè quelle in acciaio (non tutte) e quelle dei motori di maggior potenza.
Una soluzione è quella di “inclinare” la pala rispetto al piano radiale di simmetria che caratterizza le eliche “più semplici”, per intenderci (spero) come rappresentato nello schizzo dalla pala 2 rispetto alla versione “base” che è raffigurata dalla pala 1.

rake.jpg
rake.jpg (113.49 KiB) Visto 3199 volte


L’angolo formato rispetto alla pala 1 viene denominato in inglese “rake” (non mi risulta esista una traduzione in italiano del termine, ma se qualcuno la conosce sarebbe interessante riceverne notizia). Lo scopo è quello di rendere l’andamento delle pressioni sulla pala non uniforme ma concentrarlo alla base della pala stessa in modo da “distogliere” per quanto possibile le particelle d’acqua dall’ azione della forza centrifuga, agevolata dal piano inclinato della pala1. Ho cercato di “visualizzare” il diverso andamento delle pressioni sulla pala con una maggiore concentrazione di particelle d’acqua nell’area in cui la forma della pala genera un picco di pressione in conseguenza della diminuzione della quantità di acqua che sfugge in periferia (freccia rossa). Non è l’unico vantaggio originato dall’applicazione del rake.

Continua
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Re: Tuning eliche: teoria e pratica

Messaggioda Blackfin » 25/03/2011, 0:03

Ho riletto il mio ultimo intervento e devo apportare una correzione alla penultima frase:
Ho cercato di “visualizzare” il diverso andamento delle pressioni sulla pala con una maggiore concentrazione di particelle d’acqua nell’area in cui la forma della pala genera un picco di pressione, pressione che invece è inferiore in periferia dando luogo ad una diminuzione della quantità di acqua che sfugge all’esterno della pala (freccia rossa).
Ulteriore vantaggio originato dallo spostamento del picco di pressione verso la radice della pala è che quest’ultima a parità di acqua spostata è sottoposta ad un momento flettente inferiore rispetto alla pala 1, condizione che ci tornerà utile quando lavoreremo sulla pala in fase di “tuning”.

Come ho accennato all’inizio di questa “chiacchierata”, gli effetti originati sul mezzo fluido (l’acqua) da parte dell’elica in rotazione sono molteplici e complessi. Per questo motivo ho deciso di modificare leggermente la “scaletta” dell’esposizione dando un cenno ai “Campi di intervento modifica” dopo aver descritto le basi teoriche dell’intervento. Dopo aver spiegato il motivo dell’adozione dell’angolo di “rake” apportato alla pala in fase di fabbricazione, aspetto utile in fase di scelta di un’elica da acquistare, dò adesso un cenno su come intervenire su un’elica già esistente per migliorare questo aspetto e ridurre gli effetti deleteri della dispersione “periferica” dell’acqua che dovrebbe essere invece diretta in direzione opposta al moto dello scafo.

Precisazioni ai fini della sicurezza
Prima di iniziare a trattare l’aspetto “modifica” o, se vogliamo, “tuning” è necessario che puntualizzi alcuni “pilastri” importanti del mio discorso (mi scuso se per questo sarò prolisso):
- ogni intervento di modifica presuppone l’accettazione di un certo grado di “rischio” da parte di chi opera o delega alla modifica qualcun altro;
- il rischio è legato sia al mancato raggiungimento del risultato voluto, sia (peggio) nel danneggiamento dell’elica sottoposta a modifica;
- onde evitare di incorrere in situazioni che mettano a repentaglio la propria e l’altrui incolumità è sempre bene collaudare l’elica oggetto di modifica in situazioni “protette” per distanza dalla costa o per presenza di altre imbarcazioni “amiche”, in grado di intervenire in caso di avaria per rimorchiare un mezzo magari non più in grado di spostarsi autonomamente;
- gli interventi da me effettuati sulle mie eliche hanno comportato:
o l’utilizzo di attrezzature (anche se amatoriali) idonee (molto spesso da me concepite e/o modificate) non sempre di facile reperimento e sulle quali darò comunque ampi cenni nel prosieguo;
o pur non essendo un “professionista” del settore, per formazione scolastica (perito meccanico “vecchia scuola” con importanti apporti nel campo della pratica e della “manualità”) e per passione (forse addirittura “genetica”) nell’utilizzo di attrezzi ed utensili vari, ritendo di essere un “ciappinaro” abbastanza evoluto e “pignolo” nella ricerca del miglior risultato possibile;
o l’impiego di molta parte del mio tempo libero, giustificato solo dall’approccio “amatoriale”, che se avrebbe dovuto essere retribuito porrebbe seri dubbi sul rapporto costi-benefici.
Concluso il pistolotto noioso ma necessario, torniamo alla possibile introduzione o ampliamento del rake su pale che ne sono sprovviste totalmente o in parte. Ovviamente questo risultato si raggiunge asportando del materiale dalla pala nei punti “giusti”. Per visualizzare la cosa ho preparato uno “schizzo” partendo da quelli presentati in precedenza, con la precisazione che si tratta di schizzi che non rappresentano fedelmente la pala di un’elica in produzione ma servono solo a dare un’ idea:

Pala3.jpg
(49.28 KiB) Scaricato 10276 volte


Al termine del primo intervento sulle basi teoriche dell’intervento di “tuning” ho fatto cenno all’individuazione di due fattori su cui agire per migliorare il rendimento di un’elica:
A. utilizzare al meglio la coppia motrice applicata all’elica cercando di trasferire al flusso d’acqua in uscita dall’elica la maggior quantità di energia espressa dal motore;
B. cercare di ridurre al massimo l’assorbimento di energia dovuta agli attriti, alla resistenza idrodinamica ed ai nocivi effetti delle turbolenze indotte nell’acqua dal movimento delle pale;
In termini pratici, nell'utilizzo, il primo fattore si traduce in una maggiore spinta, il secondo nel raggiungimento di un numero di giri massimo superiore.
L’asportazione del materiale colorato in grigio dalla superficie della pala tende a creare una curvatura che, oltre a ridurre la quantità di acqua che sfugge alla periferia più esterna della pala per effetto della forza centrifuga, genera (come già accennato) una risultante dell’andamento delle pressioni orientata verso la concavità della pala ottenendo un miglioramento del fattore “A”. Questo “effetto collaterale” come rappresentato nello schema seguente:

Pressioni rake.jpg



in qualche modo “ottimizza” la resistenza a flessione della pala, in quanto agisce verso le sezioni di maggiore spessore della stessa. Nel contempo l’assottigliarsi della sezione della pala dovuto alle parti asportate comporta una migliore penetrazione della stessa nel mezzo fluido, assorbendo meno energia (fattore “B”).

Continua
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Re: Tuning eliche: teoria e pratica

Messaggioda Akhenaton69 » 25/03/2011, 11:28

Argomento interessante!!
Unica perplessità: rimuovere tanto materiale (dal disegno sembrerebbe quasi il 50%) non compromette la resistenza delle pale?

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Re: Tuning eliche: teoria e pratica

Messaggioda Blackfin » 25/03/2011, 22:32

Akhenaton:
rimuovere tanto materiale (dal disegno sembrerebbe quasi il 50%) non compromette la resistenza delle pale?


Nel rappresentare in uno schizzo l’intervento da effettuare ho dovuto, per rendere l’idea, accentuare molto le cose. In realtà la quantità di materiale da asportare è percentualmente più ridotta e varia molto da elica ad elica. In linea di massima più l’elica è “economica”, più grossolana è la fusione e quindi maggiore sarà la quantità di metallo da asportare. Nelle eliche più curate l’intervento sarà meno “invasivo” in quanto si tratta di migliorare ulteriormente un livello già buono. Il timore di indebolire eccessivamente la struttura, seppur non da sottovalutare va contemperato anche con le coppie motrici in gioco. A mio modesto parere è più facile che avvengano su eliche di motori di elevata cilindrata sulle quali un “tuning” va effettuato con molta circospezione, sia per i maggiori sforzi cui viene sottoposta l’elica, sia perché spesso l’elica nasce già di buon livello e quindi il “ritocco” deve necessariamente essere più leggero. Finora i miei interventi sono stati effettuati su motori da 60 hp, sui quali la situazione è capovolta: ad eliche molto più “grossolane” vengono applicati valori di coppia motrice molto più ridotti e in linea di massima non in grado di portare a rotture a meno di difetti di fusione o interventi di modifica ancora più “grossolani”.
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Re: Tuning eliche: teoria e pratica

Messaggioda Akhenaton69 » 26/03/2011, 0:53

wow che risposta esaustiva!! :d:
Continuerò a leggere, quest'interessante post, con attenzione!!

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Re: Tuning eliche: teoria e pratica

Messaggioda Blackfin » 27/03/2011, 16:04

Allo scopo di dare qualche idea dell’entità degli interventi di modifica posto qualche foto di un “work in progress”. Utilizzando un materiale plastico altamente tecnologico e di difficile reperibilità (mollica di pane inzuppata con acqua) :halo: ho mascherato la pala in lavorazione, cercando di riprodurre il più fedelmente possibile il profilo originale di un’elica da 13”x11” che sto modificando:

mask all.jpg
(55.36 KiB) Scaricato 10204 volte


asportando il materiale posticcio dal lato dx si può apprezzare il quantitativo di materiale fin qui asportato:

mask sx1.jpg
(56.52 KiB) Scaricato 10204 volte


e così per il lato sinistro, fino a scoprire completamente la pala secondo la sezione sinora assunta:

pala netta.jpg
(87.7 KiB) Scaricato 10204 volte


Qualcuno potrebbe chiedersi quanto l’asportazione di queste “apparentemente” minime quantità di materiale possano influire sulla spinta erogata. Ovviamente non sono in grado di fornire dati precisi ma può far riflettere il fatto che ogni grammo di acqua (corrispondente al volume di acciaio asportato) che “dirotteremo” ad ogni giro dell’elica dallo sfuggire esternamente alla pala, indirizzandolo invece in direzione opposta al modo dello scafo, corrisponde per ogni 1000 giri al minuto 1 kg. di spinta, senza che questo comporti un aggravio sulla coppia resistente applicata all’elica.

Continua
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Re: Tuning eliche: teoria e pratica

Messaggioda esperto » 28/03/2011, 19:53

molto interessante,anche se non sono daccordo su un tuo pensiero.aspetto con ansia il continuo.ciao
mauro
Se è vero che i saccenti danno fastidio, è pur vero che gli ignoranti fanno danni....e talvolta gravissimi

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Re: Tuning eliche: teoria e pratica

Messaggioda Blackfin » 31/03/2011, 22:53

Prima di chiudere la trattazione del rake cito la traduzione di un articolo USA sulle caratteristiche delle eliche, nel quale ho tradotto il termine “rake” con quello italiano di “inclinazione”:
L’inclinazione dell’elica rappresenta l’angolo di attacco della pala al mozzo dell’elica. Non va confusa con il passo, che è la misura dell’avvolgimento o avanzamento della vite. Inclinazioni più elevate normalmente migliorano le prestazioni in situazioni di ventilazione o cavitazione (elevate posizioni del motore o elevati angoli di trim). Inoltre inclinazioni più elevate comportano maggiori capacità di sollevamento dello scafo, il che di solito incrementa la velocità. Bassi angoli di inclinazione sono tipicamente utilizzati su motori con eliche che funzionano interamente sommerse, che cioè sopportano carichi da moderati ad elevati.
Questa volta parlerò dell’incavatura delle eliche indicata in inglese con il termine “cupping”. Vedi figura della sezione trasversale della pala.

Cupping.jpg


Sempre dallo stesso testo tradotto:
L’incavatura agevola l’incremento della capacità di presa nell’acqua dell’elica, in particolare su imbarcazioni con un’elevata altezza del motore ed alti angoli di trim. L’incavatura può inoltre fornire un incremento della spinta verso l’alto sullo scafo quando applicata sulla linea di inclinazione dell’elica. L’applicazione di un’incavatura al bordo di uscita della pala incrementa il passo effettivo dell’elica. Una incavatura standard origina di solito un calo dei giri dell’elica da 200 a 400 giri. Normalmente ciò consiglia di diminuire il passo dell’elica di 1 o 2 pollici per montare un’elica incavata al posto di una non incavata.

Come si può vedere confrontando inclinazione e incavatura, gli effetti sono molto simili. Io però ho dato una mia particolare interpretazione (magari sbagliando) al “dosaggio” dei due aspetti in fase di tuning. Esaminando la distribuzione delle pressioni sulla pala conseguente alle due diverse conformazioni (rake e cupping) mi sono convinto che mentre accentuando il rake le pressioni tendono ad avere un loro picco verso l’attaccatura della pala (cioè vicino al mozzo, dove la pala ha uno spessore maggiore), nel caso del cupping le pressioni si distribuiscono uniformemente o addirittura tendono ad incrementarsi nell’area più periferica (e più sottile) della pala stessa (se la curvatura tende ad essere parabolica). Questo comporta sollecitazioni a flessione della pala proporzionalmente più elevate nel caso del cupping (a parità di effetto di “contenimento” dei filetti fluidi). Poiché il tuning avviene asportando materiale dalla pala, se ci limitassimo ad agire sul cupping potremmo indebolirla troppo provocando flessioni della pala sotto sforzo.
Purtroppo l’intervento sul rake in fase di tuning è limitato. Cioè nella scelta di un’elica imho andrebbe ricercata una che dalla fabbrica nasca già conformata con un buon angolo di rake. In compenso l’assottigliare la pala per conferire un buon cupping imho ne migliora il coefficiente di penetrazione idrodinamica e quindi consente di limitare la perdita di giri dovuta all’incremento della componente di spinta che tende a sollevare lo scafo.
Continua
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Re: Tuning eliche: teoria e pratica

Messaggioda esperto » 01/04/2011, 6:17

se mi posso permettere,aggiungerei che le eliche con angolo rake piu marcato,sono molto indicate per i catamarani,lavorando essi,con il caricamento dell'aria nel tunnel.devo continuare a fare i complimenti all'amico blackfin per il modo semplice ed esaustivo nello spiegare argomenti di per se molto complessi.
mauro
Se è vero che i saccenti danno fastidio, è pur vero che gli ignoranti fanno danni....e talvolta gravissimi

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Re: Tuning eliche: teoria e pratica

Messaggioda Blackfin » 01/04/2011, 7:18

Ringrazio Mauro Esperto per i complimenti. Che l’argomento sia complesso è fuor di dubbio. I fattori che intervengono nell’ottimizzazione del rendimento sono diversi ed interdipendenti. Mi riallaccio all’intervento di Mauro per fare un esempio.
Un’elica dotata di un buon “rake” e di un “cupping” ottimale consente di montare un motore “alto” riducendo il rischio di “ventilare”, questo montaggio ha diversi risvolti positivi:
- la spinta dell’elica avviene più vicina alla retta orizzontale passante per il baricentro e quindi diminuisce il momento “impennante” a vantaggio della componente orizzontale della spinta (quella utile);
- l’effetto di cui sopra tende a tenere la prua più bassa e quindi “offrendo” alle onde le sezioni anteriori dello scafo (quelle più “taglienti”) migliora la morbidezza sul mosso;
- la maggior superficie bagnata (maggiori attriti) derivante, a parità di angolo di trim, da questo assetto è in questo caso parzialmente compensata dal minor attrito offerto dalla minore superficie immersa del piede del fb;
- si verifica una parziale “autoregolazione” della spinta in funzione del carico. Più lo scafo è carico più aumenta il dislocamento, ma anche la possibilità dell’elica di lavorare più immersa e quindi fornire una spinta esente da ventilazione (per la minore vicinanza della superficie rispetto allo scafo scarico).
Sono tutte rose e fiori? No perché più è alto il fuoribordo meno esiste la possibilità di correggere l’assetto utilizzando il trim, in quanto la piastra anticavitazione offre anche con elevati angoli (positivi o negativi) una minore superficie utile di “lavoro”.
Per entrare nel pratico sul mio M90 ho alzato il motore di un foro (con tutti i benefici sopra descritti) solo dopo aver montato dei “generosi” flap, ai quali ho delegato i compiti di correzione di assetto della piastra anticavitazione. In pratica adesso il trim (soprattutto in senso negativo) interviene più che altro per dirigere verso il basso il flusso di spinta dell’elica, operazione riservata a condizioni di mare estremamente “dure”, ottenendo una velocità minima di planata di 6 nodi.
A questi numeri di giri però un'elica di piccolo diametro (la 14" montata adesso ha un diametro di 10 1/4") sotto sforzo (p. es. risalire un'onda particolarmente ripida) tende ad aumentare molto il regresso (anche se l'intervento di tuning cui l'ho sottoposta l'ha trasformata in una specie di variatore automatico di velocità). Sto infatti preparando un'elica passo 13" e diametro 11" per condizioni di carico particolari o navigazione in acqua dolce (ma questa è un'altra storia).
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Re: Tuning eliche: teoria e pratica

Messaggioda Cerri » 01/04/2011, 12:12

:ask: la forma delle eliche quanto incide ,e qual'è se c'è la migliore forma

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Re: Tuning eliche: teoria e pratica

Messaggioda Blackfin » 01/04/2011, 12:25

Quella che tu chiami "forma" per poter essere definita in maniera anche solo approssimativa deve rifarsi proprio a quegli aspetti di cui sto trattando (finora rake e cupping) e che per poter essere compresi richiedono da parte mia il grosso sforzo di tradurli in parole scritte e da parte tua il piccolo frusta sforzo di leggerle. Diverso è il discorso che quasi mai la parola scritta si traduce per tutti nello stesso concetto. Per questo sono sempre disponibile a cercare di spiegare meglio i termini utilizzati. :wink:
:d:
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Re: Tuning eliche: teoria e pratica

Messaggioda Blackfin » 10/04/2011, 23:20

Finora abbiamo parlato di interventi volti a modificare il profilo “longitudinale” della pala cioè in direzione della sua lunghezza. Domanda: l’andamento trasversale della pala (cioè quello della sua sezione) è suscettibile di miglioramenti? Se sì secondo quali principi?
A questo punto semplificare il discorso diventa veramente arduo. Intanto vediamo di intenderci: se esaminiamo la pala come se fosse un’ala possiamo rubare all’aeronautica alcuni dei termini utilizzati per indicarne le parti componenti:

Profilo alare1.jpg


Dal valore dell’angolo b dipende un’ importante caratteristica dell’elica: il passo. Più aumenta questo valore più aumenta il passo dell’elica. Più aumenta il passo, maggiore è la superficie “affacciata” della pala che “spinge” ad ogni giro, quindi il volume di acqua spostata. Se il passo è uguale a zero, lo è anche la superficie della pala che "lavora" e di conseguenza il volume utile di acqua spostata in direzione opposta al moto.
Facciamo ora alcune osservazioni:
1) l’acqua ha volume proprio ma non una forma propria (cioè è, entro certi limiti, incomprimibile);
2) mentre la pala ha una propria velocità sia angolare (numero di giri) sia rettilinea (la velocità relativa dello scafo rispetto all’acqua) l’acqua è sostanzialmente immobile;
3) quanto maggiore è il volume (e quindi il peso) di acqua che noi vogliamo accelerare da fermo sino alla velocità corrispondente allo spostamento nell’unità di tempo dato dal numero di giri dell’elica, tanto maggiore sarà l’inerzia opposta da questa massa d’acqua e, quindi, l’energia assorbita non solo per lavoro utile ma anche per la deformazione elastica del materiale costituente la pala (che è energia persa ai fini della spinta propulsiva).
Per intendersi (sto cercando di rendere il più divulgativo possibile il discorso evitando il ricorso a formule fisiche e trigonometriche) un’elica con passo “lungo” assorbe più energia (coppia motrice) di un’elica con passo “corto”.
C’è anche un’altra osservazione da fare, in particolare quando la massa dello scafo è molto elevata e quando si cerca di dare maggiore accelerazione allo stesso: si verifica il fenomeno della “cavitazione” cioè l’elica aumenta i propri giri ma la spinta non cresce di pari passo. La sensazione è la stessa di chi in auto preme molto sull’acceleratore nelle marce basse in presenza di asfalto bagnato o, peggio, ghiacciato, facendo slittare gli pneumatici. Ma se l’acqua è incomprimibile, cosa avviene di essa in una pala che la spinge in direzione opposta al moto dello scafo? Una parte di essa va nella giusta direzione, una parte di essa vaporizza a causa dei complessi fenomeni di pressione e depressione sulle facce (dorso e pancia) della pala, una parte sfugge verso la periferia della pala (fenomeno che può essere in parte ridotto con gli accorgimenti visti in precedenza). Le ultime due parti del volume di acqua interessato dal movimento della pala, assorbendo energia in maniera improduttiva, andrebbero ridotte il più possibile per migliorare il rendimento dell’elica.
Poiché esse aumentano all’aumentare della massa d’acqua e dell’accelerazione impressa, si cerca di intervenire rendendo più graduale possibile l’azione della pala. In pratica si fa in maniera che il passo (e quindi l’angolo b con cui la superficie della pala agisce) sia variabile dal bordo di attacco al bordo di uscita, lungo lo sviluppo della corda della pala. L’angolo b non sarà perciò costante, ma aumenterà da un valore minimo (quasi zero) fino ad un valore massimo variabile in funzione della coppia motrice disponibile e del peso e caratteristiche dello scafo. Il valore “nominale” del passo sarà perciò un dato medio legato sia all’intervallo in cui varia b, sia alla superficie della pala (anch’essa non costante) corrispondente ad ognuno dei valori di b.
Continua
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Re: Tuning eliche: teoria e pratica

Messaggioda Blackfin » 13/04/2011, 7:08

Ho cercato in uno “schizzo” di riassumere in forma grafica come la forma della pala (si riferisce alla sezione trasversale) si modificherebbe incrementando l’angolo b dal bordo di attacco al bordo di uscita.

Profilo alare3.jpg



Nello schema l’angolo b1 di “attacco” è molto minore dell’angolo b2 di “uscita” per cui l’effetto pratico è quello che il passo dell’elica varia da un valore iniziale minimo ad un valore finale massimo. In questo modo come già detto le particelle di acqua vengono accelerate prograssivamente da una velocità iniziale minima (è zero solo in fase di “spunto” da fermo) fino ad una velocità massima finale che è quella determinante ai fini dell’avanzamento. Nello schema con la lettera D è indicata la direzione con cui i filetti fluidi dell’acqua “impattano” sulla pala nella fase di “spunto” da fermo. Man mano che lo scafo aumenta la propria velocità questa direzione cambia avvicinandosi a quella dell’asse di rotazione dell’elica. Ne deriva la conseguenza naturale che la pala all’aumentare della velocità esercita un’azione sempre più destinata ad aumentare la spinta e sempre meno a modificare la direzione di indirizzamento delle particelle di acqua (questo è uno dei motivi per cui all’aumentare della velocità diminuisce il regresso dell’elica).
Il regresso ovviamente dipende anche dalla massa opposta dall’imbarcazione all’accelerazione impressa dal propulsore (inerzia) e dalla resistenza idrodinamica e di attrito.
Da quanto postato in precedenza si possono trarre alcune interessanti considerazioni, utili non solo il fase di tuning ma anche di scelta dell’elica da montare. Per esempio eliche dotate di una “corda” maggiore, anche a parità di superficie, hanno la possibilità di “distribuire” meglio sul percorso delle particelle di acqua lungo la superficie della pala lo sforzo di accelerazione (in direzione ed intensità) a parità di coppia motrice assorbita.
Continua.
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Re: Tuning eliche: teoria e pratica

Messaggioda Federico C. » 14/04/2011, 9:40

Scusa Bllack maggiore è l'angolo b in fig 1 minore è il passo, non il contrario.

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Re: Tuning eliche: teoria e pratica

Messaggioda Blackfin » 14/04/2011, 13:56

:shock: Quindi se l'angolo è prossimo a zero hai un passo massimo? Sei sicuro? Capisco che lo schema non sia chiarissimo ma non mi pare fino a questo punto. Se l'angolo b fosse quello di una vite e fosse uguale a zero di quanto avanzerebbe la vite ad ogni giro?
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