Indagine sperimentale sugli effetti della lubrificazione ad aria su uno scafo planante dotato di step-redan (Experimental investigation on the effects of air-lubrication in a stepped planing hull)

In the constant search for new methods to reduce the resistance of ships and, consequently, overall emissions, active boundary layer ventilation through air injection is currently one of the most effective techniques. While its application to displacement units has reached industrial maturity, its effectiveness in planing units has yet to be confirmed. To this end, in the context of the NAUSICA project funded by the MISE [Ministry of Economic Development], a test program was conducted to assess the effectiveness of the proposed technique on a model at scale 6 of high-performance double-stepped of 16.5 m planing hull by measuring the total resistance and its potential reduction with forced air flow injected under the hull, at the steps. In addition to the measurement of resistance and fore and aft immersions, i.e. trim and sinkage, embedded into the resistance test according to ITTC standards, visualizations of the hull bottom were carried out to correlate the measurements of resistance to the shape and geometry of the air layer that develops under the hull. For this purpose, a fixed underwater video-acquisition system, composed of a high-speed camera and a group of LED lighting strips, was placed approximately in the middle of the basin for visualizing the hull bottom. In the first part of the study, reported in this work, we focused on reducing the ship's resistance in the boat speed range of 10-35 knots (FN∇ from 1 to 3.7), which includes the preplanning speed range. A reduction of up to 20% of the base value was appreciated for the maximum air flow rate injected at the step in the pre-planing speed range (FN∇ from 1.4 to 2.5), which tends to decrease as the injected air decreases. At 30% of the maximum air flow rate, the reduction is no longer experimentally appreciable. At speeds below the identified range, this reduction is extremely limited (<5%) while at higher values the reduction appears to be negligible, probably because the hull is already significantly naturally ventilated and/or the active ventilation is insufficient.

Nell’ambito della continua ricerca di nuovi metodi per ridurre la resistenza delle navi e, di conseguenza, le emissioni complessive, la ventilazione attiva dello strato limite tramite iniezione di aria è attualmente una delle tecniche più efficaci. Mentre la sua applicazione alle unità dislocanti ha raggiunto una sufficiente maturità industriale, la sua efficacia nelle unità plananti deve ancora essere confermata. A tal fine, nel contesto del progetto NAUSICA finanziato dal MISE [Ministero dello Sviluppo Economico], sono stati condotti una serie di test sperimentali per valutare l'efficacia della tecnica proposta su un modello in scala 6 di scafo planante a doppio gradino (step) ad alte prestazioni di 16,5 m, misurando la resistenza totale e la sua potenziale riduzione con flusso d'aria forzata iniettato sotto lo scafo, in corrispondenza degli step. Oltre alla misurazione della resistenza e delle immersioni avanti e indietro, ovvero assetto dinamico e sopraelevazione del baricentro, facenti parte dei normali test di resistenza condotti secondo gli standard ITTC, sono state eseguite visualizzazioni del fondo dello scafo per correlare le misurazioni della resistenza alla forma e alla geometria dello strato d'aria che si genera sotto lo scafo. A questo scopo, un sistema fisso di acquisizione video subacquea, composto da una telecamera ad alta velocità e da un gruppo di strisce di illuminazione a LED, è stato posizionato approssimativamente al centro del bacino per visualizzare il fondo dello scafo. Nella prima parte dello studio, riportata in questo lavoro, ci si è concentrati sulla riduzione della resistenza del modello nell'intervallo di velocità dell'imbarcazione di 10-35 nodi (FN∇ da 1 a 3,7), che include l'intervallo di velocità di pre-planning. È stata apprezzata una riduzione fino al 20% del valore di base per la portata d'aria massima iniettata allo step nell'intervallo di velocità di pre-planning (FN∇ da 1,4 a 2,5), che tende a diminuire al diminuire dell'aria iniettata. Al 30% della portata d'aria massima, la riduzione non è più sperimentalmente apprezzabile. A velocità inferiori all'intervallo identificato, questa riduzione è estremamente limitata (<5%) mentre a valori più elevati la riduzione appare trascurabile, probabilmente perché lo scafo è già notevolmente ventilato naturalmente e/o la ventilazione attiva è insufficiente.