IL PRINCIPIO DEI FOIL: COME FUNZIONANO

Gli idrofoil sfruttano un principio di base che è molto simile a quello delle ali di un aereo. Quando un foil si muove nell’acqua, la forma curva della sua superficie superiore e inferiore genera una differenza di pressione tra le due facce del profilo. La parte superiore (con il raggio di curvatura maggiore) ha una velocità del fluido più alta rispetto alla parte inferiore, generando una spinta verso l’alto che solleva la barca. Questo effetto si intensifica con l’aumento della velocità, finché l’intero scafo viene sollevato fuori dall’acqua, riducendo drasticamente la resistenza.

 

ROTTURA DELLA CAVITAZIONE: UN PROBLEMA DEL RISOLVERE

Uno dei fenomeni più critici è la cavitazione, che si verifica quando la pressione dell’acqua scende sotto un certo limite, creando bolle di vapore che implodono violentemente. Questo fenomeno è particolarmente problematico nei foil ad alte prestazioni, perché può causare vibrazioni intense, perdita di controllo e persino danni strutturali.

Gli studi di Liu et al. (2023) hanno esaminato in dettaglio il comportamento della cavitazione attorno a un foil con un bordo di uscita smussato. Grazie a simulazioni avanzate basate sul CFD (Computational Fluid Dynamics), è stato possibile identificare i punti in cui si formano le bolle e come questi punti influenzano la stabilità complessiva. Una delle scoperte chiave è stata che la forma del bordo di uscita del foil e la sua angolazione rispetto al flusso d’acqua hanno un impatto significativo sulla gestione della cavitazione​

Questi studi hanno portato allo sviluppo di foil a geometria variabile, dove l’angolo del bordo di uscita può essere regolato in tempo reale per adattarsi alle condizioni del mare e alla velocità dell’imbarcazione.

 

MICROSTRUTTURE E BIOMIMETICA: CAPIRE LA NATURA PER MIGLIORARE LE PRESTAZIONI

Un’area di ricerca particolarmente interessante è quella delle microstrutture biomimetiche. Prendendo ispirazione dalle squame degli squali e dalle superfici rugose delle pinne dei delfini, alcuni ricercatori hanno iniziato a sviluppare rivestimenti per foil in grado di controllare il flusso dell’acqua e ridurre la separazione del flusso (il punto in cui l’acqua si stacca dalla superficie del foil, creando turbolenze).

Studi come quelli condotti da Chen (2023) hanno dimostrato che l’applicazione di microstrutture tridimensionali sulla superficie dei foil può ridurre la resistenza fino al 20%. Questi rivestimenti funzionano creando piccole turbolenze superficiali che mantengono il flusso laminare anche a velocità elevate, riducendo così la formazione di vortici e migliorando la stabilità. I test di laboratorio hanno dimostrato che l’uso di superfici simili a “micro-vortici” può persino prevenire la cavitazione in determinate condizioni, prolungando la vita utile dei foil e migliorando le prestazioni complessive​

 

SISTEMI DI CONTROLLO ATTIVO: FOIL INTELLIGENTI CHE ADATTANO LA NAVIGAZIONE.

Un altro passo avanti è l’introduzione di sistemi di controllo attivo, che utilizzano una combinazione di sensori e attuatori per regolare costantemente la posizione e l’angolo dei foil. Questi sistemi sono in grado di monitorare in tempo reale la velocità, il beccheggio e il rollio della barca, regolando l’inclinazione del foil per garantire un assetto stabile anche in condizioni di mare mosso.

Ad esempio, il produttore svedese Candela ha sviluppato una tecnologia avanzata che include giroscopi e accelerometri integrati nei foil, in grado di adattare l’angolo di attacco fino a 100 volte al secondo. Questo sistema permette di anticipare e compensare il moto ondoso, rendendo possibile una navigazione stabile anche in acque agitate. La tecnologia è stata testata su vari modelli di motoscafi e ferry ad alte prestazioni, ottenendo risultati sorprendenti in termini di stabilità e riduzione della resistenza idrodinamica​

 

FUNZIONI AVANZATE DI STABILIZZAZIONE

Alcuni sistemi includono anche funzionalità come il Dynamic Positioning, che permette all’imbarcazione di mantenere una posizione stabile senza intervento umano, utilizzando i foil come stabilizzatori. Questo è particolarmente utile per operazioni come l’ormeggio in spazi ristretti o la navigazione in presenza di correnti forti.

 

 MODULARITÀ E FLESSIBILITÀ: FOIL ADATTABILI A DIVERSE CONDIZIONI

Non tutte le applicazioni richiedono lo stesso tipo di foil. Alcuni produttori, come SEAir, hanno sviluppato foil modulari che possono essere intercambiati in base alle esigenze dell’armatore. Ad esempio, un sistema modulare può includere foil più piccoli e corti per acque poco profonde e foil più lunghi per la navigazione in mare aperto.

Questa modularità consente di trasformare un singolo scafo in un’imbarcazione polivalente, capace di adattarsi a diversi scenari di navigazione senza compromettere la sicurezza o le prestazioni. Un esempio è il Flying RIB di SEAir, che permette di passare da una configurazione di crociera a una da gara con pochi aggiustamenti, rendendolo ideale per chi cerca una soluzione versatile e ad alte prestazioni​.

 

APPLICAZIONI COMMERCIALI E SOSTENIBILITÀ

Gli idrofoil stanno entrando anche nel settore commerciale e del trasporto passeggeri. Aziende come Artemis Technologies hanno sviluppato un sistema di foil chiamato eFoiler, che è in grado di supportare grandi imbarcazioni come ferry e navi commerciali. Questi sistemi permettono di ridurre drasticamente il consumo di carburante (fino all’85% in alcuni casi) e di operare in modalità completamente elettrica per tratte più brevi, contribuendo a una maggiore sostenibilità del trasporto marittimo.

Il progetto di Artemis per il EF-24 Passenger Ferry è un esempio di come i foil possano essere utilizzati non solo per il tempo libero, ma anche per ridurre l’impatto ambientale e i costi operativi del trasporto marittimo urbano. Questo traghetto a foil può trasportare fino a 150 passeggeri a velocità superiori ai 30 nodi, offrendo un’esperienza di viaggio più veloce e confortevole rispetto ai traghetti tradizionali.

 

Limiti e Sfide Attuali

Nonostante tutti questi vantaggi, i foil non sono esenti da problemi:

• Costi Elevati: La tecnologia avanzata e i materiali speciali (come il carbonio) rendono i foil costosi sia in termini di produzione che di manutenzione.
• Manutenzione Frequente: La presenza di componenti elettronici e meccanici richiede una manutenzione più complessa rispetto alle barche tradizionali.
• Uso Limitato: I foil funzionano meglio in acque aperte e profonde. In ambienti costieri o in acque basse, possono facilmente danneggiarsi o perdere efficacia.

 

VERSO IL FUTURO: L’INTELLIGENZA ARTIFICIALE CHE CAMBIA LE REGOLE DEL GIOCO

Il futuro della tecnologia foil si orienta verso una maggiore integrazione con l’intelligenza artificiale e l’uso di algoritmi predittivi. I foil del futuro saranno in grado di anticipare i cambiamenti nelle condizioni del mare e regolare automaticamente la loro configurazione per ottimizzare velocità, efficienza e stabilità. Questo porterà a barche sempre più veloci, sicure e sostenibili.

In conclusione, i foil rappresentano una delle innovazioni più affascinanti nel mondo della nautica. Dai catamarani da regata alle navi commerciali, questa tecnologia sta cambiando radicalmente il modo in cui pensiamo alla navigazione. Siamo solo all’inizio di un’era in cui le barche non si limiteranno più a scivolare sull’acqua… ma a volare sopra di essa!