LO SVILUPPO DELLA PROPULSIONE

Quando nel 1959 Volvo Penta introdusse il concetto di piede poppiero certo non immaginava di iniziare una rivoluzione in campo marino che ha portato quasi tutte le imbarcazioni entrobordo di potenza dai 100 ai 300 (ora quasi 400) cavalli a servirsi di questo sistema. Non è nemmeno da ascrivere grande merito allo sviluppo del diesel, alla cui diffusione invece è proprio il piede poppiero ad aver contribuito nel campo del diporto marino

Articolo di
Alfredo Gennaro

Pubblicato su Nautica 389 di settembre 1994

NAVIGARE COI PIEDI

Tanto che, nel 1974, la stessa Volvo Penta propose l'adozione di un altro tipo di piede, il sail drive o Sdrive, utile per le barche a vela, che a differenza del normale piede poppiero (o Z drive) non può essere sollevato né brandeggiato, proprio perché nella vela non si può fare a meno del timone ed una sporgenza sotto la chiglia è una cosa che non scandalizza nessuno.

Il risultato della diffusione dei piedi nel diporto nautico, a parte quelli innumerevoli dei fuoribordo, è che il fatto di "navigare con i piedi" piuttosto che costituire un insulto suona oggi come un complimento: usare i piedi in mare significa infatti sfruttare più razionalmente le capacità del motore e dell'imbarcazione e talvolta poter ritoccare in tempo reale le caratteristiche e la direzione nel piano verticale della spinta (oltre che, naturalmente, la direzione nel piano orizzontale) in funzione delle condizioni di carico, di assetto dell'imbarcazione, di mare.

Quello che vogliamo fare è dare ai lettori una fotografia dello stato dell'arte, dell'impegno dei costruttori, della evoluzione e delle tendenze del mercato, oltre a fornire considerazioni generali tecniche e di merito, pro e contro, consigli: sia a chi utilizzi già un piede, sia a chi pensi o dubiti di farlo in futuro.

Per farlo ci sbarazzeremo per un attimo della storia, e quindi, piuttosto che priorità temporali, useremo un ordine tecnico, più consono agli interessi dei lettori e dell'utenza: divideremo cioè i piedi in tre classi, esplorando le piccole potenze, caratterizzate dall'uso del S-drive, le medie potenze, dai 40 ai 100 cavalli, e le potenze dai 100 a 400 cavalli dove è più esteso l'uso dello Z-drive.

Le piccole potenze:
il piede S-drive

Per sua particolare struttura un gruppo completo motore-S drive ha una struttura prevalentemente verticale: può essere cioè calato dall'alto e bullonato al suo alloggiamento senza interessare altre parti della imbarcazione e senza richiedere altri supporti che quello previsto per il fissaggio all'interno della carena. Questo renderebbe possibile alloggiare dall'alto tutto il gruppo in un apposito pozzetto stagno che, anche se allagato, non dovrebbe consentire il passaggio di acqua all'interno della carena.

Inutile dire che una soluzione del genere potrebbe consentire il montaggio e lo smontaggio del piede anche in navigazione, naturalmente con qualche immaginabile precauzione, eliminando i timori e le insicurezze che un buco di qualche diecina di centimetri in carena provoca ai fini della tenuta in caso di incidente. Incidente che diventa fortemente improbabile quando il piede sporge dietro la deriva ed è da questa naturalmente protetto.

La possibilità di concentrare poi nel pozzetto tutte le funzioni collegate al motore, specie quando lo scarico è previsto attraverso l'elica, toglie al diportista preoccupazioni e lo lascia disporre di spazi che normalmente sarebbero impegnati.

Prendiamo per esempio i motori della serie Focs Lombardini. Sono progettati per avere sopra la testata la maggior parte dei controlli. Sarebbero idealmente gestiti dall'alto in un pozzetto aperto che dovrebbe trovare posto proprio davanti all'ingresso che porta in cabina. La soluzione descritta consentirebbe anche una notevole insonorizzazione del motore.

Occorre ancora aggiungere che la distribuzione dei pesi sarebbe più razionale, che il moto ondoso sulla presa dell'elica non avrebbe alcuna influenza , che la fantasia potrebbe a questo punto suggerire soluzioni impensabili con una linea d'asse, come una specie di "trazione anteriore" dove il piede del motore potrebbe trovarsi a prua della deriva e fungere da pinna idrodinamica.

Il pozzetto stagno di cui si parlava potrebbe, in alternativa o in emergenza, essere usato per fissare un motore fuoribordo. Al di là della fantasia però, che potrebbe portarci molto lontano dalle attuali realtà, i sail drive funzionano, e non solo come sistema di spinta e affidabilità, ma anche come idrodinamica: quando infatti non hanno l'elica a pale abbattibili, come il Volvo Penta, l'uso di un piede del tipo fuoribordo, con i meccanismi di inversione nel piede stesso, durante la navigazione a vela rende le resistenze passive talmente piccole da consigliare di trascurarle.

Viene addirittura da pensare che, con qualche accorgimento, l'elica di spinta, in folle, possa essere usata per misurare la velocità (basterebbe un piccolo sensore inserito nel piede).

I sail drive hanno un montaggio semplicissimo: basta usare una base in plastica, generalmente fornita dalle case costruttrici, che contiene la guarnizione e i supporti del motore e che deve essere fissata dal cantiere all'interno della carena prima di praticarvi il foro. Al diavolo gli allineamenti, i giunti, i supporti, l'astuccio, le prese d'acqua di raffreddamento e, in qualche caso, anche la linea di scarico; al diavolo anche il riduttore invertitore, ovviamente incluso nel piede.

Benvenuti invece i guadagni di spazio e di praticità, oltre che la maggiore silenziosità e ad una minore resistenza idrodinamica dovuta alla minore inerzia delle masse trascinate dall'elica in folle. Da tenere presente la possibilità di smontare il piede con un alaggio temporaneo, magari anche solo parziale. Perché per smontare un piede basta sollevare la guarnizione al di sopra del livello dell'acqua, tirare via il piede stesso e bullonare un "tappo" prima di rimettere la barca in acqua, se non si fa a tempo ad effettuare l'intervento a barca sospesa. Provate a farlo con una linea d'asse!

L'attacco dei motori ai Sail drive ha spinto le case costruttrici a specializzare la progettazione del piede. È quindi a loro che l'utenza dovrà richiederlo, se proprio non vuole scegliere il piede e di conseguenza la marca del motore. È anche giusto che sia così per evitare di creare, in caso di disfunzioni, divario di responsabilità e scarico di colpe.

Le potenze medie:
dai 50 ai 100 HP

Anche se qualche tentativo è stato fatto con gozzi o con lance, il piede poppiero ha trovato la sua applicazione in questo campo di potenze su imbarcazioni da lavoro o per usi particolari, per imbarcazioni dislocanti di grossa mole dove il costo supplementare di un piede, aggiunto al motore diesel, non è percentualmente rilevante nel bilancio totale, così come non è influente l'uso di qualche chilo in più nella motorizzazione, a paragone delle diverse tonnellate che l'imbarcazione disloca.

Nel campo dei piedi «dedicati» ricordiamo ad esempio la fornitura, fatta dalla Volvo Penta alla Rio, di piedi Aquamatic accoppiati ad un diesel di quaranta cavalli e serviti a motorizzare barche dislocanti con fondo trasparente: è evidente che in questo caso l'uso di un gruppo poppiero svincola da ogni ingombro il fondo dell'imbarcazione oltre a consentire una navigazione sicura anche in bassi fondali. Ci risulta inoltre che, in questo campo di potenze, piedi poppieri vengano costruiti dall'inglese Enfield (importati dalla Motortecnica), o usati per propri motori dalla Yanmar o dalla Fnm.

La fascia ideale per i piedi poppieri:
dai 100 ai 400 HP

Sicuramente leader è l'europea Volvo Penta, un poco perché ha inventato il piede poppiero e molto perché ha saputo mantenere un gap tecnologico supportato da continue ricerche e perfezionamenti, che hanno portato nel 1982 al Duo Prop, il primo piede a due eliche controrotanti e l'anno scorso al DPX, il non plus ultra in fatto di tecnica e di prestazioni che la casa svedese riserva ai soli acquirenti dei motori top della sua gamma, il diesel a sei cilindri da 216 cavalli e il benzina 8V da 390 cavalli.

L'accordo recente per la distribuzione, sempre con il marchio Volvo Penta, dei motori a benzina e dei piedi poppieri SX progettati e costruiti in collaborazione con la OMC, se da un lato segna quasi la scomparsa del marchio americano e del piede Cobra, da un altro sancisce la presenza importante di Volvo Penta sul mercato americano e la sua superiorità internazionale nel campo dei piedi poppieri.

A rappresentare i piedi poppieri è rimasta l'americana Mercruiser, che non vuole mollare un primato acquisito con le competizioni sportive. Dopo aver lungamente polemizzato con Volvo Penta sull'uso di due eliche controrotanti ha finito per cedere alle richieste del mercato e offre ora anche un piede Bravo Three che le adotta: nella versione sportiva denominata Black Hawk il piede Mercruiser monta addirittura due eliche controrotanti di superficie. Anche Mercruiser monta i suoi piedi Bravo sia sui motori a benzina, da sempre chiave della gamma Mercruiser, che sui motori diesel recentemente introdotti.

Ultima arrivata nel campo dei piedi poppieri è la giapponese Yamaha: il piede, presentato solo qualche anno fa, è una monoelica e si differenzia per un cambio che anziché a coni o ad imbocco é realizzato con due frizioni a dischi multipli in bagno d'olio: il sistema non è nuovo. Tanto per intenderci é quello usato per la frizione degli scooter e dei motocicli del dopoguerra, ma è la prima volta che viene usato in campo nautico e conferisce agli innesti una dolcezza particolare. Anche Yamaha offre il suo piede solo a chi acquisisce un motore, diesel o benzina che sia, della sua gamma.

Non è nostro compito, né nostra intenzione, metterci a fare paragoni di merito o consigliare scelte: vorremmo solo tentare di spiegare perché il piede poppiero ha avuto, e merita, tanta fortuna in questa gamma di potenze, limitata verso l'alto solo da considerazioni di carattere progettuale che renderebbero troppo complicato e troppo pesante l'uso di piedi poppieri, in luogo di una normale linea d'asse binata, per imbarcazioni di grossa mole poco adatte a vedere concentrate nella poppa le sollecitazioni, con il conseguente squilibrio nei carichi dinamici, oltre a quello inevitabile nei carichi statici.

Per contro è proprio il limitato carico statico dei gruppi poppieri nella gamma di potenze considerata che ha consentito la loro installazione su barche plananti di relativamente modesta lunghezza. Barche dai cinque metri in su possono avvalersi di questo tipo di propulsore spinto da un motore a benzina nel caso si voglia contenere il peso in qualche quintale, oppure da un diesel, se i quintali possono diventare quattro cinque.

Naturalmente stiamo fornendo solo ordini di grandezza e non regole generali. Durante alcune prove in Svezia abbiamo con soddisfazione provato imbarcazioni di meno di 6 metri equipaggiate con Volvo Penta diesel da 140 cavalli e spinte da un piede Duo Prop ad eliche controrotanti. Le prestazioni erano esasperate per consentirci di rilevare le differenze tra una imbarcazione gemella con lo stesso motore, ma con un piede monoelica, ma questo non toglie che non ci fosse niente da ridire sulla sicurezza e sul comportamento delle imbarcazioni.

Dunque un primo vantaggio del piede poppiero è stato quello di offrire ad un mercato medio scafi relativamente piccoli con potenze elevate e soprattutto con poche complicazioni di installazione e di esercizio.

Pensate ai cantieri che, dopo aver progettato una imbarcazione, che naturalmente deve essere studiata apposta, non fanno che praticare un buco nella poppa di qualche diecina di centimetri con una maschera fornita dal costruttore dei motori e hanno di colpo risolto il problema del motore, dell'elica, del timone e del trim senza avere altra cura che stringere dei bulloni e collegare cavi.

Pensate ai vantaggi di suddividere e di distribuire carichi che nel fuoribordo, che pure in questa gamma di potenze è una soluzione valida, sono tutti appesi dietro la poppa, la quale a sua volta deve essere capace di assorbire tutta la spinta.

Pensate al vantaggio per l'utenza di navigare in bassi fondali alzando i piedi, o di fare scivolare la barca sull'invaso o sul carrello senza tenere conto di altri ingombri che quello della carena.

Pensate agli spazi guadagnati a bordo per la concentrazione a poppa di tutto quello che riguarda motore e propulsore; alla possibilità di ispezionare le eliche solo sporgendosi fuoribordo; alla possibilità, in corsa, di alzare o abbassare leggermente il piede (operazione di trim) per mantenere la spinta dell'elica sempre parallela alla superficie dell'acqua, anche quando varia la distribuzione del carico a bordo o quando l'assetto della imbarcazioni non è quello ottimale anche in funzione della velocità raggiungibile; all'efficacia della manovra quando é la direzione della spinta (avanti o indietro) che viene variata con il brandeggio, invece che la direzione dei filetti fluidi come nel timone.

Sarà facile allora rendersi conto del perché il piede poppiero abbia incontrato la fiducia dei diportisti e si sia tanto sviluppato. Non che il piede poppiero sia una cosa semplice da realizzarsi: le tecnologie devono essere sofisticate per renderne affidabili il funzionamento. Gli ingranaggii devono essere precisi e scorrevoli, gli innesti dolci e progressivi per non creare traumi agli ingranaggi stessi.

Chiave del piede è il giunto, che non lavora solo quando il piede è a trim neutro (l'albero del motore è in linea verticalmente con l'albero di entrata del piede) e quando il timone è neutro (l'albero del motore è in linea orizzontalmente con l'albero di entrata del piede): in tutte le altre situazioni il giunto è costretto ad assorbire torsioni disassate che diventano tanto più pericolose quanto maggiore è l'angolo di trim (positivo o negativo) o l'angolo di virata (a destra o a sinistra).

Quindi, anche se il piede ha contribuito alla affidabilità del motore, che in un gruppo poppiero può lavorare in orizzontale e far filtrare al piede sollecitazioni anomale ed urti, è da considerarsi una parte delicata ed esposta e quindi da trattare con rispetto: le case ce la mettono tutta per evitare i maltrattamenti, ad esempio spegnendo per una frazione di secondo il motore al momento dell'innesto, oppure creando artificialmente dei punti deboli che cedono quando la sollecitazione supera i valori ammissibili, delle specie di «fusibili» meccanici, oppure ancora inserendo circuiti logici o elettrici di protezione.

Ma la prevenzione dell'utenza resta sempre il miglior mezzo per evitare guai, specie quando le sollecitazioni in gioco sono importanti. Ad esempio un pignone conico da 5 centimetri di diametro che debba trasmettere una potenza di 200 cavalli a 3000 giri viene sollecitato, sul dente in presa, da una forza di circa una tonnellata! Dopo tutto quello che vi abbiamo detto non deve essere difficile, anche per i lettori, immaginare quale possa essere il futuro del piede poppiero: una sempre maggiore diffusione sia in accoppiamento a motori diesel che a benzina.

Abbiamo più volte ripetuto che il motore a benzina per usi nautici è stato sacrificato ad una sicurezza che una volta si poteva ritenere del tutto differente per il diesel, ma la tecnologia e le precauzioni sono di molto migliorate; se quindi il diesel , a scapito di una affidabilità e di una durata eccessive e inutili per gli usi diportistici, ha preso dal motore a benzina regimi di rotazione più elevati e strutture più leggere, il motore a benzina ha ripreso al diesel molta sicurezza: certo resta il problema di uno stivaggio di carburante più pericoloso, che i sistemi di iniezione (al posto del carburatore) non riescono ad eliminare, ma date tempo al tempo e qualche soluzione del tipo di quelle usate in formula 1 renderà possibili anche serbatoi a prova di fuoco.

Un piede anomalo

È l'italiana Castoldi ad essersi sempre occupata con successo di questo tipo anomalo di piedi, studiando anche una motorizzazione dedicata. La serietà della ricerca e l'impegno della Castoldi nel campo degli idrogetti le hanno consentito di sopravvivere a qualche crisi di rigetto che l'utenza da diporto ha manifestato, specie in conseguenza di tentativi con risultati negativi effettuati a livello meno serio e impegnato.

Pensiamo invece che l'idrogetto meriterebbe nel diporto, per la sua sicurezza e per la sua affidabilità, una attenzione almeno pari a quella che raccoglie in campo professionale, in campo militare e, ultimamente, anche in campo sportivo, come la traversata di «Destriero».