Libro, edito nel 1943 dalla Regia Accademia Navale, dai contenuti molto tecnici e quindi destinato ad una utenza qualificata, come erano appunto gli allievi ufficiali della Regia Marina.
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Mezzi di Governo Timoni Orrizzontali e Verticali
Paragrafo 2 °
CALCOLO E FORMA DEI TIMONI ORIZZONTALI
Dalle varie esperienze esperite sui timoni orizzontali, risulta che essi sono abbastanza robusti quando sono calcolati in base agli sforzi dovuti alla massima velocità in immersione. Per i timoni orizzontali di prora posti sotto la linea di galleggiamento c’è da tener conto anche degli sforzi derivanti dal forte beccheggio con mare grosso. Il miglior calcolo che si può fare per i timoni, è quello di basarsi sull'esperienza di altri già costruiti per scafi analoghi. Il servomotore per le inclinazioni dev'essere proporzionato soltanto per gli sforzi richiesti dalla navigazione subacquea. Il calcolo per la robustezza si fa come per i timoni verticali adoperando la formula di Jossël :
Si determina in seguito il momento flettente M = P.ay dove ay = distanza del centro di pressione della superfìcie della pala dal cuscinetto, e il momento torcente Mt=P.ax ,dove ax = distanza dello stesso centro dall'asse e quindi con le formule della sollecitazione risultante, si determina la tensione ideale s i. L'inclinazione massima che si raggiunge con i timoni orizzontali è inferiore 35° ed il tempo necessario occorrente per portarli da banda a banda è compreso fra i
15 ÷ 20 secondi.La forma dei timoni dipende in generale dalla posizione rispetto allo scafo, al timone verticale, alle eliche, ed in generale l'efficacia di essi varia col rapporto tra la larghezza e la lunghezza della pala. Si è visto dalle esperienze che la forma rettangolare è quella che più risponde allo scopo. La forma di essi è molto influenzata dai filetti fluidi che colpiscono in maniera differente le due facce, quando i timoni sono messi a salire o a scendere, a causa della loro ubicazione lontana dal piano di simmetria ed alle diverse forme dello scafo nelle loro vicinanze.Il timone è formato da una nervatura di acciaio fucinato dalla quale si dipartono i bracci. Il contorno esterno è in parte di riporto; nervature e contorno sono abbracciati superiormente e inferiormente da due lamiere. Esso ha una forma di buona penetrazione. Le lamiere hanno uno spessore di 5 mm. Per il bilanciamento del timone, occorre conoscere la posizione del centro di pressione rispetto allo spigolo di entrata. Il centro di pressione si sposta tanto più in avanti quanto più tozzo è lo spigolo di entrata. La posizione dell'asse di rotazione, perchè si abbia la minima sollecitazione alla torsione, dev’essere tale che i massimi momenti torcenti positivi e negativi devono uguagliarsi. La superfìcie dei timoni varia da 1/16° ÷ 1/40° dell’area del rettangolo circoscritto al galleggiamento. I valori maggiori sono per i sommergibili piccoli ed i minori per quelli grandi. Nella determinazione della superfìcie dei timoni, si tiene conto del fatto che i timoni poppieri risultano più efficaci perchè colpiti dal flusso di acqua delle eliche e quindi si calcolano con una superficie più piccola rispetto a quelli di prora.
AZIONE DEI TIMONI ORIZZONTALI.
Consideriamo singolarmente i timoni di prora e di poppa ed esaminiamo le forze e le coppie alle quali essi danno origine. I timoni di prora messi in alto, danno luogo ad una coppia che tende a far inclinare longitudinalmente il sommergibile, precisamente a sollevarne la prora mediante una rotazione. In pari tempo se noi applichiamo al centro di gravità due forze uguali e contrarie di intensità pari ad una forza della coppia, risulta evidente la coppia di rotazione ed altresì la forza applicata al centro di gravità, che ha presso a poco per la linea d'azione la verticale e che corrisponde ad un aumento di spinta. In definitiva i timoni di prora, messi a salire, generano una coppia che tende a far ruotare il sommergibile nel piano verticale alzandone la prora e ad una forza quasi verticale e probabilmente applicata al centro di gravità, diretta verso l'alto, che corrisponde ad un aumento di spìnta. Quindi sia l'azione della forza che quella della coppia sono concomitanti. Analogamente può dirsi se i timoni sono messi in basso. Si genera allora una coppia che tende a far ruotare il sommergibile nel piano verticale, abbassandone la prora, ed una forza verticale diretta verso il basso e che corrisponde ad un aumento di peso. Inoltre in tutti e due i casi si genera una forza diretta in senso contrario alla direzione del moto e che va ad incrementare le resistenze. I timoni di poppa, messi in alto, danno luogo ad una coppia che tende ad abbassare la poppa del sommergibile e quindi ad alzare la prora e ad una forza verticale probabilmente applicata al centro di gravità del sommergibile diretta verso il basso e che corrisponde ad un aumento di peso. Analogamente, messi in basso, danno luogo ad una coppia che tende ad alzare la poppa, e quindi ad abbassare la prora e ad una forza verticale diretta verso l'alto, che corrisponde ad un aumento di spinta. Nei due casi l’azione della coppia e della forza sono discordanti. Inoltre nei due casi si genera una forza diretta in senso contrario alla direzione del moto e che va ad incrementare le resistenze
I timoni orizzontali possono manovrarsi o accoppiati o indipendentemente l’uno dall’altro. Quando sì manovrano accoppiati, se messi in alto, essi danno luogo a due coppie dello stesso senso che tendono a far alzare la prora,mentre le forze verticali di segno contrario si annullano fra di loro. Analogamente, se sono messi in basso, le due coppie dello stesso senso tendono ad abbassare la prora, mentre le forze verticali si annullano tra di loro. Nella manovra nella quale i timoni si adoperano indipendentemente, si possono ottenere gli stessi effetti sopradetti manovrandoli opportunamente in alto o in basso con eguali angoli di inclinazione. Se i timoni sono messi per esempio quelli di prora in alto e quelli di poppa in basso allora le coppie si annullano tra di loro e non si ha rotazione,però si sommano insieme forze verticali dirette verso l'alto che cor- rispondono ad un aumento di spinta. Analogamente se i timoni di prora sono messi in basso e quelli di poppa in alto, si eliminano le coppie di rotazione e si sommano insieme le forze verticali dirette verso il basso e che corrispondono ad un aumento di peso. Nei due casi il sommergibile si sposta parallelamente in alto o in basso a seconda delle manovre
dei timoni. In tutti i casi però restano sempre le forze opposte alla direzione del moto che incrementano la resistenza riducendo la velocità, per angoli d'inclinazione massimi, anche del 50% .Per questa ragione, quando il sommergibile è in assetto, è bene governare con piccoli angoli d’inclinazione dei timoni, in modo da non variare molto la velocità e conseguentemente la proporzionalità che esiste tra coppie e forze generate dall’azione dei timoni ed angoli d’inclinazione. Molte volte per non turbare eccessivamente l'assetto del sommergibile, è buona norma manovrare con un solo paio di timoni, generalmente quelli prodieri perchè per essi l'azione della coppia e della forza verticale sono concordanti.
