STABILIZZATORE
STABILIZZATORE (fr. appareil anti-roulis; sp. estabilizador; ted. Schlingerbremse; ingl. stabilizer)
S'intende per stabilizzazione di una nave l'applicazione di mezzi capaci di opporsi ai movimenti di rullio provocati dal mare ondoso; in questo campo si sono ottenuti risultati pratici solo negli ultimi decennî. La maggior necessità di viaggi per mare da parte del pubblico in generale e la ricerca di maggiori comodità sulle navi da passeggeri ha reso più viva la ricerca dei mezzi atti a eliminare o ridurre uno dei fenomeni più generalmente riconosciuti come causa di disagio nei viaggi per mare; quasi simultaneamente i sistemi più perfezionati del tiro navale e la maggior gettata delle artiglierie hanno fatto sentire anche per il naviglio da guerra la necessità di stabilizzare la piattaforma delle navi per assicurare la fermezza della punteria e quindi per meglio sfruttare i più perfezionati sistemi di tiro e le più potenti armi a disposizione delle navi da guerra. Vi è da osservare che la nave che non rulla guadagna in velocità e in stabilità di rotta e quindi indirettamente anche nel consumo di combustibile. Il problema è stato perciò appassionatamente studiato quasi nello stesso periodo di tempo tanto dalla marina mercantile quanto da quella militare. Diciamo subito che tutti gli studî sono stati diretti solo a impedire o a smorzare il rullio, e nulla è stato fatto contro il beccheggio, il quale ha effetti assai più disastrosi sull'organismo umano per il mal di mare; i mezzi che si dovrebbero impiegare contro il beccheggio sono, allo stato attuale della tecnica, praticamente irrealizzabili.
Le alette di rullio applicate alla carena hanno un'azione frenante nel movimento pendolare della nave in mare ondoso, ma non riescono ad opporsi ai successivi incrementi di sbandamento derivanti dalle successive azioni sbandanti di un treno di onde. Nel 1878 era stato fatto con scarsi risultati, sopra un piroscafo in servizio attraverso la Manica, l'esperimento di un salone pendulo; avrebbe dovuto mantenere fisso il suo orientamento nello spazio ma non impediva il percorso pendolare del suo punto di sospensione. Il Thornycroft e altri inventori avevano anche sperimentato spostamenti di pesi sincroni con i movimenti di rullio della nave, ma il loro effetto era stato sempre scarso per l'insufficienza del peso impiegato.
Un'azione veramente efficace fu raggiunta con le casse antirullanti ideate nel 1907 da H. Frahm, le quali mettono in giuoco pesi assai più considerevoli: queste casse sono poste sui fianchi della nave e possono essere in comunicazione fra loro mediante canali interni per il passaggio inverso dell'aria nella parte superiore. Tutti questi passaggi sono regolati con valvole. I primi esperimenti furono fatti nel 1910 sul piroscafo Ypiranga. Seguirono numerose altre applicazioni che portarono anche a semplificazioni, in quanto che vennero abbandonati in impianti più recenti i canali di comunicazione per il passaggio dell'acqua, mettendo le casse in comunicazione col mare e regolando il flusso di entrata e di uscita dell'acqua mediante l'apertura di una valvola nel canale di comunicazione dell'aria. In altre applicazioni, specie sui sommergibili, si è abbandonato anche questo canale, e il periodo di oscillazione delle casse è regolato una volta per sempre dalle dimensioni date alle aperture di comunicazione col mare e agli sfoghi d'aria. Quest'ultimo sistema non ottiene però risultati così efficaci come il precedente. Più recentemente si è studiato il modo di regolare il livello, e quindi la quantità d'acqua nelle casse, con l'impiego di aria compressa comandata automaticamente in relazione con gli sbandamenti della nave. Oltre 130 navi costruite in Germania hanno già avuto l'applicazione di casse Frahm: di queste oltre 70 sono sommergibili costruiti durante la guerra mondiale. Le casse del piroscafo Albert Ballin di 25.000 tonn. di dislocamento contengono a mezzo carico circa 300 tonn. di acqua. Si calcola che la sistemazione Frahm richieda un peso pari a circa l'1,8% del dislocamento: le sue applicazioni, di cui i più grandi esempî sono quelli dei transatlantici Europa e Bremen, si sono però limitate a navi tedesche.
Sono conosciuti più propriamente col nome di stabilizzatori gli stabilizzatori giroscopici, i quali per opporsi al movimento di rullio della nave sfruttano la coppia giroscopica che si determina per l'azione di due movimenti simultanei di rotazione del giroscopio, l'uno di rotazione intorno al proprio asse e l'altro di precessione intorno a un asse normale al primo: la coppia giroscopica viene a crearsi nel piano contenente i due assi di rotazione. A seconda del modo in cui viene generato il movimento di precessione del girostato, gli stabilizzatori giroscopici si distinguono nelle due classi, di passivi e attivi. Hanno la precedenza in ordine di tempo i primi, un esemplare dei quali fu esperimentato in Germama da O. Schlick nel 1906; il movimento di precessione è determinato sul girostato già rotante intorno al proprio asse dallo stesso movimento di rullio, cosicché la coppia giroscopica di frenamento viene a svilupparsi quando comincia la sbandata nel senso opposto per effetto della presenza dei due movimenti di rotazione. Questo sistema ebbe due sole applicazioni sperimentali, ma non risultò di pratica efficacia e non fu ulteriormente sviluppato.
Altro giroscopio dello stesso tipo fu presentato in Francia da J. Fieux nel 1925, e, costruito dalla casa Sehneider, venne esperimentato nel 1927 sul cacciatorpediniere Dehorter; questo giroscopio ha la particolarità di essere costituito da due girostati accoppiati che girano in senso opposto l'uno all'altro e sono soggetti a movimento di precessione in senso contrario, cosicché riesce a eliminare altresì gli effetti secondarî che l'azione di un solo giroscopio determina sul beccheggio e sul governo della nave; inoltre il giroscopio Fieux è provvisto di un sistema di freno automatico del movimento di precessione col quale riesce a regolare questo con un andamento sinusoidale inteso a seguire dappresso il moto ondoso del mare, e ad ottenere un rendimento superiore a quello di altri giroscopî che hanno precessione costante. I primi esperimenti dello stabilizzatore Schneider-Fieux furono incoraggianti, ma non ebbero seguito.
Lo stabilizzatore giroscopico attivo è stato ideato da Elmer A. Sperry, che ne ha esposto per la prima volta il principio nel 1912, facendone da allora in poi oltre 40 applicazioni di cui circa 10 anche su navi da guerra a titolo più che altro sperimentale. L'apparecchio Sperry è costituito generalmente da un girostato a corrente alternata, il quale è sostenuto da una gabbia impegnata con una cremagliera a settore circolare in un rocchetto mosso dal motore di precessione a corrente continua: l'angolo di precessione è di 60° al massimo in ciascuna delle due direzioni e l'arresto del movimento di precessione prima dell'inversione di marcia è aiutato con potenti freni elettromagnetici. L'inversione di corrente al motore di precessione è data automaticamente da un piccolo giroscopio pilota molto sensibile del tipo passivo, il quale si mette in movimento di precessione in una frazione di secondo sotto l'impulso dell'azione sbandante prodotta dall'onda e dà quindi al motore di precessione principale la corrente nel senso necessario a determinare la reazione giroscopica da opporre al movimento di sbandata della nave. Il peso di una sistemazione stabilizzante di questo tipo si aggira sul 2,5% del dislocamento della nave. L'applicazione più importante di stabilizzatori giroscopici Sperry è stata fatta nel 1932 sul Conte di Savoia, dove sono state impiegate a tal fine masse e potenze veramente cospicue: per ottenere un "potere smorzante" di 4°,7, ossia per assicurare il momento di reazione necessario a tener ferma la nave contro un'onda che avrebbe provocato uno sbandamento di 4°,7, sono sistemati sul Conte di Savoia tre girostati, ciascuno con massa rotante del peso di 113 tonnellate, azionati da motori di rotazione di 560 cavalli a potenza normale e da motori di precessione di 100 cavalli; i tre turbogeneratori dell'impianto hanno una potenza complessiva di 2400 cavalli. Gli stabilizzatori giroscopici attivi possono essere impiegati per far rullare la nave in mare calmo comandando a mano il motore di precessione.
Un altro sistema di stabilizzazione basato su principî diversi, ma che aveva la stessa proprietà, fu ideato dalla ditta Siemens nel 1928; consisteva nello spostamento da murata a murata di un determinato peso sfasato rispetto al movimento dell'onda tale da determinare in ogni istante una coppia opposta a quella sbandante. Ma questo sistema, mentre ha dato buoni risultati per determinare un rullio comandato sopra una nave tedesca destinata a scuola per tiri di artiglierie, non è riuscito a ottenere l'effetto desiderato di stabilizzazione in mare ondoso per la difficoltà di comandare il movimento di traslazione del peso in conveniente relazione col movimento sempre irregolare delle onde.
Un diverso sistema fu esperimentato nel 1924 dal giapponese Motora sul piroscafo Mutsu Maru: esso consiste nell'impiego di due pinne o timoni suborizzontali che vengono spinti fuori dello scafo in corrispondenza del ginocchio e sono girevoli intorno al loro asse. Nel movimento di rullio si determina una coppia resistente allo sbandamento della nave ruotando i due timoni in senso inverso così che si alzi il lembo prodiero del timone dalla parte in cui la nave s'immerge e si abbassi il lembo prodiero del timone opposto; con ciò il movimento di avanzamento della nave determina la coppia resistente al rullio. È da osservare che la stabilizzazione si ottiene qui solo con la nave in moto. Le applicazioni di questo sistema sono state fino ad ora limitate e solo di carattere sperimentale. Presenterebbe il vantaggio di avere, a parità di effetti, un peso notevolmente inferiore agli altri stabilizzatori esaminati.
La massima parte delle applicazioni di stabilizzatori è stata fatta finora su navi mercantili. La marina militare si è preoccupata del peso da sacrificare che, anche se rappresenta una piccola percentuale del dislocamento della nave, è sempre prezioso per sistemazioni di più vitale importanza, e della potenza da immobilizzare per un impianto di impiego limitato; essa ha quindi rinunziato a stabilizzare l'intera piattaforma delle navi e ha rivolto i suoi studî con risultati assai soddisfacenti a stabilizzare gl'impianti delle artiglierie e le torri per la direzione del tiro, ai quali con l'impiego di giroscopî di potenza assai limitata riesce a conservare l'orizzontalità della linea di mira compensando tanto i movimenti di rullio quanto quelli di beccheggio.