Autogoverno

Uomo o macchina - chi governa meglio?

Anche se credete di sapere la risposta, nel leggere i materiali qui raccolti verrete a conoscenza di nuovi particolari. O sapevate già che un timone a vento meccanico governa in maniera continua mentre un autopilota lo fa solo con delle pause?

Questa raccolta di materiali elenca vantaggi e svantaggi di autopiloti e timoni a vento, chiarisce ancora una volta il funzionamento dei timoni a vento oggi in commercio ed espone perchè su di una barca d'altura sono importanti tutti e tre: macchina, timone a vento e uomo.

Autogoverno a vela

Uomo o macchina?

L'uomo, o almeno il velista, è una macchina geniale quando tiene il timone di una barca! Può elaborare perfettamente una moltitudine di indicazioni e mantenere così in rotta una barca. I suoi sensi elaborano le informazioni relative all'angolo di incidenza apparente del vento, la rotta di bussola, lo stato delle vele, l'aspetto di onde e cielo o l'inclinazione della barca, la pressione sul timone, i dati di navigazione nonché il traffico avversario in maniera perfetta come mai nessuna macchina sarà in grado di fare.

I limiti delle prestazioni umane sono però raggiunti quando la stanchezza o la poca esperienza influenzano il risultato delle operazioni di governo: se gli occhi si chiudono, andare a vela diventa pericoloso!

Lo sviluppo di dispositivi di governo automatico è stata la strada logica da imboccare nella direzione che portava ad una vela più comoda e a viaggi più lunghi. Trent'anni fa i timoni a vento erano una caratteristica riconoscibile dei velisti d'altura in maniera quasi esclusiva. Gli autopiloti hanno invece conquistato l'altro mercato, quello dei velisti da diporto, che desideravano poter disporre di tempo libero dalle operazioni di governo nel corso delle loro uscite in ferie o al fine settimana. L'utilizzo in altura di autopiloti era allora inimmaginabile almeno quanto l'impiego di un tozzo timone a vento per un'uscita da Kiel a Marstall. Entrambi i sistemi avevano una clientela ben definita. La lunga "guerra di religione" tra autopiloti e timoni a vento, che ben aveva surriscaldato gli animi in molte discussioni da bar, non ha più motivo di essere, da un lato grazie all'enorme sviluppo apportato ad entrambi i sistemi, dall'altro grazie alle conoscenze sempre maggiori collezionate dai velisti.

I confini son diventati mobili e di seguito verrà indagato quali caratteristiche necessarie al governo di una barca sono proprie delle tre opzioni; laddove il metro di misura resterà sempre il timoniere umano, poiché è in base alla sua prestazione che è più semplice chiarire le differenze rispetto alla macchine.

Uomo, autopilota, timone a vento

In termini informatici uno yacht a vela è un sistema instabile! Senza azione / reazione al timone principale uscirà sempre di rotta! A causa della costruzione sarà sempre necessario dare prevalentemente timone sottovento per mantenere una rotta nominale. In pratica una nave con tendenza puggiera non si lascerà governare mai in maniera ottimale. La forza necessaria a mantenere la rotta può essere poca ma anche molta. A seconda della resistenza del timoniere, la barca andrà prima o poi fuori rotta non appena verranno superati i limiti, non importa di che tipo.

Il timoniere umano è sicuramente la migliore "macchina di governo" in tutte le situazioni. La necessità di affidare il timone ad una macchina è però sempre data se si intraprendono lunghi viaggi con un piccolo equipaggio, o anche semplicemente se lo skipper vuole andare comodamente da A a B. Chiunque abbia osservato la propria barca andare da sola a vela, comodamente seduto nel pozzetto con un libro in mano, vorrà prendere ancora una volta personalmente in mano il timone solo in situazioni eccezionali.

Autopiloti

Il più grande nemico di tutti gli autopiloti è la batteria di bordo e la sua capacità. Il consumo di corrente dovrebbe essere preferibilmente il più basso possibile, la qual cosa può esere raggiunta se un software raffinato calcola la rotta di bussola, le deviazioni dalla rotta, i movimenti della barca e da' quindi il necessario impulso di controtimone in maniera che sia di pochi gradi, potente nel movimento ed il più raramente possibile.Il ciclo di lavoro medio indicato nelle caratteristiche relative al consumo energetico dei singoli sistemi è indicato per un AUTOHELM con 25%. Questo significa che la barca viene governata attivamente nel giro di un'ora solo per 15 minuti. I restanti 45 minuti resta invece senza governo. È chiaro che questi risultati di governo non potranno mai raggiungere la qualità di quelli forniti da un timoniere umano.

Gli autopiloti si possono dividere in due categorie:

piloti da pozzetto,

che vengono montati direttamente alla barra o alla ruota, sono dotati di bussola interna o esterna e sono piuttosto limitati nelle prestazioni e nella forza. I motori elettrici impiegati in questo ambito di applicazione sono progettati per un basso consumo di corrente, forniscono la loro forza grazie ad una demoltiplicazione multipla, la qual cosa porta obbligatoriamente con sé una bassa velocità di lavoro.

Piloti da montaggio,

che azionano direttamente i settori del timone, sono progettati per carichi maggiori e consumano molta più corrente. A seconda del sistema di timone principale disponibile, vengono utilizzati sistemi con barre di spinta idrauliche o meccaniche.

Entrambi i tipi di autopilota possono venire collegati in rete come moduli al sistema di navigazione disponibile a bordo, ad es. quando è necessario tenere una detreminata rotta nella navigazione per punti di rotta predeterminati.

Le cifre relative ai consumi indicate in ampere/ora possono sembrare basse ad una prima occhiata. Riportate però ad un tempo di 24 ore ecco che la cifra assume un aspetto più spaventevole. Semplice a questo punto da comprendere come in una regata lunga sia inevitabile un accurato bilancio energetico, poiché la corrente va prodotta lì dove serve: A BORDO.

I limiti di un autopilota vengono regolarmente raggiunti quando si tenta di fargli eseguire il compito "sbagliato": il governare rispetto al vento apparente rilevato per mezzo di una piccola banderuola non potrà mai essere soddisfacente poiché nel far questo il calcolatore dovrà "depurare" il suo calcolo dai troppi fattori di disturbo. Movimenti dovuti a rollio, rotazioni, beccheggio, che provocano una modifica dell'angolo apparente di incidenza del vento, vanno "depurati" dalle conseguenze di questo movimento per poterne estrarre il vero segnale. Anche in condizioni di mare e di tempo in peggioramento, un autopilota che può solo fornire un comportamento di controtimone costante, può alla fine venire a capo dei suoi compiti in maniera sempre peggiore. Non esiste ancora un autopilota dotato di marce o di diversi livelli di forza.

L'unico datore di segnali sempre affidabile per un autopilota sarà la bussola, per questo motivo la maggior parte dei produttori ha approfondito in questo senso le sue ricerche ed ora si trovano in offerta bussole Gyro opzionali da affiancare alle bussole fluxgate quando queste non sono più sufficienti.

In riferimento alle reali condizioni a bordo di una barca a vela, ovvero l'andatura rispetto all'angolo apparente d'incidenza del vento, ogni autopilota è equipaggiato in maniera insufficiente, difatti a che giova la rotta di bussola se le vele sono a collo?

Le caratteristiche più notevoli di queste macchine sono la struttura compatta, il facile montaggio, il semplice utilizzo, la loro inivsibilità e, per quanto riguarda i piloti da pozzetto, il prezzo conveniente. L'inaffidabilità tecnica a volte riscontrabile è il compromesso da accettare. A seconda del campo di utilizzo della barca è possibile vivere con questo compromesso o bisogna premunirsi con impianti e pezzi di riserva o altri sistemi di autogoverno.

Timoni a vento

Negli ultimi 30 anni sono comparsi almeno 12 diversi tipi di timone a vento. Il mercato odierno invece prevede essenzialmente 3 diversi tipi:

sistemi con timone ausiliario,

nei quali la banderuola non fornisce solo l'impulso di governo ma anche la forza necessaria alla rotazione del timone ausiliario, per questo motivo la banderuola di un tale tipo di sistema deve essere ben dimensionata. Il timone principale viene qui utilizzato solo per calibrare l'assetto e quindi viene fissato. Non esistendo in questi sistemi un servodispositivo di moltiplicazione della forza, il limite di utilizzo pieno di un tale sistema è tra i 10 e i 12 m.

Sistemi con timone a pendolo,

nei quali l'asse del timone scarta lateralmente (oscilla) nella corrente in acqua a seconda del segnale dato dalla banderuola e della posizione del timone. Le enormi servoforze così prodotte sono di solito sufficienti a governare con sicurezza il timone di barche sino alle 30 t. Condizione preliminare essenziale è però una buona trasmissione al timone per mezzo delle cime. Il governo alla barra è qui il caso ideale, i sistemi a ruota peggiorano la trasmissione della forza o la rendono addirittura impossibile. La barca senza governo uscirà di rotta tanto prima quanto peggiore la trasmissione della forza.

Sistemi a doppio timone,

nei quali il segnale della banderuola attiva un timone a pendolo e questo ruota con forza moltiplicata un timone ausiliario. Essendo indipendente dal timone principale, questo sistema è predestinato ai grandi yacht con pozzetto mediano, quel tipo di barche, quindi, che vengono oggi più spesso utilizzate in altura.

Vantaggi e svantaggi delle tre opzioni:

Uomo : ha i suoi punti forti nella vela costiera o in zone protette, dove sono necessari tutti i sensi. Più debole nelle regate di durata, dove è necessario dormire in mare.

Autopilota:

un buon compromesso, se se ne conoscono e se ne accettano i limiti. Un vantaggio nell'andatura a motore, poiché in quel caso si marcia in base alla bussola ed il consumo di corrente non rappresenta un problema proprio grazie al motore in funzione. Svantaggiosa l'andatura a vela, poiché in questo caso la rotta di bussola non è quella ideale ed inoltre si consuma la batteria. La lunghezza crescente delle regate e peggiori condizioni di mare rendono peggiori anche i risultati di governo degli autopiloti.

Timoni a vento:

Il timone a vento è il timoniere ideale se la barca riceve la sua propulsione dalle vele, inoltre lavora sempre meglio mano a mano che peggiorano le condizioni atmosferiche. I suoi limiti: non ha occhi, non può reagire ai frangenti. Anche in caso di bonaccia non funziona più. A seconda della scelta del sistema, la manegevolezza di macchine di questo tipo non le rende adatte alla vela da diporto e vengono quindi in maggioranza utilizzate per viaggi più lunghi.

Sintesi:

la combinazione di un piccolo pilota da pozzetto con un timone a vento è nella pratica il caso ideale per la soluzione di ogni tipo di problema di governo, poiché in questo caso l'impulso di governo dato da una bussola, rinforzato dalla servoforza di un sistema di timone a pendolo, viene utilizzato per introdurre il movimento di controtimone al timone principale.

Come risultato della presente ricerca è chiaro che:

la vela normale è divertente, in questo caso lo skipper governa da solo ed è il timoniere ideale. Se si passa più tempo in mare o si desidera maggiore comodità, allora un autopilota è un buon aiuto.
Nelle regate di lunga durata sono invece necessari i tre sistemi:
¥ il timone a vento per la vela,
¥ l'autopilota per il motore e
¥ l'uomo, per governare in porto...

Autopilota contro timone a vento

Vantaggi dell'autopilota

Invisibile
Compatto
Semplice da utilizzare
Un autopilota può venire collegato in rete al sistema di navigazione
Prezzo conveniente (pilota da pozzetto)
Utilizzabile sotto motore

Svantaggi dell'autopilota

Rotta di compasso non ideale nell'andatura a vela
Consuma corrente
Sensore del vento non ideale (il sensore-banderuola all'albero deve filtrare tutti i movimenti per poter fornire un segnale leggibile)
Funziona con pause di governo (attivo solo ca. 15 - 20 min / ora)
Funziona rumorosamente
Affidabilità
Non ha una durata illimitata
Funziona peggio se peggiorano le condizioni del mare
Alta pressione sui cuscinetti del timone principale poiché poco flessibile (a paragone: un timoniere umano tiene sempre morbidamente il timone))

Vantaggi dei timoni a vento

Governa la rotta rispetto al vento
Non consuma corrente
Maggiore forza di governo con vento / velocità crescente
Governa senza ritardi
Governa attivamente 60 min / ora
Governa silenziosamente
Affidabilità meccanica
di costruzione robusta
Timone ausiliario = timone d'emergenza
Durata pressoché illimitata
Carico inferiore sui cuscinetti del timone principale, essendoci una certa cedevolezza del sistema / della trasmissione della forza

Svantaggi dei timoni a vento

¥ Non funziona in bonaccia
¥ Possibili errori di utilizzo
¥ Il timone ausiliario modifica la manovrabilità
¥ La scaletta da bagno va spostata dalla sua posizione centrale
¥ Molto visibile
¥ A volte difficile da montare