Nella loro ricerca di una velocità sbalorditiva, i monoscafi AC75 con foil della 36ª America’s Cup rappresentano il massimo livello di ingegneria di precisione in migliaia di componenti, la maggior parte dei quali è nascosta alla vista.
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L'azienda di ingegneria dei materiali compositi C-Tech, con sede ad Auckland, ha fornito una serie di componenti in carbonio realizzati su misura alle quattro squadre che partecipano all'attuale regata della Coppa.
“Abbiamo fornito una vasta gamma di componenti, tra cui puntoni speciali con raccordi in titanio, alcuni destinati alle strutture interne dello scafo, altri alle carenature aerodinamiche, oltre a elementi quali guide per l’albero e piedistalli per la macinatura”, afferma il direttore Alex Vallings. “Alcuni di questi componenti sono top secret e nemmeno noi sappiamo a cosa servano”.
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Tutti richiedono una progettazione ingegneristica precisa e leggera, con tolleranze minime. In un contesto agonistico ad alto rischio, ogni componente deve garantire resistenza e affidabilità sotto carichi enormi, pur mantenendo il peso più basso possibile.
Il contributo più significativo di C-Tech è stato nella progettazione e nella produzione di stecche per vele, con tutte e quattro le squadre che utilizzano i suoi prodotti. In parole povere, le stecche sono delle nervature orizzontali che attraversano la superficie della vela, fungendo da scheletro per fornire sostegno strutturale e mantenere la forma.
A livello di America’s Cup, si tratta di attrezzature altamente ingegnerizzate e complesse, progettate su misura per svolgere funzioni molto specifiche in condizioni ben definite. A prima vista, sembrano nient’altro che lunghi profili neri con sezioni cave a forma di scatola di circa 40 mm × 20 mm. In realtà, sono attrezzature fondamentali e altamente tecnologiche: vere e proprie bacchette magiche in grado di migliorare le prestazioni.
“Le stecche svolgono un ruolo fondamentale nelle prestazioni delle vele”, afferma Gautier Sergent di North Sails, che ha collaborato alla campagna britannica di INEOS. “È molto importante assicurarsi che corrispondano alla forma prevista della vela secondo le nostre specifiche. Se la forma della stecca non corrisponde esattamente a quella della vela, le due entrano in conflitto e ciò può rivelarsi piuttosto dannoso.”
«Devono essere leggeri e resistenti. Noi specifichiamo la rigidità richiesta e la sua distribuzione su ciascuna stecca, e C-Tech è in grado di soddisfare tali requisiti con estrema precisione e in modo ripetibile.»
«In sostanza, si può pensare a ciascuna stecca come a un piccolo albero in carbonio», spiega Alistair Campbell, esperto in questo settore. «Queste stecche rappresentano livelli tecnologici, in termini di carico e tecniche di produzione, simili a quelli degli alberi in carbonio che si vedono sulle imbarcazioni sportive come i 49er o i Moth».
Per ogni membrana sono previste da nove a dodici stecche, con lunghezze che variano da 3 m a 7,3 m. A seconda dell’intensità del vento, ogni randa presenta configurazioni diverse, che richiedono set di stecche con caratteristiche di rigidità differenti. In un tipico set di tre rande, ciò corrisponderebbe a oltre 100 coppie di stecche, ciascuna delle quali progettata e realizzata individualmente secondo specifiche precise. Anche le vele di prua dell’AC75 presentano da cinque a otto stecche ciascuna.
Poiché questi yacht raggiungono velocità superiori ai 50 nodi, i loro profili velici sono esposti a velocità del vento apparente pari a quelle di una tempesta, ovvero 60-70 nodi, il che richiede un elevato livello di resistenza e di efficienza aerodinamica. Inoltre, come ogni altro componente di uno yacht dell’America’s Cup o di altri yacht da gran premio, devono soddisfare criteri apparentemente contraddittori: la massima resistenza al peso più basso possibile.
«Trattandosi di una classe completamente nuova, i team stanno imparando molto su ciò che rende veloci queste imbarcazioni, quindi i parametri cambiano continuamente. Abbiamo a che fare con obiettivi in continua evoluzione», afferma Vallings. «Ad esempio, all’inizio un team potrebbe affermare che la curvatura della randa non supererà il 13-15 per cento. Poi, scopriamo che in realtà a volte navigano con una curvatura quasi doppia rispetto a quella indicata, ben al di fuori del limite di progetto originale».
Quel processo di superamento dei limiti è iniziato proprio quando si stava definendo il regolamento AC75. “C’era molta pressione per ridurre il peso del piano velico. Sono venuti da noi e ci hanno chiesto quale sarebbe stato il peso delle stecche”, ricorda Vallings. In quella fase, le caratteristiche di rigidità e forma erano sconosciute, quindi si è dovuto fare una stima di 22 kg per un set di stecche della randa. C-Tech ha realizzato un prototipo che è risultato pesare 26 kg. «È stato il panico», ride Vallings. «Abbiamo dovuto ricominciare da capo e alleggerire il peso». Lavorando a stretto contatto con i team, C-Tech ha trovato il modo di ridurre il peso, nonostante la sfida di aumentare la resistenza e la rigidità, oltre a integrare i componenti di fissaggio con le vele.
Dopo lunghe riflessioni, numerose iterazioni progettuali e una serie di test, la maggior parte dei set di stecche ha raggiunto un peso compreso tra i 24 e i 29 kg, compresi gli accessori aggiuntivi. Alcune stecche hanno dovuto essere rinforzate per garantire parte della rigidità strutturale che solitamente è fornita dal boma.
Le due membrane della randa vengono issate su binari separati, distanziati di 400 mm l'uno dall'altro, sulla superficie piana di poppa della sezione dell'albero a forma di D. Le due balze sono tenute unite da una corda di lunghezza fissa. L'idea è quella di creare una forma alare simile a quella di un'ala di aereo.
Nonostante i rigidi vincoli di spazio, i progettisti dispongono di due zone libere – nei 1,5 m inferiori e nei 4 m superiori – in cui possono utilizzare sistemi di controllo idraulici interni per modificare la forma dell’ala al fine di ottenere le migliori prestazioni possibili. Grazie al albero in grado di ruotare fino a 45° in entrambe le direzioni, l’intera struttura è altamente dinamica, in grado di indurre notevoli livelli di torsione e curvatura lungo tutta la lunghezza della vela.
Nel punto in cui le estremità delle stecche si fissano all’albero si trova un’altra zona libera di 400 mm di diametro, all’interno della quale i progettisti possono introdurre sistemi di controllo. “Si passa a un livello superiore quando è possibile controllare la profondità della vela e l’angolo rispetto all’albero tramite un sistema di controllo”, afferma Alistair Campbell. «Tutte le squadre hanno avuto idee diverse al riguardo. Alcune hanno cercato con grande impegno di limitare il movimento delle stecche, altre hanno adottato un approccio passivo lasciando che le stecche e le vele agissero liberamente, mentre altre ancora hanno introdotto sistemi di controllo attivi.»
«Quello che possiamo dire è che, in alcune situazioni, i listelli subiscono una variazione di angolo di 40° tra la zona di fissaggio all’albero e la balumina. Non ce lo saremmo mai aspettato, e nemmeno i team».
Secondo Rob Salthouse dell’Emirates Team New Zealand, C-Tech ha collaborato attivamente al programma velico della squadra durante l’intero ciclo dell’attuale America’s Cup. “Con l’introduzione delle rande a doppio strato e la velocità degli AC75, le stecche rivestono un ruolo fondamentale nella forma delle vele e nell’affidabilità del nostro programma.”
La sfida progettuale e ingegneristica per C-Tech consiste nel personalizzare ogni coppia di stecche in modo da garantire l’esatto grado di curvatura lungo la loro lunghezza, in modo da adattarsi alla forma desiderata della vela e rispondere con precisione ai notevoli carichi in gioco. Ciò comporta un’altra contraddizione: l’area più vicina all’albero sopporta il carico di flessione maggiore. Eppure è proprio lì che la stecca deve garantire la massima flessibilità per adattarsi alla curvatura della vela, che è più accentuata all’estremità dell’albero e si appiattisce verso la balumina. A complicare ulteriormente l’equazione, la membrana sottovento della vela presenta una curvatura notevolmente maggiore rispetto a quella sopravento, imponendo sollecitazioni diverse alle stecche mentre queste passano da una virata all’altra.
È proprio nel superare queste sfide contrastanti che il team di C-Tech mette in campo tutta la sua maestria ingegneristica e produttiva. Proprio come gli AC75 stessi, le soluzioni sono nascoste all’interno. Sebbene il profilo esterno di ciascuna stecca appaia uniforme per tutta la sua lunghezza, le dimensioni delle superfici interne variano notevolmente, a seconda delle specifiche relative al carico e alla flessione.
«Ogni stecca è progettata individualmente per la sua posizione specifica sulla vela e ogni metro di quella stecca è studiato appositamente per fornire il grado di curvatura necessario a garantire la forma ottimale della vela in quel punto, con la resistenza necessaria per sopportare i carichi», afferma Chris Kitchen di C-Tech.
«All’inizio, i team avevano approcci molto diversi nell’analisi di questa norma. Man mano che le loro conoscenze ed esperienze sono cresciute, sono diventati molto più precisi riguardo a ciò che vogliono e molto più chiari su dove desiderano che si concentri la rigidità.»
Utilizzando il software di progettazione personalizzato sviluppato internamente da C-Tech, occorrono fino a due settimane per progettare e produrre una serie di stecche per la randa dell’AC75. Man mano che il processo è andato avanti, l’attenzione si è concentrata sui dettagli delle estremità delle stecche, sia in corrispondenza dell’albero che della balumina. Per migliorare l’aerodinamica all’estremità della balumina, è stata aggiunta una sezione rastremata in fase di post-produzione per ridurre la sezione a 40 mm x 3 mm, mentre il sistema più comune all’estremità dell’albero prevede un semplice alloggiamento rettangolare a sezione scatolare che si adatta perfettamente. La stecca si inserisce all’interno dell’alloggiamento, che i team collegano ai propri specifici sistemi di controllo.
La collaborazione con i team sui singoli componenti e sull’attrezzatura velica ha rappresentato un altro ambito in cui C-Tech ha dato il proprio contributo. «La loro flessibilità nella progettazione e nella realizzazione, unita alla disponibilità a collaborare sulle idee, ci ha aiutato a realizzare i componenti più adatti alle nostre esigenze, garantendoci i migliori risultati», afferma Rob Salthouse di ETNZ.
L’America’s Cup rappresenta l’ambiente più riservato e competitivo tra tutte le competizioni veliche. Lavorare con tutte e quattro le squadre e tutelare i rispettivi segreti è stata una priorità assoluta per C-Tech. I rigorosi accordi di riservatezza costituiscono un forte imperativo legale per evitare la fuga di informazioni relative alla proprietà intellettuale, ma una considerazione ancora più importante è la reputazione di integrità dell’azienda.
«Abbiamo costruito un rapporto di fiducia nel corso di 20 anni e lo consideriamo di enorme valore», afferma Vallings. «È il fondamento su cui si basa la nostra attività e nel corso degli anni abbiamo avuto il privilegio di lavorare con i migliori consorzi ippici».