Origine del foil
L’origine del foil risale al XIX secolo. Già nel 1861, in Gran Bretagna, Thomas Moy installò tre foil orizzontali sotto una piccola imbarcazione. Trainata da un cavallo lungo il Surrey Canal, l’unità si sollevava sopra la superficie dell’acqua.
Nel 1885, in Francia, De Lambert realizzò una sorta di catamarano utilizzando botti fissate a coppie. Anch’essa trainata da un cavallo, l’imbarcazione si sollevava di circa 20 cm, facendo emergere le botti dall’acqua.
Una decina d’anni più tardi, De Lambert e Phillips costruirono uno dei primi veri idroplani: un catamarano sostenuto da quattro hydrofoil trasversali, con una superficie totale di 5,10 m². Il sistema era alimentato da un motore recuperato da un aeroplano progettato da Horatio Phillips, con un’elica in cima ad un lungo albero che ruotava a 800 giri/minuto.
Nel 1897, negli Stati Uniti, William e Larned Meacham svilupparono un’imbarcazione dotata di foil a prua e a poppa.
All’inizio del XX secolo (1904), De Lambert progettò il primo idroplano autopropulso, equipaggiato con un motore a combustione interna De Dion da 14 CV. Dotato di cinque foil trasversali a forma di U, questo battello di 6 m per 3 m, denominato Hydroplane, raggiunse una velocità di 31,975 km/h.
Successivamente, numerosi progetti innovativi videro la luce in tutto il mondo: negli Stati Uniti con i fratelli Wright, in Francia con Alberto Santos-Dumont, e in Canada con Alexander Graham Bell e Baldwin.
Nel corso dei decenni successivi, la tecnologia dei foil si è progressivamente perfezionata, attirando inizialmente l’interesse dei progettisti di navi a motore. Marina mercantile e militare hanno adottato gli hydrofoil per migliorare velocità e stabilità. In seguito, questa tecnologia si è diffusa anche su imbarcazioni di dimensioni inferiori, confermando la capacità dei foil di far “volare” le unità sull’acqua.
Negli anni 2000, Ray Hamilton ha introdotto il foil surfing, fissando un foil sotto una tavola, rivoluzionando sport come kitesurf e wakeboard.
Come funziona un foil?
In meccanica dei fluidi, un foil (o hydrofoil) è definito come un profilo alare che si muove nell’acqua generando una forza di portanza.
La sua forma presenta un lato superiore convesso (estradosso) e un lato inferiore più piatto (intradosso). L’acqua che scorre sopra il foil percorre una distanza maggiore ma a velocità superiore rispetto a quella che scorre sotto.
Secondo il principio di Bernoulli, all’aumentare della velocità di un fluido, la sua pressione diminuisce. Pertanto:
- sull’intradosso si genera una pressione più elevata, creando una spinta verso l’alto
- sull’estradosso la pressione è inferiore, generando un effetto di aspirazione
La differenza di pressione genera la portanza, riducendo la superficie bagnata dello scafo e quindi la resistenza, aumentando la velocità dell’imbarcazione.
Quando la portanza è sufficiente, lo scafo si solleva progressivamente fino, in alcuni casi, a uscire completamente dall’acqua.
I foil sulle imbarcazioni a motore
Sulle imbarcazioni a motore, il funzionamento è relativamente semplice: la velocità generata dal sistema motore-elica consente al foil di produrre una portanza superiore al peso dell’imbarcazione.
In questa configurazione, lo scafo non è più sostenuto dalla spinta di Archimede, ma “vola” sull’acqua come un aeromobile. La resistenza si riduce drasticamente e la velocità aumenta.
L’equilibrio viene gestito in modo analogo a quello di un aereo, tramite superfici di controllo.
I foil sulle barche a vela: monoscafi dislocanti
Le imbarcazioni a vela a carena dislocante si basano sul principio di Archimede: avanzano spostando acqua e sono limitate da una velocità teorica legata alla lunghezza al galleggiamento. La forma dello scafo garantisce stabilità anche in condizioni difficili.
In queste imbarcazioni, la propulsione è generata dalle vele, introducendo un parametro fondamentale: il momento sbandante. Questo deve essere compensato per mantenere stabilità e prestazioni.
Su derive ad alte prestazioni come il Moth, la stabilità è ottenuta grazie al posizionamento del peso del timoniere rispetto al centro di portanza del foil.
Sui multiscafi, in particolare i catamarani, i foil fungono da punto di leva per contrastare lo sbandamento.
Nel caso dei monoscafi dislocanti, l’integrazione dei foil è più complessa. Per aumentare la potenza è necessario ampliare la superficie velica, incrementando però anche il rischio di sbandamento. Per compensare, si utilizzano chiglie basculanti e ballast liquidi.
Tuttavia, queste soluzioni riducono la resistenza laterale, richiedendo l’uso di derive supplementari, complicando ulteriormente l’integrazione dei foil.
Di conseguenza, è raro che un monoscafo dislocante riesca a sollevarsi completamente. Tuttavia, i foil migliorano comunque le prestazioni:
- aumentano l’efficacia della chiglia basculante, incrementando la coppia raddrizzante
- riducono la superficie bagnata e quindi la resistenza
- generano portanza laterale per limitare la deriva
I benefici restano inferiori rispetto a quelli dei veri foiler, completamente sollevati dall’acqua.
I monoscafi foiler nel Vendée Globe
I monoscafi dotati di foil sono stati introdotti nel Vendée Globe nel 2016. Tuttavia, non raggiungono una vera e propria navigazione “in volo”, poiché la classe IMOCA vieta foil portanti sui timoni.
Gli architetti navali di CDK Technologies hanno sviluppato modelli innovativi come Charal, caratterizzati da una carena evoluta con prua svasata e poppa arrotondata, ottimizzando l’efficienza dei foil e aumentando significativamente le prestazioni.
I trimarani foiler nella Route du Rhum
Nella Route du Rhum, i trimarani non sono soggetti alle stesse limitazioni e rappresentano veri e propri “trimarani volanti”.
I multiscafi della classe Ultime raggiungono velocità superiori agli 80 km/h, spingendo i limiti della navigazione offshore. Il loro sviluppo ha aperto un dibattito tra prestazioni estreme e sicurezza.
L’edizione 2018 della Route du Rhum ha rappresentato un banco di prova fondamentale per questi giganti del mare, progettati per sollevarsi completamente dalla superficie dell’acqua.
La tecnologia dei foil costituisce oggi una rivoluzione nell’architettura navale, ridefinendo i parametri di velocità, efficienza e comportamento dinamico delle imbarcazioni moderne.
