L'elica toroidale: l'innovazione della girandola per i motori marini

L’aggettivo “toroidale”, che in realtà significa a forma di anello, sembra scelto apposta per evocare geometrie misteriose ed incomprensibili. Eppure una elica toroidale è realizzabile semplicemente con un foglio di carta, le forbici ed uno spillo: molti di noi ci hanno giocato da bambini correndo con un bastoncino al quale era fissata e facendola girare vorticosamente. Si chiama girandola: quella della figura è a tre pale, ma se ne fanno a quattro o più pale.

Niente di complicato, dunque, e niente di nuovo; così come non è nuovo il boomerang, che anzi sembra essere il più antico degli oggetti volanti inventato dall’uomo, con una origine fissata a circa 13.000 anni fa. Si, avete capito bene, prima delle piramidi e della storia conosciuta. Il boomerang è un pezzo di legno a forma di angolo retto con i due lati sagomati ad ala, che sfrutta la rotazione traendone l’energia per sostentarsi e per girare, tornando alla fine al punto di partenza.

La genialità ed il merito del Laboratorio Lincoln MIT (parliamo del prestigioso Massachusetts Institute of Technology) consistono nell’aver messo insieme questi due concetti. Prendiamo il boomerang, pieghiamolo fino a far toccare le due estremità ed usiamolo come una pala di elica in modo da aggiungere alla spinta legata alla inclinazione della pala anche la portanza propria del profilo alare del boomerang. E’ così che è cominciata la sperimentazione su rotori bipala montati su droni, come quello della figura sotto.

Drone con eliche toroidali, fonte Massachusetts Institute of Technology (MIT News)

La sperimentazione ha dato risultati eccellenti, non solo dal punto di vista della portanza e della sicurezza, ma soprattutto dal punto di vista del rumore, fortemente diminuito per l’assenza di vortici generati dalle pale normali, come mostrato dai diagrammi della intensità del rumore in funzione delle frequenze.

Come si può notare la riduzione del rumore è notevole proprio nei campi di frequenza cui l’udito umano è più sensibile, marcati con un ovale.

Perché al MIT vivono già in un futuro di città popolate di oggetti volanti, sia per il trasporto di persone che per quello di cose: ed hanno giustamente pensato che la riduzione del rumore sarà allora importante per il benessere e la vivibilità degli abitanti. Ma allora perché non pensare anche alla nautica ed alle eliche marine?

La licenza del brevetto MIT è stata ceduta alla Sharrow Marine che ha perfezionato il progetto, nel quale si possono notare i profili alari delle varie sezioni delle pale, e ha realizzato e messo in vendita il prodotto, che ha ottenuto nel 2020 al Salone di Miami il premio per la innovazione.

Nel frattempo centinaia di confronti e prove sul campo hanno dimostrato che l’elica toroidale non solo funziona ma prova di essere superiore all’elica classica per rumore, consumi, velocità e, ahimè, di molto superiore per prezzo

Riportiamo a seguire due diagrammi comparativi ricavati, come le foto, dalla documentazione del MIT e della Shaffer Marine.

Il primo riguarda l’avanzamento nell’acqua a parità di numero di giri di uno scafo con due fuoribordo da 300 hp: nel campo di regime che va dai 2500 ai 4000 giri i vantaggi dell’elica toroidale sono evidenti. A 3000 giri l’elica toroidale quasi raddoppia la prestazione e quindi dimezza i consumi.

L’altro grafico riguarda la efficienza dell’elica, che resta superiore, per la toroidale, a tutti i regimi, confermando a 3.000 giri una efficienza più che doppia

Ma allora, osserverà qualcuno, perché non corriamo tutti subito a comprare una elica toroidale per il nostro fuoribordo? Ma per il costo, ovviamente!

Elica toroidale Sharrow CX-1

Almeno allo stato attuale le eliche toroidali sono disponibili solo per i motori da 150 a 300 hp, ed il loro costo unitario si aggira sui 5.000 dollari: più o meno, cioè, quanto costa un buon motore da 20 hp!

Occorrerà quindi che, per valutare bene la convenienza di un acquisto del genere, ci si sieda a tavolino e si considerino le condizioni medie di utilizzo della propria imbarcazione.

Se navigate 100 ore per stagione e usate la barca per raggiungere gli amici e fare il bagno insieme in un’altra località della costa, ebbene con l’elica toroidale non cambierete la vostra vita. Se invece trasportate persone o cose da un porto ad un altro ed il tempo gioca per voi un ruolo importante, bene, allora fateci su un pensierino perché potrebbe mettervi in condizioni molto migliori, per velocità, confort e, soprattutto, consumi: perché un possibile risparmio del 20% non è poca cosa.

Alfredo Gennaro