Dal 22 al 25 agosto 2024 si sono tenute a Barcellona le regate preliminari della 37esima America's Cup, o Coppa America, che sarà disputata sempre a Barcellona nei mesi di settembre e ottobre 2024. Si tratta della più importante competizione velistica internazionale, a cui l'Italia ha partecipato 7 volte negli anni con l'imbarcazione Luna Rossa Prada Pirelli. Le regate preliminari vengono usate dai vari team per mettersi in gioco e testare le incredibili barche che verranno utilizzate, le AC75.

L'America's Cup nasce nel 1851 e questo ne fa di diritto una delle più antiche competizioni velistiche internazionali. Dalla primissima edizione, la tipologia di imbarcazioni gareggianti è cambiata e evoluta tantissimo nel tempo, fino ad arrivare negli ultimi anni ai monoscafi volanti AC75.

AC75: Monoscafi Volanti ad Alta Tecnologia

Questi monoscafi sono caratterizzati dalla presenza di due foil - o hydrofoil, in italiano “idroali” - poste sul lato dell'imbarcazione, una per lato, in grado di sollevarsi o immergersi in acqua a seconda delle esigenze, cioè a seconda della posizione dell'imbarcazione e del vento, e a seconda della manovra che si vuole eseguire. I foil possono essere definiti letteralmente come le ali della barca. Si tratta di appendici mobili a forma di T smussata, composte cioè da un braccio che le collega alla barca e da una struttura ad esso ortogonale.

Vengono regolate tramite un sistema idraulico e poste alla giusta inclinazione, si comportano in modo similare alle ali di un aeroplano. Questo significa che, quando sono immerse in acqua, sfruttano il flusso del fluido in cui sono immerse per sollevare l'imbarcazione, e questo avviene grazie al loro profilo alare: una "goccia" più spessa ad una estremità che grazie alla sua forma, fa sì che sia maggiore il flusso di acqua inferiore rispetto a quello superiore, generando così una differenza di pressione che spinge verso l'alto. Questa specifica forza è detta portanza. La presenza di queste due ali consente all'imbarcazione di non essere dotata di chiglia, cioè la deriva, componente fondamentale per controbilanciare l'inclinazione dovuta alla forza del vento e alla presenza della vela.

Gli AC75 sono poi imponenti ma molto leggeri rispetto ad altre imbarcazioni, caratteristica che rende il lavoro dei foil sufficiente per portare la barca sopra il livello del mare: si tratta di un'imbarcazione di 75 piedi di lunghezza - poco meno di 23 metri - e 16 di larghezza, con un totale di 6,5 tonnellate e 200 metri quadrati. Inoltre, per migliorare le sue prestazioni con vento leggero, l'equipaggio è stato proprio in questa edizione ridotto da 11 a 8, inoltre i membri dell'equipaggio sono "relegati" in appositi pozzetti, e non si muovono più lungo il ponte come avveniva in precedenza.

L'assetto di queste imbarcazioni permette di raggiungere picchi intorno ai 50 nodi di velocità, cioè circa 93 km/h. Si tratta di velocità estremamente elevate e, dunque, estremamente pericolose. Dobbiamo immaginare che a tali velocità, se malauguratamente un membro dell'equipaggio dovesse cadere dall'imbarcazione, l'impatto con l'acqua potrebbe essere fatale.

L'Equipaggio e il Team di Luna Rossa

Molti sostengono che questa sia un'edizione dove il mezzo conta troppo rispetto alle capacità dell'uomo. Ecco perchè la composizione dell'equipaggio e del team in generale è stata effettuata da Luna Rossa Prada Pirelli, con estrema attenzione e pensando anche al futuro. E non bisogna pensare che quelli a bordo si limitino al singolo ruolo: ognuno ne ha almeno un paio, di carattere tecnico e logistico. E a partire dai timonieri, sono fondamentali dal primo disegno di un AC 75.

“Una volta c'erano gli ingegneri, i progettisti e gli skipper: tre ruoli nettamente distinti. Adesso chi ‘pilota' le barche partecipa molto attivamente alla progettazione.

A completare l'equipaggio dell'AC 75, gli otto grinder: sono gli uomini - di indubbia potenza fisica - che azionano i verricelli composti da una torretta con le due caratteristiche manovelle laterali. Sono decisivi più di quanto si pensi perché tranne che per la movimentazione dei bracci dei foil (c'è un motore elettrico), tutto viene regolato con l'impianto idraulico e ogni volta che il trimmer muove qualcosa, un segnale li avvisa che c'è la necessità di mettere pressione nell'impianto.

Luna Rossa: Un Esempio di Meccatronica

Luna Rossa è un esempio perfetto di meccatronica, una scienza che integra meccanica, idraulica ed elettronica per progettare e controllare sistemi automatizzati. Questo approccio è fondamentale per l'AC75, l'imbarcazione utilizzata nell'America's Cup. Premessa: l’AC75 è un mezzo estremamente complesso sia dal punto di vista ingegneristico che dal punto di vista della conduzione. È una barca di circa 7 tonnellate che naviga con 12 nodi di vento riesce a raggiungere oltre 40 nodi di velocità, senza toccare l’acqua, ma in equilibrio su una lamina di pochi metri quadri. Una magia di ingegneria, ma anche un complesso sistema di idraulico ed elettronico.

All'interno del team di Luna Rossa, esiste un dipartimento di meccatronica che coordina diverse aree di sviluppo interconnesse, con legami con il mondo automobilistico, sia da corsa che di serie. Vedendo le regate in tivù sembra semplice, ma in realtà si tratta di sistemi molto complessi: basti pensare che a bordo ci sono più di 25 cilindri, circa 80 valvole idrauliche e oltre 200 sensori.

I Quattro Sistemi Principali dell'AC75

Sono quattro i sistemi principali che governano il funzionamento della barca:

  • FCS (Foil Cant System): Gestisce il movimento dei foil arm, fornito dal defender neozelandese.
  • ILS (Instrumentation and Logging System): Gestisce i dati provenienti dalla strumentazione di bordo (bussole, GPS, sensori di misurazione).
  • CIS (Crew Information System): L’interfaccia tra la barca e il velista.
  • ECC (Electronic Control Circuits): Gestisce il sistema idraulico della barca.

Oggi, tra l’azione del membro dell’equipaggio e l’attuazione di ogni elemento, abbiamo alcuni layer, dei “livelli” di mezzo che interagiscono tra loro, composti da computer industriali progettati appositamente per i controlli automatici e da un circuito idraulico che può arrivare a 600 bar, quindi ben oltre gli standard, solitamente a 350 bar. Alla fine di questo processo arriva la più tradizionale attuazione meccanica che, per le alte velocità in gioco, ha spesso a che fare con miniaturizzazioni molto spinte dei sistemi e con materiali dalle particolari caratteristiche meccaniche. Cuore di questi layer sono i software che gestiscono e coordinano gli azionamenti, perché l'affidabilità e la precisione dei controlli su barche come gli AC75 sono cruciali.

I sistemi vengono monitorati durante gli allenamenti e in regata sul Salthouse Catalist 45, un catamarano di 13 metri spinto da 1.800 Cv di quattro fuoribordo Mercury 450R (lo si vede durante le telecronache): a bordo tecnici e ingegneri ricevono tutti i numeri sui propri computer, come fossero sul muretto ai box di un circuito della Formula 1 automobilistica. Dai numerosi sensori installati a bordo dell'AC 75 arrivano un mare di dati come la temperatura e pressione dell’olio, i carichi di sforzo, le performance.

Prima che la barca scenda in acqua: viene fatta un’accurata verifica generale, chiamata Mecca System Check, in tutte le postazioni. Sempre restando su un paragone automobilistico, vengono controllati tutti i tasti sui display e i controller, e verificato che ogni bottone funzioni, che la valvola si apra in maniera corretta, che la calibrazione del cilindro sia giusta, misurando l’escursione e i valori a fine corsa e a rilascio.

Il Ruolo di Gianni Cariboni: Il Mago dell'Idraulica

Viene considerato “il Mago dell’idraulica” e le sue magie hanno contribuito a portare Luna Rossa al match finale della 36a America’s Cup dove incontrerà il defender Emirates Team New Zealand. Già perché Giovanni Cariboni, per tutti Gianni, ha fornito componenti e sistemi di impianti idraulici non solo il team di Max Sirena, ma anche a quello di Grant Dalton e pure gli altri due challenge. Una scelta praticamente obbligatoria perché avere a bordo elementi o un sistema sviluppato dalla Cariboni srl di Ronco Briantino, paese di 3500 anime della Brianza, è una carta che non può mancare se si punta al massimo.

“A farci entrare in Coppa America è stata Luna Rossa. Era il 1997 e la sfida quella del 2000 ad Auckland” racconta Cariboni. “Serviva un sistema per regolare il jumper (un’asta che controlla la testa e la flessione dell’albero, ndr). Il maggior produttore di sistemi idraulici di allora faceva lavorare i suoi impianti a 350 Bar (lo pneumatico di un’auto viene gonfiato tra 2 e 3 Bar, ndr). Noi siamo riusciti ad arrivare a 650 Bar e a sviluppare particolari cilindri idraulici per la regolazione. Abbiamo cominciato così. La Coppa America è una fonte di know how eccezionale. Una continua ricerca dove le soluzioni hanno una risposta immediata”.

Poi, con la Coppa del 2013 a San Francisco e gli AC72 “volanti” si aprì un’altra storia. “Per sviluppare i sistemi idraulici a bordo dell’AC72 è stato prima fatto un modello in scala. Un 43 piedi, 13 metri. All’inizio non è stato facile gestire i foil. Poi piano piano ci siamo riusciti. Il problema era che quei foil, erano, come si dice, profili stabili: non si poteva modificarne la forma ma solo l’angolo di lavoro in acqua. La gestione dei foil si è poi complicata alla Coppa del 2017 a Bermuda con gli AC50 e ancora di più con il passaggio dai catamarani al monoscafo volante: l’AC75 protagonista oggi delle regate di Auckland.

“Con l’AC75 Siamo davvero partiti da un foglio bianco. Qui i foil hanno profili instabili. Cioè è possibile modificare il profilo dell’ala. Come su un aereo. Ha significato costruire componenti e sistemi estremamente raffinati per poter regolare in maniera millimetrica lo spostamento dei cilindri idraulici che comandano i foil. Abbiamo sviluppato una tecnologia di retro valvole che si aprono e chiudono sul circuito in maniera molto veloce e con tempi diversi. Pensavamo servissero movimenti ampi, invece sono molto piccoli. S’impara continuamente. E gli spunti possono arrivare di settori industriali i più diversi dal nostro. Occorre osservare, ricercare e sperimentare. Credo che i sistemi oleodinamici siano il futuro. Non solo su barche da Coppa America. Serve solo una fonte di energia, e oggi tra tradizionali e non tradizionali è facile averne a bordo per alimentare un impianto idraulico che gestisca manovre, vele e tutta la barca. Il che significa equipaggi ridotti e tutto più facile, semplice, sicuro e soprattutto avere più tempo per godersi il mare. Che poi è quello che tutti vogliamo.

Dettagli Tecnici dell'Impianto Idraulico

All’interno dello scafo è installata un sofisticato sistema di pistoni a cui sono connesse delle cime legate a delle manovre, che possono essere la base randa, così come il jib cunningham. Il movimento di questi pistoni, che avviene pompando olio nel sistema, permette di cazzare o lascare una vela. L’olio, che scorre in una rete idraulica e che aziona i pistoni all’interno dello scafo, viene pompato dai grinder attraverso 4 pedestal. Azionando le valvole installate a bordo, i velisti decidono su quale pompa immettere olio, a seconda delle esigenze di conduzione e manovra.

Da fuori non si vede, ma a bordo di Luna Rossa e degli AC 75 l’idraulica è tutto: ogni manovra è movimentata da cilindri e pistoni. Pezzi unici made in Italy realizzati da Cariboni. Per Luna Rossa - con cui Cariboni ha una stretta collaborazione fin dalla sua prima avventura, nel 1999/2000 - l’azienda brianzola ha curato non solo le parti comuni tra i team ma tutta l’idraulica di bordo. Oltre alla movimentazione dei foil, quindi, anche la gestione di strallo, paterazzi, carrelli, sistema per l’albero rotante.

Cariboni ha curato la gestione dello strallo di prua e del punto di mura del fiocco di Luna Rossa. La tensione dello strallo viene regolata con un cilindro idraulico: “Un’idea ‘classica’ quella di regolare la posizione dell’albero e il rake (la distanza tra la testa d’albero e la il punto centrale dello specchio di poppa, ndr) anche tramite lo strallo: la applicammo per la prima volta con il Wallygator di Luca Bassani (progetto del grande Luca Brenta), mio grande amico che mi ha spesso lasciato carta bianca in termini di sperimentazione e innovazione.

Passiamo alla gestione dei carrelli del fiocco, con rotaie orizzontali. “Di fatto i fiocchi degli AC 75 sono dei sistemi quasi autoviranti. In questo caso abbiamo studiato dei carrelli con cilindri integrati per diminuire al massimo la resistenza dei carichi deviati (quelli derivanti dalla deviazione della scotta del fiocco nell’anello del carrello, ndr), in modo tale da avere il minor dispendio di energia possibile per la messa a punto della vela”.

Uno dei capolavori di ingegneria di Cariboni arriva nel sistema di gestione dell’albero rotante, con una soluzione che consente un risparmio di spazio e peso. “Qui abbiamo pensato a un cilindro in titanio dove l’alimentazione dei pistoni avviene tramite steli fissi, ma la ‘camera’ si muove. Per quanto riguarda la randa, “ci siamo occupati del sistema di tesabase, con il quale è possibile modificare il grasso della vela e di quello della scotta randa. In questo caso siamo intervenuti con dei cilindri a doppia velocità in funzione del carico, in grado di operare velocemente sotto carichi leggeri e lentamente con carichi contenuti. Questo ne ottimizza la potenza. Un concetto molto simile a quello del nostro sistema di pistoni brevettato Magic Trim”.

Il sistema dei carrelli su Luna Rossa si basa su due cilindri, uno a dritta e uno a sinistra: mentre lavora quello sopravento, quello sottovento riposa. Non cambia nulla rispetto al classico “carrello” con i paranchi a cui siamo abituati sulle barche da crociera. Semplicemente, è idraulico visti i carichi in gioco”.

Il movimento dei grinder serviva a generare energia per movimentare tutto il sistema idraulico di bordo, ma come funziona nello specifico? “Abbiamo deciso di applicare alle colonnine dei grinders delle pompe a nove pistoni radiali (nove per non avere vuoti in controposizione) che inviano olio a blocchi di elettrovalvole che a loro volta mandano l’olio a un ‘collettore centrale’. Questo funge da distributore agli altri collettori periferici posti nei vari punti della barca interessati dai nostri sistemi idraulici. Proprio come accade con l’impianto idraulico di casa nella distribuzione dei servizi”, spiega Gianni, bravissimo negli esempi dato che ha un passato di docente scolastico. “Abbiamo lavorato a lungo col team per avere continui feedback dai grinder, studiando la soluzione meno faticosa possibile, che evitasse dolori ai gomiti. Un uomo affaticato e dolorante è un uomo meno efficiente”.

Per quanto riguarda il lavoro di Cariboni comune a tutti i team, “ci siamo occupati della realizzazione dei quattro cilindri in titanio che su ogni barca (due per lato) movimentano il braccio del foil, oltre che della testa dell’arm e la congiunzione allo scafo con cintura (anch’essa in titanio) e cuscinetti autoallineanti sulla scorta delle canting keel. Abbiamo realizzato infine gli accumulatori di olio, in titanio anch’essi”.

Continua: “L’AC 75 è stata un’esperienza totalmente nuova anche per noi: qui non abbiamo foil con profili stabili (come quelli visti sui catamarani della Coppa del 2017, dove non si poteva regolare la forma ma solo l’angolo in acqua), ma appendici dal profilo modificabile. Questo ha cambiato le carte in tavola perché abbiamo dovuto realizzare componenti complessi per far sì che la regolazione dei cilindri idraulici dei foil potesse essere al millimetro. Ci siamo basati su una tecnologia di retrovalvole che si aprono e chiudono sul circuito in modo rapido e con tempi differenti”.

Il Futuro dell'Oleodinamica nella Vela

In che cosa gli AC 75 cambieranno la vela di tutti i giorni, abbiamo chiesto a Gianni Cariboni: “Sicuramente l’oleodinamica sarà il futuro, perché ti consente di andare in barca con equipaggi sempre più ridotti, anche su barche più piccole. Non raccontiamocela. Se sei al timone e hai la possibilità di regolare la randa e il fiocco premendo un bottone, godi. Ti senti veramente al controllo della tua barca. Poi, di certo, non vedremo le barche da crociera volare, ma andare più veloci sì. Magari avranno i foil sommersi per alleggerire lo scafo (un po’ come quelli degli IMOCA 60): perché anche durante una tranquilla navigazione costiera, se vedi una barca davanti a te, ti viene l’istinto di ingaggiarti subito con lei.

L’AC75 di Luna Rossa Prada Pirelli è figlio del vento e dell’ingegno, un capolavoro di tecnologia e innovazione. La definizione di “barca a vela” è forse troppo poco, è riduttiva. Ogni fibra, ogni materiale, ogni componente di questa macchina che vola sull’acqua è ideato per sfidare i limiti del possibile, i confini della velocità e della manovrabilità in gara. È il vertice della piramide in fatto di tecnologia nautica.

Costruito con i materiali più leggeri, resistenti e sofisticati in circolazione, l’AC75 di Luna Rossa Prada Pirelli deve garantire rigidezza senza compromettere la leggerezza, tenendo allo stesso tempo i migliori standard di vivibilità per le otto persone di equipaggio a bordo: due timonieri, due trimmer e quattro ciclisti.

Intanto, la barca è completamente flush deck, cioè ha un ponte liscio, senza sovrastrutture, e sulle due fiancate ci sono gli spot in cui andrà a posizionarsi il team l’equipaggio. Sotto coperta sono nascosti i sistemi tecnologici e di idrodinamica. Ci sono chilometri di cavi, pompe e serbatoi che sono il nucleo di tutta la barca e servono a muovere albero, timone, wing, ala e flap. Il movimento dei foil, invece, è affidato a un sistema elettroidraulico supportato da una batteria. Poi però per questioni di regolamento - che vieta qualsiasi altro tipo di energia a bordo - le inclinazioni dei flap, delle vele e di ogni altro elemento necessario alla navigazione fanno capo a un secondo sistema idraulico supportato dall’equipaggio.

Per raggiungere questi livelli di complessità e di perfezione aerodinamica sono state sfruttate conoscenze e know how di mondi imprenditoriali diversi. A partire da Pirelli, sponsor di Luna Rossa, ma anche partner tecnico: l’azienda milanese, infatti, ha contribuito alla realizzazzione dei foil sulla precedente imbarcazione. Ma cosa sono, esattamente, questi foil? Risposta sintetica: sono delle vere e proprie ali, con un’apertura di 4,5 metri e che funzionano esattamente come quelle degli aeroplani. I foil principali sono due, uno per lato: quello sottovento è immerso nell’acqua, l’altro invece fa da contrappeso. C’è un terzo foil posteriore, attaccato al timone.

Le imbarcazioni che gareggiano in America’s Cup appartengono alla classe AC75, che prende il nome dalla settantacinquesima edizione dell’America’s Cup tenutasi nel 2021 ad Auckland, in Nuova Zelanda. Tutti e le imbarcazioni che gareggiano devono essere lunghe esattamente 75 piedi, ovvero 22,86 metri. Si tratta di imbarcazioni di tipo motoscafo, quindi che hanno un solo “corpo” e non due come i catamarani, che hanno caratterizzato alcune precedenti edizioni dell’America’s Cup, come quella del 2017. Le barche della classe AC75 sono mosse da vele che si reggono su un albero, ovvero il palo centrale collegato allo scafo, alto 26,5 metri. Le vele hanno una superficie totale di 220 m2, suddivise in un fiocco di prua e due rande gemelle, e a differenza delle imbarcazioni classiche sono progettate per navigare fuori dell’acqua.

Queste imbarcazioni sono definite come monoscafi foiling perché su di essi sono installate delle “ali”, chiamate hydrofoil o più semplicemente foil. Queste appendici funzionano come delle vere e proprie ali, ma sono totalmente immerse. Infatti, quando la barca inizia a muoversi e aumenta la propria velocità, i foil creano una spinta verso l’alto che fa emergere tutto lo scafo sopra il pelo dell’acqua. Dato che lo scafo si solleva, non crea più attrito con l’acqua e l’imbarcazione accelera ulteriormente.

I foil sono mossi da un sistema idraulico, che si può paragonare al nostro sistema di vasi sanguigni, arterie e vene, perchè è formato da tubazioni in cui scorre un olio che permette di muovere e attivare tutti i comandi presenti a bordo.

Tabella dei Componenti Principali dell'Impianto Idraulico di Luna Rossa

Componente Funzione Materiale
Cilindri Movimentazione manovre Titanio
Pistoni Azionamento vele Acciaio
Pompe Pompaggio olio Alluminio
Valvole Controllo flusso olio Acciaio Inox
Accumulatori Accumulo pressione olio Titanio

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