Le rande degli yacht non devono essere necessariamente triangolari. Sempre più spesso si vedono vele svasate nella parte superiore. Si chiamano squareheads o fatheads e si possono vedere su quasi tutti i moderni yacht high-tech, come gli Imoca della Ocean Race o della Vendée Globe. Quasi tutti gli yacht da regata pura li utilizzano, come il 100 piedi "Comanche", il più grande, o la classe Mini 6.50, il più piccolo; molte barche sportive sono dotate di testa quadra, come i moderni catamarani sportivi, le derive e i foiling speedster. Anche i sistemi alari, come quelli delle attuali barche di Coppa America, sono larghi e squadrati nella parte superiore.
C'è un motivo: una randa a testa quadra offre vantaggi decisivi rispetto a una pinhead, cioè una randa con una sezione superiore triangolare.
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Tuttavia, le vele con teste potenti sono soggette a molti pregiudizi. A causa della maggiore superficie velica nella parte superiore, si dice che il centro di pressione della vela si sposterebbe anche verso l'alto, il che aumenterebbe lo sbandamento sulle rotte di bolina e porterebbe a una maggiore imbardata di bolina. Queste vele sarebbero adatte solo per venti leggeri e dovrebbero essere terzarolate presto.
È vero il contrario. Infatti, con una balumina larga si può ottenere fino al 30% di superficie velica in più nella randa. È logico che ciò comporti enormi vantaggi nelle andature di scotta e sottovento. Più il principio della propulsione per portanza, come quando si naviga sottovento, viene sostituito dal principio della propulsione per resistenza, come nelle rotte profonde, meglio è offrire al vento la massima superficie possibile per un'elevata resistenza. O, per dirla in parole povere, molta superficie contro la quale possa spingere e quindi portare con sé lo yacht.
Afflusso più efficace con la testa quadrata
Ma anche sulle rotte di bolina, le vele svasate presentano chiari vantaggi. Il fattore decisivo è il rapporto tra portanza e resistenza. Maggiore è la portanza di una vela e minore è la sua resistenza, maggiore è la propulsione. Questo rapporto è estremamente scarso con le vele triangolari convenzionali.
Il profilo dell'albero davanti alla vela crea turbolenze. A seconda dello spessore e della forma del profilo, queste possono estendersi per 30-40 centimetri, a volte anche fino a 70 centimetri, dietro l'albero. In quest'area si forma una zona di vortice che non fornisce quasi alcuna portanza. Solo in seguito la corrente si attacca di nuovo alla tela, se esiste. Questo perché le rande a taglio triangolare raramente hanno un profilo di lunghezza corrispondente nella zona superiore, cioè la distanza tra l'inferitura e la balumina. Prima che la corrente possa entrare in contatto, la vela è finita, quindi crea solo resistenza.
Le misurazioni hanno dimostrato che fino al 18% dell'altezza della vela misurata dall'alto può essere inefficace e causare solo resistenza. Nei test, anche questa parte superiore è stata tagliata, lasciando solo le linee di inferitura e di balumina per la stabilizzazione - la vela non era più lenta.
Questo fenomeno si acuisce quando si terzarola. Questo perché non si riduce solo la superficie velica assoluta, ma soprattutto quella effettiva. Questo perché la tela inefficace rimane nell'area superiore, mentre la tela efficace viene legata nella parte inferiore.
Questo effetto può essere minimizzato con un'ampia apertura nella zona superiore. La corrente trova abbastanza tessuto per poter scuffiare. Inoltre, il terzarolo riduce solo la superficie velica, ma l'efficacia della vela viene mantenuta.
La testa quadrata è in realtà orizzontale
Le vele a testa quadra sono più efficaci quando la sezione superiore è effettivamente orizzontale e non a forma di ellisse. Per molto tempo questa è stata considerata l'ideale, come l'ala di un caccia Spitfire della Seconda Guerra Mondiale. Il bordo duro in cima a una vela a testa quadra dovrebbe quindi favorire i vortici di induzione, cioè l'equalizzazione della pressione tra sopravvento e sottovento, simile a quella in basso intorno al boma principale. Ciò agirebbe come un freno.
Ma questo effetto non si concretizza. Ciò è dovuto al comportamento dinamico di queste vele. In caso di raffica, la parte superiore della vela si apre più rapidamente rispetto ad altre forme di vela. Inoltre, i vortici liberi in una vela con cima quadrata fluiscono verso poppa in modo più favorevole rispetto a una vela con profilo ellittico. In questo caso, i vortici liberi sulla balumina si spostano leggermente verso il basso rispetto alla cima. Di conseguenza, la vela con una balumina svasata e arrotondata ellitticamente perde un po' della sua cosiddetta luce effettiva. Il bordo duro agisce quindi come una sorta di freno ai vortici.
Più vela, meno pressione grazie a Squarehead
Tuttavia, una vela a testa quadra non solo genera una maggiore propulsione, ma può anche ridurre lo sbandamento e la pressione sul timone e spostare il punto di terzaroli in una fascia di velocità del vento più elevata. Poiché l'intera tela lavora in modo efficace, il velaio ha la possibilità di tagliare il profilo più piatto rispetto a una vela tradizionale. Ciò significa che il centro di pressione della vela non si sposta più in alto. Inoltre, una vela più piatta consente un angolo d'attacco più acuto, ovvero una maggiore altezza di bolina. Il profilo più piatto genera anche una minore resistenza aerodinamica.
Con l'aumento del vento, una vela di questo tipo può essere attorcigliata molto meglio nella zona superiore rispetto a una vela triangolare. La tela della vela che non è necessaria è virtualmente posizionata nel vento, ma non uccide perché è sostenuta dalle stecche e dal laminato rigido utilizzato.
Nel caso più favorevole, si verifica addirittura la cosiddetta torsione inversa. Le due o tre stecche superiori si piegano verso il vento, la vela genera quindi portanza verso il vento nella zona superiore e quindi un momento raddrizzante. Sebbene la torsione inversa sia possibile anche con le vele convenzionali e sia praticata da tempo, richiede una o due stecche continue nella parte superiore e non è così efficace come con una randa a testa quadra.
Rifiniture attente sulla testa quadrata
Tuttavia, una randa largamente svasata deve essere regolata con molta più sensibilità rispetto a una randa tradizionale. Il twist è fondamentale. Se la balumina viene chiusa troppo, il punto di pressione si sposta verso l'alto, la testa quadra genera quindi molto sbandamento e una minore propulsione. Lo stesso vale per le vele pinhead, ma il trimmaggio non ha un effetto così forte. Per questo motivo, una randa a testa quadra viene fatta navigare in modo leggermente diverso, con il boma principale più al centro dell'imbarcazione e quasi senza rinvio, anche con venti più forti. Ciò richiede una scotta che possa essere tirata verso sopravvento. In caso di raffica, la scotta deve essere avvolta per prima. Questo fa sì che il boma principale si alzi e la vela possa torcersi nella parte superiore.
Con una vela a testa di spillo, invece, la scotta tende a essere piumata a sottovento, principalmente per modificare l'angolo d'attacco della sezione inferiore più efficace. Tuttavia, queste sono formule di trimming molto approssimative; la regolazione fine dipende molto dalla rispettiva configurazione.
Divertente il paterazzo del freno
Il motivo per cui la randa a testa quadra non viene utilizzata più spesso nelle vele da crociera è semplicemente il paterazzo, che limita la balumina della randa. Sebbene le moderne vele pinhead siano già ben arrotondate e la balumina sporga leggermente sopra il paterazzo, anch'esse sono molto lontane da una vera testa quadra. Questo è possibile solo con armo senza paterazzo, come su molte barche sportive più piccole, o su barche più grandi quando si usano i paterazzi.
Tuttavia, i velisti da crociera con armo convenzionale possono almeno ottenere un'approssimazione. Anche un piccolo boma in testa d'albero di 15 o 20 centimetri di lunghezza, oltre a una testa della vela leggermente più bassa, consentono di estendere sensibilmente la portata massima. Tuttavia, ciò richiede modifiche all'attrezzatura. Se si evita di farlo, si finisce per avere una vela meno efficace.
