Il passo dell’elica è la distanza teorica che una pala percorrerebbe in direzione assiale durante un giro completo se avanzasse in un mezzo solido, come una vite. In acqua, l’elica non avanza esattamente di questa distanza perché il fluido viene accelerato e la scia scorre: la differenza è descritta dallo scorrimento.
La velocità teorica associata al passo è:
dove è il numero di giri al secondo e il passo geometrico. La velocità effettiva della nave è minore o comunque diversa per effetto dell’interazione con acqua, scafo e scia.
Un passo elevato carica maggiormente l’elica e può essere adatto a velocità più alte, ma richiede coppia sufficiente e può favorire cavitazione se il progetto non è coerente. Un passo troppo basso limita invece la velocità ottenibile a parità di regime.
Nelle eliche a passo fisso il valore è definito dalla geometria della pala. Nelle eliche a passo variabile l’angolo delle pale può cambiare, adattando il carico propulsivo a manovra, velocità e regime motore. Il passo è quindi un ponte tra geometria dell’elica e prestazione della nave.
Passo geometrico e passo effettivo
Il passo geometrico è ricavato dall’inclinazione della pala, ma l’acqua non è un mezzo solido. L’elica accelera una massa fluida e lavora in una scia non uniforme; perciò l’avanzamento effettivo per giro è diverso dal passo teorico.
Lo scorrimento, o slip, può essere espresso in modo semplificato come:
dove è la velocità di avanzamento del flusso all’elica. Uno slip nullo significherebbe avanzamento identico alla vite ideale; nella realtà lo slip è necessario perché l’elica produca spinta, ma valori eccessivi indicano inefficienza o carico non coerente.
Passo fisso e passo variabile
In un’elica a passo fisso la pala è solidale al mozzo con angolo definito. È una soluzione semplice, robusta ed efficiente se la nave lavora vicino a una condizione di progetto ben precisa. Tuttavia nelle manovre, nei cambi di carico o in servizi con profili variabili, il motore può trovarsi lontano dal regime ottimale.
L’elica a passo variabile permette di ruotare le pale attorno al proprio asse, modificando il passo senza cambiare necessariamente il senso di rotazione dell’albero. Questo consente migliore controllo della spinta, inversione rapida, adattamento al carico e uso più flessibile del motore. Il prezzo è maggiore complessità meccanica e manutentiva.
Relazione con cavitazione e rumore
Un passo troppo elevato per diametro, regime e immersione dell’elica può aumentare il carico sulle pale. Il lato aspirante raggiunge pressioni più basse e può innescare cavitazione, con perdita di rendimento, erosione, vibrazioni e rumore subacqueo.
Il passo va quindi scelto insieme a diametro, area di pala, numero di pale, velocità di rotazione e scia della carena. Non è un parametro isolato: una buona elica è sempre accordata alla nave che la porta.