La resistenza d’onda è la parte della resistenza al moto dovuta all’energia spesa dalla nave per generare onde sulla superficie libera. Quando lo scafo avanza, modifica pressione e livello dell’acqua, creando un sistema di onde divergenti e trasversali che trasporta energia lontano dalla nave.
Questa resistenza dipende fortemente dalla velocità relativa alla lunghezza dello scafo. Il parametro di riferimento è il numero di Froude:
dove è la velocità, l’accelerazione di gravità e una lunghezza caratteristica, spesso la lunghezza al galleggiamento.
A bassi numeri di Froude la resistenza viscosa è spesso dominante; aumentando la velocità, la resistenza d’onda cresce rapidamente e può diventare la componente principale. La forma di prora, poppa, distribuzione dei volumi e presenza di bulbo prodiero sono scelte proprio per controllare il sistema ondoso.
La resistenza d’onda non si elimina con superfici più lisce, perché non nasce dall’attrito, ma dalla dinamica della superficie libera. Si riduce progettando una carena coerente con la velocità di servizio prevista.
Sistema d’onde della nave
Una nave in avanzamento genera tipicamente onde divergenti, che si aprono lateralmente, e onde trasversali, disposte grossomodo dietro lo scafo. L’interferenza tra onde prodotte da prora e poppa può aumentare o ridurre la resistenza a seconda della velocità e della lunghezza.
Questo spiega perché la resistenza d’onda non cresce in modo perfettamente regolare. In certi intervalli, creste e ventri d’onda si combinano sfavorevolmente; in altri l’interferenza è più favorevole. Il bulbo prodiero sfrutta proprio questo principio, cercando di generare un’onda che riduca quella della prora alla velocità di progetto.
Dipendenza dalla velocità
La resistenza d’onda diventa particolarmente rilevante quando la lunghezza d’onda associata al moto diventa confrontabile con la lunghezza della nave. Per scafi dislocanti, aumentare la velocità oltre certi valori richiede potenze molto elevate perché una quota crescente dell’energia viene dispersa nel sistema ondoso.
Il numero di Froude permette di confrontare navi di dimensioni diverse:
Due scafi geometricamente simili allo stesso hanno comportamenti ondosi paragonabili, anche se a velocità assolute diverse.
Riduzione progettuale
Per ridurre la resistenza d’onda si lavora su lunghezza, snellezza, coefficiente prismatico, linee di prora e poppa, bulbo e distribuzione dei volumi. Una nave più lunga, a pari velocità, ha numero di Froude minore e può generare onde relativamente meno penalizzanti.
Tuttavia allungare lo scafo aumenta costi, peso strutturale e vincoli portuali. Anche qui il progetto navale è un compromesso: la carena ottimale non è quella con minima resistenza in astratto, ma quella che offre il miglior equilibrio tra prestazione, capacità, costo e missione.