La storia del calcolo della resistenza al moto

Il calcolo della resistenza al moto della nave, sia in acqua tranquilla che in presenza di onde, è uno dei principali problemi che affliggono gli ingegneri navali. Uno dei primi studi, molto qualitativo ovviamente, è stato sviluppato da, come sempre, Leonardo da Vinci. Egli spiegò per primo la natura delle onde, facendo distinzione fra il movimento proprio e la propagazione. Durante il Diciottesimo secolo, si provò a calcolare la resistenza della nave facendo muovere, attraverso l’uso di carrucole e pesi, dei modelli in scala nei canali e fiumi.

Sorsero quindi in Gran Bretagna e in Francia le prime vasche navali, che permisero la formulazione delle prime formule per il calcolo della resistenza.

In particolare ci si accorse che, per basse velocità, la resistenza era circa proporzionale al quadrato della velocità, mentre, si doveva utilizzare un esponente maggiore per velocità più alte. Una delle formule più utilizzate era quella detta dell’Ammiragliato, chiamata così perché era stata adottata dall’ Ammiragliato Britannico: la resistenza era funzione del dislocamento, della velocità e di una costante K propria della carena, in una prima formulazione invariante rispetto alla velocità.

Nel diciannovesimo secolo, ci fu un notevole sviluppo a causa delle dispute navali tra Gran Bretagna e Francia e della costruzione delle prime grandi navi commerciali. In questo periodo è stata formulata la prima definizione chiara e precisa riguardante le procedure sperimentali e la legge di trasferimento alla nave dei risultati ottenuti su modello in vasca. Il metodo fu proposto da William Froude. Fu il primo a teorizzare la divisione della resistenza in tre componenti differenti: attrito (dipendenti dal numero di Reynolds e quindi dalla scala), vortici e onda (legati alle forze di pressione e quindi indipendenti dalla scala). I principi su cui si basano le prove sperimentali non sono cambiata sostanzialmente negli ultimi secoli.

Con lo scopo di uniformare le metodologie e diffondere le conoscenze acquisite è stata creata la ITTC (International Towing Tank Conference). Da una decina di anni, si sta diffondendo la fluidodinamica numerica, che cerca di predire la resistenza attraverso modelli matematici, partendo dalle equazioni di Navier-Stokes. Nonostante l’accuratezza dei modelli matematici, per la fisica complessa in gioco, le prove in vasca rimarranno ancora per molto un momento essenziale per la predizione della resistenza al moto, soprattutto per progetti complessi e innovativi.

Articolo a cura di Carlo Augusto Pasquinucci