La resistenza più forte che una nave deve affrontare nelle operazioni standard viene dallo spostamento quando lo scafo si muove attraverso l'acqua. Le onde che si arrampicano sull'arco sono l'acqua che viene allontanata più velocemente di quanto possa allontanarsi. Ci vuole molto potere per superare il viscosità e massa di acqua e questo significa bruciare carburante, il che aumenta i costi.
Un arco a bulbo è un'estensione dello scafo appena sotto la linea di galleggiamento. Ha molte sottili variazioni di forma ma è fondamentalmente una parte anteriore arrotondata che si allarga leggermente mentre si fonde con la tradizionale costruzione dello scafo dislocante. Queste sporgenze in avanti sono circa il doppio della larghezza della base e di solito non si estendono in avanti oltre la parte superiore dell'arco. Il principio di base è quello di creare una zona a bassa pressione per eliminare l'onda di prua e ridurre la resistenza.
Apparso per la prima volta su USS Delaware nel 1910, l'arco a forma di bulbo era un controverso design dell'architetto della nave della marina statunitense David W. Taylor.
Gran parte della controversia è scomparsa dieci anni dopo quando le navi passeggeri hanno iniziato a sfruttare il progetto per aumentare le velocità.
Gli scafi costruiti con sezioni di prua bulbose sono comuni oggi. In determinate condizioni, questo tipo di design è molto efficace nel reindirizzare le forze di resistenza idrodinamica e resistenza. C'è un movimento contro gli archi bulbosi che consente una maggiore flessibilità delle navi in un momento in cui il "vapore lento" è un modo per risparmiare carburante.
Buone condizioni per archi bulbosi
Il design di una nave con una prua bulbosa è discusso in molti libri di testo e articoli tecnici. Viene spesso definita teoria o arte, il che è un modo breve per dire che nessuno è sicuro al 100% di ciò che sta scrivendo. Ci sono dettagli da elaborare, ma i costruttori moderni hanno modi proprietari di analizzare e integrare tutti gli aspetti idrodinamici dei loro scafi e questi metodi sono segreti rigorosi.
Un arco bulboso funziona meglio in determinate condizioni e un buon design offre guadagni di efficienza in tutta la gamma di questi fattori.
Velocità - A basse velocità, un arco a bulbo intrappolerà l'acqua sopra il bulbo senza formare una zona a bassa pressione per annullare l'onda dell'arco. Ciò porta ad una maggiore resistenza e perdita di efficienza. Ogni progetto ha la cosiddetta velocità dello scafo più efficiente, o spesso solo la velocità dello scafo. Questo termine si riferisce alla velocità in cui la forma dello scafo agisce sull'acqua è tale da produrre il minimo trascinamento possibile.
Questa velocità ideale dello scafo potrebbe non essere la velocità massima di una nave perché ad un certo punto la zona di pressione più bassa creata dalle caratteristiche dell'arco diventa più grande del necessario. Una zona di acqua a pressione più bassa che è più grande dello scafo è inefficiente e porta a una risposta del timone ridotta.
Idealmente, il cono dell'acqua a pressione più bassa collasserà poco prima dei puntelli. Questo dà alle pale dell'elica qualcosa da spingere e limitare cavitazione agli oggetti di scena e al timone. La cavitazione porterà a una riduzione dell'efficienza dei puntelli, una sterzata lenta e un'eccessiva usura dello scafo e dei componenti di guida.
Taglia – Vessels sotto i 15 metri (49 piedi) non c'è abbastanza area bagnata per sfruttare un arco a bulbo. La quantità di resistenza su uno scafo è correlata alla sua area bagnata. La struttura del bulbo aumenta anche la resistenza e ad un certo punto i benefici si riducono a zero. Al contrario, le navi più grandi con un'alta percentuale di linea di galleggiamento nell'area frontale utilizzano la prua bulbosa nel modo più efficace.
Cattive condizioni per archi bulbosi
Mari agitati - Mentre uno scafo tradizionale si alza con l'onda, uno scafo con un arco a bulbo può scavare anche se è progettato per sollevare l'arco in condizioni normali. Il problema del rivestimento è uno degli aspetti più profondi della progettazione dell'arco tra gli architetti navali. C'è anche un enorme aspetto psicologico tra gli equipaggi che percepiscono questo arco come pericoloso nelle tempeste. C'è della verità che questi archi scavano nelle facce delle onde, ma ci sono poche prove che sia più pericoloso dei disegni tradizionali.
Ghiaccio - Alcune navi rompighiaccio hanno una forma speciale di un arco bulboso che è fortemente rinforzato. La maggior parte degli archi bulbosi sono soggetti a danni poiché sono il primo punto di contatto con un ostacolo.
Oltre al ghiaccio, detriti di grandi dimensioni e oggetti fissi come le facce del pontile possono danneggiare questi estesi archi sottomarini.