El casco de un submarino tiene dos componentes principales, el casco ligero y el casco de presión . El casco ligero ( carcasa en el uso británico) de un submarino es el casco exterior no estanco que proporciona una forma hidrodinámicamente eficiente. El casco de presión es el casco interior de un submarino que mantiene la integridad estructural con la diferencia entre la presión exterior e interior en profundidad.
Los submarinos modernos suelen tener forma de cigarro . Este diseño, ya visible en los primeros submarinos, se denomina " casco en forma de lágrima ". Es estructuralmente eficiente para resistir la presión externa y reduce significativamente la resistencia hidrodinámica del submarino cuando está sumergido, pero disminuye la capacidad de comportamiento en el mar y aumenta la resistencia mientras está en la superficie.
El concepto de un casco ligero exterior hidrodinámicamente aerodinámico separado del casco de presión interior se introdujo por primera vez en el submarino pionero Ictineo I diseñado por el inventor español Narcís Monturiol en 1859. [1] [2] Sin embargo, cuando los submarinos militares entraron en servicio en el A principios del siglo XX, las limitaciones de sus sistemas de propulsión los obligaron a operar en la superficie la mayor parte del tiempo; los diseños de sus cascos eran un compromiso, con los cascos exteriores parecidos a los de un barco, lo que permitía una buena navegación en la superficie, y una superestructura relativamente aerodinámica para minimizar la resistencia bajo el agua. Debido a las bajas velocidades sumergidas de estos submarinos, generalmente muy por debajo de los 10 nudos (19 km/h), se consideró aceptable la mayor resistencia para los viajes submarinos por parte del casco exterior convencional similar a un barco. [ cita necesaria ] Sólo al final de la Segunda Guerra Mundial, cuando las mejoras tecnológicas permitieron operaciones sumergidas más rápidas y más largas y una mayor vigilancia por parte de aviones enemigos obligó a los submarinos a pasar la mayor parte del tiempo bajo la superficie, los diseños de los cascos volvieron a tener forma de lágrima, para reducir la resistencia y ruido . El USS Albacore (AGSS-569) fue un submarino de investigación único que fue pionero en la versión estadounidense de la forma de casco en forma de lágrima (a veces denominada "casco Albacore") de los submarinos modernos. En los submarinos militares modernos, el casco exterior (y a veces también la hélice) está cubierto con una gruesa capa de caucho especial que absorbe el sonido, o revestimiento anecoico , para hacer que el submarino sea más difícil de detectar mediante sonar activo y pasivo . [ cita necesaria ]
Todos los pequeños submarinos y sumergibles modernos , así como los más antiguos, tienen un solo casco. [ cita necesaria ] Sin embargo, para los submarinos grandes, los accesos se han separado. Todos los submarinos pesados soviéticos están construidos con una estructura de doble casco , pero los submarinos estadounidenses suelen tener un solo casco. Todavía tienen secciones de casco ligeras en proa y popa, que albergan tanques de lastre principales y proporcionan una forma hidrodinámicamente optimizada, pero la sección de casco principal, generalmente cilíndrica, tiene una sola capa de revestimiento.
El doble casco de un submarino es diferente al doble casco de un barco. El casco externo, que en realidad toma la forma del submarino, se llama casco exterior, carcasa o casco ligero. Define el rendimiento hidrodinámico del submarino, que afecta la cantidad de energía necesaria para impulsar el buque a través del agua. Este término es especialmente apropiado para la construcción de submarinos rusos, donde el casco ligero suele estar hecho de una fina placa de acero, ya que ejerce la misma presión en ambos lados. El casco ligero se puede utilizar para montar equipos que, si se fijan directamente al casco de presión, podrían causar tensiones innecesarias. El enfoque de doble casco también ahorra espacio dentro del casco de presión, ya que los anillos de refuerzo y los longitudinales pueden ubicarse entre los cascos. Estas medidas ayudan a minimizar el tamaño del casco presurizado, que es mucho más pesado que el casco ligero. Además, en caso de que el submarino sufra daños, el casco ligero sufre parte del daño y no compromete la integridad del buque, siempre que el casco de presión esté intacto.
Dentro del casco exterior hay un casco fuerte, o casco de presión, que resiste la presión exterior y tiene una presión atmosférica normal en el interior. El casco de presión está generalmente construido con acero grueso de alta resistencia con una estructura de refuerzo compleja y una gran reserva de resistencia, y está dividido por mamparos estancos en varios compartimentos . Los cascos ligero y de presión están separados por un espacio en el que numerosos elementos estructurales de acero conectan el casco ligero y el casco de presión y forman una estructura tridimensional que proporciona mayor resistencia y estabilidad al pandeo. El espacio entre cascos se utiliza para algunos de los equipos que pueden tolerar la alta presión externa a máxima profundidad y exposición al agua. Este equipo difiere significativamente entre submarinos y generalmente incluye varios tanques de agua y aire. En un submarino de casco único, el casco ligero es discontinuo y se encuentra principalmente en proa y popa.
Los cascos de presión tienen una sección transversal circular, ya que cualquier otra forma sería sustancialmente más débil. La construcción de un casco presurizado requiere un alto grado de precisión. Esto es cierto independientemente de su tamaño. Incluso una desviación de una pulgada (25 mm) de la redondez de la sección transversal resulta en una disminución de más del 30 por ciento de la capacidad de carga hidrostática. [3] Los anillos de refuerzo resisten las desviaciones menores y la fuerza de presión total de varios millones de toneladas orientadas longitudinalmente debe distribuirse uniformemente sobre el casco utilizando un casco con una sección transversal circular. [ se necesita aclaración ] Este diseño es el más resistente a la tensión de compresión y sin él ningún material podría resistir la presión del agua en profundidades submarinas. El casco de un submarino requiere una costosa construcción de armazones transversales, con armazones anulares muy espaciados para endurecerlos contra la inestabilidad por pandeo. Ninguna pieza del casco puede contener defectos y todas las uniones soldadas se comprueban varias veces utilizando diferentes métodos.
Los submarinos de clase Typhoon cuentan con múltiples cascos de presión que simplifican el diseño interno [ se necesita aclaración ] y al mismo tiempo hacen que la embarcación sea mucho más ancha que un submarino normal. En el cuerpo principal del submarino, dos cascos de presión largos se encuentran paralelos uno al lado del otro, con un tercer casco de presión más corto encima y parcialmente entre ellos (que sobresale justo debajo de la vela), y otros dos cascos de presión en la línea central, para torpedos en el proa y aparato de gobierno en popa. Esto también aumenta enormemente su capacidad de supervivencia: incluso si se rompe un casco de presión, los miembros de la tripulación de los demás están relativamente seguros si se puede evitar que el submarino se hunda y hay menos posibilidades de inundaciones. [ cita necesaria ]
La profundidad de inmersión no se puede aumentar fácilmente. Simplemente hacer que el casco sea más grueso aumenta el peso y requiere una reducción del peso del equipo a bordo, lo que finalmente resulta en un batiscafo . Esto es asequible para los sumergibles de investigación civiles, pero no para los submarinos militares, por lo que su profundidad de inmersión siempre estuvo limitada por la tecnología actual.
Los submarinos de la Primera Guerra Mundial tenían cascos construidos con acero al carbono y, por lo general, tenían profundidades de prueba de no más de 100 metros (330 pies). Durante la Segunda Guerra Mundial, se introdujo acero aleado de alta resistencia, lo que permitió profundidades de hasta 200 metros (660 pies); Los cálculos de la posguerra han sugerido profundidades de aplastamiento superiores a los 300 metros (980 pies) para los submarinos alemanes Tipo VII de finales de la guerra. El acero aleado de alta resistencia sigue siendo el material principal para los submarinos en la actualidad, con un límite de profundidad de 250 a 350 metros (820 a 1150 pies), que no se puede exceder en un submarino militar sin sacrificar otras características. Para superar ese límite, se construyeron algunos submarinos con cascos de titanio . El titanio tiene una mejor relación resistencia-peso y durabilidad que la mayoría de los aceros y no es magnético. Los submarinos de titanio fueron especialmente favorecidos por los soviéticos, ya que habían desarrollado aleaciones especializadas de alta resistencia, habían construido una industria para producir titanio a costos asequibles y tenían varios tipos de submarinos de titanio. Las aleaciones de titanio permiten un aumento importante de la profundidad, pero también es necesario rediseñar otros sistemas, por lo que la profundidad de prueba se limitó a 1.000 metros (3.300 pies) para el submarino soviético Komsomolets , el submarino militar de buceo más profundo. A pesar de sus beneficios, los altos costos de la construcción de submarinos de titanio llevaron a su abandono cuando terminó la Guerra Fría.
Hay ejemplos de más de dos cascos dentro de un submarino. El casco ligero de los submarinos de clase Typhoon alberga dos cascos de presión principales, un tercer casco de presión más pequeño que constituye la mayor parte de la vela, otros dos para torpedos y mecanismo de gobierno, y entre los cascos principales 20 SLBM MIRV junto con tanques de lastre y algunos otros sistemas. Los submarinos de clase Dolfijn y Potvis de la Armada Real de los Países Bajos albergaban tres cascos de presión principales. El submarino ruso Losharik es capaz de sumergirse a más de 2.000 m con su casco multiesférico.