Casco en forma de lágrima

El casco en forma de lágrima es un diseño de casco submarino que enfatiza el rendimiento sumergido por sobre el rendimiento en la superficie. Se usó bastante comúnmente en las primeras etapas del desarrollo de submarinos, pero se abandonó gradualmente a principios del siglo XX en favor de diseños optimizados para un alto rendimiento en la superficie como resultado de los cambios en la doctrina operativa. Aunque la doctrina naval cambió, las prácticas de diseño se mantuvieron hasta las últimas partes de la Segunda Guerra Mundial, cuando la Kriegsmarine alemana sufrió pérdidas cada vez mayores de submarinos en la Batalla del Atlántico .

En un intento de combatir la creciente amenaza de los esfuerzos antisubmarinos aliados, se incorporaron con calzador conceptos de diseño experimental que databan del final del período de entreguerras en el proceso de diseño de submarinos existente, lo que dio como resultado un pequeño número de submarinos propulsados por peróxido de hidrógeno , así como la familia Elektroboot de clases de submarinos diésel-eléctricos. Aunque demasiado tarde y demasiado pocos para cambiar el rumbo de la guerra, el examen de estos barcos en el período inmediatamente posterior a la guerra alteró en gran medida la inercia institucional que había mantenido a las armadas del mundo centradas en el "torpedero sumergible" en las décadas anteriores, y condujo a un mayor enfoque en el rendimiento sumergido. Esto llevó a la eventual reintroducción del casco en forma de lágrima en los submarinos, que se emplea en diversas formas en prácticamente todos los grandes buques militares submarinos actuales.

Historia

Dado que el término no se refiere a una forma exacta, sino más bien al concepto abstracto de una forma de casco optimizada para el viaje submarino y, más específicamente, a la manifestación física de esta idea en submarinos reales, tal como lo limitan las ciencias de los materiales y los requisitos de diseño que se le imponen a la embarcación, el hecho de que una embarcación específica presente o no un casco en forma de lágrima depende de la interpretación subjetiva del término en sí. Según esta interpretación, varios de los submarinos que se muestran a continuación pueden considerarse un "primer intento" o un "hito" de algún tipo.

Una colección de submarinos organizados aproximadamente en orden cronológico para mostrar la progresión del diseño del casco de los submarinos.
Esta réplica del Ictíneo II de mediados-finales de la década de 1860 puede representar uno de los primeros intentos de crear un casco optimizado para viajes submarinos.
Un modelo de uno de los diseños de John Phillip Holland de finales del siglo XIX o principios del XX, que muestra un casco muy limpio y una disposición del timón relativamente moderna.
Menos de 10 años después de la entrada en servicio del HMS Holland 1 , el submarino británico de clase B muestra la transición en la forma del casco de submarino a buque de superficie para buceo. La proa está ligeramente elevada, al igual que la popa, por encima de las dos hélices.
Los submarinos británicos de clase K, que entraron en servicio en 1917 y que funcionaban a vapor, pueden considerarse el punto culminante de los submarinos optimizados para la superficie en la Primera Guerra Mundial. Alcanzaban una velocidad de 24 nudos (44 km/h) y, en caso de emergencia, podían sumergirse en poco menos de cinco minutos, aunque media hora era un plazo de tiempo más razonable en condiciones normales de funcionamiento. Con 103 m de largo y una profundidad máxima de inmersión estimada de 61 m, les faltaban 4 m para alcanzar la profundidad de inmersión sin abandonar la superficie. Combinado con un radio de giro extremo, un control deficiente de la profundidad de inmersión y la costumbre de enviar agua a través de las chimeneas de la caldera, no es de extrañar que se ganaran la reputación de "K de Kalamity", ya que varios barcos se perdieron por inundaciones de las salas de calderas, colisiones, por alcanzar la profundidad de inmersión y se registró que uno se hundió, sin asistencia humana, en su amarre en mitad de la noche.
Los submarinos británicos de clase R de 1918, los primeros cazadores-asesinos del mundo , fueron un drástico regreso al concepto de buque de guerra submarino de alta velocidad. Diseñados para cazar submarinos enemigos, presentaban una amplia aerodinámica, una carcasa prácticamente inexistente y la capacidad de alcanzar los 14 nudos (26 km/h) durante una hora completa. Solo la forma de proa en forma de cuchillo delata la expectativa del diseñador de que estos barcos no operarían sumergidos continuamente, solo saldrían a la superficie para cargar sus baterías. En cambio, debían transitar lentamente por la superficie usando su motor diésel, sumergiéndose solo una vez que alcanzaran sus áreas de patrulla.
Sin relación con el posterior programa alemán Elektroboot, el submarino japonés nº 71 fue botado en 1937 y logró poco más de 21 nudos (39 km/h) sumergido, una hazaña solo superada por los submarinos enanos Ko-hyoteki más pequeños de Japón en ese momento, hasta que el V-80 alemán , propulsado por peróxido de hidrógeno , logró 28 nudos (52 km/h) durante las pruebas de 1940-1941.
Optimizados universalmente para la navegación en superficie, la mayoría de los submarinos utilizados en la Segunda Guerra Mundial presentaban proas altas y algo ensanchadas , así como disposiciones de hélice y timón similares a las de un crucero contemporáneo, aunque con un juego adicional de timones para controlar la profundidad y el paso. Aquí, un submarino de flota de la clase Balao de la Armada de los EE. UU. de principios de la década de 1940 convertido en museo.
Los submarinos alemanes, como este Tipo VII , tenían una apariencia general similar al Balao , aunque eran sustancialmente más pequeños (~750 toneladas en lugar de ~1500). El modelo muestra claramente el casco de presión del submarino , con sus extremos delantero y trasero encerrados en la carcasa más ligera que contiene los tanques de lastre principal delantero y trasero del submarino. La protuberancia larga con forma de cigarro a lo largo del lado superior del submarino es un tanque de combustible externo. El Tipo VII y el Tipo IX, que entraron en servicio en 1936-37, siguieron el mismo concepto de "lancha torpedera en picado" que también había engendrado a los barcos de la flota estadounidense y británica y los submarinos de patrulla, y frente a los buques y aviones de patrulla aliados cada vez más efectivos, quedaron operativamente obsoletos a mediados de 1941 y 1942, pero siguieron siendo el pilar de la cada vez más desesperada fuerza submarina alemana durante toda la guerra.
A medida que las mejoras constantes en la guerra antisubmarina aliada dieron lugar a pérdidas alemanas cada vez mayores durante la segunda mitad de la Segunda Guerra Mundial, se hicieron intentos de construir submarinos con propulsión de turbina de peróxido de hidrógeno . Si bien la turbina estaba lejos de estar lista para entrar en servicio, los submarinos se incorporaron con calzador a la producción como barcos diésel-eléctricos regulares con una capacidad de batería enormemente mayor que reemplazó los tanques de peróxido. Aunque muy aerodinámico, el casco del Tipo XXI alemán de finales de la guerra (21) siguió influenciado por diseños anteriores, y claramente se esperaba que operara en la superficie con una capacidad limitada. Aun así, estableció un nuevo estándar de velocidad, alcance y detectabilidad bajo el agua para los submarinos en el mundo de la posguerra.
Debido a que se descuidó la marina mercante en favor de un mayor número de grandes buques de combate de superficie, en parte debido a la tendencia estadounidense a restar importancia a los éxitos de sus submarinos y exagerar la eficacia de los esfuerzos antisubmarinos japoneses, el "servicio silencioso" estadounidense se enfrentó a una resistencia japonesa comparativamente moderada, lo que resultó en grandes éxitos contra la flota mercante japonesa. Debido a esto, los barcos de la flota estadounidense no vieron una mejora seria en el diseño general durante la guerra, y en cambio se hizo hincapié en los detalles técnicos, como las mejoras en la resistencia del casco a presión y la electrónica, que finalmente incluyeron motores eléctricos más silenciosos, así como mejoras en la comodidad de la tripulación para las largas patrullas en el Pacífico. Por lo tanto, los barcos estadounidenses como esta clase Tench abandonaron la guerra luciendo casi indistinguibles de las clases que estaban en servicio al principio.
Los submarinos patrulleros soviéticos del Proyecto 613, que entraron en producción en 1950, estaban muy influenciados por el Tipo XXI . El cañón de cubierta y la torreta del cañón automático antiaéreo no estaban presentes en las versiones posteriores. Aunque era muy aerodinámico, al igual que el Tipo XXI, su diseño hacía concesiones a la operación en la superficie, como la proa y la popa afiladas como cuchillos.
Maqueta a escala del USS Albacore durante las pruebas en el túnel de viento. Aparte de los mecanismos del timón en la popa y la vela , su forma general es similar a la del Ictineo II a pesar de que los diseños están separados por casi un siglo.
El primer submarino nuclear del mundo , el USS Nautilus (SSN-571) de 1954, muestra una popa muy limpia, mientras que la proa está claramente inspirada en cierta medida en el Tipo XXI. Su profundidad de prueba de 210 m era comparable a la del barco alemán, pero a 23 nudos (43 km/h) sumergido era mucho más rápido, incluso más rápido que cualquier barco de la flota estadounidense anterior que hubiera estado en la superficie. Desafortunadamente, graves defectos de diseño en su proa y vela resultaron en vibraciones extremas a alta velocidad, que empeoraron con el tiempo. Al final de su vida, 4 nudos (7 km/h) fueron suficientes para ensordecer su sonar, y el ruido aumentó drásticamente el riesgo de detección.
El primer SSN de la Unión Soviética, de la clase Proyecto 627 , fue puesto en servicio el 17 de enero de 1959 y alcanzó los 30 nudos (56 km/h) con una profundidad de prueba de 300 m. Era tan diferente del Nautilus como era posible, sin dejar de ser un submarino de propulsión nuclear y útil como buque de combate; presentaba una forma de proa y vela mucho más eficiente, aunque seguía mostrando la cola de pez del Tipo XXI, y donde el Nautilus utilizaba un reactor nuclear, los barcos soviéticos montaron dos en tándem. Además de una hidrodinámica mejorada, la forma redondeada de la proa también proporcionaba mucho espacio para un conjunto de sonares muy grande por encima de los tubos de torpedos.
El USS Skipjack, que se puso en servicio menos de tres meses después del primer Proyecto 627, fue el primer buque de combate de la Armada de los Estados Unidos en utilizar un casco en forma de lágrima "puro", desde que se abandonó casi medio siglo antes. Debido al alto coste de forjar grandes secciones de casco presurizado en formas complejas, los buques que le siguieron se han "alejado" progresivamente de este diseño.
El Proyecto 671 , una de las varias nuevas clases de submarinos soviéticos que entraron en servicio en 1967, fue una de las primeras clases de submarinos soviéticos principales en reemplazar la forma de cola de pez por la forma más parecida a un torpedo que se ha convertido en un signo de énfasis en el rendimiento bajo el agua.
A medida que el Proyecto 611 (Zulu) y el Proyecto 641 (Foxtrot) se acercaban a la obsolescencia, a principios de la década de 1970 la URSS comenzó a construir una serie de 18 submarinos de la clase Proyecto 641b. Estos heredaron la disposición de cola de cuchillo de tres tornillos que se había transmitido al 641 desde el 611, y que se originó en el Tipo XXI. En marcado contraste con su diseño de propulsión anticuado, estaban equipados con placas anecoicas y equipo de sonar similar al utilizado por los submarinos de ataque nuclear soviéticos contemporáneos.
Este submarino alemán Tipo 212 utiliza un solo casco a lo largo de parte de su longitud, pero es de doble casco en toda su mitad trasera para proporcionar un espacio de almacenamiento seguro fuera del casco de presión para los tanques de hidrógeno utilizados por su propulsión independiente del aire basada en celdas de combustible .
En camino a su botadura a finales de la década de 2000 o de 2010, este buque de la clase Astute muestra claramente el compromiso que han asumido la mayoría de los diseños occidentales modernos. En lugar de optimizar por completo el casco para obtener un rendimiento sumergido, se sueldan secciones de proa y popa hidrodinámicamente eficientes hechas de acero más delgado y más fácil de moldear a los extremos delantero y trasero de un casco de presión de diámetro constante. Estos diseños son casi inherentemente modulares, ya que se pueden insertar nuevas secciones del casco de manera relativamente barata y sencilla en cualquier lugar a lo largo de la longitud del casco de presión para proporcionar espacio adicional y capacidad de peso sin afectar gravemente el rendimiento hidrodinámico del diseño.

En el uso moderno

Aunque el tema principal del casco en forma de lágrima es maximizar el rendimiento sumergido a costa del rendimiento en la superficie, el resultado exacto de este proceso depende de varios factores, sin un orden específico ya que el orden de importancia de estas preocupaciones es en sí mismo variable:

El tamaño del submarino, será función de los requisitos impuestos por el diseñador en términos de resistencia operativa, capacidad de armas y sensores instalados.
La disposición de los equipos externos e internos.
Factores económicos, relacionados principalmente con el costoso proceso de diseño, conformación y ensamblaje de secciones del casco con curvas 3D y posterior instalación de la maquinaria en su interior.

Casco simple o doble

A partir del final de la Segunda Guerra Mundial, los submarinos occidentales y orientales eran en general similares, con diseños de doble casco o parcialmente doble casco con grandes tanques de combustible y lastre entre los cascos interior y exterior, ya que reservar grandes volúmenes dentro de los cascos de presión para el almacenamiento de combustible insensible a la presión se consideraba antieconómico. El uso de doble casco permite un gran grado de libertad a la hora de dar forma al exterior de un barco y deja espacio para colocar equipos insensibles fuera del casco de presión, lo que permite un casco de presión más pequeño y, por extensión, un barco más pequeño. Sin embargo, conlleva un alto coste de construcción y mantenimiento.

Los submarinos nucleares, en virtud de su sistema de propulsión, tienen poco uso para este espacio intermedio y, por lo tanto, es más probable que utilicen cascos únicos o, como fue el caso de los submarinos soviéticos, utilicen el espacio "libre" para tanques de lastre expandidos y equipo. Debido a esto, los submarinos nucleares occidentales tienden a aparecer como tubos largos cerrados por la proa y la popa, mientras que los submarinos nucleares orientales tienden a tener una forma general más eficiente hidrodinámicamente y cantidades extremas de flotabilidad de reserva, con algunos números que sugieren una fracción de flotabilidad de reserva de >45% para el SSBN de la clase Proyecto 941 ( Shark ). También existe una opción para un submarino nuclear de casco único optimizado hidrodinámicamente como la clase Skipjack , pero crear grandes placas curvadas en 3D a partir de metal grueso y de alta resistencia sigue siendo prohibitivamente costoso.

Forma del arco

Aparte de la elección entre cascos simples y dobles, también hay varias opciones relacionadas con la colocación del equipo de sonar, los tubos de torpedos y los planos de inmersión delanteros. En los barcos costeros más pequeños, típicamente con dos cubiertas dentro del casco de presión, ubicar los tubos de torpedos y la sala de manejo de torpedos en la cubierta inferior con el sonar montado más arriba en la proa, potencialmente por encima de la línea de flotación como en el Tipo 206 alemán y los Sjöormen suecos , Västergötland y clases más recientes, ofrece un fácil acceso al sonar para mantenimiento. Otra opción es colocar la sala de torpedos en la cubierta superior con el conjunto en la mitad inferior de la proa como en la clase Upholder británica y el Kilo soviético/ruso , lo que deja espacio detrás de la proa para grandes bancos de baterías, y puede permitir una reposición más fácil de torpedos cargándolos a través de los tubos de torpedos superiores en lugar de a través de una escotilla de carga de torpedos dedicada. Ambas opciones tienden a dar como resultado arcos algo desafilados, y la primera opción puede requerir mover los planos de inmersión delanteros desde el casco hasta la vela para reducir el ruido del flujo que de lo contrario podría perturbar el sonar.

A medida que aumenta el tamaño, la mayor manga del barco permite el uso de tubos de torpedos en ángulo que disparan a través de los lados del casco, dejando espacio en la proa para un conjunto de sonares mucho más grande. Esta es la opción elegida para muchos submarinos nucleares estadounidenses desde mediados de la guerra fría, y también se emplea en los nuevos submarinos rusos de la clase Yasen . Como antes, el impulso para minimizar el ruido del flujo puede alentar a mover los planos de inmersión delanteros hacia la vela, pero esto puede ser una desventaja al salir a la superficie a través del hielo ártico, requiriendo refuerzos y mecanismos de inclinación de gran ángulo para evitar la curvatura de los planos. Una solución más compleja es replicar el Tipo XXI alemán plegando los planos de inmersión delanteros al ras del casco cuando no se utilizan, preferiblemente utilizando un juego adicional de puertas para cubrir la abertura en los lados del casco. Una tercera opción comúnmente utilizada por los británicos es simplemente dejar los planos de buceo delanteros en la parte superior de la proa de forma permanente, ocasionalmente con la capacidad de plegarse hacia arriba para no ensuciar las estructuras del puerto, y remodelar la proa en el punto de unión del plano de buceo para crear la menor cantidad posible de turbulencia.

Superficies de control de propulsión y popa

En términos de propulsión, los submarinos occidentales de este tipo terminan en una sola hélice para minimizar la resistencia; la marina soviética tardó más en adoptar esta práctica, y sus diseños continuaron utilizando dos hélices para proporcionar mayor potencia o seguridad. El Tipo 206 tiene un cono largo y fino a popa de la vela, nuevamente para minimizar la resistencia, pero la clase británica Upholder tiene un diseño más económico, con un cono corto en el extremo posterior del casco para maximizar el volumen interno y quizás proporcionar mayor resistencia al casco. El submarino alemán Tipo VII que se muestra en esta página tiene la popa de su casco estrechándose abruptamente para este propósito, aunque el eje de su hélice sigue el del resto del casco.

El Albacore estudió varias posiciones de los planos de popa. Los diseñadores estadounidenses se decidieron por una versión modificada de la disposición cruciforme del Delphin (una cruz griega vista desde atrás); rechazaron la alternativa de una disposición en x por su complejidad, pero fue aceptada y utilizada por las armadas holandesa, sueca, australiana y alemana, entre otras, por su capacidad de acurrucarse más cerca de un fondo marino poco profundo sin golpear el timón en el fondo marino. Los soviéticos repitieron a menudo una disposición convencional, similar a la del submarino Tipo XXI .

El "casco de atún blanco"

El 1 de agosto de 1953, Estados Unidos botó un buque experimental, el Albacore , que presentaba una forma de casco basada en gran medida en la "forma Lyon", llamada así por Hilda Lyon . ^[1]^[2] Después de exitosas pruebas de maniobra y pruebas de varios arreglos de timón y hélice, se utilizó la misma forma general del casco para las clases Skipjack y Barbel , y la mayoría de los submarinos estadounidenses modernos de hoy ^{[ ¿cuándo? ]} usan una variación de esa forma con un cilindro central extendido que constituye el casco de presión principal. Debido a la gran cantidad de atención prestada al Albacore en la época anterior a que el amanecer de Internet hiciera que la información sobre el tema de la historia de los submarinos fuera más accesible para el público en general, es probable que cualquier diseño que se le parezca pueda ser denominado "casco Albacore", independientemente de si se inspiró en el Albacore , se desarrolló de forma independiente en un momento similar en el tiempo o fue anterior al Albacore .

Referencias

Notas

^ Polmar, Norman; Moore, Kenneth J. (2004). Submarinos de la Guerra Fría: El diseño y la construcción de submarinos estadounidenses y soviéticos. Potomac Books, Inc. ISBN 9781597973199.
^ Lambkin, Rosi (abril de 2016). «Inspiración | Mujeres en la aviación, la inventora del «modelo Lyon»». WISE . Archivado desde el original el 25 de agosto de 2017. Consultado el 18 de junio de 2017 .