Casco en forma de lágrima

Un casco en forma de lágrima es un diseño de casco de submarino que enfatiza el rendimiento sumergido sobre el rendimiento en la superficie. Se utilizó con cierta frecuencia en las primeras etapas del desarrollo de los 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 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 por combatir la creciente amenaza de los esfuerzos antisubmarinos aliados , se incorporaron conceptos de diseño experimentales que se remontaban al final del período entre guerras 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 muy pocos para dar un giro a la guerra, el examen de estos barcos en el período inmediato de posguerra trastocó en gran medida la inercia institucional que había mantenido a las armadas del mundo centradas en los "torpederos de buceo" en las décadas anteriores, y llevó a un mayor enfoque en el rendimiento sumergido. Esto llevó a la eventual reintroducción del casco en forma de lágrima en los submarinos, que hoy se emplea de diversas formas en prácticamente todos los grandes buques militares submarinos.

Historia

Porque el término no se refiere a una forma exacta, sino más bien al concepto abstracto de una forma de casco optimizada para viajes submarinos y, más específicamente, a la manifestación física de esta idea en submarinos reales, limitada por las ciencias de los materiales y los requisitos de diseño impuestos a la embarcación. , si un buque específico exhibe o no un casco en forma de lágrima depende de la interpretación subjetiva del término en sí. Dependiendo de esta interpretación, se puede considerar que varios de los submarinos que se muestran a continuación fueron un "primer intento" o un "hito" de alguna descripción.

Una colección de submarinos dispuestos en orden aproximadamente cronológico para mostrar la progresión del diseño del casco de los submarinos.
Esta réplica del Ictíneo II de mediados y finales de la década de 1860 puede representar uno de los primeros intentos de lograr una forma de casco optimizada 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 de timón relativamente moderna.
Menos de 10 años después de que el HMS Holland 1 entrara en servicio, el submarino británico de clase B muestra la transición en la forma del casco de un submarino a un buque de superficie de buceo. La proa está ligeramente elevada, al igual que la popa por encima de las dos hélices.
Al entrar en servicio en 1917, la clase K británica propulsada por vapor puede considerarse como el pico de submarinos optimizados para superficie en la Primera Guerra Mundial. Alcanzaban 24 nudos (44 km/h) y en caso de emergencia podían sumergirse en apenas cinco minutos, aunque media hora era un plazo más razonable en funcionamiento normal. Con 103 m de largo y una profundidad máxima de inmersión estimada de 61 m, les faltaban 4 m para poder alcanzar la profundidad de aplastamiento sin abandonar la superficie. Combinado con un radio de giro extremo, un control deficiente de la profundidad sumergida y la costumbre de enviar agua a través de los embudos de las calderas, no es de extrañar que se ganaran la reputación de "K de Kalamity", y varios barcos se perdieron debido a la inundación de las salas de calderas. , colisiones, alcanzando una profundidad de aplastamiento y se registró que uno se hundió, sin asistencia humana, en su amarre en medio de la noche.
El primer cazador-asesino del mundo , el submarino británico clase R de 1918, supuso un retorno drástico al concepto de buque de guerra submarino de alta velocidad. Diseñados para cazar submarinos enemigos, presentaban una gran racionalización, una carcasa prácticamente inexistente y la capacidad de alcanzar 14 nudos (26 km/h) durante una hora completa. Sólo la forma de la proa, en forma de cuchillo, delata la expectativa del diseñador de que estos barcos no funcionarían continuamente sumergidos, sino que sólo saldrían a la superficie para cargar sus baterías. En cambio, debían transitar lentamente por la superficie utilizando su motor diésel, sumergiéndose únicamente una vez que llegaran a sus áreas de patrulla.
Sin relación con el posterior programa alemán Elektroboot, el submarino japonés no. 71 fue lanzado en 1937 y alcanzó poco más de 21 nudos (39 km/h) sumergido, una hazaña sólo superada por los submarinos enanos Kohyoteki más pequeños de Japón en ese momento, hasta que el alemán V-80 , propulsado por peróxido de hidrógeno , alcanzó 28 nudos. (52 km/h) durante las pruebas 1940-1941.
Universalmente optimizados para cruceros de superficie, la mayoría de los submarinos utilizados en la Segunda Guerra Mundial presentaban proas altas y algo ensanchadas , así como disposiciones de hélices y timones similares a las de un crucero contemporáneo, aunque con un juego adicional de timones para control de profundidad y cabeceo. Aquí, un submarino de la flota clase Balao de la Marina de los EE. UU. de principios de la década de 1940 convertido en museo.
Los barcos alemanes, como este Tipo VII , presentaban una apariencia general similar al Balao , aunque eran sustancialmente más pequeños (~750 toneladas frente a ~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 principales delanteros y traseros del barco . El largo bulto en forma de cigarro a lo largo de la parte superior del submarino es un tanque de combustible externo. Al entrar en servicio en 1936-1937, el Tipo VII y el Tipo IX, de mayor tamaño, siguieron el mismo concepto de "torpedero de buceo" que también había dado origen a las flotas de barcos y submarinos patrulleros estadounidenses y británicos, y al enfrentarse a patrulleros y aviones aliados cada vez más eficaces, quedaron obsoletos operativamente entre 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 constantes mejoras en la guerra antisubmarina aliada dieron como resultado un rápido aumento de las pérdidas alemanas durante la segunda mitad de la Segunda Guerra Mundial, se intentó 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 fueron introducidos en producción como barcos diésel-eléctricos normales con una capacidad de batería enormemente mayor que reemplazó los tanques de peróxido. Aunque muy aerodinámico, el casco del Tipo XXI (21) alemán de finales de la guerra 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 al descuido de la marina mercante en favor de un mayor número de grandes combatientes de superficie, en parte impulsado por una tendencia estadounidense a restar importancia a los éxitos de sus submarinos y exagerar la eficacia de los esfuerzos ASW japoneses, el "Servicio Silencioso" estadounidense enfrentó una situación comparativamente tranquila. Resistencia japonesa, resultando en grandes éxitos contra la flota mercante japonesa. Debido a esto, los barcos de la flota estadounidense no vieron ninguna mejora importante en el diseño general durante la guerra, centrándose en cambio en detalles técnicos como mejoras en la resistencia del casco de presión y en la electrónica, incluyendo eventualmente motores eléctricos más silenciosos, así como mejoras en la comodidad de la tripulación durante mucho tiempo. patrullas en el Pacífico. Por lo tanto, los barcos estadounidenses como este de la clase Tench abandonaron la guerra con un aspecto casi indistinguible de las clases que estaban en servicio al comienzo.
Al entrar en producción en 1950, los submarinos de patrulla soviéticos del Proyecto 613 estuvieron fuertemente influenciados por el Tipo XXI . El cañón de cubierta y la torreta del cañón automático antiaéreo estaban ausentes en versiones posteriores. Aunque muy aerodinámico, al igual que el Tipo XXI, su diseño hizo concesiones a la operación en superficie, como la proa y la popa afiladas en forma de cuchillo.
Un modelo a escala del USS Albacore sometido a pruebas en un túnel de viento. Aparte de la disposición del timón en su 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 sección de popa muy limpia, mientras que la proa está claramente inspirada hasta cierto punto en el Tipo XXI. Su profundidad de prueba de 210 m fue comparable a la del barco alemán, pero a 23 nudos (43 km/h) sumergido era mucho más rápido, incluso más rápido que cualquier barco anterior de la flota estadounidense que hubiera estado en la superficie. Desafortunadamente, graves defectos de diseño en la proa y la vela provocaron vibraciones extremas a alta velocidad y 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.
Encargado el 17 de enero de 1959, el primer SSN de la Unión Soviética, de la clase Proyecto 627 , alcanzó 30 nudos (56 km/h) con una profundidad de prueba de 300 m. Tan diferentes del Nautilus como era posible sin dejar de ser un submarino, de propulsión nuclear y útil como buque de combate, presentaban una forma de proa y vela mucho más eficiente y al mismo tiempo mostraban la cola de pez del Tipo XXI, y donde el Nautilus Utilizaban 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 sonar muy grande encima de los tubos de torpedos.
Encargado menos de tres meses después del primer Proyecto 627, el USS Skipjack fue el primer buque de combate de la Marina de los EE. UU. en utilizar un casco "puro" en forma de lágrima desde que fue abandonado casi medio siglo antes. Debido al alto costo de forjar grandes secciones de casco de presión en formas complejas, los siguientes barcos se han "desviado" progresivamente de este diseño.
Una de las varias nuevas clases de submarinos soviéticos que entraron en servicio en 1967, el Proyecto 671 fue una de las primeras clases de submarinos soviéticos principales en reemplazar la cola de pez con la forma más parecida a un torpedo que se ha convertido en una señal 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 la construcción de una serie de 18 barcos de la clase Proyecto 641b. Estos heredaron la disposición de cola de cuchillo de tres tornillos que se había transmitido a través del 641 desde el 611, y que se originó en el Tipo XXI. En marcado contraste con su anticuado diseño de propulsión, estaban equipados con placas anecoicas y equipos de sonar similares a los utilizados por los submarinos de ataque nucleares soviéticos contemporáneos.
Este submarino alemán Tipo 212 utiliza un casco único en parte de su longitud, pero tiene doble casco en toda su mitad trasera para proporcionar espacio de almacenamiento seguro fuera del casco de presión para los tanques de hidrógeno utilizados por su propulsión independiente del aire basada en pilas de combustible .
En camino a su lanzamiento a finales de la década de 2000 o 2010, esta embarcación de clase Astute muestra claramente el compromiso hecho por la mayoría de los diseños occidentales modernos. En lugar de optimizar completamente el casco para su 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. Dichos diseños son casi inherentemente modulares, ya que las nuevas secciones del casco pueden insertarse de manera comparativamente económica y fácil en cualquier lugar a lo largo de la longitud del casco de presión para proporcionar espacio adicional y capacidad de peso sin afectar seriamente el rendimiento hidrodinámico del diseño.

En uso moderno

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

El tamaño del submarino está en función de los requisitos impuestos por el diseñador en términos de resistencia operativa, capacidad de armamento y sensores instalados.
La disposición de los equipos externos e internos.
Factores económicos, principalmente relacionados con el costoso proceso de diseñar, dar forma y ensamblar secciones del casco con curvas 3D, y luego instalar maquinaria en su interior.

Casco simple o doble

Desde el final de la Segunda Guerra Mundial, los submarinos occidentales y orientales eran en general similares, siendo diseños de doble casco o doble casco parcial con grandes tanques de combustible y lastre entre los cascos interior y exterior para reservar grandes volúmenes dentro de los cascos de presión para el almacenamiento de insensibles a la presión. el combustible se consideraba antieconómico. El uso de cascos dobles 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, permitiendo así un casco de presión más pequeño y, por extensión, un barco más pequeño. Sin embargo, conlleva un elevado coste de construcción y mantenimiento.

Los barcos nucleares, en virtud de su sistema de propulsión, utilizan poco este espacio intermedio y, por lo tanto, es más probable que utilicen cascos simples o, como era el caso de los submarinos soviéticos, utilicen el espacio "libre" para tanques de lastre ampliados. Y equipamiento. Debido a esto, los submarinos nucleares occidentales tienden a aparecer como largos tubos cerrados por la proa y la popa, mientras que los submarinos nucleares orientales tienden a tener una forma general más hidrodinámicamente eficiente y cantidades extremas de flotabilidad de reserva, y algunas cifras sugieren una fracción de flotabilidad de reserva de >45% para el SSBN clase Proyecto 941 ( Tiburón ). También existe una opción para un submarino nuclear de casco único hidrodinámicamente optimizado, 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 de arco

Además de la elección entre casco simple y doble, también hay varias opciones relacionadas con la ubicación del equipo de sonar, los tubos lanzatorpedos y los aviones de inmersión frontal. En embarcaciones costeras más pequeñas, normalmente con dos cubiertas dentro del casco de presión, ubicar los tubos de torpedos y la sala de manipulación 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 el Sjöormen sueco , Västergötland. , y clases más recientes, ofrece 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 , dejando espacio detrás de la proa para grandes bancos de baterías, y puede permitir Reabastecimiento 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 proas algo desafiladas, 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 otro modo 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 sonar mucho más grande. Esta es la opción elegida por muchos submarinos nucleares estadounidenses desde mediados de la Guerra Fría, y también se emplea en los nuevos barcos rusos de clase Yasen . Como antes, el impulso para minimizar el ruido del flujo puede alentar el movimiento de los aviones en picado hacia la vela, pero esto puede ser una desventaja al salir a la superficie a través del hielo ártico, ya que requiere refuerzos y mecanismos de inclinación de alto ángulo para evitar que los aviones se doblen. Una solución más compleja es replicar el Tipo XXI alemán plegando los aviones de buceo delanteros al ras del casco cuando no estén en uso, preferiblemente usando un juego adicional de puertas para cubrir la abertura en los costados del casco. Una tercera opción comúnmente utilizada por los británicos es simplemente dejar permanentemente los aviones de buceo delanteros en la parte superior de la proa, ocasionalmente con la capacidad de plegarse hacia arriba para no ensuciar las estructuras del puerto, y remodelar la proa en el punto de partida del avión de buceo. accesorio para crear la menor cantidad posible de turbulencia.

Superficies de propulsión y control de popa

En cuanto a la propulsión, los submarinos occidentales de este tipo terminan en una única 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 ahusamiento largo y fino detrás de la vela, nuevamente para minimizar la resistencia, pero la clase Upholder británica tiene un diseño más económico, con un ahusamiento corto en el extremo de popa del casco para maximizar el volumen interno y tal vez proporcionar mayor resistencia al casco. El submarino alemán Tipo VII que se muestra en esta página tiene la parte trasera de su casco ahusándose abruptamente para este propósito, aunque el eje de su hélice sigue al del resto del casco.

El Albacore estudió varias posiciones de los aviones posteriores. Los diseñadores estadounidenses se decidieron por una versión modificada de la disposición cruciforme del Delfín (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 para acurrucarse más cerca de un fondo marino poco profundo sin golpear el timón contra el fondo del mar. . Los soviéticos repetían a menudo una disposición convencional, similar a la del submarino Tipo XXI .

El "casco de atún blanco"

El primero de agosto de 1953, Estados Unidos lanzó un buque experimental, el Albacore , que presentaba una forma de casco basada en gran medida en la "Forma Lyon", que lleva el nombre de Hilda Lyon . ^[1]^[2] Después de exitosas pruebas de maniobra y pruebas de varias disposiciones de timón y hélice, se utilizó la misma forma general del casco para las clases Skipjack y Barbel , y para la mayoría de los submarinos estadounidenses modernos de hoy ^{[ ¿cuándo? ]} utilice 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 atún blanco antes de que Internet hiciera más accesible al público en general la información sobre el tema de la historia submarina, es probable que se haga referencia a cualquier diseño que se parezca en algo a él. como un "casco de atún blanco", independientemente de si se inspiró en el atún blanco , se desarrolló de forma independiente en un momento similar o fue anterior al atún blanco .

Referencias

Notas

^ Polmar, normando; Moore, Kenneth J. (2004). Submarinos de la Guerra Fría: el diseño y la construcción de submarinos estadounidenses y soviéticos. Libros Potomac, Inc. ISBN 9781597973199.
^ Lambkin, Rosi (abril de 2016). "Inspiración | Mujeres en la aviación, la inventora de la 'Lyon Shape'". INTELIGENTE . Archivado desde el original el 25 de agosto de 2017 . Consultado el 18 de junio de 2017 .