El casco de un submarino tiene dos componentes principales: el casco ligero y el casco de presión . El casco ligero ( en el sentido británico, carcasa ) 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, que ya se veía en los primeros submarinos, se denomina " casco en forma de lágrima ". Es estructuralmente eficiente para soportar la presión externa y reduce significativamente la resistencia hidrodinámica del submarino cuando está sumergido, pero disminuye su capacidad de navegación y aumenta la resistencia cuando 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 a principios de la década de 1900, las limitaciones de sus sistemas de propulsión los obligaron a operar en la superficie la mayor parte del tiempo; sus diseños de casco eran un compromiso, con los cascos exteriores parecidos a 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), el aumento de la resistencia para el viaje bajo el agua por el casco exterior convencional similar a un barco se consideró aceptable. [ cita requerida ] Recién a fines de la Segunda Guerra Mundial, cuando las mejoras tecnológicas permitieron operaciones sumergidas más rápidas y prolongadas y una mayor vigilancia por parte de los aviones enemigos obligó a los submarinos a pasar la mayor parte del tiempo debajo de la superficie, los diseños de casco volvieron a tener forma de lágrima, para reducir la resistencia y el ruido . El USS Albacore (AGSS-569) fue un submarino de investigación único que fue pionero en la versión estadounidense de la forma de casco 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 capa gruesa de caucho especial que absorbe el sonido, o revestimiento anecoico , para hacer que el submarino sea más difícil de detectar por el sonar activo y pasivo . [ cita requerida ]
Todos los submarinos y sumergibles modernos pequeños , así como los más antiguos, tienen un solo casco. [ cita requerida ] Sin embargo, para los submarinos grandes, los enfoques se han separado. Todos los submarinos pesados soviéticos están construidos con una estructura de doble casco , pero los submarinos estadounidenses generalmente son de casco único. Todavía tienen secciones de casco ligero en proa y popa, que albergan tanques de lastre principales y proporcionan una forma optimizada hidrodinámicamente, pero la sección del casco principal, generalmente cilíndrica, tiene solo una sola capa de revestimiento.
El doble casco de un submarino es diferente del doble casco de un barco. El casco externo, que en realidad forma la forma del submarino, se llama casco exterior, carcasa o casco ligero. Define el rendimiento hidrodinámico del submarino, que afecta a la cantidad de potencia 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 placa de acero fina, ya que tiene 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 una tensión innecesaria. El enfoque del doble casco también ahorra espacio dentro del casco de presión, ya que los refuerzos de anillo y los longitudinales se pueden ubicar entre los cascos. Estas medidas ayudan a minimizar el tamaño del casco de presión, 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.
En el interior del casco exterior se encuentra un casco fuerte, o casco de presión, que soporta la presión exterior y tiene una presión atmosférica normal en el interior. El casco de presión está construido generalmente de 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 de presión y ligero están separados por un hueco en el que numerosos elementos estructurales de acero conectan el casco ligero y el casco de presión y forman una estructura tridimensional que proporciona una 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 la máxima profundidad y exposición al agua. Este equipo difiere significativamente entre submarinos, y generalmente incluye varios tanques de agua y aire. En un submarino monocasco, el casco ligero es discontinuo y existe principalmente en la proa y la popa.
Los cascos de presión tienen una sección transversal circular, ya que cualquier otra forma sería sustancialmente más débil. La construcción de un casco de presión 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 da como resultado 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. [ aclaración necesaria ] Este diseño es el más resistente a la tensión de compresión y sin él ningún material podría resistir la presión del agua a profundidades submarinas. Un casco submarino requiere una costosa construcción de armazón transversal, con armazones de anillos espaciados estrechamente para reforzar contra la inestabilidad por pandeo. Ninguna pieza del casco puede presentar defectos, y todas las juntas soldadas se revisan varias veces utilizando diferentes métodos.
Los submarinos de la clase Typhoon cuentan con múltiples cascos de presión que simplifican el diseño interno [ aclaración necesaria ] y hacen que el buque sea mucho más ancho 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 la proa y mecanismo de gobierno en la popa. Esto también aumenta enormemente su capacidad de supervivencia: incluso si se rompe un casco de presión, los miembros de la tripulación en los otros están relativamente seguros si se puede evitar que el submarino se hunda, y hay menos posibilidades de inundación. [ cita requerida ]
La profundidad de inmersión no se puede aumentar fácilmente. Simplemente haciendo el casco más grueso aumenta el peso y requiere reducir el peso del equipo a bordo, lo que finalmente da como resultado 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 sus cascos construidos de 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 el acero aleado de alta resistencia, lo que permitió profundidades de hasta 200 metros (660 pies); los cálculos posteriores a la guerra 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 superar en un submarino militar sin sacrificar otras características. Para superar ese límite, algunos submarinos se construyeron 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 eran especialmente populares entre 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 importante aumento de la profundidad, pero también es necesario rediseñar otros sistemas, por lo que la profundidad de prueba se limitó a 1000 metros (3300 pies) para el submarino soviético Komsomolets , el submarino militar de inmersión más profunda. A pesar de sus beneficios, los altos costos de la construcción de submarinos de titanio llevaron a su abandono cuando terminó la Guerra Fría.
Existen ejemplos de más de dos cascos dentro de un submarino. El casco ligero de los submarinos de la 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 la clase Dolfijn y Potvis de la Marina Real de los Países Bajos albergaban tres cascos de presión principales. El submarino ruso Losharik puede sumergirse a más de 2000 m con su casco multiesférico.