Firma acústica de submarinos diesel modernos

El ruido irradiado es el ruido total emitido por un submarino y puede ser captado por sonares pasivos hostiles .Submarinos Diesel Modernos

Uno de los secretos mejor guardados de los fabricantes y operadores de submarinos diesel modernos es el nivel de las firmas de buques. Como resultado, los datos oficiales publicados y de acceso libre sobre el tema se limitan principalmente a estimaciones generales de diseños obsoletos de la época de la Guerra Fría. Las firmas clave de un submarino convencional incluyen: ruido irradiado, intensidad del eco de retorno sonar, sus características magnéticas, la sección transversal radar del mástil de snorkel y el calor irradiado. A medida que se desarrollan nuevos y más sofisticados detonadores de minas navales, las firmas eléctricas (UEP, ELFE) se agregan a esta lista. El presente artículo se centra en el ruido irradiado de los modernos submarinos diesel-eléctricos (SSK), en un esfuerzo por arrojar algo de luz sobre este tema interesante y altamente clasificado.

Submarino de clase Sauro italiano emerge junto a un destructor de clase Durand de la Penne

El ruido irradiado es el ruido total emitido por un submarino y puede ser captado por sonares pasivos hostiles. No debe confundirse con el ruido propio del sonar, aunque en la mayoría de los casos ambos son causados ​​por las mismas fuentes. Por ejemplo, el ruido de flujo puede ser un importante contribuyente al ruido propio del sonar incluso a bajas velocidades, pero solo a altas velocidades se convierte en un contribuyente significativo al ruido radiado.

 SSK Clase Oyashio realizando un maniobra de soplado de lastre principal de emergencia. Foto: JMSDF

En el dominio de la frecuencia, el ruido irradiado consta de tres componentes: tonales, transitorios y ruido de banda ancha. Depende de la frecuencia, la velocidad, la profundidad, las maniobras (ej. virando), el estado de mantenimiento y el modo de operación (ej. haciendo snorkel), y sus fuentes se clasifican de la siguiente manera:

Ruido de la hélice

El ruido de la hélice es generado por las vibraciones mecánicas de las palas de la hélice. El empuje oscilante de la hélice es la fuente de ruido dominante en el rango de baja frecuencia, mientras que el menos intenso ruido de borde de arrastre ocurre a frecuencias más altas. La turbulencia en el flujo de entrada causa ruido de banda ancha (100 Hz - 1 kHz). La rotación de la hélice también puede generar un fuerte ruido de banda ancha de alta frecuencia debido a la formación y el colapso de las burbujas producidas por cavitación, un fenómeno de vaporización del agua a baja presión. La cavitación de la hélice puede ser del lado de succión, de vórtice de la punta de las palas y de vórtice del cubo.

El sistema de propulsión del “U36”, el último submarino alemán tipo 212A. Foto: Bundeswehr / Björn Wilke

En general, el diseño avanzado de una hélice de submarino moderno proporciona un margen de operación bastante grande libre de cavitación (velocidad / profundidad) y tonales reducidos. Por ejemplo, el tipo 212A de HDW utiliza una hélice de 7 palas con las puntas de las mismas curvadas hacia atrás con respecto al giro (Skewback),  una forma de pala y geometría de borde de fuga optimizadas para una firma acústica baja , así como PBCF (del inglés “propeller boss cap fins” o aletas en el cubo de la hélice) para suprimir la cavitación de vórtice de cubo y aumentar la eficacia de la hélice.

Sistema pump-jet del submarino ruso “Alrosa” al descubierto

El único submarino proyecto 877 (clase Kilo) con pump- jet

Pump-jet del submarino clase Kilo “Alrosa”

Los sistemas de propulsión por “chorro de agua”, o pump-jet como se los conoce habitualmente, pueden ser aún más sigilosos, pero no son tan eficientes como las hélices a la velocidad de patrulla normal de un SSK (4 a 6 nudos). El único ejemplo conocido de un submarino diesel-eléctrico operacional equipado con un pump-jet es el Proyecto 877V clase Kilo “B-871 Alrosa” de la Armada rusa en el Mar Negro.

Hélice estándar de un submarino Kilo "normal"

Ruido hidrodinámico

A medida que un submarino se mueve a través del agua, genera turbulencia en la capa límite y ruido de desprendimiento de vórtices, con componentes tanto de banda ancha como de banda estrecha. A bajas velocidades, el ruido de flujo de banda ancha tiene una contribución relativamente pequeña al ruido irradiado total. Esta contribución, sin embargo, se vuelve más importante a velocidades más altas, ya que el nivel de potencia del ruido de flujo es proporcional a U5, donde U es la velocidad del submarino.

 El casco, la torreta, las superficies de control y cualquier apéndice (ej. tubo fijo para sonar remolcado) contribuyen a la generación de ruido hidrodinámico ya sea directamente, o bien alterando el campo de la estela que entra al disco de hélice, que a su vez causa la emisión de ruido de baja frecuencia.

Submarinos clase Collins de la Royal Australian Navy

El componente de ruido hidrodinámico de banda estrecha proviene de vibraciones inducidas por el flujo y puede estar presente incluso a bajas velocidades. Si la frecuencia de las fluctuaciones de flujo está cerca de una de las frecuencias naturales de una estructura, esta parte del submarino puede vibrar con relativa fuerza y ​​generar ruido.

Submarino clase Victoria de la Royal Canadian Navy

Ruido de la maquinaria

El ruido de las máquinas de un SSK normalmente es independiente de su velocidad y se puede clasificar de la siguiente manera:

a. Transitorios de baja frecuencia generados durante la operación del submarino (ej.: movimiento de los planos y timones, apertura de un tubo lanza torpedo, cambio de profundidad). Aunque de corta duración, los transitorios de baja frecuencia pueden ayudar a una fuerza antisubmarina hostil a clasificar y probablemente también a identificar el submarino.

b. Ruido generado por el motor eléctrico, las unidades de refrigeración, los diversos sistemas auxiliares y la propulsión independiente del aire (AIP). El uso de una infraestructura de aislamiento avanzada, baldosas anecoicas y motores de propulsión de imanes permanentes puede reducir este tipo de ruido irradiado. Debe mencionarse que en términos absolutos, los sistemas AIP no reducen el ruido de la maquinaria que irradia un submarino. Por el contrario, un submarino que usa sólo sus baterías irradia menos ruido que uno similar usando su sistema AIP, aunque la diferencia es mínima. 

c. Ruido producido por los motores diésel y sus equipos auxiliares (bombas, válvulas, etc.) durante la recarga de las baterías del submarino. En el transcurso de este proceso, los motores diésel operan a una potencia alta para recargar las baterías lo más rápido posible, generando un ruido acústico significativo. A pesar de los sistemas pasivos y más recientemente desarrollados de aislamiento activo de vibraciones y silenciadores de escape, los motores diésel siguen siendo la fuente predominante de ruido en los submarinos convencionales. 

Submarinos de la clase de Walrus de la Armada Real de los Países Bajos en formación 

Submarino de clase del Dolphin israelí

En conclusión 

Detectar, rastrear y localizar SSK sumergidos utilizando sensores acústicos pasivos siempre ha sido una tarea desafiante, ya que los submarinos diésel-eléctricos, especialmente en modo de patrulla silenciosa, irradian un ruido mínimo. En términos prácticos, este tipo de submarino es vulnerable y fácilmente detectable sólo durante la recarga de baterías, un proceso que genera un alto nivel de ruido acústico, reflejos de radar, emisiones térmicas (IR), estelas del casco y del mástil del snorkel, exponiendo al SSK a la detección por sensores pasivos y activos a largas distancias. La resistencia sumergida total de un SSK excede las 100 horas, pero normalmente se hace snorkel por 15 minutos cada 12 horas, dependiendo de los requisitos de la misión, para mantener su batería en un nivel alto de carga. 

Submarino clase Ula de la Marina Real Noruega

La tecnología AIP permite que un SSK extienda significativamente su resistencia sumergida a más de 400 horas (a 4 nudos y con un consumo de “hotel" normal; no se pueden superar los 8 nudos usando sistemas AIP únicamente). Combinado con los últimos avances en sistemas de aislamiento de vibraciones, hélice y diseño de casco, que reducen aún más la señal de ruido radiado, la tecnología AIP proporciona una ventaja táctica decisiva y hace que la detección acústica pasiva de un SSK moderno sea una tarea casi imposible, incluso para una fuerza antisubmarina avanzada.

Okeanos, único submarino tipo 209 actualizado con tecnología AIP 

A la luz de lo expuesto,  los sensores activos y, específicamente, los sonares activos de baja frecuencia en configuración multiestática, son probablemente la solución preferida contra un submarino diésel-eléctrico moderno. Dicha configuración ofrece un rango de detección mayor, aumenta el número de oportunidades de detección por ping, permite mayores tasas de repetición de ping y, lo que es más importante, complica la situación táctica del submarino perseguido. 

Debido a que los emisores y receptores no se encuentran en el mismo lugar, en ausencia de un rumbo válido, alcance y estimación de profundidad de los receptores, el submarino no puede explotar con éxito maniobras de acción evasiva clásicas, tales como poner popa a la fuente de emisión y cambio de profundidad.

Submarino Tanin de la clase Dolphin II de la armada israelí, tal vez el tipo más avanzado en el Mediterráneo hoy en día.

Bibliografia:

• Submarine Design, Ulrich Gabler
• Submarine Hydrodynamics, Martin Renilson
• Sonar, A.D. Waite

Fuente: NavalAnalyses.com

3 April 2018

Titulo Original: Radiated Noise Signature of Modern Diesel Submarines

Autor:  George Papangelopoulos
Agradecemos la gentileza del Sr. Dimitris de NavalAnalyses.com de compartirnos este material y al Sr. Pablo Castro por la traduccion al español.