Libro, edito nel 1943 dalla Regia Accademia Navale, dai contenuti molto tecnici e quindi destinato ad una utenza qualificata, come erano appunto gli allievi ufficiali della Regia Marina.
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Nomenclatura del Sommergibile - Emersione ed Immersione
Paragrafo 5 °
TARIAZIONI DI PESO DIPENDENTI DALLA DENSITA' DELL'ACQUA DI MARE
Il peso dell'acqua di mare muta per effetto della. densità e le cause di variazione sono la diversità di salsedine e di temperatura con l’aumentare della profondità. La salsedine da all’acqua di mare un peso specifico superiore all’Uni-
tà. Le densità medie annuali rilevate alla superficie sono variabili da 1,010 nel Mar Baltico a 1,040 nel Mar Rosso. Nel Mediterraneo e nello Atlantico la densità si aggira intorno a 1,0274 -- 1,0295. Per ogni metro cubo di acqua di mare una variazione di un millesimo della densità porta ad un aumento o ad una diminuzione di 1 kg. di spinta a seconda del manifestarsi della variazione. Escludendo il Mar Rosso si può ritenere che la variazione per i diversi mari sia intorno al 20 °/oo, e quindi è buona norma far sì che le casse compenso del sommergibile abbiano un valore non .inferiore al 2 % dei dislocamento di emersione. Per uno stesso mare la variazione di salsedine alle diverse profondità è sentita fino ai 20 metri in misura di circa 0,5 °/oo mentre al di sotto di tale quota è poco sentita. Dai dati riportati si vede facilmente quale valore abbia nell’equilibrio del smg in immersione conoscere i valori della densità. La differenza di temperatura, favorisce la stratificazione delle acque, e si ha un coefficiente di dilatazione termica dell'acqua, che aumenta sensibilmente con temperatura. Nel Mediterraneo in estate fino a 2.5 metri di profondità si possono avere aumenti di spinta di circa Kg. 0,24 per tonnellata per ogni grado di diminuzione di temperatura fra i 25°ed i 15° e quindi per i sommergibili di 1000 tonnellate un aumento di spinta di circa 240 Kg. Quando nelle due stratificazioni vicine, la differenza di temperatura è di qualche grado, si può rimanere benissimo in equilibrio spontaneo, avendo il sommergibile le macchine ferme. Difatti esso tenderebbe a scendere, ma arrivato allo strato più freddo acquista una spinta positiva che tende a farlo
risalire.Risalendo nello strato più caldo diventa leggermente più pesante e tende di nuovo a scendere, fino a che, dopo una serie di piccole oscillazioni ,si mette in equilibrio fra due acque. Con l'aumentare della profondità aumentano anche le deformazioni dello scafo e per conseguenza le diminuzioni di volume di esso. Queste erano molto sensibili sui sommergibili con scafo a sezione diversa dalla circolare, mentre attualmente essendosi riconosciuta l'utilità dello scafo a sezione circolare, dette diminuzioni sono molto limitate, e quasi del tutto trascurabili. Quindi mano a mano che il sommergibile scende a maggiori profondità, per conservare equilibrio si deve togliere dalla cassa compenso centrale una certa quantità di acqua corrispondente al peso di acqua della diminuzione di volume, è ciò affinchè il sommergibile non diventi pesante. L’operazione inversa dovrà effettuarsi mano a mano che il sommergibile risale alla superficie. Questa correzione di acqua di dosaggio molte volte non è necessario praticarla se si riscontrano in profondità diminuzioni di temperatura, e quindi per quanto detto più avanti,leggeri aumenti di spinta.IMMERSIONE DINAMICA
È così chiamata l’immersione che avviene con il sommergibile in movimento. Allora le forze in gioco sono:
a) - il peso P applicato al centro di gravità G
b) - la spinta S applicata al centro di carena C
c) - la spinta D delle eliche che per semplicità si può ritenere
agente sul piano di simmetria del sommergibile
d) - la resistenza al moto W.
Non esistono altre forze che agiscono sopra il sommergibile, se si considera (secondo Klein) che la resistenza al moto congloba tutte le
Possibili resistenze,cioè quelle di carena,quelle dovute ai timoni orizzontali e verticale e quella delle varie appendici.
In questi termini la condizione di equilibrio del sommergibile si verifica quando tutte le forze applicate sono in equilibrio.
Le condizioni di equilibrio dinamico sono rappresentate dalle seguenti espressioni :
I valori di P ed S sono facilmente determinabili, al contrario la determinazione di D e W è alquanto difficile. Nelle vasche sperimentali rimorchiando modelli si può determinare il valore di W in grandezza e direzione e poi per similitudine meccanica passare alla determinazione di W del sommergibile in vera grandezza. Determinato W si determina D ,la spinta delle eliche. Oppure conoscendo il valore di D si può risalire al valore di W , così è più facile e più esatto, ricavando il valore di D mediante, gli spintometri applicati sui cuscinetti reggispinta. La spinta delle eliche D e la resistenza al moto W sono forze di-
namiche che compaiono inquantochè il sommergibile è in moto, mentre le forze P ed S sono forze statiche che esistono sempre. La spinta delle eliche diretta secondo gli assi di propulsione, si può supporre che agisca parallelamente alla linea di costruzione e in genere è al di sotto del centro di gravità. Essa si può scomporre in una forza D applicata al centro di gravità e che equivale alla forza di propulsione, ed in una coppia D D2 che tende ad alzare la prora del sommergibile nella marcia avanti, e ad abbassarla nella marcia indietro.Questa coppia per l'assetto del sommergibile, dev’essere equilibrata, e ciò si ottiene spostando dell’acqua di dosaggio, in modo da appesantire la prora, il che vuol dire che si sposta in avanti il centro di gravità generando così una nuova coppia che tende ad equilibrare la prima. Così facendo però il sommergibile si trova ad avere un assetto forzato,che va corretto per ogni variazione di velocità, perche la coppia varia con la velocità. Per evitare questo, si cura di fare in modo che il sommergibile abbia assetto spontaneo orizzontale, senza dover fare variazioni dell'ac-
qua di assetto, e ciò si ottiene in sede di costruzione dando alle forme di prora opportuni avviamenti, in modo da bilanciare dinamicamente gli effetti della coppia suddetta. Agendo dette forme come timoni, automaticamente con l'aumentare della velocità fanno aumentare la coppia antagonista a quella generata dalla spinta delle eliche. Questo aspetto spontaneo avviene in misura più o meno approssimata a seconda del tipo del sommergibile.Secondo De Feo la resistenza al moto W può considerarsi come la risultante di tutte le forze elementari applicate, e la sua linea di azione opposta alla spinta delle eliche può considerarsi applicata superiormente al centro di carena e di gravità. Difatti essendo le numerose appendici che offrono maggior resistenze in immersione, poste in alto, ed essendo il centro di carena anche il centro di figura della sezione traversale, ne segue con tutta probabilità che l'applicazione della linea di resistenza risulta spostata superiormente al centro di carena. Supponendo il centro O di applicazione a poppavia del centro di gravità, si può scomporre la resistenza al moto W in una forza che equilibra la spinta delle eliche, ed in una coppia che tende ad alzare la prora del sommergibile e che è equilibrata dalla risultante delle coppie statiche o dinamiche come precedentemente accennato per la coppia dovuta alla spinta delle eliche. Ne segue che se il sommergibile inclina la prora verso il basso, la resistenza W si sposta in W’ generando una nuova coppia con un braccio di leva G t maggiore di G m che tende a riportare la prora in alto automaticamente. Così dicasi per le inclinazioni verso l'alto. Quanto sopra esposto conferma il fatto che il centro di applicazione della resistenza è almeno per piccoli angoli di inclinazione longitudinale, a poppavia del centro di gravità altrimenti l'azione della coppia che tende a riportare la prora in alto o in basso a seconda delle inclinazioni, si manifesterebbe nel senso di aumentare l'inclinazione. Questa coppia generata dalla resistenza al moto è chiamata coppia di stabilità di via subacquea ed è tanto più grande quanto più a poppavia è spostato il centro di applicazione. Per ottenere questo è necessario che gli elementi di superficie poppieri forniscano valori più elevati della resistenza, ma anche qui non bisogna esagerare per non avere poi un cattivo governo con il timone verticale. È da osservare però che la resistenza non sempre ha la direzione della spinta delle eliche, ma a seconda dei sommergibili può essere inclinata rispetto ad essa, ed inoltre il centro di applicazione può variare con il variare dell’inclinazione ed avere una posizione qualunque rispetto al centro di gravità. Solamente una serie completa di
esperienze potrebbe darci in definitiva la legge di variazione della resistenza e dei suoi punti di applicazione per i vari tipi di sommergibili.
RAPIDA IMMERSIONE
Come già detto nella nomenclatura del sommergibile, esiste una cassa chiamata cassa di rapida immersione di capacità uguale a circa l’1,2 – 1,3 % del dislocamento. Se il sommergibile è già dosato e si vuole accelerare il tempo necessario per scendere ad una data quota, si allarga la cassa di rapida immersione che sfoga nell'interno del sommergibile. Così facendo si variano le condizioni di equilibrio e tenendo conto approssimativo dell’accelerazione del moto di discesa, si vuota la cassa un po' prima di arrivare alla quota alla quale si vuole rimanere. Questa cassa oltre ad essere adoperata per la rapida immer-
sione è anche adoperata per rapide variazioni di quota. Se il sommergibile naviga in immersione a quota periscopica ed un pericolo lo minaccia per scomparire rapidamente allaga detta cassa salvo a vuotarla come è detto avanti un po' prima di raggiungere la nuova quota alla quale si vuole rimanere.
AFFIORAMENTO
Molte volte o per essere pronti ad eseguire rapidamente l'immersione, o per essere meno visibili, esponendo la minima parte di strutture possibili, si mette il sommergibile nella posizione di affioramento. La cassa di acqua di zavorra detta emersione contiene una quantità di acqua generalmente pari al dislocamento della torretta. Se si tiene vuota questa cassa il sommergibile acquista una spinta positiva che tenderà a mantenerlo con la torretta fuori della superficie del mare. In questa posizione si può aprire il portello di accesso della torretta sistemato nella parte più alta, permettendo cosi la comunicazione con l'esterno ed altresì il ricambio dell’aria viziata dell'interno, mediante i trombini. La coperta del sommergibile rimane di pochi centimetri sott’acqua e quindi le parti visibili del sommergibile si riducono alla sola torretta. Il tempo per passare da questa posizione a quella di sommergibile immerso è molto breve perchè c'è solamente una cassa d'acqua di zavorra da riempire di limitata capacità.
