ITTO20120494A1 - Veicolo subacqueo, utilizzabile ad esempio per esplorazioni subacquee - Google Patents

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Description

DESCRIZIONE
“Veicolo subacqueo, utilizzabile ad esempio per esplorazioni subacqueeâ€
TESTO DELLA DESCRIZIONE
Campo dell'invenzione
La presente invenzione si riferisce al campo dei veicoli subacquei, del tipo comprendente uno scafo allungato munito a poppa di almeno un'elica di propulsione. In tale definizione rientrano tanto veicoli destinati al trasporto di persone, utilizzabili ad esempio per l'esplorazione sottomarina, quanto veicoli privi di persone a bordo, utilizzabili anch'essi ad esempio per rilevamenti sottomarini mediante apparecchiature predisposte a bordo del veicolo.
Problema tecnico generale e tecnica nota
Sono state proposte in passato svariate soluzioni nel tentativo di migliorare le prestazioni e l’efficienza di un veicolo subacqueo, ad esempio allo scopo di ridurre il consumo di energia necessario alla sua propulsione e/o allo scopo di aumentarne la velocità e la manovrabilità entro l'acqua, oltre che la silenziosità.
Allo scopo di migliorare l'efficienza dell'elica di propulsione prevista a poppa del veicolo à ̈ stato ad esempio già proposto di prevedere un'elica intubata entro un involucro circonferenziale.
Inoltre, in alcune delle soluzioni proposte (si vedano ad esempio i brevetti statunitensi US 2,969,759 e US 4,395,965) à ̈ stato previsto un guscio esterno circondante lo scafo e formante una intercapedine fra lo scafo ed il guscio nella quale viene convogliata una corrente di acqua che si muove longitudinalmente dalla prua alla poppa del veicolo. La corrente di acqua entra in tale intercapedine attraverso aperture laterali o pori dell’involucro. Nessuna delle soluzioni note, tuttavia, à ̈ in grado di risolvere in modo soddisfacente il problema tecnico generale che à ̈ stato sopra indicato.
Scopo dell'invenzione
Lo scopo della presente invenzione à ̈ quello di superare gli inconvenienti delle soluzioni note realizzando un veicolo subacqueo caratterizzato da prestazioni ed efficienza estremamente elevate.
Un ulteriore scopo dell'invenzione à ̈ quello di realizzare un veicolo subacqueo con un minimo disturbo idro-acustico nel suo movimento.
Ancora un ulteriore scopo dell'invenzione à ̈ quello di realizzare un veicolo subacqueo che presenti elevate caratteristiche di sicurezza passiva, intesa come protezione contro le conseguenze dannose di urti con corpi estranei, nonché elevate caratteristiche di sicurezza attiva, intesa come predisposizione di mezzi di emergenza atti a far riemergere il veicolo in condizioni di avaria.
Ancora un ulteriore scopo consiste nel realizzare i suddetti obiettivi con mezzi estremamente semplici e di costo relativamente contenuto
Questi ed ulteriori scopi vengono raggiunti, secondo la presente invenzione, realizzando un veicolo subacqueo avente uno scafo allungato munito a poppa di almeno un'elica di propulsione, intubata entro un involucro circonferenziale. Detto veicolo à ̈ caratterizzato dal fatto che comprende uno scudo tubolare esterno, circondante almeno parzialmente lo scafo e formante un’intercapedine fra lo scudo e lo scafo. Lo scudo si prolunga almeno per una parte sostanziale della lunghezza dello scafo, a partire da una sua bocca frontale sino a poppa, ove definisce il suddetto involucro entro cui à ̈ intubata l’elica posteriore di propulsione, in modo tale per cui l'intero flusso di fluido che investe detta elica à ̈ guidato entro detta intercapedine definita da detto scudo esterno, a partire dalla suddetta bocca frontale sino ad una bocca di uscita situata posteriormente all'elica.
Questa soluzione à ̈ altresì vantaggiosa in termini funzionali, giacché la bocca frontale può essere posizionata in modo da non compromettere la funzionalità di apparati e/o dispositivi di rilevamento posti sulla prua del veicolo subacqueo.
Grazie alle suddette caratteristiche, il veicolo secondo l'invenzione à ̈ in grado di sfruttare in modo enormemente più vantaggioso il principio di funzionamento dell'elica intubata. Durante l'avanzamento del veicolo sott'acqua, la pressione sull'elica di propulsione determinata dalla corrente di fluido che percorre l’intercapedine definita dallo scudo esterno aumenta con la velocità del veicolo, riducendo drasticamente i fenomeni di cavitazione e consentendo conseguentemente più alti valori della velocità di rotazione dell'elica, senza alcuna sostanziale limitazione, salvo quella rappresentata dalla potenza del motore che comanda l’elica.
L'ampiezza dell'intercapedine definita dallo scudo esterno viene mantenuta la minima possibile, in modo tale che l'aumento di spinta derivante dalle maggiori velocità operative dell'elica non sia pregiudicato da un eccessivo aumento della sezione maestra del veicolo subacqueo.
In una forma preferita di attuazione, il veicolo secondo l'invenzione à ̈ munito di almeno una ulteriore elica ausiliaria, costituita da un rotore anulare girevole intorno allo scafo e situato nell'intercapedine definita dallo scudo esterno, anteriormente all'elica di poppa, preferibilmente in adiacenza alla bocca frontale dello scudo.
Lo scafo del veicolo à ̈ costruito secondo una qualsiasi tecnica nota, con una struttura metallica resistente ad elevate pressioni, mentre lo scudo esterno à ̈ costituito da una struttura leggera, preferibilmente realizzata in materiale sintetico, ad esempio in materiale composito, rinforzato con fibre. Lo scudo esterno non à ̈ infatti soggetto ad elevate pressioni essendo esposto al fluido sia sulla sua superficie interna sia sulla sua superficie esterna.
Sempre nel caso di una forma particolarmente preferita di attuazione dell'invenzione, lo scudo à ̈ sostenuto da una pluralità di pilastri sporgenti radialmente dallo scafo, almeno alcuni dei quali sono cavi e contengono palloni gonfiabili (ad esempio mediante i gas di esplosione di cariche pirotecniche, del tipo utilizzato negli air-bag per autoveicoli). I palloni possono essere gonfiati ed utilizzati come mezzo di emergenza per provocare l'emersione del veicolo in condizioni di avaria.
Sempre nel caso della soluzione preferita, il suddetto scudo esterno ha sezione decrescente in direzione dell'elica posteriore, almeno per una parte dello scudo più prossima all'elica posteriore.
Inoltre, l'elica posteriore à ̈ preferibilmente associata ad un'ulteriore elica controrotante e/o ad uno statore ad alette.
Ancora nel caso della forma preferita d’attuazione, sullo scudo esterno sono preferibilmente distribuite più paratie mobili atte a mettere in comunicazione l’intercapedine fra scudo e scafo con l'ambiente esterno allo scudo. Tali paratie sono controllabili in modo differenziato, per ottenere una spinta vettoriale orientabile e per equilibrare e/o ridurre la pressione all'interno dell'intercapedine.
Come già indicato, grazie alle suddette caratteristiche si ottengono rilevanti vantaggi sia dal punto di vista idrodinamico (drastica riduzione del coefficiente di cavitazione) sia dal punto di vista idro-acustico (contenimento del rumore) sia dal punto di vista della sicurezza passiva (lo scudo costituisce una struttura deformabile non pressurizzata, esterna allo scafo resistente), sia ancora dal punto di vista della sicurezza attiva (palloni gonfiabili per emersioni d'emergenza contenuti nei pilastri di sostegno dello scudo).
Si ottiene anche una riduzione della traccia termica del veicolo in quanto eventuali scarichi di fluidi a temperatura più elevata dell'acqua marina possono essere dispersi nell'intercapedine e ivi miscelati.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell'invenzione risulteranno dalla descrizione che segue con riferimento ai disegni annessi, forniti a puro titolo di esempio non limitativo, in cui:
- la figura 1 à ̈ una vista laterale schematica di una forma preferita di attuazione di un veicolo subacqueo secondo l’invenzione,
- la figura 2 Ã ̈ una vista frontale del veicolo della figura 1, e
- la figura 3 Ã ̈ una vista in sezione trasversale del veicolo.
Con riferimento ai disegni, il numero 1 indica nel suo insieme un veicolo subacqueo. L'esempio illustrato si riferisce al caso di un veicolo destinato al trasporto di persone ed utilizzabile ad esempio per rilevamenti sottomarini. Come già indicato, à ̈ tuttavia evidente che l'invenzione à ̈ applicabile anche a veicoli che non sono destinati al trasporto di persone, dotati ad esempio di apparecchiature per rilevamenti subacquei. Il veicolo 1 comprende uno scafo 2 costituito di acciaio e realizzato secondo una qualsiasi tecnica nota nel campo. I dettagli relativi alla struttura dello scafo 2 non sono qui descritti né illustrati, sia in quanto, come detto, essi sono realizzabili in qualunque modo noto, sia in quanto essi non rientrano, presi a se stanti, nell'ambito della presente invenzione e la loro eliminazione dai disegni rende questi ultimi di più pronta e facile comprensione.
Lo scafo 2 Ã ̈ di forma sostanzialmente affusolata, con una falsatorre o vela 3, una prua 4 ed una poppa 5. In corrispondenza della poppa 5 Ã ̈ prevista un'elica posteriore 6, per la propulsione del veicolo, comandata in rotazione da un motore (non illustrato) di qualsiasi tipo noto. Anche i dettagli costruttivi dell'elica 6 e del suo motore di azionamento non sono qui illustrati in quanto realizzabili in un qualunque modo noto agli esperti del ramo.
Secondo l'invenzione, intorno allo scafo 2 à ̈ previsto uno scudo collettore esterno 7 ad ugello o “ENS†(“External Nozzle Shield†), di forma sostanzialmente tubolare (nel caso illustrato tronco-conico) ed estendentesi per una parte sostanziale della lunghezza dello scafo 2, a partire da una bocca di ingresso 8, adiacente alla prua 4, sino ad una bocca di uscita 9, situata posteriormente all'elica di propulsione 6. Lo scudo 7 definisce un involucro circonferenziale entro cui à ̈ intubata l'elica posteriore 6 e forma inoltre una intercapedine 10, circondante almeno parzialmente (sia in senso circonferenziale, sia in senso longitudinale) lo scafo 2 , entro cui viene convogliata l'intera corrente di fluido che investe l'elica 6. Tale corrente entra nello scudo 7 attraverso la bocca frontale 8 (frecce A nella figura 1) e la percorre longitudinalmente per tutta la sua lunghezza (freccia C) fino a fuoriuscire dalla bocca di poppa 9, a valle dell'elica 6 (freccia B).
Lo scudo 7 non richiede una struttura resistente alle elevate pressioni, dal momento che à ̈ esposto all'acqua sia sulla sua superficie esterna sia sulla sua superficie interna. Esso à ̈ preferibilmente costituito da una struttura leggera, ad esempio di materiale sintetico, in particolare materiale composito rinforzato con fibre. Lo scudo à ̈ sostenuto da una serie di pilastri radiali anteriori 11 e di pilastri radiali posteriori 12.
Preferibilmente, almeno alcuni dei pilastri 11, 12 sono cavi e contengono al loro interno palloni gonfiabili, preferibilmente palloni gonfiabili automaticamente mediante una carica pirotecnica, secondo la tecnica utilizzata negli air-bag di autoveicoli. In tal modo, il veicolo risulta dotato di una sicurezza attiva contro avarie che ne impediscano l'emersione. Nel caso di emergenza, le cariche esplosive possono essere innescate per provocare il gonfiamento dei palloni e la salita in superficie del veicolo.
Preferibilmente, all'elica posteriore 6 à ̈ associato un'ulteriore elica contro-rotante e/o uno statore alettato. Inoltre, secondo un’ulteriore caratteristica preferita, il veicolo à ̈ preferibilmente provvisto di un’ulteriore elica ausiliaria 13 avente un rotore anulare montato girevole intorno allo scafo 2 in prossimità della bocca di ingresso 8 dello scudo 7.
Nel caso della forma di attuazione illustrata nei disegni a puro titolo di esempio, lo scudo 7 presenta una conformazione pseudo-tronco-conica, ma à ̈ evidente che esso potrebbe avere una qualsiasi altra conformazione. Tuttavia, preferibilmente, lo scudo ha una conformazione rastremata verso la coda, almeno per una parte dello scudo più vicina all'elica posteriore 6.
Secondo un’ulteriore caratteristica preferita, circonferenzialmente sullo scudo 7 sono previste paratie mobili 14 spostabili ciascuna fra una condizione aperta ed una condizione chiusa e controllabili in modo differenziato per generare una spinta vettoriale orientabile e/o per ridurre e/o equilibrare la pressione all'interno dell'intercapedine 10. Le paratie mobili 14 possono essere collocate, in numero variabile, in qualunque posizione sullo scudo 7.
Secondo la tecnica convenzionale, il veicolo à ̈ inoltre dotato di piani di coda 15. Nel funzionamento, l'attivazione dell'elica di propulsione 6 determina un avanzamento del veicolo immerso nell'acqua. All'interno dell'intercapedine 10 si crea pertanto un flusso di acqua che percorre longitudinalmente l'intercapedine 10 dalla bocca 8 sino all'elica di propulsione 6 e alla bocca di uscita 9, sia per effetto del movimento del veicolo, sia per effetto dell'aspirazione dell'elica 6 e, quando questa à ̈ prevista, dell'elica frontale 13.
Il principio di funzionamento à ̈ quello dell'elica intubata, estremizzato al fine di creare un circolo virtuoso in cui più il veicolo avanza, più la pressione sull'elica 6 (o sulle eliche 6 e 13) aumenta, riducendo drasticamente fenomeni di cavitazione. È possibile pertanto far ruotare le eliche di propulsione a velocità molto più elevate di quelle caratteristiche dei veicoli noti, senza rischio di cavitazione. Di fatto, l'unico limite à ̈ rappresentato dalla potenza che il motore o i motori del veicolo subacqueo à ̈/sono in grado di erogare.
Come già indicato, l'ampiezza dell'intercapedine 10, determinata principalmente dalla distanza fra lo scudo 7 e lo scafo 2, deve essere ridotta al minimo indispensabile, in modo tale che l'aumento di spinta ottenibile non sia vanificato dall'aumento della sezione maestra del veicolo.
L'elica frontale 13 ad alto trascinamento (“high drag†), a basso numero di giri, può essere azionata singolarmente oppure simultaneamente all'elica principale 6.
Come già indicato, i palloni gonfiabili previsti nei pilastri di sostegno 11, 12 garantiscono una sicurezza attiva contro il rischio che il veicolo non sia in grado di riemergere a causa di un'avaria.
L'elica principale di coda 6 Ã ̈ completamente circondata dallo scudo esterno 7.
Quest'ultimo segue il profilo dello scafo 2 e presenta una sezione decrescente in prossimità dell'elica. Ciò determina un innalzamento della pressione del fluido in entrata sull'elica stessa, determinando un aumento della spinta prodotta dall'elica. Come detto, possono essere installati dispositivi ulteriori di spinta, costituiti ad esempio da un'ulteriore elica contro-rotante e da uno statore alettato disposto a valle dell'elica 6.
Come risulta evidente dalla descrizione che precede, grazie alle caratteristiche sopra indicate il veicolo presenta svariati vantaggi rispetto ai veicoli noti, sia dal punto di vista idrodinamico (riduzione del coefficiente di cavitazione), sia dal punto di vista idroacustico (contenimento del rumore) sia dal punto di vista della sicurezza passiva ed attiva. L’intercapedine 10 può essere inoltre sfruttata per miscelare eventuali scarichi di fluidi caldi con l'acqua marina al fine di ridurre la traccia termica del veicolo.
Naturalmente, fermo restando il principio del trovato, i particolari di costruzione e le forme di attuazione potranno ampiamente variare rispetto a quanto descritto ed illustrato a puro titolo di esempio, senza per questo uscire dall'ambito della presente invenzione.

Claims (9)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Veicolo subacqueo, avente uno scafo allungato (2) munito a poppa di almeno un’elica di propulsione (6), intubata entro un involucro circonferenziale, caratterizzato dal fatto che detto veicolo comprende uno scudo tubolare esterno (7), circondante almeno parzialmente lo scafo (2) e formante una intercapedine (10) fra lo scudo (7) e lo scafo (2), e dal fatto che detto scudo (7) si estende almeno per una parte sostanziale della lunghezza dello scafo (2), a partire da una bocca frontale (8) sino a poppa, ove definisce detto involucro entro cui à ̈ intubata l'elica di propulsione (6), in modo tale per cui l'intera corrente di acqua che investe detta elica di propulsione (6) à ̈ guidata entro detta intercapedine (10) definita da detto scudo esterno (7), a partire da detta bocca frontale (8) sino ad una bocca di uscita (9) situata posteriormente all'elica (6).
  2. 2. Veicolo subacqueo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che à ̈ munito di un’elica ausiliaria (13), costituita da un rotore anulare girevole intorno allo scafo (2) e situato nell'intercapedine (10) definita dallo scudo esterno (7), anteriormente all'elica di poppa (6).
  3. 3. Veicolo subacqueo secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detta elica ausiliaria (13) à ̈ disposta in prossimità della bocca frontale (8) dello scudo (7).
  4. 4. Veicolo subacqueo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che lo scafo (2) Ã ̈ costruito con una struttura resistente alle elevate pressioni, mentre lo scudo esterno (7) Ã ̈ costituito da una struttura leggera, preferibilmente di materiale sintetico, in particolare materiale composito rinforzato con fibre.
  5. 5. Veicolo subacqueo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che lo scudo (7) à ̈ sostenuto da una pluralità di pilastri (11, 12) sporgenti radialmente dallo scafo (2).
  6. 6. Veicolo subacqueo secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che almeno alcuni dei suddetti pilastri (11, 12) sono cavi e contengono palloni gonfiabili utilizzabili come mezzo di emergenza per provocare l'emersione del veicolo.
  7. 7. Veicolo subacqueo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che lo scudo (7) ha sezione decrescente in direzione dell'elica posteriore (6), almeno per una parte dello scudo (7) più prossima all'elica posteriore (6).
  8. 8. Veicolo subacqueo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l'elica posteriore (6) à ̈ dotata di un’elica ausiliaria contro-rotante e/o di uno statore alettato.
  9. 9. Veicolo subacqueo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che sul suddetto scudo (7) sono distribuite paratie mobili (14) atte a mettere in comunicazione l’intercapedine (10) con l'ambiente esterno allo scudo (7), dette paratie (14) essendo controllabili in modo differenziato, per ottenere una spinta vettoriale orientabile per equilibrare e/o ridurre la pressione all'interno dell'intercapedine (10). Il tutto sostanzialmente come descritto ed illustrato e per gli scopi specificati.
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