Dal sito Ocean4Future un interessante approfondimento sull’argomento a cura di Andrea Mucedola

Andrea Mucedola

Ho premesso nell’articolo precedente, che i primi siluri presentavano numerosi problemi di impiego. Prima di entrare in merito alla questione, voglio premettere alcuni fattori.

Mine navali: armi subacquee efficaci ma poco controllabili

Nonostante le torpedini avessero dato prova della loro letalità ed efficacia, non trovavano le simpatie degli Stati Maggiori delle Marine. Il loro uso era regolamentato internazionalmente dalla Convenzione dell’Aia del 1907, realizzata a seguito del minamento effettuato, per la prima volta in acque internazionali, da parte della Marina imperiale nipponica per bloccare gli accessi ai porti zaristi durante la guerra russo–giapponese (8 febbraio 1904 – 5 settembre 1905). Sebbene le regole fossero chiare e concordate da tutti, questo non risolveva la loro indubbia pericolosità: i casi di navi amiche che saltavano sulle mine per cattiva condotta della navigazione o per la rottura degli ancoraggi delle mine, erano spine nel fianco per gli ammiragliati che investivano a singhiozzo in sempre nuovi sistemi di contro misure.

Una mina navale spiaggiata a causa della rottura dell’ormeggio – Royal Navy official photographer, Pelman, L (Lt), Smith, J H (Lt) – archivi IWM Naval Mine Recovery and Disposal Squad at Work, Tayport A6426.jpg – Wikimedia Commons

Siluri: un arma subacquea controllabile

Come abbiamo visto, la vera rivoluzione tattica, che era maturata a cavallo tra il XIX ed il XX secolo, fu quella di sviluppare il siluro, un’arma subacquea autopropulsa (a differenza della mina navale classica che era statica), lanciabile da navi, aerei e sommergibili ed in grado di percorrere, grazie ad un proprio sistema propulsivo, una traiettoria subacquea più o meno diretta per colpire il bersaglio designato. Nacquero i primi siluri propulsi ad energia elettrica, che si avvalevano di batterie/accumulatori che alimentavano un motore a corrente continua. Sebbene silenziosi e poco visibili, ben presto i problemi legati alle batterie o agli accumulatori portarono i progettisti a ricercare un sistema propulsivo alternativo. Vennero quindi realizzati i primi siluri a propulsione termica che sfruttavano una reazione esotermica per produrre gas caldi, impiegati da una macchina rotativa (turbina) o alternativa. Questi siluri necessitavano però di serbatoi per il combustibile e per il comburente che occupavano gran parte dello spazio interno riducendo lo spazio per le cariche.  L’arrotondamento della testa aiutò, ma non era sufficiente … si doveva lavorare sulle dimensioni dell’arma, aumentandole.

In estrema sintesi, il siluro era, ed è, costituito da una testa che contiene i sistemi di innesco e l’esplosivo, da un compartimento serbatoi e motore, e da una parte finale che comprende le superfici di stabilizzazione orizzontali e verticali, i timoni di governo, e le eliche controrotanti azionate dall’asse del motore. Un sistema d’arma tutt’altro che semplice che sin dall’inizio dovette combattere con due problemi fondamentali: la stabilità nelle tre dimensioni durante la sua corsa e l’affidabilità del congegno di attivazione della carica (accenditore).

In pratica, bisognava andare dritti ed attivarsi al momento giusto

I primi siluri utilizzavano un’unica elica, ma questo comportava che il corpo del siluro tendeva a ruotare nella direzione opposta. La prima soluzione fu quella di utilizzare eliche controrotanti coassiali o eliche controrotanti ad albero parallelo.

Il problema maggiore degli ingegneri era naturalmente quello di far mantenere al siluro una direzione costante dopo il lancio. La WHITEHEAD adottò nel 1895 il principio del giroscopio per regolare i timoni verticali.  Si tratta di un dispositivo rotante che, per effetto della legge di conservazione del momento angolare, tende a mantenere il suo asse di rotazione orientato in una direzione fissa. Se un giroscopio è installato su una sospensione cardanica, che permette alla ruota di orientarsi liberamente nelle tre direzioni dello spazio, il suo asse si manterrà orientato nella stessa direzione anche se il supporto dovesse cambiare l’orientamento.

Giroscopio W & Co della UK R.N., montato originariamente sui siluri Whitehead impiegati durante la I guerra mondiale – da asta Christie nel 2006

In parole semplici, al momento del lancio il giroscopio veniva impostato sulla direzione che il siluro doveva assumere una volta lasciato il sommergibile e, per l’effetto descritto, il suo asse restava orientato nonostante le sollecitazioni. La massa rotante del giroscopio manteneva quindi la direzione impostata anche quando il siluro subiva delle influenze comportanti un cambio di direzione. In pratica, quando si accorgeva che l’anello e l’asse del giroscopio non erano più allineati, tramite un collegamento ai due timoni verticali del siluro, riportava il siluro nella direzione corretta, correggendo la differenza.

Il processo era continuo per cui il meccanismo del giroscopio “effettuava”, tramite i timoni, piccole regolazioni della direzione, mantenendo quindi il siluro sulla sua rotta.

I timoni verticali del siluro correggevano, secondo l’angolo “comunicato” meccanicamente dal giroscopio, la rotta del siluro – da NOVA Online | Hitler’s Lost Sub | How an Automobile Torpedo Works (pbs.org)

Un altro problema era il controllo della profondità.

Per valutare la profondità della corsa del siluro, era inserito un idrostato in grado di poter misurare la pressione assoluta istantanea. Come è noto, in superficie abbiamo una pressione di un atmosfera; scendendo in profondità, alla pressione atmosferica si somma un decimo di atmosfera (0,1) ogni metro. Questo comporta che a cinque metri di profondità la pressione assoluta diventerà di 1,5 atm, a dieci metri 2 atmosfere, etc., Attraverso le deformazioni della membrana dell’idrostato (diaframma) era quindi possibile valutare la profondità effettiva e regolare l’inclinazione dei timoni orizzontali per riportarlo alla quota voluta.

In definitiva, lo scopo era di contrastare la tendenza del siluro ad oscillare su piano verticale (beccheggio) e stabilizzarsi alla profondità desiderata. Questa oscillazione sul piano verticale era piuttosto fastidiosa perché poteva portare il siluro a colpire il fondo o delfinare in superficie. Per ovviare al problema delle variazioni verticali, Whitehead inserì un pendolo che consentiva di percepire l’angolo verticale di beccheggio. Combinando le due informazioni (profondità e beccheggio) si poteva quindi ottenere uno smorzamento delle oscillazioni ed impostare finemente i timoni di controllo.

Grazie al pendolo venivano corrette le oscillazioni di beccheggio stabilizzando l’assetto verticale (mantenimento della quota) – da NOVA Online | Hitler’s Lost Sub | How an Automobile Torpedo Works (pbs.org)

Questa oscillazione sul piano verticale era piuttosto fastidiosa perché poteva portare il siluro a colpire il fondo o delfinare in superficie. Per ovviare al problema delle variazioni verticali, Whitehead inserì un pendolo che consentiva di percepire l’angolo verticale di beccheggio. Combinando le due informazioni (profondità e beccheggio) si poteva quindi ottenere uno smorzamento delle oscillazioni ed impostare finemente i timoni di controllo.

Questo sistema fu utilizzato per il controllo dei siluri fino alla fine della seconda guerra mondiale e poteva ridurre gli errori di profondità da ± 40 piedi (12 metri) a un minimo di ± 6 pollici (0,15 m).

Una curiosità Il congegno di controllo non fu volutamente brevettato per molto tempo, essendo tale soluzione essenziale per la funzionalità dell’arma (influenzandone la letalità). Non a caso fu chiamato per lungo tempo “the secret“.

Il profilo generale del siluro Whitehead come illustrato in The Whitehead Torpedo, U.S.N. manuale pubblicato nel 1898. Si osserva: A war-head (testa in guerra), B air-flask (serbatoio aria compressa), B’ immersion-chamber. nella parte posteriore C motore, D aperture di drenaggio, E albero motore,  F congegno di direzione,  G ingranaggio conico,  H idrostato,  I timoni verticali, K valvole di ricarica e arresto, M piastra alloggiamento motore, P primer-case, R timone orizzontale, U eliche contro rotanti, W acciarino, sicurezza e detonatore,  Z fascia di rinforzo Whitehead torpedo General Profile, The Whitehead Torpedo U.S.N.1898 (cropped).jpg – Wikimedia Commons

Un altro problema che assillava i progettisti era l’effettiva letalità del siluro.

 Se da un punto di vista tattico si trattava di un’arma decisamente innovativa, la sua capacità di offendere doveva essere garantita contro ogni ragionevole dubbio … e qui incominciarono i problemi. La carica esplosiva del siluro, per essere sfruttata per il suo scopo, deve necessariamente essere attivata da un congegno chiamato acciarino (in inglese fuze o pistol), alloggiato in una cavità prodiera della testa in guerra del siluro. I primi acciarini erano ad urto e, al momento dell’impatto del siluro contro lo scafo nemico, il contatto fisico comportava la chiusura di un semplice circuito elettrico e la detonazione dell’innesco e, in sequenza, della carica. Un sistema se vogliamo banale, assimilabile alla chiusura di un interruttore della luce, ma di fatto non ottimizzava gli effetti ricercati.

L’ottimizzazione delle esplosioni subacquee

Facciamo un passo indietro: nel XVIII secolo, David Bushnell, un giovane studente di Yale scoprì che la polvere da sparo poteva esplodere con effetti devastanti anche sott’acqua. Per comprenderci, a causa della detonazione di un esplosivo, per urto o per accensione, si genera un istantaneo violento rilascio di calore e di energia meccanica con conseguente liberazione di gas a temperatura molto elevata, comunemente chiamata esplosione.

Per definizione, la detonazione subacquea di una carica esplosiva è una reazione chimica esplosiva che avviene mediante la propagazione del fronte di fiamma ad una velocità supersonica, con la formazione di un’onda d’urto.

Durante il processo di detonazione si formano dei componenti reattivi gassosi ad elevate temperature (circa 3.000 gradi Celsius) e pressioni (circa 50.000 atmosfere) con una velocità di propagazione nell’intorno di 25.000 piedi al secondo. Nel momento in cui avviene, si genera un’onda d’urto che si propaga sfericamente e rapidamente nel fluido circostante. Al centro della detonazione si genera una bolla di gas ad una velocità molto più lenta (dell’ordine dei secondi contro i millisecondi dell’onda d’urto). Senza voler entrare nei dettagli (per chi volesse approfondire, consiglio la lettura del saggio di Poddighe [1]), è sufficiente comprendere che la pressione della bolla che si genera è proporzionale al valore risultante dall’equazione C^0,5/r, dove C è il peso della carica e r il suo raggio, un importante valore che è chiamato fattore di shock. La bolla di gas generata dall’esplosione continuerà a dilatarsi sotto forma sferica fino a che non raggiungerà e supererà la pressione di equilibrio rispetto a quella dell’acqua circostante.

Migrazione delle onde esplosive – disegno dalle lezioni del gen. Battigelli – Accademia Navale

Il raggio della bolla sferica, raggiunto il suo massimo valore, tenderà quindi a diminuire secondo un fenomeno inverso a quello precedente sino a raggiungere un valore minimo. Il fenomeno, ripetendosi in misura decrescente, comporta che la bolla di gas esegue una serie di oscillazioni. Queste pulsazioni sì annullano quando tutta l’energia della bolla sarà dissipata o quando raggiungerà la superficie del mare. Negli effetti delle esplosioni entrano quindi in gioco diversi fattori come il peso e il tipo della carica, la quota in cui avviene l’esplosione ed il fondo sottostante (incluse le caratteristiche elastiche di quest’ultimo).

Meccanismo dell’esplosione

Vediamo come viene attivata l’esplosione in un siluro. La carica esplosiva, per essere sfruttata per il suo scopo, deve necessariamente essere innescata da un congegno, chiamato acciarino (in inglese fuze), che ricorderete è alloggiato in una cavità nella testa del siluro. Come premesso, i primi acciarini erano ad urto, innescandosi a seguito della chiusura di un circuito elettrico al momento dell’impatto del siluro contro lo scafo nemico. Si comprese presto che questa non era però la soluzione ottimale in quanto gli effetti sulle strutture interessate dall’esplosione dipendono dalla distanza di detonazione dal bersaglio.

Acciarino a contatto a sinistra, detonatore a destra – siluro tedesco della II Guerra mondiale – da TDC manuals (Real) – Page 4 – SUBSIM Radio Room Forums

Dettaglio dell’acciarino a contatto – da TDC manuals (Real) – Page 4 – SUBSIM Radio Room Forums

Si scoprì che gli effetti erano ben diversi

Il fattore distanza fu largamente studiato dai progettisti delle mine navali e poi applicato anche nello sviluppo dei siluri. Si notò che, nel caso di esplosione a contatto dello scafo, l’onda d’urto sfondava il fasciame e le relative strutture di sostegno, comportando l’allagamento dei locali retrostanti. Se invece essa avveniva a distanza dallo scafo si venivano a generare deformazioni, se non rotture, delle lamiere in corrispondenza della zona interessata e, per effetto della concussione, la messa fuori uso dei servizi della nave viciniori. Viene da sé che fra questi due estremi vi era un numero illimitato di casi intermedi che erano legati anche ad altri effetti come la vicinanza del fondo del mare, il tipo di esplosivo, etc.. Un bel rebus considerando che le navi ricercano soluzioni di protezione sempre più sofisticate. Si trattava di controcarene laterali, poste all’altezza della linea di galleggiamento e isolate dal volume interno della nave. Una parte della controcarena contenenti aria, mentre l’altra parte poteva essere riempita d’acqua. Qualora, un arma subacquea avesse colpito la nave, l’esplosione avrebbe interessato prima prima la parte della controcarena piena d’aria, e l’onda  d’urto sarebbe stata invece assorbita dalla parte con acqua.

Schema di sezione di contro-carena anti siluro – autore fullofstars Anti-torpedo bulge – Wikimedia Commons

Nel periodo interbellico, la consapevolezza che le navi da guerra erano dotate di importanti sistemi di protezione sulle loro superfici verticali e subverticali (fiancate) pose quindi molti dubbi sulla reale efficacia delle esplosioni a contatto dello scafo provocate dall’acciarino ad urto. Gli studi effettuati a partire dalla 1^ guerra mondiale dimostrarono che la posizione più conveniente per esaltare il danno era poco al di sotto dello scafo, ovvero dove l’onda d’urto avrebbe investito direttamente il più importante elemento resistente, la chiglia, sfruttando quindi al meglio le onde di pulsazione generate dall’esplosione.

Anche se nel tempo si cercò di migliorare la protezione inferiore delle carene con doppi, tripli ed anche quadruplici fondi, la parte inferiore della carena rimaneva sempre la parte debole della struttura della nave e l’obbiettivo prioritario dell’offesa, dove si poteva meglio concentrare la forza dell’esplosione.

L’impiego di acciarini ad influenza permise di far esplodere il siluro ad una distanza prestabilita dallo scafo nemico, massimizzando gli effetti dell’esplosione. Nel disegno uno schema di parte di un acciarino magnetico di un siluro, Minkler Chester T. , brevetto del 2 aprile 1946, 114/21.1, 102/427. Il nucleo Permaloy sporgeva da entrambe le estremità della bobina da 480.000 giri. A differenza di quello impiegato sulle mine non era è un magnetometro, ma piuttosto una bobina pickup (11) a induzione terrestre che pilotava un tubo a triodo con il solenoide di innesco (20) del circuito. In pratica era solo un generatore elettrico che, quando veniva raggiunta la soglia di variazione del campo magnetico, dava il via all’innesco –  schema da Torpedoes (prc68.com)

La necessità di far esplodere le cariche ad una distanza ottimale, portò alla sostituzione degli acciarini ad urto con acciarini magnetici (dotati di sensori magnetici ispirati a quelli presenti sulle mine magnetiche tedesche). Il primo acciarino ad influenza magnetica fu sviluppato negli anni ’30 ma, come vedremo, i risultati bellici non furono considerati entusiasmanti. Spesso i siluri esplodevano prematuramente, rivelando alla nave attaccata la posizione del sommergibile, cosa che rendeva l’attaccante una facile preda. Nel prossimo articolo racconterò alcuni episodi significativi che misero in crisi la reale efficacia di quest’arma.

Fine  parte III – continua

Andrea Mucedola

Nota
Ringrazio la Rivista Marittima per la gentile concessione alla pubblicazione del saggio che è stato arricchito di nuove informazioni e diviso in sei parti per facilitarne la lettura. A differenza della prima versione, ho escluso la situazione dei siluri italiani (contenuta nell’articolo pubblicato sulla Rivista Marittima, 2022) che riprenderò in un saggio dedicato.

[1] Poddighe, Sistemi di protezione subacquea nella 2^ G.M. Precedenti, scelte, tecnologie, aspetti costruttivi
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Riferimenti
Edwyn Gray, Nineteenth Century Torpedoes and Their Inventors, Naval Institute Press, Annapolis, Maryland, (2004).
Karl Doenitz, Memoirs: Ten Years And Twenty Days Paperback, March 22, (1997).
David Wright, Habersham, Wolves Without Teeth: The German Torpedo Crisis in World War Two (2010), Electronic Theses and Dissertations.
Caly Blair, Hitler’s U-Boat War: The Hunters 1939-1942. New York: Random House, (1996).
Stephen Roskill, The War at Sea 1939-1945, Vol. II (Uckfield, East Sussex, United Kingdom, Naval & Military Press, (1956).
Buford Rowland, William B.Boyd, U.S. NAVY Bureau of Ordnance in World War II, Chapter VI, the Library of the University of California, (1953).
OP 635 (1st Rev) – TORPEDOES MK 14 AND 23 TYPES manual.
Winston S. Churchill, The Second World War, Vol Two: Their Finest Hour (Boston: Houghton Mifflin, (1985).
Morison, Samuel, History of United States Naval Operations in World War II, Vol 10, The Atlantic Battle Won, May 1943-May 1945. Champaign, University of Illinois Press. ISBN 978-0252070617, (2002).
Gian Carlo Poddighe, Sistemi di protezione subacquea nella Seconda guerra mondiale. Precedenti, scelte, tecnologie, aspetti costruttivi, (2018).
Giorgio Miovich, Sistemi d’arma delle forze A/S e subacquee con elementi di acustica subacquea, edizioni Accademia navale Livorno, (1978).
Erminio Bagnasco, Maurizio Brescia, Sommergibili italiani 1940-1943 parte I Mediterraneo, Dossier Storia Militare, (2013)

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FONTE: Ocean4Future

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